综采巡检机器人关键技术研究

智能化综采工作面安装了大量固定传感器,但依然存在监控盲区和监控滞后的问题。引入巡检机器人技术,对综采工作面的全覆盖和实时监控,是智能化开采的必要技术手段。从国家宏观政策和智能开采技术2个层面,分析了智能开采对综采巡检机器人的迫切需求,根据综采工作面巡检机器人的发展现状,总结了综采工作面应用机器人需要解决的柔性轨道、移动通信无缝漫游、远程控制和自主操作等技术难题。通过研究用于综采巡检机器人的跨式柔性轨道、行走控制、移动通信、移动精确定位、惯性导航、动态图像采集和控制采煤机调高等7项关键技术,提出了建立巡检机器人的感知理论技术装备体系、研究井下机器人动力供应技术、建立高性能的无缝漫游移动通信系统、开发超高清热成像和毫米波对综采生产时的三维实景呈现技术、研制集成视觉雷达和煤层探测的超前探测机载装置等5个重点研究方向。在薄煤层综采工作面进行了工业试验,研制的巡检机器人搭载三维激光雷达和惯性导航系统,沿采煤机电缆槽上铺设的轨道边行走边检测,达到了60 m/min的最大巡检速度,实现了双频WiFi零切换的无缝漫游高速通信,根据机载激光雷达扫描和惯性导航系统建立了综采工作面三维截割地质模型,进行了巡...     

综采工作面巡检机器人关键技术研究

目前国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采,但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业,为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人,需要研究一种综采工作面巡检机器人,实现对综采工作面巡检人员的替代,适应智能综采的发展方向。在分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,指出综采工作面巡检机器人研究目前处于起步阶段,提出了综采工作面巡检机器人研究需要攻克的5个方面的技术难题:综采工作面巡检机器人控制平台健壮性,行走驱动可靠性,移动通信稳定性,群组控制协同性,配套应用合理性。给出并具体分析了综采工作面巡检机器人发展所需的5项关键技术:柔性轨道技术,精准定位导航技术,高可靠控制技术,动态图像采集技术,三维采场模型构建技术。研制了一款综采工作面巡检机器人,以电池供电驱动行走机构沿刮板输送机电缆槽外侧的轨道实现快速移动,轨道之间采用具有一定承载能力的弹簧连接件实现柔性连接,综采工作面巡检机器人搭载惯性导航系统,三维激光扫描装置,红外热成像摄像仪,可见光摄像仪,无线移动终端等装备,可完成对综采工作面直线度、水平度检测,工作面精确定位,工作面点云扫描,采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等功能,并通过无线通信网络实现传感数据准确、快速传输至巷道集控中心。通过在神东榆家梁煤矿43101综采工作面应用,实现最大巡检速度60 m/min,辅助构建的工作面三维点云模型实测精度0.2 m,实现搭载惯导系统在宽360 m综采工作面直线度可控制在±500 mm。综采工作面巡检机器人在质量和电池续航2个方面仍需进一步研究优化,以满足实际生产需求。研究成果可为煤炭行业综采工作面巡检机器人技术的发展提供有益的借鉴。     

煤矿无人化智能开采系统理论与技术研发进展

提出以矿井物联网和先进传感等通信方式为支撑环境，构建“感知、传输、决策、执行、运维、监管”六维度智能开采控制系统；基于此系统架构，提出无人化智能开采控制技术路线和系统方案；最后，对煤矿无人化智能开采系统的理论和技术研发最新进展进行了详细论述。利用双光谱热红外摄像及图像增强技术，解决综采工作面生产工况条件下的视觉监控透尘问题；提出多目视频帧图像融合和全景视频拼接技术，解决工作面大视角覆盖以及实时无死角视频监控问题；利用三维颜色查找法，解决增强算法在质量和实时性难以满足井下视觉测量任务的问题。工作面设备自适应控制进一步发展：构建精准三维地质模型，进行开采预测和模型动态修正，为智能开采提供精准地质保障；结合采煤机截割模板修正技术、工作面多源信息融合智能控制技术，规划采煤机割煤路线；利用新一代信息技术，实现高质量的视频传输，满足智能控制及感知设备的无线接入；利用远距离液压保障技术，在有限开采空间内减轻检修强度、增加安全性。在行业当前普遍采用的“工作面内自动控制+远程干预模式”的智能化开采技术基础上，提出了新一代无人化智能采煤控制技术方法，设计了“井上智能决策、井下自动执行、面内无人作业”的智能...     

综采工作面智能化关键技术研究现状与发展方向

为实现综采工作面的智能化,解决目前我国矿井普遍存在的开采装备技术落后、资源采出率低等突出问题,通过分析国内外综采工作面智能化开采技术应用现状,构建了综采工作面智能开采系统的主干模型,并就其中涉及到的采煤机位置监测、工作面自动取直及水平控制、煤岩界面识别、溜坡控制等关键技术进行了分析与总结,指出应用惯性导航技术是实现工作面取直的有效方法,应用热红外线技术进行煤层特征追踪技术是解决煤岩界面识别问题的有效途径;最后对综采工作面智能化的发展方向进行了展望。     

中国煤矿智能开采科技创新与发展

分析了近十年来国内外煤矿智能开采的技术发展过程,总结出国外智能化开采的技术思路是:通过地质勘探结合掘进技术方式描绘开采煤层的赋存分布,通过惯性导航采煤机实现智能开采;在国内智能开采方面则是提出了"无人跟机作业,有人安全值守"的开采理念,构建了"以工作面自动控制为主,监控中心远程干预为辅"的中国煤炭智能开采模式,并对国内厚煤层和薄煤层的智能开采工业试验和生产进行了技术总结。对未来智能开采的技术框架进行了设计,将智能开采的关键技术分为:智能探测、智能导航和智能控制3个主要部分,并对煤岩分界、煤矸识别、工作面超前探测技术创新进行了展望,指出煤矿智能开采科技创新依赖于开采装备、开采技术和开采理念的不断进步。     

基于双通信模式的综采工作面巡检机器人研制

为实现综采工作面无人化智能开采,设计并研制了一款基于双通信模式的综采工作面巡检机器人系统。提出基于LoRa和WiFi技术结合的双通信模式实现综采工作面巡检机器人远程控制与工作面监控,并对巡检机器人的组成和功能进行了介绍,重点论述巡检机器人控制系统的组成和通信方案。通过在煤矿井下进行实际测试,结果表明,介绍方案可以实现地面控制台实时控制综采工作面巡检机器人,并可实时获取综采工作面数据和环境信息,及时发现问题并报警,为综采工作面无人开采提供保障。     

智能化采煤系统架构及关键技术研究

针对我国当前推广应用的可视化远程干预智能化采煤模式进行了分析,介绍、总结了基于视频监控的远程干预综采智能化、以巡检机器人辅助的工作面智能化,以及基于惯性导航技术的综采智能导航等3个方向的技术发展情况,提出了当前可视化远程干预智能化采煤所面对的"看、动、想、稳"4个方面实际问题。分析了复杂开采条件下智能化采煤所面对的自适应技术和综采机器人技术2项技术难题,归纳出开采空间多元信息采集及交叉融合、智能化采煤决策基础理论、综采装备群智能化协作3个科学难题。围绕技术、科学难题,提出了智能化开采系统需要具备的4个基本要素,分别为:煤炭开采空间感知能力、智能分析及决策能力、自动执行能力、可靠及稳健运维能力,设计了以"感知、决策、执行、运维"为4个维度的智能化采煤系统架构。研究了关键技术待突破方向,包括开采地质环境增强感知技术、智能开采工艺分析决策技术、开采装备智能化技术、煤矿智能巡检机器人技术、开采系统智能运维技术、辅助生产环节智能化技术、综采智能服务等方面。最后,以国能集团神东榆家梁煤矿智能化采煤示范工程项目为例,开展了基于"透明工作面"的数字化采煤应用,初步实现了智能化自主采煤。     

综采工作面智能化开采路径及关键技术

智能化开采是煤矿开采技术演进的必由之路,目前我国总体处于智能化开采的初级阶段,智能化开采理论体系尚需不断完善。通过分析我国不同煤矿开采阶段在生产信息获取、处理及控制技术等方面的技术特点,发现信息感知、分析和控制技术是煤矿开采方式进步的本质原因;基于智能化开采的基本要素,明确综采工作面智能化开采的内涵是以"互联互通"的智能化成套综采装备为载体,以物联网技术、人工智能技术、大数据技术、云计算技术、通信技术等现代技术与煤矿生产技术的深度融合为基础,通过智能信息感知、智能信息分析决策、智能控制与反馈,实现具有人工智能特征的工作面自动化采煤技术。提出综采工作面智能化开采的技术路径包含生产物理场景智能感知与矿山大数据储存,矿山大数据关联分析与智能决策,智能化生产装备精准协同控制等3个方面内容。结合目前我国智能化开采发展阶段和发展方向,提出了综采工作面智能化开采亟须突破的关键技术:开采全生命周期地质精准探测与建模技术;工作面生产场景精准感知技术;建立通信协议标准化的信息传输系统;复杂生产环境下的智能决策技术;智能化综采装备系统可靠性增强技术。结合工程实践介绍了基于人-装备-环境多源信息数据的特厚煤层智能化综放开采模式的初步应用。     

中薄煤层智能开采技术及其装备

针对我国薄煤层产量逐年增长和开采技术相对滞后的现状,提出了透明化自适应型中厚偏薄煤层智能开采模式。以神东矿区为例,对当前的中厚偏薄煤层智能化开采技术进行了总结,介绍了中厚偏薄煤层智能开采情况,由此提出厚度1.0～1.7 m的煤层称为中薄煤层的分类概念,以适应煤矿智能化开采和优先发展的需要。首先,在综合处理多源异构信息的基础上,将三维初始地质模型、激光扫描动态数字化工作面、顶底煤厚度探测结果以及煤机姿身数字化,实时提交给智能开采系统进行超前规划,生成动态透明四维地质模型。随后,根据实时生成的动态四维地质模型,获取每个截割位置的顶、底板高度数据,结合煤机姿态参数和采煤机的绝对位置坐标,及工作面平直度要求,对未来几个割煤循环的采煤机调高策略进行提前规划,形成基于动态透明工作面智能化割煤技术。提出了"十二工步"割煤工艺,建立采煤机电缆拖拽系统。最终,以动态四维地质模型构建、采煤机智能化割煤、工作面自动调直、机器人巡检、采煤机电缆拖拽、液压支架自动跟机以及智能协同联控等技术为依托,建立了具备综采工作面全面感知、设备远程集控、协同联动、自动控制、多维数据融合、隐患自动辨识、流程数据驱动、智能辅助决策的中厚偏薄煤层智能化综采工作面开采体系,实现由可视化远程干预型智能开采模式向透明化智能自适应型智能开采模式的转变。实践表明,动态四维地质模型的构建解决了薄煤层开采煤岩分界线识别,对未来10刀割煤循环给出调高策略,预设割煤轨迹与实际割煤轨迹趋势曲线位置偏差小于0.3 m。榆家梁煤矿43101工作面实践,日割煤15刀,年产量达221.6万t,生产工效提高15.08%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。     

煤矿采煤机智能化关键技术探析

随着开采技术的发展,煤矿无人化综采成为未来发展的趋势。基于智能化采煤机的功能需求,对采煤机智能控制、智能截割和智能感知技术进行了深入研究,以实现煤矿综采无人化作业。通过对智能化采煤机的自动调高、自动定位以及自适应牵引等方面的现场实践,为煤矿无人化综采作业提供了重要的参考。     

特厚煤层综放工作面智能控制关键技术研究

煤矿智能化开采是实现我国煤炭工业高质量发展的核心支撑技术之一,特别是占我国煤炭产能比例最大的中厚及特厚煤层实现智能化开采意义重大。针对综放智能化成套设备系统可靠性、跟机自动移架及智能放煤可控性与放顶煤煤岩识别准确性三大特厚煤层综放工作面智能控制技术发展制约因素,提出了供液系统的多级过滤智能控制技术、综放工作面液压支架记忆放煤技术与放顶煤煤岩识别技术三大关键技术。在同忻煤矿8202工作面进行了现场工业性试验,该工作面通过集成综放自动化控制系统,实现了采煤机22种编辑状态下的智能程序割煤、支架智能跟机、智能放煤、视频智能监控和智能集成供液等系统的融合,实现了巷道和地面调度中心的远程集控智能化控制和人工干预,突破工作面年产量1 000万t以上,工作面回采率达到87%以上,吨煤耗电量小于9.1 k Wh,产值达到46.5亿元,利润达到5.0亿元,实现了特厚煤层综放工作面智能控制关键技术的突破性进展。并针对8202工作面在工业试验中就存在的问题提出了解决办法。该研究成果对提升高端重大装备适用性研究与实施效果形成示范经验,对我国煤炭行业快速发展具有重要的现实意义。     

大采高智能化无人开采技术的探索

打造国内大采高智能化、无人化综采示范工作面,以采煤机智能控制、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础,实现了在地面与顺槽综合控制中心对综采设备的智能监控与控制,达到工作面连续、安全、高效开采的总体目标。     

综采工作面自动巡检机器人系统设计

为解决综采工作面巡视作业空间狭小、设备间配合动作复杂、作业环境恶劣导致的人工巡检困难,巡检人员安全无法保障的问题,设计了一种占用空间小,适应三大设备相互动作,可以实现自动化巡检,集视频监控、数据融合、数据上传、温度异常报警等功能为一体的综采工作面巡检机器人系统。自动巡检机器人系统包括自动巡检系统、机器人本体、电气控制系统、通信网络系统和集控室集控系统。其自动巡检系统采用吊缆机构与悬轨支撑机构相结合的方式实现了综采工作面液压支架拉架动作后机器人巡检路径轨道的自适应;机器人本体上装载的可见光相机和红外热成像仪采集的工作面作业数据可通过通信网络系统实现与控制主机间的双向信息交互,采集的作业数据通过集控室集控系统实现可见光和红外数据的实时融合,为进一步通过智能分析算法实现更高级识别奠定基础;集控室系统可以对采集数据进行可视化处理,对巡检机器人工作状态进行实时智能控制,并在综采设备工作异常时报警。自动巡检机器人在中煤张家口煤矿机械有限责任公司综采工作面实验室进行了试验性研究,研究结果表明:在综采工作面的狭小设备空间中,液压支架经常性会进行拉架操作,现有的固定轨道的巡检机器人无法进行巡检,自适应轨道系统可以吸收拉架产生的设备位置变化,保证巡检轨道的畅通,实现了巡检机器人的无障碍通过;机器人本体采用高精度可见光传感器和热成像传感器,可以获取高精度的可视化图像信息,相较于现有人工目测或手持仪表测量,数据真实可靠,并可实时反馈现场环境状况。集控室系统可视化处理后的数据能直观反映出设备运作时的工作状况,提高了巡检人员对工作设备操控的准确度,其报警功能可以在工作异常时及时告知巡检人员作业异常原因及异常区域,提高巡检作业的安全可靠性。此综采工作面自动巡检机器人站地空间小,可代替人工实现对综采工作面的巡检作业,巡检作业安全可靠。     

长壁综采工作面无人自主开采发展路径与挑战

智能化无人开采是实现煤矿安全高效开采的技术途径。根据无人控制系统发展的一般规律,分析了综采工作面控制系统发展历程包括远程遥控、自动控制和自主控制3个阶段。综采工作面自主控制需要解决综采工作面环境实时感知、综采“三机”协同控制、高精度煤层地理信息系统、开采工艺智能决策与无人综采工作面评估试验方法5个方面的问题。总结了综采工作面控制系统的3个目标任务：可靠割煤与装煤、保持工作面几何关系、围岩可靠支护;凝练了综采工作面控制系统的8项关键技术：液压支架电液控制技术、综采装备协同控制技术、工作面通信技术、工作面可视化技术、采煤机定位技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术、工作面围岩支护控制技术,并分析了综采工作面控制系统关键技术与其目标任务之间的逻辑关系。通过分析综采工作面控制系统关键技术的功能需求和综采工作面自主控制的研究问题,提出了综采工作面由自动控制迈向自主控制首要解决的问题,即工作面煤层地理信息系统精细化、采煤机截割规划策略、工作面围岩智能支护策略以及综采工作面控制系统适用性评估检验方法。     

基于5G+WiFi双通信矿用激光扫描巡检机器人设计

设计了一款应用于煤矿综采工作面上的巡检机器人,该机器人搭载激光雷达、惯导、车载电脑设备,以ROS为操作系统,搭建一套集控制、激光点云三维建图和视频巡检的机器人平台,可实现对综采工作面的三维建图和视频巡检。为实现点云海量数据和视频图像数据的稳定传输,采用5G+WiFi的双通信模式,充分利用各通信方式的优点,使用5G传输点云数据进行三维实时建图,使用WiFi来传输图像数据,提升综采工作面三维点云模型的生成效率。采用该设计方案不仅可以进行实时三维建图,还可以快速处理所生成的数据用于对井下工作设备的智能控制。     

翟镇煤矿智慧矿山生产模式研究与实践

针对翟镇煤矿井下综采装备落后、生产效率低、矿井运行体系复杂的问题,提出了智慧矿山生产模式,围绕煤矿八大系统,建立了智慧生产系统评价模型,分析了智慧矿山建设中八大系统的权重.在翟镇煤矿研究应用了采煤工作面无人化开采智能集控技术、掘进工作面智能化自动控制技术、矿井运输系统无人化巡检及自动控制技术、矿井生产保障系统自动化控制技术、基于数据融合的安全检测智能控制技术及智慧矿山综合信息平台与手机APP软件等,形成了智慧生产系统关键技术体系.实践证明,翟镇煤矿智慧矿山建设后,采煤效率提高了35%,掘进效率提高了30%,辅助系统高度智能、安全监控系统更加可靠,单班下井人数减少了115人,实现了煤矿生产的少人化和自动化,为我国智慧矿山建设提供了理论与技术借鉴.     

综采工作面智能化开采系统关键技术

简要回顾煤矿智能无人开采发展历程,在分析综采工作面智能化开采需求的基础上,提出了综采工作面智能化开采系统架构,包括精准煤层三维地质模型及其动态调整、智能化开采控制、智能化无人巡检装置和智能化协同集控等4个部分,提出了综采工作面智能化开采模式。分析了综采工作面初始三维地质模型、三维激光扫描技术,确定综采工作面三维地质数字化模型动态调整步骤,形成动态调整的综采工作面三维数字化地质模型,实现综采工作面的有限透明。指出综采工作面智能化开采三项关键技术:采煤机智能化割煤技术、液压支架自适应控制技术和综采工作面直线度控制技术。在神东榆家梁煤矿43101综采工作面进行技术应用,动态调整的综采工作面三维数字化地质模型精度为0.2 m,日割煤可达15刀;采煤机和支架自动化率95%以上,人工干预率20%左右;综采队全员工效125.69 t/工,较之前提高95.98%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。研究成果可为煤矿智能无人开采提供借鉴。     

智能巡检机器人传感与控制系统研究与设计

针对传统巡检工作中存在的劳动强度大、巡检效率低等问题,煤矿巡检领域中机器人技术运用得到快速发展。介绍了煤矿机器人的概念及其发展,指出了智能巡检机器人对煤矿安全生产的重要意义,详细阐述了智能巡检机器人的系统组成及关键技术,并重点剖析了其智能传感及控制系统的设计。智能巡检机器人不仅具备对设备进行巡查、异常情况识别、报警等常规巡检机器人的能力,且还能结合煤矿开采环境进行特殊性作业,保障巡检工作的高效率。     

综采工作面智能化关键技术现状与展望

综采工作面智能化是我国煤炭开采的重点发展方向之一。综采工作面环境复杂,设备众多,开采工艺各环节高度耦合,且采煤过程中各设备之间的动作协同性要求较高,这给设备的智能控制带来了巨大挑战。为厘清综采工作面智能化的技术现状,发掘技术难题的解决方法,探讨未来的发展方向,首先从工程应用角度出发,围绕采煤机、液压支架群、供液系统、运输系统等核心设备,综述综采工作面智能化的发展历史和技术现状,介绍了智能化综采工作面现有的系统架构和关键技术,梳理智能化建设过程中的技术难点。其次从控制理论角度出发,重点阐述了采煤机滚筒自适应调高、支架姿态控制、支架自动跟机、工作面直线度调整、设备协调控制等技术难点所面临的科学问题,从系统建模、控制算法及优化决策等方面,介绍了解决上述问题的技术路径和国内外最新的研究成果。最后,根据人工智能研究领域的发展动态,展望了采煤机、液压支架、运输系统的智能化发展方向;结合计算机视觉、三维激光点云技术、大数据分析、多智能体控制与决策等方向的研究成果,探讨了综采工作面在视频目标识别与跟踪、关键设备三维姿态感知、透明工作面地质信息获取与建模、设备故障综合诊断、工作面信息挖掘与智能分析、设备集群智能最优控制等方面的智能化技术。     

综采工作面远程智能监控系统研发及应用

针对中厚煤层地质条件复杂、煤与瓦斯突出等动力灾害威胁大、井下安全系数低等问题,根据蒙大纳林河二号井煤层赋存情况,为实现中厚煤层综采工作面智能化发展,研发了集本地控制、顺槽集中控制和地面远程控制于一体的中厚煤层综采工作面远程智能监控系统。通过视频监测技术对设备及环境等信息进行监测,在控制面板上实现了设备的“一键启停”;运用多传感器技术、数字孪生驱动技术和VR/AR技术实现综采工作面的三维可视化以及设备的实时监测与控制;采用EtherNet/IP通信技术实现地面监控中心与顺槽控制中心的数据交互。将上述关键技术在蒙大纳林河煤矿进行应用,实践结果表明,综采工作面远程智能监控系统实现了中厚煤层综采工作面远程监控,提高了井下生产效率和工作人员的安全系数,实现了综采工作面少人化智能开采,为无人化开采奠定了基础。