《煤炭科学技术》热文精选 | 一键下载 | “煤矿智能化关键技术成果”

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《煤炭科学技术》热文精选 | 一键下载 | “煤矿智能化关键技术成果”

来源：煤炭科学技术

为赋能煤炭领域的科研工作者迅速把握研究前沿动态，《煤炭科学技术》编辑部从近3年来发表的百余篇“煤矿智能化关键技术”论文遴选出30篇具有前瞻性的论文，以飨读者。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 136个
关键词; 131位
专家; 30篇
论文; 16435IP
点击量; 30248次
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基于“云−边−端”协同的煤矿火灾智能化防控体系建设

作者(Author)：陈晓晶

摘要：针对智能矿山火灾防控子系统建设过程中数据采集及执行层不全面、边缘计算功能未体现、综合防控平台建设标准不明确等问题，对照国家及地方煤矿智能化建设标准中火灾防控相关条款，提出了基于“云-边-端”协同的架构体系。增设光纤测温、MEMS 温度传感器、巡检机器人等火灾数据感知装置及灌浆、注氮、自动洒水、巷道快速封闭装置等火灾执行控制装置，形成数据感知与执行控制层，负责感知火灾数据信息以及执行云计算中心或边缘侧下发的控制命令；增加边缘计算装置，形成边缘计算层，实现对现场防灭火装置的联动控制；以“智能矿山基础信息平台”为中台底座，建立智能矿山火灾防控业务应用，形成平台防控层，融合专家知识库，对火灾防控关键指标进行专业分析。形成云平台层智能分析、边缘层就近分析控制、感知执行层数据采集及执行的综合防控体系，且辩证分析了“云−边−端”火灾防控体系三层之间的对立统一关系。探讨了无线低功耗火灾传感器、巡检机器人、火灾危险区域监测点部署优化、边缘侧配套物理装置、边缘侧火灾预警算法、决策边缘计算算法、边缘节点部署策略、综合防控平台、火灾数据治理、火灾预警及决策模型等关键装置及技术。

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煤炭科学技术

2022年第12期

293

374
矿用F5G架构的智能化煤矿建设方案研究

作者(Author)：温良, 吴文臻, 李起伟

摘要：为进一步加快F5G技术在煤矿中的认知和应用普及，促进我国煤矿智能化发展，基于F5G新技术，针对矿用F5G全光工业网架构的PON网络大带宽、高可靠性、扁平化、易部署、易管理等优势特点，构建以物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联、机器人为技术基础的智能化煤矿建设方案。论述了矿用 F5G工业光网功能、F5G+5G融合组网设备及架构，分析了矿用井下F5G+5G一张网应用优势特点；重点探讨了矿用F5G智能化建设方案的无源光网络满足煤矿井下防爆要求、无源网络自生长满足煤矿井下定期移动需求、应用场景的业务安全等3个方面的优势；研究了矿用F5G架构的智能化煤矿建设的4种典型应用场景：视频监控+边缘分析、远程控制网低延时实时传输、监测监控传输网、矿用5G+融合通信系统承载网，为F5G架构的智能化煤矿建设方案提供技术思路及方法。文中论述的矿井F5G网络建设特点、网络架构、应用场景、优势及生态等，为推动建设矿用F5G+智能化煤矿方案在煤矿井下的应用，有力促进煤炭工业的高质量发展；同时，煤矿F5G的深入推广应用，也需要全行业包括煤矿生产企业，集成商，网络设备供应商等的协力合作，构建创新、协同、开放、合作的煤矿F5G应用生态。

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煤炭科学技术

2022年第11期

229

432
大采高综采工作面设备智能控制系统研究

作者(Author)：冯银辉, 崔耀, 王旭峰, 秦泽宇, 王志强, 毛自新

摘要：随着智能综采设备技术的不断发展，单机设备的智能化程度不断提高，也面临着大采高设备间不能有效互联互通，严重影响协同效率的新问题，而在8 m以上大采高智能化集控技术上，目前仍是空白，没有可借鉴的成功经验。为保证大采高综采工作面生产过程高产、高效、连续有序进行，研发了大采高综采工作面设备智能控制系统。该系统以Ethernet/IP实时工业以太网总线协议为基础，根据大采高综采设备的运行和通讯特点，构建了统一、高效的综采设备通讯协议标准，建立了统一的服务器、存储及数据接口标准，统一了单轨吊集中控制室、移变列车集中控制室和地面智能专家决策平台3个控制平台，实现整个工作面设备的监控与数据交互的功能，同时降低了平台操作的学习难度。采用两层控制模式，主从冗余控制方案，保证数据的稳定性和一致性，提高了系统整体的控制效率；根据综采设备工作和生产环境的特点，构建了综采设备联动控制模型，实现了采煤机联动控制、“三机”联动控制、支架、泵站联动控制，提高设备间协同效率；系统的集中控制与协同控制功能，可以实现大采高综采设备一键启停、协同作业；智能分析专家决策系统存储并分析工作面设备历史数据规律，同时引入专家经验规则，专家诊断知识库，构建了闭环决策，指导工作面生产。

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煤炭科学技术

2022年第09期

307

339
薄煤层智能开采工作面煤层透明化地质勘查技术

作者(Author)：刘小雄, 王海军

摘要：智能开采是煤矿迈向高质量发展的必由之路，透明地质是智能开采的关键，为从根本上解决煤层透明化问题，以神东煤炭集团榆家梁煤矿43101薄煤层智能开采工作面为研究对象，研究实现薄煤层工作面智能开采的煤层透明化地质勘查技术。首先，分析整理以往地质勘查、矿井生产以及临近工作面揭露的地质资料，建立工作面煤层勘探地质模型；其次，采用巷道快速写实技术、测量技术等，获取工作面两巷道、开切眼揭露的煤层结构、顶底板起伏等参数特征，并修正勘探地质模型，建立煤层的生产地质模型；然后，分析工作面尺度上煤层、地质构造的变化特征，采用井下定向钻探为主，工程测量、钻孔窥视、岩屑编录等为辅助的煤岩界面综合探测技术，根据获取的煤层厚度、顶底板标高、煤岩层结构、地层倾角等关键性参数，再次修正模型形成煤层半透明化的智能开采地质模型；之后，将建立的半透明化模型输入采煤机系统，设定预想切割曲线，采用工作面支架超前雷达、工作面三维激光扫描、工作面回采地质测量、快速写实等技术探测回采过程中煤层的参数，并实时反馈优化半透明化的智能开采地质模型，形成智能开采工作面煤层透明化地质模型；最后，采用对比分析、回采跟踪、地质建模等技术，根据后续工作面的开采分析该技术体系的适用性和可行性，构建适应于榆家梁煤矿的薄煤层智能开采工作面煤层透明化勘查技术体系，并以数字化方式对整个工作面进行全面统一的三维可视化展示，实现了工作面的煤层透明化生产模型的动态更新，指导采煤机截割轨迹的调整和修正，成果精度满足智能开采要求。

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煤炭科学技术

2022年第07期

316

720
智慧矿山工业互联网技术架构探讨

作者(Author)：张建中, 郭军

摘要：针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题，分析了智慧矿山建设技术架构现状，对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系，采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论，提出了智慧矿山工业互联网架构体系，包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设，提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构，分析了各层构建的主要内容和相互关系，包括:①现场层，提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景；②边缘层，构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构，实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环；③IaaS层，构建基于边云协同的存储与计算架构，实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化；④工业PaaS平台层，包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境；⑤工业SaaS应用层，调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统PaaS平台构建“智慧矿山大脑”赋能智慧矿山建设，主要有矿山资源勘察、数字化协同设计、矿井施工管理、综合自动化集成、智能开采、快速掘进、地测管理、故障诊断、智能物流、智能通风、精准感知、重大危险源辨识与控制等赋能应用场景，最后进行了总结和展望。

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煤炭科学技术

2022年第05期

240

3637
煤矸分拣机器人设计与关键技术分析

作者(Author)：商德勇, 章林, 牛艳奇, 范迅

摘要：煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，煤矸在线分拣机器人可实现煤和矸石的自动识别与分拣，是实现煤矿智能化分选的重要装备。在总结国内外煤矸分拣机器人和煤矸图像识别技术的研究现状和成果基础上，针对煤矸自动分拣机器人分拣速度低，智能化程度不高等问题，设计了一种基于图像识别的Delta型并联机器人应用于煤矸自动分拣领域。阐述了煤矸分拣机器人的工作原理和设计方案，针对煤矸分拣的特定工况场景，对工业相机、光源、镜头等图像识别系统的硬件进行了选型设计。提出了一种基于灰度和纹理特征融合的煤矸图像SVM识别算法，介绍了机器人控制系统的软件功能设计方法，最后搭建了试验平台并进行了多组煤矸在线识别分拣试验。结果表明，该并联机器人可有效对煤和矸石进行自动识别，并通过控制机器人气动机械手实现对6 kg以下的矸石抓取。针对设计及试验过程中遇到的问题，进一步提出了机器人刚柔耦合动力学模型和误差传递规律、基于深度学习和多特征融合的煤矸石识别算法、考虑外部负载干扰的并联机器人自适应稳定控制策略等关键技术，为进一步加快煤矸分拣并联机器人的推广应用，最终实现煤矿智能化、无人化分选提供一种新途径。

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煤炭科学技术

2022年第03期

264

510
煤矿智能化开采煤岩识别技术综述

作者(Author)：张强, 张润鑫, 刘峻铭, 王聪, 张赫哲, 田莹

摘要：加快煤炭产业链的智能化发展是当前环境下保证煤炭稳定供给的重心,而煤岩识别是实现煤矿智能化建设,提高煤层探测、智能开采、快速分选精度和效率的关键技术,因此,开展了煤岩高效识别技术方法的综述研究。首先根据使用工况不同,将煤岩识别统筹为接触式识别与非接触式识别,根据技术类别将现有识别技术归类为过程信号监测、红外热成像、图像特征、反射光谱、超声波探测、电磁波探测,从识别机理和技术原理方面进行了详细的介绍,并列举了典型特征下的煤岩差异。其次综合阐述了各种识别技术的研究现状,总结出工程实际中的煤岩识别技术应用现状;从理论技术研究、工况环境影响、煤岩特征3方面建立了不同识别技术的局限度评价表,超声波、电磁波探测技术局限度最低,红外成像识别技术局限度最高,其中工况环境对红外成像识别局限最明显,煤岩特征对反射光谱识别和过程信号监测识别局限最明显。基于上述局限度,对未来煤岩识别的研究重点提出4点建议:煤岩特征信息的深层挖掘，复杂多变环境的影响机理研究，物理属性相近的煤岩识别新方法，综合地质条件的煤岩识别方法适用性研究,为我国煤岩识别技术发展、煤矿智能化建设提供理论指导。

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煤炭科学技术

2022年第02期

1227

2573
论露天煤矿智能化建设总体设计

作者(Author)：王忠鑫, 辛凤阳, 宋波, 曾祥玉, 刘英璐, 王金金, 田凤亮, 赵明, 李杰, 李申岩

摘要：为寻求智能化露天煤矿统一的设计思想和建设内容，确保露天煤矿智能化建设的实效，针对目前露天煤矿山普遍存在的重“软”系统建设，轻“硬”工艺装备变革，重业务系统建设、轻数据价值挖掘，偏离需求片面追求无人化，忽视智能化建设的经济属性等问题，厘定了围绕“人”“设备”“系统”3条主线的建设内容，明确了将露天煤矿智能化程度分为初级、中级、高级3个阶段的智能化分级建设原则，提出了实现矿山全要素、全过程、全生命周期个性化安全稳定运行的露天煤矿智能化建设的总体目标。通过解析露天煤矿生产和智能化建设的特征，提出了工艺为本、分级建设、价值导向、有序推进和虚实共生的智能化露天煤矿总体设计策略，以期指导我国露天煤矿智能化建设系统化、科学化和规范化。基于我国煤矿露天开采技术和工艺装备水平的现状及矿山的现实需求，提出了露天煤矿智能化建设应以工艺作为基本的出发点和落脚点，而并非片面追求少人或无人的发展本质。我国露天煤矿智能化建设的首要任务和核心关键是攻克连续和半连续开采工艺核心装备的卡脖子难题，建立工艺系统机理模型，基于泛在连接技术实现设备群的全面互联和数据的全面采集管理，再进行大数据分析和智能决策。基于工业互联网平台体系架构思想，建立了“感知层、接入层、边缘层、智能化煤矿工业互联网平台层和综合管控平台层”的5层智能化露天煤矿平台架构。感知层实现露天煤矿“人-机-环-管”信息的全面感知；接入层利用智能数据网关模块技术实现感知层数据的实时传输；边缘层依托协议转换技术实现多源异构数据的协议转换、归一化和边缘集成；智能化煤矿工业互联网平台层由物联网管理平台、云计算平台、技术中台、业务中台和数据中台等组成，构建可扩展的开放式云操作系统；综合管控平台层提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用，实现独立决策与控制、数据共享和系统间的智能联动。构建了智能化技术驱动的露天煤矿智能开采技术的5大主要应用场景，提出了智能化露天煤矿初、中、高三级的建设内容，明确了露天煤矿智能化建设的基本规律，即矿山必须以智能化建设的价值创造为评价准则确定相关建设内容及合理的投入规模，方可形成智能化矿山建设的最终价值。

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煤炭科学技术

2022年第02期

614

1363