煤矿智能化理论与技术（来源：《煤炭学报》）

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煤矿智能化理论与技术（来源：《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题来源于《煤炭学报》历年智能化理论与技术论文集锦。

行业视野: 智能化
类别; 73个
关键词; 70位
专家; 16篇
论文; 37867IP
点击量; 38462次
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智慧矿山边缘云协同计算技术架构与基础保障关键技术探讨

作者(Author)：姜德义, 魏立科, 王翀, 范金洋, 任奕玮

摘要：随着工业互联网在全国各行各业落地应用，相关标准、体系和架构正在日趋完善，然而单一的云计算架构在不同领域应用中所暴露出来的问题也日益明显。在分析从数字矿山建设到智慧矿山建设进程中所采用的主流架构后，发现目前主流架构将无法满足日益增长的煤矿智能化的需求。为了科学设计智慧矿山建设的技术架构，基于煤矿五大业务域的数据特点，系统性地将煤矿领域的数据划分为两大类(边缘计算类和云计算类)，并以此为基础融合目前工业互联网领域提出的4层技术架构特点，设计了基于边缘云协同计算架构的智慧矿山技术架构体系。最后提出了保证该技术架构落地的3项解决方案:① 利用OPC UA技术提供一个具有统一性、跨层安全性和可扩展的架构来解决数据融合分析时面临的信息孤岛问题，保障了边缘计算数据和云计算数据跨层级交互能力;② 通过建设具有有界传输时延、低传输抖动和极低数据丢失率的时间敏感网络，并凭借其时间同步、数据调度、负载整形等多种优化机制，来保证时间敏感数据的实时、高效、稳定、安全传输，可以为数字孪生等未来新的智能化需求提供有效的解决方案;③ 在云端和边缘端分别部署相应的防护手段，同时在边缘侧与云端之间部署基于物理隔离技术的单向网闸等方式既保证了煤矿边缘云协同计算技术的安全防护能力又满足了煤矿智能化的实际需求。

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煤炭学报

2020年第01期

1423

1466
煤矿机器人体系及关键技术

作者(Author)：葛世荣, 胡而已, 裴文良

摘要：我国煤炭开采已从机械化、自动化正逐步向智能化迈进，煤矿智能化是涉及煤炭资源勘查、矿井建设、煤矿开采、安全保障、洗选分销等多个环节的系统工程，煤矿智能化发展需要经历自动化、信息化、互联化、智能化4个阶段，研发推广应用煤矿机器人是实现煤矿智能化、无人化的重要途径。综述了当前我国煤矿机器人领域的研究现状，科学阐明了煤矿机器人的概念和定义，详细分析了煤矿机器人研发历程和未来技术产品发展趋势。研究了煤矿机器人的分类方法，针对煤矿机器人的不同面向对象、作业区域、功能属性，构建了科学合理的煤矿机器人分类体系，从作业类型角度将煤矿机器人划分为掘进、采煤、运输、安控、救援五大类，结合目前机器人和人工智能技术领域的先进技术发展水平，按照由易到难、先零后整、各点突破、整体推进的基本原则，规划了不同种类、层次煤矿机器人的研发路径。提出了煤矿机器人研发过程中亟需突破的八大共性关键技术，包括:煤矿机器人防爆安全设计理论及方法、长续航高能量密度机器人动力技术、井下受限封闭环境下机器人自主精准定位导航技术、煤矿机器人的高可靠抗干扰通讯技术、煤矿复杂环境下机器人智能感知与险情识别技术、井下机器人群协同控制决策机制、煤矿机器人可靠性测试评估方法、煤矿机器人模块化设计方法,初步建立了我国煤矿机器人研发技术体系。

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煤炭学报

2020年第01期

2967

2307
5G技术在煤矿智能化中的应用展望

作者(Author)：王国法, 赵国瑞, 胡亚辉

摘要：煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障，当前处于煤矿智能化发展的初级阶段，仍然面临泛在感知难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时性差、融合大数据的智能决策效率低等问题,面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术(The fifth Generation Mobile Communication Technology，5G)为上述问题的解决提供了契机。本文分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术和各自的技术特征;研究了煤矿智能化应用在信息感知、多类型数据传输、实时决策控制、新技术应用和异构物联设备互联互通需求等方面的短板，以视频传输为例分析了4G技术在未来应用中的局限性，研究了井下WiFi组网的不足之处，指出了煤矿井下应用5G技术的必要性;结合5G技术优势和煤矿井下实际需求提出了基于5G技术的高精度实时定位与应用服务、虚拟交互应用、远程实时控制、远程协同运维及井下巡检和安防等煤矿井下应用场景，提出了基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控的构想，给出了井下应用5G技术的总体架构:有线光纤骨干环网加5G覆盖，分析了实施要点，指出与井下应用场景的结合才能最大程度发挥5G技术在煤矿智能化开采中的作用，简要展望了基于5G技术的物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术在煤矿智能化中的融合应用。

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煤炭学报

2020年第01期

6305

3020
智能工作面多参量精准感知与安全决策关键技术

作者(Author)：方新秋, 梁敏富, 李爽, 张磊, 严黄宝, 谢小平, 尉瑞, 吴刚, 吕嘉锟

摘要：煤矿智能化开采是我国煤炭综采技术发展的新阶段，也是煤炭工业技术革命和升级发展的需求和必然方向。围绕煤矿智能化开采技术、煤矿安全监测技术现状及发展趋势，介绍了煤矿智能化开采的技术内涵及核心三要素，指出智能感知是煤矿智能化开采的关键技术，传感监测技术是智能感知的核心。针对煤矿智能化开采感知层基础信息采集传感不全面、可靠性差、灵敏度低及安全决策技术落后等问题，基于“科学采矿”和“智能精准开采”先进理念，建立了智能工作面开采信息多参量精准感知与安全决策关键技术体系，研究了光纤光栅精准感知原理与传感特性，构建了光纤光栅-基体三层感知传递模型，揭示了光纤光栅粘贴长度范围内的应变分布规律，创建了光纤传感式煤矿开采巷道围岩安全状态信息和工作面装备姿态信息多参量信息感知体系，提出了基于光纤光栅智能感知技术的大容量、准分布传感网络拓扑结构，开发了基于大数据与云计算智能技术的多参量感知系统信息服务平台，构建了包括数据采集与感知层、数据传输层、数据处理与管理层和安全决策与控制层等4层系统架构，开展了基于光纤光栅的多参量感知与决策系统在煤矿开采中的具体工程应用，实现了现场生产状态、矿压信息、风险信息监测预报，为煤矿安全生产与管理提供决策支持。

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煤炭学报

2020年第01期

1453

1929
综采工作面多视觉全局坐标系研究

作者(Author)：刘鹏坤, 王聪, 刘帅

摘要：现阶段综采工作面分布的摄像仪较分散，且煤矿智能化应用多需大场景且高分辨率的图像，井下广角视觉相机与全景相机的引用试图恢复尽可能宽广的综采工作面视野，但是由于设备从单一测点进行图像采集，获得的图像会出现畸变，甚至图像失真，因此有必要进行多视觉全局坐标系的技术研究。介绍图像采集装置的安装设计，使其满足所采集图像有一定重叠且特征稳定，探讨该布置方式下的图像标定方法，利用最小二乘法的方式能更好的进行摄像仪模型的标定，拟合精度高且鲁棒性低。通过对工作面图像进行灰度范围压缩或拉伸，提出一种改进型直方图均衡化方法，提高了工作面低照度情况下的图像细节体现与部分强光下的抑制效果，使得井下环境的辨识度更高，优化其图片质量。通过比较目前比较成熟的特征点提取算法，最终采用Surf算法进行特征点的匹配与提取，分配特征点的主方向并完成特征点的描述子。针对该算法出现的误匹配特征点较多的情况，研究消除误匹配特征点的RANSIC算法，并通过角点检测配对的方式提高了有价值的特征点数量。最终通过坐标点坐标建立透视矩阵表达式与全局坐标系从而完成图像的拼接，采用加权平滑的方法对拼接的图像进行去裂缝处理，最终实现多视觉图片的快速有效融合。试验表明该方法可有效增强井下图像细节，去除井下图像误匹配特征点，可快速消除拼接的裂缝，并能快速准确的完成两、三幅图像的拼接融合。该方法具有误差小、效率高且拼接速度快等特点，使拼接图像满足综采工作面图像应用的层次，应用范围与前景广阔。

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煤炭学报

2019年第10期

1313

485
智慧煤矿信息逻辑模型及开采系统决策控制方法

作者(Author)：任怀伟, 王国法, 赵国瑞, 曹现刚, 杜毅博, 李帅帅

摘要：针对数字矿山向智慧矿山发展过程中信息关联层次不清晰、框架结构不完善、缺少智能决策依据及有效控制方法的问题,提出了智慧煤矿信息逻辑模型,基于本体和语义网技术建立了煤矿多源、异构关系数据的信息“实体”和虚实映射机理,提出基于知识需求模型的信息实体主动匹配与推送策略,构建基于开采行为预测推理的智慧逻辑模型进化机制,形成了层级清晰、结构明确、全面覆盖的智慧煤矿信息模型;构建了综采设备群空间位姿关系模型,提出了考虑随机误差的强耦合设备群空间坐标统一描述及各设备关联坐标系转换方法,建立了多参量融合分析和评估的开采环境—生产系统耦合关系模型,为煤矿装备位姿控制及智能决策提供支撑;给出了时变多因素影响下的开采设备群全局最优规划和分布式协同控制方法。将综采设备群全局最优规划归结为一个二次积分模型的燃料最优规划问题,提出了基于多模态控制的综采设备群全局最优推进路径规划及控制策略,可兼顾开采条件、设备能力、工艺流程及能量消耗,确保生产成本、效率的有效改善。给出了同时考虑环境干扰和传感器数据时延特性的液压支架群组分布式协同控制方法。上述基础架构和数学模型为深层次挖掘智慧煤矿海量信息之间的关联关系、解决大数据环境下开采系统的最优化协同控制、实现复杂地质条件下连续稳定开采提供了基础理论支撑,可有效推动智慧煤矿技术的发展。

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煤炭学报

2019年第09期

1989

1221
煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略

作者(Author)：周福宝, 刘春, 夏同强, 刘应科, 孙玉宁

摘要：基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则，提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程，以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数，建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型，分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束条件定量判定瓦斯抽采安全与效率;以上述模型为基础，针对钻孔抽采区域温度高于临界温度、钻孔抽采纯量低于抽采纯量下限，以及钻孔抽采浓度低于瓦斯安全浓度下限等工况条件展开理论分析和数值计算，提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略，通过协同调整不同抽采钻孔的阀门开度和抽采泵转速，有效提高了抽采瓦斯体积分数、效能比和抽采纯流量，并提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略。最后，设计了由数据感知模块、通信传输模块、数据处理与决策模块、控制模块等部分组成的瓦斯智能抽采系统，开发了基于物联网的智能调节阀门，阀门的感知模块包括温度传感器、瓦斯浓度传感器和气压传感器等，通讯模块将数据上传至云存储端，通过电脑网页和手机客户端实现监测与控制;发明了采用高分子减阻剂提高水环真空泵效率的技术方法，以高分子减阻溶液作为水环真空泵的工作介质，有效降低了液环的湍流损失和流体与泵体过流部件的摩擦损失，并开发了地面全封闭式和井下直注式2种瓦斯抽采泵节能系统，该项技术在山西潞安集团余吾煤业成功应用，节电率和节水率分别达到22.5%和66.7%，为瓦斯智能高效抽采提供了借鉴。

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煤炭学报

2019年第08期

1389

778
煤炭智能精准开采工作面地质模型梯级构建及其关键技术

作者(Author)：程建远, 朱梦博, 王云宏, 岳辉, 崔伟雄

摘要：随着国家大力推进工业化与信息化融合，煤炭智能精准开采已经成为行业大趋势，众多煤炭企业和科研院所开展了一系列试验研究和工业示范工程。然而，地质条件的适应性不足已经成为制约煤炭智能精准开采的技术瓶颈，迫切需要构建高精度、透明化的工作面三维地质模型。以黄陵煤矿某智能化工作面为例，分析了智能精准开采对地质透明化的时空需求，一方面要确保工作面前方未采区域一定范围内地质条件的“透明化”，另一方面要在采煤机完成一次截割的时间内完成透明化工作面三维地质模型的动态更新。统筹分析工作面地质探测技术现状和智能开采的集控水平，提出了构建透明工作面三维地质模型的总体思路:按照不同的地质、采掘阶段，将回采工作面地质模型分为4个层级，即黑箱模型、灰箱模型、白箱模型和透明模型。在工作面设计阶段，基于地面钻探与采区三维地震资料，可以构建工作面的“黑箱模型”，其精度处于“十米级”;在工作面掘进阶段，开展三维地震资料地质动态解释，可以构建工作面的“灰箱模型”，其精度处于“十米级~米级”;在工作面采前阶段，综合利用槽波、坑透等工作面地质勘探技术，可以构建工作面的“白箱模型”，其精度能够达到“米级~亚米级”;在工作面回采阶段，动态融入回采揭露的地质信息，并进行随采地震动态监测，可以构建起工作面前方50 m的工作面“透明模型”，其精度达到“亚米级”。为此，亟需研发一批关键技术与装备，主要包括三维地震资料地质动态解释技术、煤矿井下孔中物探技术与装备、回采工作面随采地震监测技术、工作面监测数据地质信息提取和多源异构地质信息动态融合技术等，逐级构建智能开采工作面的地质模型，渐次实现工作面的三维地质透明化，为煤炭智能精准开采提供地质保障。

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煤炭学报

2019年第08期

1980

1276