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。

国家自然科学基金（61973305）；国家自然科学基金联合基金重点项目（U1610251）；

1 煤矿数字孪生智采工作面系统架构
1.1 系统参考框架
1.2 煤矿数字孪生智采工作面系统演化层级划分
(1) 虚拟模型阶段。
(2) 基础数字孪生阶段：
(3) 自适应数字孪生阶段：
2 煤矿数字孪生智采工作面系统构建
2.1 煤矿数字孪生智采工作面感知模型
2.1.1 采煤机感知模型
2.1.2 刮板输送机感知模型
2.1.3 破碎机感知模型
2.1.4 转载机感知模型
2.1.5 乳化液泵站感知模型
2.1.6 液压支架感知模型
2.1.7 带式输送机感知模型
2.1.8 工作面环境感知模型
2.2 智能采煤工作面数字孪生协同约束关系
2.2.1 采煤机协同约束关系
2.2.2 液压支架协同约束关系
2.2.3 煤流运输协同约束关系
2.2.4 工作面环境与设备协同约束关系
3 煤矿数字孪生智采工作面系统应用方案
(1) 空间大数据平台。
(2) 物联网大数据平台。
(3) 数字孪生数据平台。
(4) 可视化开发平台。
(5) 数字孪生系统应用。
4 结 语

苗丙,葛世荣,郭一楠,周家忻,蒋二松.煤矿数字孪生智采工作面系统构建[J].矿业科学学报,2022,7(02):143-153.DOI:10.19606/j.cnki.jmst.2022.02.001.