“煤矿智能化关键技术”专题（《煤炭学报》）

来源：《煤炭学报》2020年第6期

煤炭是人类生存的主要能源物质，在2019年的一次能源消费中，我国煤炭能源占比57.7%，世界煤炭能源占比约27%。在相当一段时期，我国仍要依靠煤炭能源作为经济社会发展的“工业粮食”，但其生产方式和利用将发生重大转变，必须走“智能安全开采，清洁高效利用”的高质量煤炭工业发展之路。

当前，煤矿智能化开采技术研发与应用积极性之高、各界行动响应之快、成果涌现数量之多、实践探索范围之大，在我国煤炭工业创新发展历史上是少有的。为了展示目前我国煤矿生产智能化技术成果，《煤炭学报》汇集了这期专题论文，征集各方面在煤矿智能化技术创新与应用的成果和经验。

在征文通知发出之后，广大作者投稿十分踊跃，展现出对本期专题的广泛关注，但受限于期刊版面，本期只能刊出36篇论文。在这36篇论文中，涉及到智能化架构论文4篇（占比11.1%），智能化生产论文17篇（占比47.2%，开采5篇、掘进4篇、支护3篇、运输5篇），智能化安全控制论文15篇（41.6%，煤矿机器人6篇、安全监测9篇）。在此，向为本期专题奉献佳作的论文作者表示感谢！

煤矿智能化技术发展不是一蹴而就的，它是站在机械化、数字化、自动化的扎实基础之上，这其中凝聚着几代煤炭人的辛勤奉献，向他们致敬！它是依靠绿色开采、安全开采、科学开采、精准开采的理论模型支撑，这其中凝聚着煤炭行业院士、学者的智慧结晶，向他们学习！它是融合机器人、人工智能、大数据、工业互联网等技术架构，这其中召唤着青年一代科技工作者的创新攻关，为他们加油！

行业视野: 智能化
类别; 164个
关键词; 178位
专家; 40篇
论文; 78125IP
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【视频】王国法院士、葛世荣校长等12位专家寄语《煤炭学报》“煤矿智能化关键技术”专题

作者(Author)：王国法, 葛世荣, 鲍久圣, 周福宝, 范京道, 马宏伟, 王杜鹃, 卢新明, 石智军, 毛善君, 黄曾华

摘要：点击“相关视频”，查看王国法院士、葛世荣校长等12位专家对《煤炭学报》“煤矿智能化关键技术”专题的寄语。

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【视频】神东、兖矿、黄陵、延长石油、张家峁等5家企业寄语《煤炭学报》2020年第6期“煤矿智能化关键技术”专题

作者(Author)：杨俊哲, 孟祥军, 范京道, 张建安, 毛明仓

摘要：由《煤炭学报》编辑部与中国矿业大学(北京)校长葛世荣教授共同组织策划的“煤矿智能化关键技术”专题已于2020年7月15日上午发布，同时，部分论文作者于7月16日上午“煤矿智能化技术学术论坛”解读专题论文!本次专题的发布工作收到了来自神华神东煤炭集团有限责任公司、兖矿集团有限公司、陕西陕煤黄陵矿业有限公司、陕西延长石油集团有限责任公司、陕煤集团神木张家峁矿业有限公司等5家企业的祝福。在此，《煤炭学报》编辑部对这些单位给予的支持表示衷心的感谢!

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“煤矿智能化关键技术”专辑特邀主编致读者

作者(Author)：葛世荣

摘要：　　煤炭是人类生存的主要能源物质，在2019年的一次能源消费中，我国煤炭能源占比57.7%，世界煤炭能源占比约27%。在相当一段时期，我国仍要依靠煤炭能源作为经济社会发展的“工业粮食”，但其生产方式和利用将发生重大转变，必须走“智能安全开采，清洁高效利用”的高质量煤炭工业发展之路。　　　　1870年英国创造出世界第1台截杆式截煤机，人类实现了最早也是最简单的动力机械采煤。1948年，英国安德森公司推出第1台截盘式滚筒采煤机，1954年在英国奥尔蒙德煤矿薄煤层工作面实现了跺式液压支架与滚筒采煤机联合作业的综采工作面，人类进入了高级机械化采煤时代。此后，全球煤炭人都在不断追求实现智能化采煤，陆续诞生了采煤机遥控技术、电牵引技术、无链牵引技术、液压支架电液控制技术、记忆截割技术、自动跟随技术等变革性创新。　　　　2014年6月13日，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上明确提出了“四个革命、一个合作”的重大能源战略思想，推动煤炭智能化开采技术革命提速进步。2016年6月，国家发展改革委、国家能源局出台我国《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》，首次在国家层面制定了提升煤炭开发效率和智能化水平，研发智能化工作面，重点煤矿区基本实现工作面无人化的发展目标。2019年1月，国家煤矿安全监察局发布《煤矿机器人重点研发目录》，列出5类38种煤矿机器人，这是国际上第1个完整的煤矿机器人技术体系，也是推进智能采煤装备发展的引导。2020年3月，国家发展改革委、国家能源局、应急部、国家煤矿安监局、工业和信息化部、财政部、科技部、教育部8部委联合出台《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确了煤矿智能化发展的10项主要任务。到 2021 年，我国要建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，井下和露天煤矿固定岗位实现无人值守与远程监控；到 2025 年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化。由此可见，在习近平新时代能源战略思想指导下，近5年我国煤矿智能化发展方向引领、政策落实、目标明确、推动有力。　　　　当前，煤矿智能化开采技术研发与应用积极性之高、各界行动响应之快、成果涌现数量之多、实践探索范围之大，在我国煤炭工业创新发展历史上是少有的。为了展示目前我国煤矿生产智能化技术成果，《煤炭学报》汇集了这期专题论文，征集各方面在煤矿智能化技术创新与应用的成果和经验。　　　　在征文通知发出之后，广大作者投稿十分踊跃，展现出对本期专题的广泛关注，但受限于期刊版面，本期只能刊出36篇论文。在这36篇论文中，涉及到智能化架构论文4篇（占比11.1%），智能化生产论文17篇（占比47.2%，开采5篇、掘进4篇、支护3篇、运输5篇），智能化安全控制论文15篇（41.6%，煤矿机器人6篇、安全监测9篇）。在此，向为本期专题奉献佳作的论文作者表示感谢！　　　　煤矿智能化技术发展不是一蹴而就的，它是站在机械化、数字化、自动化的扎实基础之上，这其中凝聚着几代煤炭人的辛勤奉献，向他们致敬！它是依靠绿色开采、安全开采、科学开采、精准开采的理论模型支撑，这其中凝聚着煤炭行业院士、学者的智慧结晶，向他们学习！它是融合机器人、人工智能、大数据、工业互联网等技术架构，这其中召唤着青年一代科技工作者的创新攻关，为他们加油！　　　　期待我国煤矿智能化进步更快、水平更高、实力更强！

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“煤矿智能化关键技术”专题所有论文批量下载

摘要：本专题共36篇论文，点击“免费下载”，即可下载该专题所有论文。“煤矿智能化关键技术”专题目次

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智能化煤矿顶层设计研究与实践

作者(Author)：王国法, 杜毅博, 任怀伟, 范京道, 吴群英

摘要：建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状，进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究，阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联，人机主动交互，主要系统自学习自决策3个阶段分区域分层次实现“物质流、信息流、业务流”的高度一体化协同，构建以人为本的智能生产与生活协调运行的综合生态圈的建设目标和阶段性任务。基于煤矿价值活动分析对智能化煤矿复杂巨系统逻辑关联进行研究和系统归并，提出以泛在网络和大数据云平台为主要支撑，以智能管控一体化系统为核心，能够实现对煤矿开拓、生产、运营全过程进行感知、分析、决策、控制的煤矿十大主要智能系统，包括:煤矿智慧中心及综合管理系统；煤矿安全强实时通信网络及地下精准位置服务系统；地质保障及4D-GIS动态信息系统；巷道智能快速掘进系统；开采工作面智能协同控制系统；煤流及辅助运输与仓储智能系统；煤矿井下环境感知及安全管控系统；煤炭洗选智能化系统；固定场所无人值守智能管理系统；煤矿场区及绿色生态智能系统等的智能化煤矿建设顶层架构。通过对数据特征与关联关系研究提出智能化煤矿信息实体特征与抽取方法，并研究智能化煤矿知识图谱构建及数据交互推送方法，构建智能化煤矿数字逻辑模型；研究提出智能化煤矿“云边端”数据处理架构和三层递阶控制策略，在此基础上对煤矿智能化应用系统进行具体设计。以张家峁煤矿生产矿井智能化改造和巴拉素煤矿新建矿井全面智能化建设为典型案例进行了工程实践。

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数字孪生智采工作面技术架构研究

作者(Author)：葛世荣, 张帆, 王世博, 王忠宾

摘要：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,首次将智采工作面复杂信息归纳为 3 条信息流,用于描述采煤过程的环境、控制和能量状态。环境信息流和控制信息流来自煤岩体对采煤机、液压支架、煤流运输机组的输入信息及其调控信息,能量信息流来自开采装备对煤层、岩层变量调控所产生的能量交换状态信息。针对智采工作面的巨大信息流量,提出了管理 DTSMW 信息流的数据主线(Digital Thread)方法,将信息流的数据分为周期性数据、随机性数据和突发性数据进行建模处理,以确保数字孪生智采工作面的数据驱动及稳定运行。通过对比分析,DTSMW 系统比现有远程集控中心的智能性提高了一个层次,可为中级智采工作面实现无人化运行提供新的监控系统架构。

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煤矿智能开采信息共享管理平台构建研究

作者(Author)：毛善君, 崔建军, 王世斌, 涂兴子, 张鹏鹏, 李梅

摘要：井工煤矿生产是一个复杂的巨系统,实现其智能化开采的重要基础是安全生产全业务流程信息的高度共享和动态分析,但目前存在空间信息管理基础理论薄弱、数据孤岛严重、管理模式落后、共享平台缺失等问题。基于煤矿智能化信息处理的特点,提出了基于“一张图”的智能化煤矿信息共享管理平台的系统设计,为实现生产和管理部门间的横向整合和纵向集成奠定了基础;进一步完善了管理煤矿空间信息的灰色地理信息系统理论,并对业务流程重构和时空数据库的构建进行了较为详细的阐述,实现了智能开采环境下煤层空间信息的动态修正、管理模式的创新和各类空间及属性数据的一体化存储,为信息处理的动态性、共享性、准确性和可靠性提供了保障;对信息共享和协同处理机制以及可视化展示等关键内容和技术进行了研究,解决了包括移动端在内的全业务流程数据处理的一致性、完整性、现势性和可操作性问题;开发了具有我国自主知识产权的软件平台和应用系统,并在平顶山煤业集团有限责任公司、大同煤矿集团有限责任公司、山东能源临沂矿业集团有限责任公司等单位得到实际应用,初步实现了对智能化煤矿安全生产运营" 一盘棋、一张网、一张图、一个库"的新型管理理念和 Internet+大数据+煤矿的高科技目标。

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融合5G技术生态的智能煤矿总体架构及核心场景

作者(Author)：范京道, 李川, 闫振国

摘要：5G技术的到来,强化和深度融合了物联网、大数据、人工智能等技术,已经形成了较为成熟的 5G 技术生态,有力推动了包括煤炭企业在内的各个行业的转型升级和智能化发展。通过分析移动通信技术与煤矿建设的关系,明确了 5G 技术在煤矿生产中所具有的重要作用,揭示了 5G 技术生态是智能煤矿建设的重要推动力;详析分析了当前制约煤矿智能化的井下高效通信、装备智能化、决策智能化等方面的主要问题,并且从 5G 技术生态的角度探讨了解决当前问题的技术手段;研究了智能煤矿的内涵,提出了智能煤矿的定义,明确了智能煤矿必须具备时空一体、万物互联、数据融合、全息感知、业务联动、智能决策六大特征;揭示了智能煤矿基础设施所需要的 5G 技术生态、混合云和 GIM 技术等 3 个技术要素,提出顶层设计中所涉及的云边端思维模式、微服务架构和基于一张图的智能态势分析与决策等 3 个设计理念,从而完成了对智能煤矿建设总体架构的构建。同时,对智能煤矿建设中包括智能探测、智能掘进、智能开采、智能通风、智能洗选和智能调度在内6个典型应用场景所需的研究重点和方向进行了阐述。最后,以延长石油矿业巴拉素煤矿为实例,在兼顾实际开采条件和发展愿景条件下实践了本文提出的智能煤矿建设构想,力求为我国智能煤矿建设提供一种新探索。

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