基于TGIS的数字孪生智能综采工作面研究

为了在煤矿智能化综采工作面远程控制过程中实时、准确、直观地掌握工作面信息，消除监控死角，提出了基于时态地理信息系统(TGIS)的数字孪生智能综采工作面构建方法，实现与真实工作面之间的工作仿真、分析预测和实时交互。阐述了基于TGIS的数字孪生智能综采工作面构建技术体系，从数化、互动、先知、先决和共智5个方面说明了基于TGIS的数字孪生智能综采工作面成熟度模型的生长发育过程，并简要介绍了数字孪生智能综采工作面的建设路线，以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司金凤煤矿数字孪生智能综采工作面为例介绍了数字孪生智能综采工作面的构建方法，对智能工作面、透明化工作面建设具有积极意义。     

基于地质大数据工作面智能精准开采关键技术研究

针对当前综采工作面智能化开采系统存在自主适应工作面地质变化条件能力差、无法根据工作面生产条件变化实现精准调控生产工序过程等问题,设计一种基于工作面地质与环境的精准控制模型的综放工作面智能化开采系统,并对其系统架构和关键技术进行阐述和研究分析,该系统能够利用大数据智能分析决策平台实现工作面“三机一架”设备的姿态感知、协同作业及精准控制,最终实现综采工作面智能化安全高效开采的目的。通过在耿村煤矿13200综放工作面得成功应用,结果表明,该智能化开采系统给矿井带来巨大的经济效益和社会效益,同时为综放工作面智能化开采系统的建立提供了技术思路,具有极大的推广应用价值。     

大倾角放顶煤智能化工作面建设方案与分析

以煤矿智能化建设和鹤壁矿区煤层赋存特点为工程背景,介绍了鹤煤公司煤矿智能化建设现状、规划及目标,提出了大倾角放顶煤智能化工作面建设实施方案,设计了综放智能化工作面设备配置、综放工作面智能化控制系统、液压支架电液控制系统、工作面视频系统、巷道集控中心、工作面原煤破碎运输集中控制系统、乳化液保障系统和地面监控中心8个方面的...     

基于数字孪生的智能化工作面三维监测技术研究

针对智能化工作面设备运行数据监控、视频监控存在的不足,结合智能化工作面成套设备状态实时监控需求,提出了一种基于数字孪生技术的多元信息驱动智能化工作面三维可视化监控方法。分析了当前煤矿工作面设备监控、视频监测以及三维可视化等存在的问题,系统阐述了将数字孪生技术应用于智能化生产过程监控的可行性、设计思路、技术路线与关键技术。对工作面煤机设备传感器配套、数字孪生三维监测系统架构、设备精准建模、工作面数字孪生体搭建、模型数据驱动算法、实时数据采集、运行数据管理分析、人机交互界面设计等进行了详细介绍。基于鄂尔多斯中煤某矿大采高智能化工作面,开发了一套工作面数字孪生三维监测系统,内嵌了三维展示、数据监控与开采工艺仿真功能模块,集成了设备传感器数据、生产运行控制数据、历史数据、人员定位数据以及相关的派生数据等,实现对工作面成套设备的实时三维动态监测、数据和模型三维融合展示、设备异常状态诊断预警、工况和生产数据分析管理以及自动化开采工艺虚拟仿真等。实践应用证明,该系统能够直观再现和精准描述设备状态,对工作面设备运行数据和生产数据提供系统性管理,提高了监测的效果。     

厚煤层综放工作面智能化协同控制方案设计与应用

针对厚煤层综放工作面智能化控制系统整体协调运行适应能力差问题,结合综放工作面生产工艺将智能化控制子系统进行融合,设计了一套综放工作面智能化协同控制方案,分析阐述了综放工作面各智能化子系统的构成、功能及不同设备之间的协同关系。在布尔台煤矿42204综放工作面进行应用,结果表明,该方案能够实现工作面各设备及生产工序的智能化协同作业,极大提高设备故障诊断效率,实现工作面高效开采,为类似条件下综放工作面智能化开采技术应用提供了技术思路,具有较高的推广应用价值。     

基于数字孪生的综掘巷道并行工艺技术初步研究

综掘巷道现今的"串行"工艺流程中,机械智能化程度较低、采掘比例严重失衡,已成为制约煤矿高效生产的主要技术瓶颈。为此,首先基于一体化式掘锚机组自动化掘进方式与自移式支护相结合的工艺理念,提出了一种综掘巷道掘支锚联合并行施工工艺技术系统,并阐明了其工艺原理,归纳了并行施工工艺技术在工程效益方面的主要优势。然后基于综掘巷道并行工艺技术装备的机器人化升级改造目标,构建了数字孪生理论指导下的综掘巷道并行施工技术流程与工艺体系,并对并行工艺技术装备的智能化发展进行初步探讨,论述了以掘进机器人远程可视化导控、临时支护机器人可靠性撑顶、钻锚机器人多工位锚护为基础功能的综掘巷道智能并行作业模式。在数字孪生技术驱动的综掘巷道并行施工技术系统中,利用多源传感信息链接与互译实现了并行工艺技术装备物理实体与"虚拟数字孪生体"之间的交互感知,并通过远程可视化智能调控系统完成了掘进机的自主纠偏、障碍物感知以及自动截割等智能化革新。最后分别从真实物理拓扑关系、数据传输处理方法、智能决策控制算法和预测性维护机制4个角度进行了数字孪生理论指导下智能化综掘工作面的关键技术发展分析,对智慧煤矿与智能化开采目标展开了基础性探索...     

煤矿数字孪生智采工作面系统构建

为实现煤矿井下采煤工作面的全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测和协同控制,本文构建了数字孪生智采工作面系统的整体框架。首先,将数字孪生智采工作面系统划分为3个层次,并给出各层次的功能及特征;其次,分别构建了数字孪生智采工作面系统中采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、带式输送机、液压支架、乳化液泵站及工作面环境的数据感知模型,并深入剖析采煤机、液压支架、煤流运输系统及设备与环境之间的协同约束关系;最后,给出数字孪生智采工作面系统的整体应用体系结构。基于该数字孪生智采工作面系统,可以实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互、数字孪生体的智能感知与协同控制,为提升采煤工作面智能化水平提供实现依据。     

高瓦斯综放工作面智能放煤关键技术研究与应用

目前高瓦斯综放工作面的智能化放煤面临着许多难题，主要包括煤矸识别精度较差、煤流与瓦斯浓度的控制不够全面、跟机工艺设计研发繁琐、控制系统响应较慢。为解决这些问题，研发了基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统，包括5G网络、云端服务器、边缘处理器、终端执行设备等，系统具有较高的数据传输速度、控制响应速度和数据处理能力，在对综放开采放煤工艺参数和智能放煤工艺流程分析的基础上，详细阐述了煤矸识别技术、大块煤识别与煤流负荷平衡技术、瓦斯安全联动控制技术、跟机放煤数字孪生技术四大智能放煤关键技术。在保德煤矿81309综放工作面进行应用试验，采用智能综放技术后，顶煤采出率由86%上升到93%，煤炭含矸率由21%下降到15%，总的生产效率提高了10%，放煤作业人员由原来的3～4人减少为1～2人。开发的基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统及其关键技术也可以推广到其他综放工作面，对煤矿减人增效和安全高效开采具有重要价值。     

矿山数字孪生构建方法与演化机理

新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合,为智能矿山技术发展提供关键技术支撑,将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术,是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合,数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题,对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论,提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型,据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程,研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制,探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例,通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制,验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析,实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式,为矿山数字孪生技术应...     

数字孪生智采工作面技术架构研究

为了进一步提高煤矿井下智能化采煤工作面系统自主运行和人机交互能力,达到真正的无人化开采境界,提出数字孪生智采工作面系统(Digital Twin Smart Mining Workface)的概念、架构及构建方法,融合应用5G通信技术、物联网技术和仿生智能技术,从而搭建一个智采工作面的数字孪生远程操作平台。首次定义数字孪生智采工作面是一个数据可视化、人机强交互、工艺自优化的高逼真采煤工作面三维镜像场景,它由物理工作面、数字工作面和数据信息3个部分组成。介绍了DTSMW系统涉及的物理工作面、虚拟工作面、孪生数据、信息交互、模型驱动、边缘计算、沉浸式体验、云端服务、信息物理系统、智能终端等10项关键技术。新的DTSMW系统具有开采过程仿真、优化和监控功能,可以实现开采工艺数字孪生、开采过程数字孪生、设备性能数字孪生、生产管理数字孪生和生产安控数字孪生。研究了智采工作面的仿生智能特性,阐述了物理模块(躯干)、信息模块(大脑)、通信模块(神经)、控制模块(脑肌)、孪生模块(映像)的基本功能特征,特别描述了采煤机、液压支架和刮板输送机的仿生智能要素。针对DTSMW系统数据的高度依赖性,首次将智采...     

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了：(1)采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;(2)三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;(3)综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;(4)为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。     

特厚坚硬煤层超大采高综放首采工作面智能化技术

基于榆神矿区浅埋深、煤层特厚坚硬的赋存条件,针对超大采高综放开采首采工作面智能化开采所面临的难题,提出相应的解决对策,提高工作面自动化、智能化程度,减少工作面人员数量和劳动强度。讨论了超大采高综放工作面液压支架结构形式对智能化开采、支架-围岩"小结构"支护系统稳定性和顶煤冒放性的影响,认为两柱掩护式液压支架、整体式二级护帮板结构更适合超大采高综放工作面。针对顶煤冒放成拱问题,分析顶煤成拱形态和破拱措施,提出尾梁"小拱小摆、大拱大摆"的智能化摆动策略,提高顶煤冒放性和放煤效率。针对现阶段超大采高综放开采首采工作面顶煤冒放运移规律掌握不足、煤矸识别技术尚不成熟的情况,阐释了煤岩分界模糊段概念,将待放出顶煤分为纯煤段和煤矸分界模糊段,并提出纯煤段采用无需人工干预的智能化记忆放煤,煤矸分界模糊段采用人工干预反馈式放煤,在减少人员劳动量的同时保证顶煤采出率和降低含矸率。建立在线灰分检测智能评价和人工现场及时评价相结合的放煤效果综合评价系统,通过放煤键盘和反馈评价器及时、精准地控制放煤过程并给予反馈评价。针对采放不协调问题,提出和分析分区段成组放煤措施,提升放煤效率,促进采放协调。超大采高综放首采工作面智能化技术研究可为相似条件综放工作面提供参考和借鉴。     

煤矿防突信息管理数字孪生平台功能及应用

数字孪生作为链接物理世界和信息世界的新一代信息技术,已在多个行业获得应用。为提升煤矿防突管理和数据应用水平,依托大数据分析和数字孪生技术,构建煤矿防突信息管理数字孪生平台,平台包括信息感知、信息传输、数据中台、业务中台和业务应用5个功能模块。系统整体采用模块化设计,通过系统融合、大数据存储、大数据分析和数字孪生应用4大模块相互支持调用实现系统全部功能。基于系统感知的矿井关键数据,构建了煤层赋存、抽采巷道、抽采钻孔、抽采装备等静态要素和三维精准空白带大数据分析等动态要素的数字孪生体,通过数字孪生交互,实现对防突过程的精细化、智能化、透明化管理。     

千万吨级综放工作面设备配套及自动控制系统研究

为解决特厚煤层综放开采自动化程度低,劳动强度大问题,研究了千万吨级综放工作面设备配套及自动控制系统。针对同煤集团同忻矿8103工作面,研究了综放工作面液压支架、采煤机、输送系统的选型,研究了综放工作面支架电液控制系统、采煤机控制系统、视频监控系统、刮板输送机控制系统、工作面集成供液系统等主要自动控制子系统的设计方案,研究成果表明,能够为建设同类千万吨级综放工作面提供借鉴经验。     

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。     

老公营子煤矿综放工作面智能设备总体设计

内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司拟在老公营子煤矿开展30 m厚煤层分层综放智能化开采关键技术和装备的研究，建成1个智能化少人示范工作面，全面提升煤矿智能化水平，改善工人作业环境。通过研究综放开采关键技术，集成综放工作面智能化装备，开发采-支-放-运自主协调控制技术，实现工作面安全高效开采。     

复杂条件下智能化综放开采应用分析

为贯彻落实国家能源发展战略和煤炭行业政策,加快智能化煤矿建设步伐,推动煤炭产业升级发展,在鹤煤三矿4101综放工作面首次进行了智能化开采试验。主要对复杂条件下智能化综放开采实施过程中的难点进行了分析,探讨了解决思路和研究方向。     

豹子沟煤业5G无线通信系统的应用研究

针对煤矿开采的智能化建设中开采工作面与地面集控中心的数据传输存在速率不高及高时延的问题,以豹子沟煤业公司为对象,进行了5G无线通信系统项目的建设与应用研究。该矿井下10107智能化综放工作面成功实现了5G网络全覆盖,有效解决了智能化工作面再升级的网络时延问题,工作面采煤放煤工效得到了进一步提升。     

大同千万吨矿井群特厚煤层高效综放开采技术创新与实践

综述大同矿区千万吨矿井群特厚煤层高效综放智能开采技术创新概况。首先研发了适用于塔山煤矿20 m特厚煤层大采高综放成套技术与装备,实现特厚煤层安全高效开采;其次,考虑资源利用率、环境保护、社会经济效益,实现了11个大型千万吨矿井之间的资源与设备的统一调配与管理,生产技术管理统一化、标准化;然后,在同忻煤矿进行了智能化综采放顶煤技术创新,应用智能放煤决策系统、智能放煤控制系统、采放运一体化协同控制三项关键技术,通过千兆工业环网、工作面通信、视频、集成控制系统,形成了综放面成套智能化开采系统,再结合灾害防治、污染监测、数字化矿山以及节能减排技术,最终形成千万吨级综放工作面智能控制关键技术体系;最后,提出同煤集团智能化综放开采发展方向。     

千万吨综放工作面设备智能化升级与选型配套

为了实现现有千万吨综放工作面的智能化升级,提高工作面生产效率,降低操作人员劳动强度,通过对综放工作面设备进行合理选型和升级,从而实现综放工作面的智能化开采和效率提升,现场应用后综采工作面年生产能力达到1 500万t,每班操作人员数量由18人降低至5人,技术经济效果显著。