煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望

全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践,分析了存在的不足;提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制5项关键技术,为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础;对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标,展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。     

煤炭智能化开采模式和关键技术研究

针对智能化开采的概念、模式和技术存在模糊的现状,简述了无人化技术、智能化技术和数字化技术的概念和区别。结合采煤技术发展的历程,基于采煤技术手段的变革,提出了智能化开采的2种技术模式:智能自适应开采技术模式和工作面自动化+可视化远程干预半智能开采技术模式,分别对这2种技术模式的关键技术进行了分析研究。研究结果表明,2种技术模式皆能实现智能开采并满足实际应用需求,未来趋向于2种模式交叉并列发展,以实现采煤工作面的智能控制。     

综采工作面三维激光扫描建模关键技术研究

根据综采工作面三维激光扫描模型中煤壁与顶板交线信息,采煤机可自动调整滚筒截割高度,实现煤炭精准开采。现有技术实现了基于工作面激光点云的割煤顶板线自动提取,但提取结果不能直接应用于数字化自主割煤。针对该问题,提出了综采工作面三维激光扫描建模总体方案,并对煤壁与顶板交线提取、标靶球检测、点云拼接及坐标转换等关键技术进行了研究,实现了三维地质坐标系下煤壁与顶板交线信息的近实时获取,该信息可直接发送给采煤机滚筒,为采煤机下一刀截割提供数据参考。通过巡检机器人完成工作面扫描,获取巡检点云;基于煤壁与顶板交线的曲率特性,采用弦法向量法对煤壁与顶板交线进行粗提取;引入数据点法向量与邻域点法向量的夹角信息,通过阈值排除明显的非煤壁与顶板交线点。由于巡检点云与提取的交线信息均位于局部坐标系,通过定位标靶球检测和配准,完成机头点云、机尾点云与巡检点云的拼接,得到工作面联合点云。根据定位标靶球的三维地质坐标与局部坐标,得到坐标间的转换关系,通过坐标转换将联合点云转换到三维地质坐标系下,从而得到三维地质坐标系下的煤壁与顶板交线信息。井下工业性试验结果表明,采用综采工作面三维激光扫描技术提取煤壁与顶板交线的误差...     

数字孪生-应对智能化综采工作面技术挑战

基于智能化综采工作面目标任务-自主完成综采工作面可靠割煤、保持工作面几何关系、顶板可靠支护,提出了综采工作面智能控制关键技术,包括采煤机定位技术、工作面可视化技术、液压支架电液控制技术（装置）、工作面通信技术、综采装备协同控制技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术和工作面围岩支护控制技术（其中前3种技术属于智能化综采工作面的感知与执行层,工作面通信技术是智能化综采工作面的传输层,后4种技术属于智能化综采工作面的决策层）。指出智能化综采工作面面临的挑战为决策层的自主决策能力不能适应复杂多变的工况、感知与执行层不能支撑决策层的信息需求和决策指令的可靠执行。针对上述挑战问题,采用基于仿真的数字孪生建模方法,提出了综采工作面数字孪生系统架构。综采工作面数字孪生系统虚拟实体包括机理模型和行为模型,利用综采装备机理模型可获得综采装备物理系统的不可测数据,行为模型可为综采工作面智能控制系统提供反映物理装备运行状态的全息信息,解决决策层数据信息匮乏问题;综采装备机理模型与其控制系统组合的离线运行模式形成综采工作面硬件在环仿真系统,为基于工艺规则的智能控制算法提供测试平台;综采装备机理模型、行为模...     

综采工作面采煤机定位技术研究现状及展望

通过介绍国内外综采工作面采煤机定位技术发展现状,分析了采煤机常规定位技术、采煤机捷联惯导定位技术、采煤机捷联惯导定位误差补偿技术、基于捷联惯导和其他方法的采煤机组合定位技术的特点,指出研究捷联惯导的定位解算策略、探寻无线传感器网络与捷联惯导的紧耦合融合策略、研究复杂振动及多径效应下采煤机空间定位技术是采煤机定位技术的发展趋势。     

综采工作面刮板输送机的自动化、智能化控制技术

从综采工作面刮板输送机的电动机软启动控制和机电设备工况监测两个方面,综述了刮板输送机的自动化、智能化控制技术,指出综采工作面刮板输送机的自动化、智能化必将推动刮板输送机无人值守的实现,进而推动采煤机、液压支架和刮板输送机联动作业的、无人的和全自动工作面的实现。     

自动化综采工作面概念探讨

介绍了国内自动化综采工作面的技术现状,并将综采工作面的设备分为生产设备、辅助设备、测控系统;针对目前业内工作面名称混乱的情况,认为"自动化综采工作面"的命名比较恰当;提出了自动化综采工作面技术可划分为综采工作面局部自动化、综采工作面半自动化、综采工作面全自动化、综采工作面智能自动化4个等级并给出了具体特征;介绍了自动化综采工作面的发展途径,指出把自动化综采工作面看成是一台可以自动行走、自动割煤、自动支护、自动装煤、自动运煤的大型机器更符合实用要求。     

综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想

综采工作面的无人化和少人化是解决煤矿安全的核心课题。文章指出应从综采系统的整体角度来思考自动化采煤问题,并将综采工作面的设备分为生产设备、辅助设备、工作面控制中心,指出了各种设备的控制要求;重点阐述了工作面控制中心的组成及各组成部分应具备的主要功能;介绍了综采无人工作面的组成,给出了综采无人工作面的系统架构及特点;最后认为综采无人工作面可实现四级监控、三级控制的预期效果。     

自动化大采高综放工作面关键技术探讨

介绍了液压支架自动控制、跟机自动化、放煤自动化、远程控制、照明及低照度摄像等自动化大采高综放工作面关键技术;分析了特定煤层条件下自动化大采高综放开采的适应性,认为自动化大采高综放工作面不仅可以实现采放平行作业,而且可实现年产1 500万t;介绍了自动化大采高综放开采技术存在的问题,指出未来的自动化大采高综放工作面将朝着高可靠性、智能型、减少人工干预的方向发展。     

长壁综采工作面采煤机定位定姿技术研究

分析了现有的采煤机支架传感定位技术、轨道里程计定位技术、自主定位技术的研究现状及其存在的问题;提出了以采区绝对坐标为参考坐标,采煤机在开采煤层内绝对定位的研究内容;探讨了采煤机定位技术在长壁综采工作面自动化中的作用。     

基于特征和弹性网格模型的快速人脸建模

为解决特定人脸的建模问题提供了一个简单而行之有效的方法。给定特定人脸的正面侧面照片,以及内嵌具有人脸特征信息的弹性人脸网格模型,采用基于小波分析的方法进行人脸特征识别,基于特定人脸的特征线相对于一般人脸模型上的特征线的位移,根据弹性系数求解所有点的位移变化,适配特定人脸几何。纹理映射之后生成能以任意视线方向观察的高度真实感特定人脸。该方法能在廉价的PC平台上快速而方便地得到实现。     

煤矿物联网中智能终端的设计与实现

智能终端是在煤矿物联网技术下通过感知井下人员周围环境提高煤矿安全生产水平的具体实现。介绍了智能终端的软硬件设计,采用低功耗GS1011智能芯片为硬件核心,以μ-velosity嵌入式操作系统为软件平台,实现井下环境参数采集、双向通信并为地面上位机提供定位信息。测试结果表明,智能终端完成了对周围环境的主动感知。     

基于网络的智能辅导系统的设计与实现

介绍了基于网络的智能辅导系统的设计与实现.智能辅导就是将存在计算机中有关初中理科的显式知识和高水平教师大脑中的隐性知识转移给学生的过程.基于网络的智能辅导系统由五个子系统组成,提供网络在线实时运行模式.系统试验服务结果表明,系统提供的智能辅导能够很好地解答学生的问题,且在成功率、正确率和响应时间等方面能够满足学生要求.     

基于Candide-3模型的姿态表情人脸识别研究

针对姿态表情严重影响人脸识别准确率的问题,基于Candide-3模型的简化,提出了形状表情关键点拟合的人脸几何结构重建和基于三角网格模型的纹理映射的方法,该方法确定关键特征点,根据人脸的几何结构信息确定姿态角,提取Candide-3模型形状表情对应点,调整模型参数,进行几何结构重建;对几何结构中每个三角网格模型进行纹理影射,得到逼真的特定人脸模型.实验结果表明,该方法提高了人脸重建速度,达到减弱姿态表情对人脸识别影响的目的.     

基于VTK的矿体三维可视化研究与实现

矿体三维可视化是矿业软件研发、数字化矿山建设的基础和重要内容。结合大型矿业软件系统DiMine的开发实践,对VTK的体系结构进行了分析,在此基础上对VTK的cell类型及数据集类型进行了扩展,并设计实现了相应的类,利用VC++开发工具开发了一种新的矿体三维可视化平台。研究表明,该平台在可视化性能以及分析结果展示等方面比当前国外主要矿业软件具有更大的优越性。     

基于CNN与SVDD的掘进机智能监测系统设计

通过激光标志物的卷积神经网络（ CNN）检测,与标志物中心点的奇异值分解（ SVD）重构,实现了掘进机在巷道坐标系下的坐标估计。通过基于支撑向量数据描述（ SVDD）的陀螺仪静止状态抖动抑制,与参考系变换,实现了机身与掘进臂的姿态检测。通过基于OpenGL的图形学引擎,实现了工作面场景的实时虚拟渲染。测试结果表明：系统能够准确可靠地完成工作面场景下掘进机监测任务。