煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想,阐述了煤矿智能化的定义和总体要求,明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿,分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系,提出了我国煤矿智能化建设原则和阶段目标。进行了煤矿智能化顶层设计,提出了统筹规划煤矿智能化发展模式、科学设计智慧煤矿总体架构、建设100个智能化示范煤矿的发展思路。探讨了井工煤矿精准地质探测与4D-GIS系统、智能化开拓规划与工作面设计、智能化巷道快速掘进成套技术、智能化综采工作面成套技术、智能化主/辅运输技术、危险源智能感知与预警技术、智能化洗选系统、智能化综合保障技术、矿井物联网综合管控系统和操作平台等主要环节的发展路线。阐述了露天煤矿智能化发展方向,提出了建设露天煤矿信息化系统、开发露天煤矿智能化连续开采技术、建立露天煤矿空-天-地一体化安全预警系统、推进露天煤矿生态环境协调绿色发展的理念。大力发展煤机装备智能制造,提高煤机装备的可靠性与适应性,促进煤炭资源开发的机器人化替代,为煤矿智能化发展提供智能装备保障。提出了加大煤矿智能化发展政策支持、设立煤矿智能化标准体系建设专项、建立国家级煤矿智能化技术创新研发实验平台等政策建议。     

德国工业4.0与中国煤机装备智能制造的发展

综述了工业革命发展背景和世界主要国家智能制造发展战略,指出以信息物理融合系统为核心的技术创新推动了全球制造产业变革。随着人口红利消失,知识红利凸显,制造业转型升级成为大势所趋。阐述了智能制造内涵、特征、智能制造关键技术与其核心内容。智能制造的基本属性是实现对于信息的深度自感知,实现精准控制的自执行,并在此基础上实现智能优化自决策。智能制造以数据为核心,以实现万物互联为特征,其关键技术包括人工智能技术、工业机器人技术、大数据技术、云计算技术、物联网技术以及整体的信息化系统。通过分析德国工业4.0、布局与发展现状,指出德国工业4.0的战略举措是将传统工业与信息化进行深度融合,将不同行业进行跨界合作,将创新科技与产业相结合,实现经济产业红海与蓝海的对接。之后分析了我国煤机装备智能制造的发展现状,介绍了智能焊接、柔性数字化车间等我国煤机装备智能制造关键技术的重要进展。在分析我国煤机装备制造业特点的基础上,指出了发展煤机智能制造的关键任务包括:产品与数据的标准化模块化;建设智能制造系统和工艺创新;建设智能制造信息化系统和基础网络活动;推进管理精益化及服务产业化;打造智能制造人才培养体系。最后提出了我国煤机装备制造业企业转型升级实现数字化,网络化智能化,发展智能制造的策略和路径。     

我国煤矿运输机器人发展趋势及关键技术

煤矿运输机器人是煤矿机器人体系的重要组成部分,可完成煤炭、煤机装备和人员的运输任务,对构建采矿智能运输系统和实现煤矿无人化开采有较强现实意义。为了系统性阐述煤矿运输机器人的未来发展趋势和关键技术,从煤矿主运输、辅助运输和露天运输3个方面综述了我国煤矿运输装备智能化发展的研究历程和产品应用现状;针对国家煤矿安全监察局提出的《煤矿机器人重点研发目录》中运输类机器人的功能要求,基于文件中初步定义的11种运输机器人,从机器人学角度采用归纳分析法提出了3类煤矿运输机器人体系:机械臂主导类机器人、清理服务机器人、自动驾驶系统与无人车,以安全为第一要素从煤矿机器人特殊性角度提出了一种通用安全目标:包括机器人主动安全系统和联动安全系统,以上述4个方面为主线全面地分析了煤矿运输机器人的未来发展趋势;最后,绕过煤矿机器人专用技术,围绕3类运输机器人共性研究,提出了几种与之相适应的关键技术:实时目标检测技术,煤矿环境定位导航与避障技术,路径规划与轨迹跟踪控制技术,汽车线控驱动技术,有人/无人系统协同技术,详细分析了各项技术在不同煤矿运输机器人中的应用,指出煤矿运输机器人的发展目标是形成"采矿智能运输系统有人,运输机器人平台无人"的人机共融状态。     

煤机装备智能制造发展路径与关键技术研究

分析了宁夏煤机装备智能制造的发展现状和存在的问题,提出了适应宁夏自治区高质量发展的煤机装备智能制造发展趋势。阐述了宁夏煤机装备智能制造未来发展的战略思想、发展原则,从3个方面提出宁夏煤机装备智能制造的技术路径。最后提出了初步建议,以实现宁夏煤机装备制造业转型升级,形成布局合理、特色突出的煤机产业新格局,打造成我国重要的现代煤机装备制造业基地。     

煤矿机器人技术新进展及新方向

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必经之路,煤矿机器人研发应用推动煤矿智能化迈向高水平,同时智能化的全面建设和发展又给机器人的大面积推广应用提供了广阔的工业应用场景。本文研究提出了完整的煤矿机器人技术体系框架,精确定义了煤矿机器人的技术底座和产品外沿,广义煤矿机器人包括单体机器人、机器人化装备、机器人集群和无人化系统等。科学阐明了煤矿机器人研发的共性关键技术支撑,提出了通过与5G、工业互联网、大数据、人工智能、数字孪生等新技术交叉融合,大幅提升煤矿机器人的自主化和智能化应用水平,通过建立科学完备的煤矿机器人行业标准规范体系,实现各类机器人的定制化研发和标准化生产。具体分析了煤矿机器人的防爆设计、机械系统创新、动力驱动、智能传感、定位导航、井下通信等共性关键技术研究进展,综述了当前我国各类煤矿机器人的研发应用现状。提出了未来煤矿机器人研发的新方向：研发变胞机器人,通过机构创新,提高井下地形适应能力;推广机器人化采掘系统,提升采矿装备的整体智能化水平和开采作业效率;发展人机环共融机器人,提高煤矿机器人自主化和协作水平;加快全矿井机器人系统数字孪生,提高煤矿机器人常态化运行水平。     

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。     

煤矿开采光纤光栅智能感知与安全决策关键技术研究

智能化开采是煤炭工业高质量发展的必由之路。为加快智能化煤矿建设,针对智能化开采初级阶段存在的煤矿开采环境与装备姿态信息感知不全面、多维感知信息精度低、多源异构数据融合弱、安全决策滞后等关键技术难题,笔者及团队经过多年的理论研究与现场应用,提出煤矿开采环境与装备姿态高精度光纤光栅感知理论,以解决多参量感知不准确、可靠性低的瓶颈问题,为高可靠矿用光纤光栅传感设备的研发提供了理论基础;开发了煤矿开采多维感知的光纤光栅传感技术与成套设备,解决了煤矿开采环境与装备姿态感知不全面、传感设备难组网等难题,为煤矿开采多参量感知的实践提供设备支撑;构建煤矿开采环境与装备姿态信息融合的安全决策平台,创新性地建立了煤矿开采“智能感知-动态响应-前兆预警-安全决策”关键技术体系。通过在40余座煤矿的实际应用表明,上述研究成果促进了煤矿开采的科技进步和产业升级发展,可有效解决煤矿智能化开采安全预警与融合决策的关键技术难题。     

中国煤矿机械装备发展现状和"十二五"展望

回顾了"十一五"期间中国煤矿装备制造发展取得的成绩和面临的问题.认为煤矿机械装备业"十二五"面临新的发展机遇;煤矿装备向安全生产、科学技术自动化、智能化、信息化发展,并呈现煤机产业集聚化、产品成套化的竞争态势.     

煤矿掘进机的机器人化研究现状与发展

基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求,综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术3条掘进作业线的国内外发展现状,依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划,从感知、决策、执行3个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征,感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知,决策层分析和求解作业任务,并融合感知层传输的环境信息,制定规划出最适合的控制策略,执行层接收决策层的指令,对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载输送机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组,结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状,提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备,实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术,最终达...     

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。     

张家峁智能化煤矿巨系统关键技术研发与应用

为进一步加强传统采矿工程与新一代信息技术的不断深入融合发展，构建安全、智能、绿色、高效的煤矿，以张家峁煤矿为例介绍了智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设。以智慧煤矿总体规划及综合管理操作平台设计、智能化无人生产系统、智能化巷道掘进系统、环境感知及辅助系统、智能场区建设等为主线，进行张家峁智慧煤矿巨系统的建设。通过对煤矿5G移动通信技术，透明矿山三维管控平台关键技术，煤矿生产危险源分析预测技术，矿山采掘接续一张图集成技术，智能化无人工作面协同控制技术，环境感知及一通三防智能化技术等关键技术的应用解决了信息孤岛，提升了智能化采掘能力，提高了数据驱动决策，实现了矿区全域多源数据深度融合，生产效能、安全态势与业务流程协同优化的多维场景平衡综合分析决策，形成矿区智能化管理、高效协同运行新体系。     

我国综合机械化开采50年发展历程与展望

分析了我国综合机械化的发展历程,总结了在机械化开采方面从引进、消化、吸收再到发展创新的成功经验,认为:(1)我国煤矿机械化开采历经50 a发展,大体可分为3个阶段,即探索阶段(20世纪70—80年代)、大发展阶段(20世纪90年代)和全面突破阶段(21世纪初至今);(2)在工作面煤机装备发展理念方面,20世纪80,90年代总体是突出经济实用型,21世纪初至"十二五"末期,煤机装备突出重型化和高可靠性,以达到装备效益的最大化,"十三五"至今,煤机装备向智能化、无人化方向发展,以实现工作面设备集群的智能感知和协同控制;(3)采煤方法与工艺依然是煤矿机械化发展的基础,任何采煤方法或工艺的变革都会促进煤机装备产业的升级换代,甚至脱胎换骨的进步,而煤机装备是采煤方法与工艺的载体,因此采煤方法与工艺研究依然是煤矿开采的基础和根本;(4)尽管我国煤机装备的整体水平有了巨大提高,但在关键元部件、材料、工艺、整机可靠性方面,与国际先进国家依然存在一定的差距;(5)煤矿智能化是煤炭行业发展的必然趋势,是煤炭科技工作者的理想和努力方向,但其前提必须是装备要具有高可靠性,而且采煤工艺的可操作性与岩层控制的定量...     

煤炭机械装备国内外技术现状及发展展望

综述了30多年特别是近10年以来,我国在矿井建设、巷道掘进、综采设备、辅助运输、露天开采、煤炭洗选等方面的装备研发取得重要突破,但设备能力、可靠性、智能化和信息化等指标偏低,技术水平落后于国际同行近10年;分析了国内煤机产业发展现状及趋势;提出了国内急需攻克机械化凿井装备、巷道高效快速掘进支护技术装备、工作面装备智能化控制系统、薄煤层机械化开采装备、大功率设备软启动技术与装备、多功能低污染无轨辅助运输装备、大型露天煤矿成套装备、智能化高效分选技术装备方面的核心技术。     

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。     

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。     

煤矿智能地质保障系统研究进展与展望

煤矿地质保障系统是智能化煤矿建设和生产的重要内容，地质透明化是智能地质保障的努力方向。首先从地质勘探设备、地质建模软件、地质数据处理、智能工作面装备等多方面回顾了国内外煤矿地质信息技术发展；然后重点分析了我国智能地质保障系统的技术进展，包括隐蔽致灾地质因素探测技术、地测数据动态获取与地质灾害监测技术、多源数据融合与地质大数据技术、煤矿GIS“一张图”与地质云技术、透明化地质建模与可视化技术、地质保障智能分析技术等。在此基础上，对我国智能地质保障系统建设中的难点问题进行了分析，指出煤岩层识别、地震智能解释和点云三维重建等动态地质测量数据获取技术尚未取得突破性进展，各类地质软件在数据开放性上存在不足，数据格式不能兼容和统一，多源地测数据共享与融合处理能力有待提高，基于大数据和人工智能技术开展地质预测预报和地质隐患防控还需要深入研究。最后探讨了煤矿智能地质保障系统的发展方向，认为地球物理探测装备与基于深度学习的智能解释、全要素多尺度动态地质模型及数值模拟、隐蔽致灾因素智能分析与预测、基于地质模型的矿山动态生产规划等四大方向将在智能矿山建设中发挥重要作用。综上所述，本研究能为矿山智能化地质保障...     

综采装备单机智能化向智能协同模式转型的探索研究

为了进一步提升煤矿智能化应用技术水平,真正实现煤矿井下智能化无人开采的目标,笔者分析了国内外煤矿智能化发展现状,指出以单机设备智能化为主、智能化技术简单叠加的传统"装备+智能"模式已经不再满足煤矿智能化高质量发展需求,针对未来煤矿智能化发展建设的新需求,提出了"智能化+装备"模式(智能协同模式),并定义了该模式下智能感知、智能识别、智能预警、智能决策、智能诊断、智能语音、智能控制(包括数字化割煤)等智能化功能,提出以装备作为智能化功能载体,探索研究"智能化+装备"模式下如何实现各项智能化功能相互关联、达到各系统协调、统一管控,实现工作面各设备的智能协同及融合控制功能,打造以流程智能为目标的智能化开采新模式。研究结果表明"智能化+装备"智能协同模式是未来综采智能无人化开采的技术保障,对于煤矿智能化建设发展方向具有重要指导意义。     

煤矿智能掘进装备发展现状与关键技术探讨

智能掘进是煤矿智能化建设的关键组成部分，也是缓解我国煤炭采掘突出问题的重要手段。根据国内外智能掘进研究现状，梳理了影响和制约智能掘进发展面临的主要问题，详细阐述了智能快速掘进装备中智能截割技术、智能导航技术、地图构建技术、远程可视化控制4项关键技术，并对其要点进行了详细介绍。认为，智能掘进整体技术水平还处于初级阶段，智能化程度相对较低，智能掘进成套装备的适应性和可靠性还需检验，需要创新科研组织模式，开展共性关键技术的联合攻关。     

煤矿智能安控技术体系与高质量发展对策

概述了我国煤炭生产安全保障技术发展成效，总结了目前煤矿生产安全及灾害防治面临的挑战，对煤矿灾害智能化防治发展需求进行了分析。详细介绍了AI视频监测、智能高精度传感及瓦斯、顶板、水灾智能防治等支撑灾害超前治理和源头管控的煤矿智能安控关键技术。阐述了基于现代能源与矿业治理体系的煤炭产业治理与安全保障体系标准建设思路与规划，并进一步提出终端类、平台应用类、信息传输类和公共类四大类建设内容。分别从建设理念、数字化生态、技术装备、产业链及生态环保等方面剖析了煤矿智能化发展过程中存在的问题并提出对策，助力煤矿智能化建设实现高质量发展。     

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...