“王国法院士学术思想”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“王国法院士学术思想”专题

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王国法，1960年8月1日出生于山东省文登县，男，山东文登人，煤炭开采技术与装备专家。中共党员，1982年1月毕业于山东工学院(现山东大学)机械系，1985年东北工学院(现东北大学)硕士研究生毕业，现任中国煤炭科工集团(煤炭科学研究总院)首席科学家。

长期从事煤炭高效综采理论、技术与装备体系的研究。20世纪80年代中期，开始参与了我国煤炭综采技术和装备引进、消化、国产化研制和试验的全过程。90年代初，主持创新研发了新型高效低位放顶煤液压支架和系列高效综采关键技术装备;首次提出了液压支架与围岩“强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合”的“三耦合”原理和设计方法;主持设计研发了世界最大采高的8.2m超大采高综采和20m特厚煤层综放、世界最小采高的0.6~1.3m薄煤层智能化综采和最大倾角的55°大倾角综采等系列技术与装备;主持的黄陵一矿智能化开采总体设计项目，首次实现常态化工作面有人巡视、无人操作的智能化采煤，获得中国工业大奖;主持建立了我国综采和液压支架技术标准体系，实现成套技术完全国产化，研发的产品出口到世界主要产煤国家，主要技术指标达到国际领先水平。主持和参与完成了各类国家研发项目和省部级研发项目60余项，其中获国家科技进步一等奖1项、二等奖4项和三等奖1项，30余项成果获省部级科技进步奖;出版专著6部，发表论文100余篇，第一发明人发明专利20余项。获得全国杰出工程师奖、孙越崎能源大奖等，2015年被评为全国劳动模范。

2017年当选中国工程院院士。

行业视野: 院士
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专家; 81篇
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煤矿智能化(初级阶段)研究与实践

作者(Author)：王国法, 刘峰, 孟祥军, 范京道, 吴群英, 任怀伟, 庞义辉, 徐亚军, 赵国瑞, 张德生, 曹现刚, 杜毅博, 张金虎, 陈洪月, 马英, 张坤

摘要：煤炭是我国能源的基石，是可以实现清洁高效利用的最经济、安全的能源，煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。系统阐述我国煤炭工业发展历程，分析煤矿综合机械化、自动化、智能化的发展过程与现状，列举了部分典型成功案例。详细阐述煤矿智能化的发展理念、特征、技术路径与阶段目标，分析煤矿智能化基础理论与关键技术研究现状，从数据采集与应用标准、装备群智能协同控制、健康状态诊断与维护等方面，分析了实现煤矿智能化开采需要解决的3个关键基础理论难题。从感知层、传输层、平台层和应用层等方面，分析了智能化煤矿的主体系统架构，研究了煤矿智能化建设的主要技术路径。针对不同煤层赋存条件工作面智能化开采的技术要求，提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种开采模式，研究了不同开采模式的核心关键技术与实施效果。介绍了我国煤矿掘进技术与装备发展现状，分析了制约巷道实现快速掘进的关键难题，提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径。提出了我国煤矿智能化发展的基本原则，分析不同地域条件煤矿智能化发展模式及评价标准，提出新建矿井智能化建设路径，以及现有生产矿井进行智能化改造的主要任务，从法规体系、财税政策、人才培养等方面提出了保障煤矿智能化建设顺利实施的政策建议。

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煤炭科学技术

2019年第08期

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特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

作者(Author)：许永祥, 王国法, 李明忠, 张金虎, 韩会军

摘要：针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题，探讨了机采割煤高度6.0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性，分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系，在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上，提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度，阐释了支架-围岩支护系统“小结构”初次耦合主动支撑和“大结构”二次耦合被动承载概念和理论，分析了围岩“大、小结构”耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响，指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足“小结构”支护系统适应“大结构”周期性破断失稳形成的强动载矿压外，还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响，通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出，提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法，分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理，讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响，研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响，以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用，提出了强力放煤机构结构改进和优化策略，并对破煤机理和效果进行探讨，以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。

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煤炭学报

2019年第06期

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智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术

作者(Author)：庞义辉, 王国法, 任怀伟

摘要：针对煤矿建设过程中存在的信息孤岛、子系统割裂等问题，提出了以"自主感知与控制-信息传输系统一操作平台-井下系统平台-生产经营管控平台"为主线的智慧煤矿建设主体架构，通过底层的自主感知系统对井下的"人-机-环-管"信息进行全面感知，并对感知信息的数据格式、通信协议、存储方式等进行统一，构建了井下多源异构大数据共享平台，实现了井下各子系统之间的数据统一管理与信息共享。利用统一操作平台对井下生产系统、安全保障系统、综合保障系统进行统一管理，解决了信息孤岛、子系统割裂等问题。井下系统平台不仅为上层的生产经营管理平台提供数据支撑，而且为底层机械设备的智能操控提供决策依据，实现了井下信息感知、分析、决策、控制的智能化操控。将智慧煤矿智能生产系统细分为地质及矿井采掘运通信息动态管理平台、井下精准定位导航通信管理操作平台、智能化少人采掘系统综合管理平台，详细阐述了智能综采子系统间的组织架构与实现路径。按照井下危险源的种类对智慧煤矿智能安全保障系统进行了分类，搭建了智能安全保障系统的主体架构，分析了井下危险行为、危险区域识别系统的技术路径。基于井下采掘工程需求分析，对智慧煤矿智能综合保障系统进行了分类，构建了智能综合保障系统的主体架构，详细论述了井下设备在线诊断与远程运维系统的实施过程。从基础理论、信息感知、数据处理、高效传输、精准控制5个方面，对未来需要突破的智慧煤矿建设关键技术进行了展望。

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煤炭科学技术

2019年第03期

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德国工业4.0与中国煤机装备智能制造的发展

作者(Author)：王国法, 杜毅博

摘要：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。论文还对德国工业4.0、布局与发展现状进行介绍，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。

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煤炭科学技术

2019年第03期

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千米深井三软煤层智能开采关键技术与展望

作者(Author)：王国法, 庞义辉, 任怀伟

摘要：基于我国淮南矿区三软煤层赋存条件及综采自动化技术发展现状,分析了千米深井三软煤层综采工作面实现智能化、少人化开采的制约因素与技术瓶颈。针对三软煤层易发生煤壁片帮与顶板冒漏等问题,提出了基于多参量监测与融合分析的液压支架智能自适应控制策略;通过分析采煤机精准定位与智能调高存在的技术瓶颈,提出了基于地质信息模型和随掘随采探测动态修正的采煤机采高智能调控策略;分析了刮板输送机发生上窜、下滑等异常工况的原因,提出了基于刮板输送机三向姿态智能监测的异常工况预警与调控策略,并辅以刮板输送机推移工序进行调整;针对综采工作面超前支护区域难以实现智能化推进的难题,研发设计了单元式智能自适应超前液压支架及自动搬移装置,提高了对大变形巷道的适应性及智能化控制水平;分析了综采装备群智能协同推进控制策略,对综采工作面智能化开采技术的发展方向进行了展望。

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煤炭工程

2019年第01期

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煤矿智能化———煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

作者(Author)：王国法, 刘峰, 庞义辉, 任怀伟, 马英

摘要：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。

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煤炭学报

2019年第02期

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智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析

作者(Author)：王国法, 赵国瑞, 任怀伟

摘要：为解决煤炭开采面临的突出问题，找到煤炭开采未来发展方向和急需突破的关键核心技术，分析了国内外能源结构及煤炭的现状，指出利用科技进步实现安全高效绿色开采和清洁高效利用是煤炭的发展方向，建设智慧煤矿发展智能化开采是煤炭工业发展的必然选择。提出了智慧煤矿的内涵和3个基础理论问题及研究方向:① 数字煤矿多源异构数据的统一表达及信息动态关联关系;② 复杂围岩环境-开采系统作用机理及设备群全程路径和姿态智能控制的理论基础;③ 矿井设备群的系统健康状况预测、维护决策机制。提出了建设智慧煤矿MOS多系统综合管理、井下机器人群协同智慧和馈电管理、井下精确定位导航和5G通信管理、地质及矿井采掘运通信息动态管理、视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预、环境及危险源感知与安全预警系统管理、智能化无人工作面系统管理和全矿井设备和设施健康管理八大智能系统管理操作平台的构想，分析了各平台的功能、特征和关键核心问题，提出了相应的建设路径和方法;分析了智慧煤矿的构成和建设目标，提出了智能化开采的八大核心技术短板和亟待攻破的关键技术，提出了技术层面从数据获取利用、智能决策和装备研发3个主要方向进行突破，管理层面从科学产能布局、专业化运行服务和建立新规范规程体系等促进发展的措施，指出了智慧煤矿和智能化开采技术发展的目标和实现路径。

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煤炭学报

2019年第01期

3802

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智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向

作者(Author)：王国法, 杜毅博

摘要：指出发展智慧煤矿是我国煤炭工业发展的必由之路，我国煤炭以井工开采为主，在薄煤层、大采高、超大采高、特厚煤层综放智能化开采方面取得重要进展。提出智慧煤矿应基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务平台，面向不同业务部门实现按需服务，构建八大智慧系统，并对智慧煤矿智能系统设计建设的基本结构和原则进行分析。提出了智慧煤矿当前五大重点研发方向：①精准地质信息系统及随掘随采探测技术与装备；②智慧煤矿物联网技术与装备；③巷道智能化快速掘进技术与装备；④智能化无人开采关键技术与装备；⑤煤矿机器人技术及产品研发，对各研发方向所涉及的关键核心技术问题进行了具体分析，并提出了研发的技术路线与关键装备。指出智慧煤矿与智能化开采是一个巨系统，应遵循系统工程理论和采矿规律，开发智慧煤矿巨系统综合管理开发式操作平台，智慧煤矿巨系统操作平台核心应包括：①基于Ethernet/IP的生产过程控制数据交换标准化；②基于Web Service的信息系统跨平台交互；③煤矿大数据采集分析处理平台；④开放式多系统管理软件及操作平台。并根据智慧煤矿巨系统业务逻辑，提出建设“1+8智能操作平台”，实现各生产环节多信息融合和智能化协同生产。最后提出了智慧煤矿建设的总目标和阶段性实现目标及发展路径。

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煤炭科学技术

2019年第01期

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