煤矿智能采矿机械应用现状及发展展望

智能采矿机械是实现智能开采的核心子系统,为了促进我国智能开采技术的提升,对煤矿智能采矿机械应用现状及发展趋势进行了调研。首先,分析了智能开采对采矿机械的一般需求;然后,基于国内部分代表性的智能开采工作面简述了智能采矿机械应用现状,并调研了国内外采矿机械厂商;最后,结合智能开采技术的发展方向展望了智能采矿设备发展趋势,具体包括5个方面:智能高精度状态感知技术、基于物联网技术的设备互联、故障智能诊断与反馈和基于大数据、人工智能技术的自决策。     

5G技术在煤矿智能化中的应用展望

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障,当前处于煤矿智能化发展的初级阶段,仍然面临泛在感知难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时性差、融合大数据的智能决策效率低等问题,面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术(The fifth Generation Mobile Communication Technology,5G)为上述问题的解决提供了契机。分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术和各自的技术特征;研究了煤矿智能化应用在信息感知、多类型数据传输、实时决策控制、新技术应用和异构物联设备互联互通需求等方面的短板,以视频传输为例分析了4G技术在未来应用中的局限性,研究了井下WiFi组网的不足之处,指出了煤矿井下应用5G技术的必要性;结合5G技术优势和煤矿井下实际需求提出了基于5G技术的高精度实时定位与应用服务、虚拟交互应用、远程实时控制、远程协同运维及井下巡检和安防等煤矿井下应用场景,提出了基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控的构想,给出了井下应用5G技术的总体架构:有线光纤骨干环网加5G覆盖,分析了实施要点,指出与井下应用场景的结合才能最大程度发挥5G技术在煤矿智能化开采中的作用,简要展望了基于5G技术的物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术在煤矿智能化中的融合应用。     

煤矿智能开采初级阶段问题分析与5G应用关键技术

煤矿智能化是煤炭生产方式和生产力变革的新方向,是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,当前仍处于煤炭智能化开采的初级阶段。煤炭智能化的发展依赖于数据的高效传输和有效利用,如何解决多感知设备可靠接入、大容量数据高速传输和智能终端低延时控制的问题成为煤炭智能化开采面临的重要基础问题之一。为有效推动煤矿智能化开采的向前发展,分析了煤炭智能开采初级阶段在感知、决策和执行环节面临的短板问题;研究了在设备可靠性、信息传输和位置服务等基本保障技术方面的不足和未来发展方向;指出了工业控制软件在煤炭智能化开采和国家能源安全方面的重要性,提出了工业控制软件要实现自主可控,新技术应用要注重积累和重视基础研究的观点;从顶层设计、多网融合、网络转换、工控安全和应用场景5个方面分析了5G技术在煤炭智能开采应用中的关键问题,并指出5G不是要取代其他网络,而是能使得各种网络融合高效运转,同时提出工控安全将成为5G工业应用中的重要一环;给出了5G平台建设建议:建立微服务架构体系,设计好面向功能的MEC边缘计算模式,规划好针对场景的网络切片,重视5G智能终端研制,做好应用场景算法研究和软件开发。最后提出5G技术研发应用要注重技术生态建设,用好5G这一工具,推动人工智能、大数据、物联网、混合现实等技术在煤矿智能化开采中的落地。     

基于5G网络的庞庞塔煤矿智能矿山建设研究

将5G网络技术应用到煤矿的智能化矿山建设中,是当前提高矿山智能化水平的重要方向。为此,开展了庞庞塔煤矿中智能综采工作面、5G网络构架、视频界面等多方面的建设设计,并对建好后的智能矿山运行情况进行了评价分析,实现了对井下煤矿开采设备及配套设施的远程监控、操作及控制,智能矿山整体智能化程度相对较高,提高了该矿井的煤矿开采效率及作业安全性。     

融合5G技术生态的智能煤矿总体架构及核心场景

5G技术的到来,强化和深度融合了物联网、大数据、人工智能等技术,已经形成了较为成熟的5G技术生态,有力推动了包括煤炭企业在内的各个行业的转型升级和智能化发展。通过分析移动通信技术与煤矿建设的关系,明确了5G技术在煤矿生产中所具有的重要作用,揭示了5G技术生态是智能煤矿建设的重要推动力;详析分析了当前制约煤矿智能化的井下高效通信、装备智能化、决策智能化等方面的主要问题,并且从5G技术生态的角度探讨了解决当前问题的技术手段;研究了智能煤矿的内涵,提出了智能煤矿的定义,明确了智能煤矿必须具备时空一体、万物互联、数据融合、全息感知、业务联动、智能决策六大特征;揭示了智能煤矿基础设施所需要的5G技术生态、混合云和GIM技术等3个技术要素,提出顶层设计中所涉及的云边端思维模式、微服务架构和基于一张图的智能态势分析与决策等3个设计理念,从而完成了对智能煤矿建设总体架构的构建。同时,对智能煤矿建设中包括智能探测、智能掘进、智能开采、智能通风、智能洗选和智能调度在内6个典型应用场景所需的研究重点和方向进行了阐述。最后,以延长石油矿业巴拉素煤矿为实例,在兼顾实际开采条件和发展愿景条件下实践了笔者提出的智能煤矿建设构想,力求为我国智能煤矿建设提供一种新探索。     

金属矿山风险监测物联网关键技术研究现状与发展趋势

金属矿山开采作业过程中,有毒气体、透水、矿井塌陷等对施工作业人员的安全带来了巨大威胁,因此,基于金属矿山施工过程的风险监测及预警的物联网应用具有重要意义。介绍了面向金属矿山施工安全风险监测的物联网应用的体系架构,分析了当前技术的发展概况,并阐述了金属矿山风险监测物联网应用的意义和必要性。以数据采集、数据传输、数据融合、数据分析等技术为重点研究对象,分析、整理和研究了国内外相关成果。从专用特种传感器、时空演变多维数据融合、可靠实时无线数据传输等几个方面指出了当前技术的发展现状和存在的不足,并对存在的问题进行了剖析,指明了当前工作面临的主要挑战,即:①国产芯片受制于人,特别是面向专用领域的传感器芯片;②对风险监测数据的分析缺乏时间、空间的多维度分析;③矿井复杂、密闭的巷道结构使得无线数据传输的实时性和可靠性受到影响;④新技术应用相对滞后。在充分研究国内外物联网行业的技术发展动态后,以人工智能、边缘计算等新技术为突破点,阐述了金属矿山风险监测的物联网技术未来发展的方向。     

高阳铁矿复杂富水矿床地压监测管理

结合高阳铁矿复杂富水矿床开采现状,采用不同设备,分别进行空区顶板相对位移监测、应力变化监测和采场岩体破坏声发射监测.基于灰色理论进行监测数据预测,并使用安全评价分级进行声发射监测分析预测.实践证明,通过所建立的预测模型,可以获得良好的预测结果,为保护矿区隔水层、保证复杂富水矿床安全开采及预警分析提供可靠的依据.     

麻地梁煤矿智能化装备应用与生产管理变革的思考

随着互联网技术、5G、智能装备等高新技术的快速发展，以智能感知、智能决策和智能控制为代表的的智能化开采越来越成为煤炭安全高效开采的发展方向。本文首先从检修班、生产班、设备库存、生产管理等方面对传统煤矿装备及生产管理现状进行阐述，分析现有煤矿装备及管理模式存在的问题。然后，以内蒙古智能煤炭有限责任公司麻地梁煤矿智慧矿山智能化工作面建设为工程背景，从智能化装备的组建、功能、库存管理、生产管理、运行优势和成功实践等角度介绍智能化装备的应用与生产管理，构建了以煤矿大数据库为基础的管理体系，提出了 “管设备，就是管生产、管安全”的新的管理理念。该体系的建立及理念的提出，可为突破传统生产管理模式、进行新型智能化煤矿建设提供借鉴和参考。     

煤矿5G智能化应用实践关键技术研究

基于山西新元煤矿5G技术智能化应用背景，通过剖析当前煤矿智能化对于4G与WiFi通信技术各项性能的发展需求，提出了煤矿5G智能化应用场景及设计内容；从智能化建设顶层设计体系出发，搭建矿用5G网络、部署组织架构，研究提出适用于井下精准协调控制、综采工作面设备智能监测与集中控制、系统运行状态回传和井下透明可视化巡检的技术方案，以实现井上井下协同作业、综采工作面智能化和机器人智能巡检。研究成果在新元煤矿31004和3411工作面进行应用，应用结果表明，技术方案的实施显著提高了煤矿经济效益，有助于推动实现煤矿井下少(无)人化作业。     

双5G网络下露天智能矿山系统构建与应用

经济发展新引擎的新基建,为未来数字经济高质量的发展方向。而以 5G 和 F5G 双网络为基础的数字孪生技术,是构建信息基础设施的关键。 提出了基于双 5G 网络的露天矿山通信系统,建设智能采矿管控、综合生产执行和三维可视化管控的三大平台,进一步融合矿山安全监测监控系统,进而构建了露天智能矿山的建设架构和体系。 以南泥湖钼矿为例,实现了露天采矿智能装备的远程控制与运行,为露天智能矿山建设提供了一种新的技术路径。研究表明:① 高速通信系统是智能矿山建设的保障,采用 5G 和 F5G 双通信网络可以实现矿山的即时高效数据传输,为露天智能矿山建设提供了高速通信与数据传输通道;② 智能管控和综合生产平台的建设,构建了以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质的系统,实现了采矿设计、计划、生产配矿、调度和决策等过程的智能化;③ 以三大平台为基础融合安全监测系统的智能矿山架构,形成了露天矿山安全生产的智能化模式,促进了矿山生产的安全、高效和智能化建设。     

基于物联网技术的智能爆破初步研究

研究了智能爆破的基本概念、主要特征、关键技术、总体架构和核心内容等主要问题,重点研究爆破器材智能管理、爆破现场智能监测管理和爆破振动智能监测与分析等三大智能应用系统。其中放炮全程智能监控系统和爆破远程测振信息管理系统已在实践中得到了良好的应用,为工程爆破深入信息化奠定了坚实基础。物联网技术将在工程爆破领域发挥更大的作用,实现爆破行业的高效、安全和绿色发展。     

5G电力网络切片技术在燃煤智慧电厂生产管控应用分析

本研究分析了5G电力网络切片技术的结构、特点、底层技术原理、设计原理、部署原理、切片类型、在火电厂的应用场景、能解决的火电智慧电厂建设中遇到的问题以及5G技术相比现有技术的进步。通过5G网络切片选择、定制化设计与安全通讯加密,以提升发电厂的物联网通讯和泛在感知能力,降低人员劳动强度,提高火电厂生产运营效率和安全性。结果表明,5G网络端到端切片的全生命周期管理包括:通信服务管理CSMF、切片管理NSMF、子切片管理NSSMF、现场部署管理和编排MANO步骤。5G电力网络切片技术在燃煤电厂的应用场景包括uRLLC精准控制类信号采集与控制、mMTC物联网设备信息采集、eMBB移动智能设备数据双向通讯、视频语音数据采集与通讯等。     

深部矿产资源开采矿井建设模式及其关键技术

深部矿产资源开采是我国资源持续供给和保障经济高速发展的重要物质支撑,井巷工程作为进入深部开采的安全通道是进入深部开采的咽喉,因此,深部矿井建设关键技术是实现深部矿产资源开采的重要技术支撑。基于深部矿产开采矿井工程设计与装备制造先行的理念,深部矿井建设模式、优化设计与理论、矿井建设技术与智能装备、智能监控技术体系、矿井建设与生态环境互馈等方面亟待取得突破。系统分析了矿井赋存地质条件探查、数据融合反演与透明化重构技术及其亟待攻克的科学问题;梳理了深部矿井井巷优化设计方法、建设模式、建井提运装备的发展现状和面临的难题;基于深部井巷围岩"应力调控-改性-支护"理念,提出了围岩应力调控技术,地面预注浆加固、抗渗、降-隔-保温技术等围岩改性技术,以及矿井工程支护结构等围岩控制理论与及其关键技术;提出了深井智能掘进装备与智能控制系统研发体系,梳理了机械破岩掘进装备制造与发展趋势,从高效破岩与排渣、装备构成与空间优化、精确智能钻井控制3个方面分析了上排渣竖井掘进机设计与制造亟需攻克的科学问题与技术难题;围绕破岩掘进复杂工序智能监控、围岩与井壁结构稳定智能监控、井筒内运行设备智能监控,提出了深部矿井全生命周期智能监控系统与关键技术体系。基于以上深部矿井开拓模式的优化设计、建井装备及其相应关键技术工艺的深入思考和分析,有望为深部矿井安全高效绿色建设提供解决思路。     

基于物联网的矿山智能仓储快递服务系统设计与应用

针对传统矿井仓储管理系统工作效率低、运行成本高、库存更新不及时等问题,以麻地梁煤矿智慧矿山建设为工程背景,采用RFID标签、GPS、传感器等设备,结合RFID技术、传感技术和物联网技术,提出了一种基于物联网的矿山智能仓储快递服务系统,实现对运输设备、货物的数据采集和射频跟踪,通过读取数据传输到各个执行原件,完成仓储物料的各流程自动操作。所存储的信息具有互用性和规范性,能够在无线通讯网络支持下,自动归纳至中央管理平台,能够智能化管理物品。现场应用结果表明:该新型仓储管理系统,提高了物资配送效率,减少了库存物资积压,库存成本降低了60%,物料管理用工减少了30%,具有显著的经济效益,为实现智慧矿山的发展目标奠定了坚实的基础。     

智慧煤矿的建设路径探讨

随着信息化和工业化的进一步深入融合,人工智能、物联网、云计算、大数据等技术的飞速发展,智慧煤矿是煤炭行业未来发展的方向。在明确了智慧煤矿的建设目标后,从6个方面阐述了建设智慧煤矿的措施,认为智慧煤矿的建设必须在制定相关技术规范和标准的前提下用好各种新技术。应在一张图建设的基础上,加快智能采煤装备和快速掘进装备研发,构建大数据平台,探索智慧决策的应用模型。     

基于物联网的矿用产品安全标志信息管控

针对目前安标管理系统中存在的一些薄弱环节和技术不足,结合当前的研究热点-物联网技术,提出基于物联网的矿用产品安全标志信息智能管控技术研究,概述了矿用产品安全管控技术研究现状,建立了矿用产品安全标志管控系统总体结构模型,并对部分关键技术进行了详细分析,研究结果将对排查治理设备安全隐患、强化设备安全监管监察、强化煤矿安全生产源头管理具有重要意义。     

智慧矿山物联网技术发展现状研究

矿山资源在在国民生产生活中占据重要地位,然而由于安全管理技术不完善,安全问题频出。物联网技术为矿山及人员安全管理提供了新的技术手段,"智慧矿山"正是在成熟的物联网技术和大量的信息技术的支持下建立的精准信息采集、网络传输和智能化应用系统,矿山井下定位技术是智慧矿山中重要的一项关键技术。矿山与物联网技术结合使矿山安全管理手段更加制度化、智能化、科学化,可有效降低矿山安全事故的发生率,智慧矿山必将成为煤矿等矿山安全管理新的发展方向。     

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。