“煤矿智能化物联网技术”专题（（煤炭学报））

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“煤矿智能化物联网技术”专题（（煤炭学报））

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“煤矿智能化物联网技术”主题论文。

行业视野: 智能化
类别; 40个
关键词; 42位
专家; 9篇
论文; 23573IP
点击量; 27262次
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矿山动态协同作业场景无线通信关键技术

作者(Author)：孙彦景, 霍羽, 陈岩, 王博文, 周家思, 张晓光

摘要：随着智能化装备和工业机器人技术的发展,矿山开采过程逐渐趋向无人/ 少人化,亟需解决数据的高效连续传输问题,如矿山动态协同作业场景下大量的数据采集和传输、多样的用户设备接入以及低时延的控制操作等。深入剖析了矿山动态协同作业场景的通信技术需求、矿山无线通信技术的应用现状与发展趋势,分析了当前矿山无线通信的关键技术瓶颈、相关解决方案及其应用效果。得出分布式多源、多目标动态业务的激增及其并发式的传输是矿山高可靠、低时延多业务交互协同网络所面临的最大问题。如何利用矿山用户、设备群体的协同作业特点和对应的动态业务属性,有针对性地对通信网络的物理信道、物理资源进行管理和分配,则是从根本上有效优化网络可靠性,提高传输效率的关键。为此,提出了多业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信模式:在提取矿山非高斯脉冲干扰特征及无线信道空-时-频域统计特性的基础上,面向作业场景深入挖掘业务特性与物理层传输的内在关联,利用超图匹配、图论、博弈论、非正交多址接入等方法,从信道-链路-业务快速多维匹配的角度解决多用户协同交互传输通信链路和信道的匹配、多跳用户链路匹配、多业务QoS 要求与链路匹配等快速匹配问题。对解决动态协同作业场景下制约全面感知、交互和控制的无线通信关键技术瓶颈问题,推动矿山智能化开采技术革命有重要意义。

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煤炭学报

2021年第01期

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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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煤炭学报

2020年第06期

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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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煤炭学报

2020年第06期

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基于物联网的矿山机械设备状态智能感知与诊断

作者(Author)：丁恩杰, 俞啸, 廖玉波, 吴传龙, 陈伟, 郁万里, 王威

摘要：矿山生产机电设备是机械、电气、液压、控制等多形式系统的复杂耦合结构,工作过程中环境和工况条件变化多样,缺乏有效的技术手段解决矿山设备运行健康状态的实时感知问题。借助物联网、工业互联网、人工智能和大数据挖掘技术,研究矿山设备状态知识建模与在线诊断方法,将传统的“人-机”交互监控模式提升为“传感—机器认知—机器决策”的智能化监控模式。分析了基于物联网的矿山设备状态感知系统架构,定义了多源信息感知层、边缘智能层、大数据分析层和数据与知识共享迁移层的 4 个层次的作用,提出了设备状态知识共享与迁移模式;结合本体语义、置信规则库和数字孪生技术,设计了面向矿山机械设备系统状态知识建模的信息描述、知识表示、决策融合方法,提出了面向矿山设备运行全过程的实时感知、演化分析与智能交互的“虚实融合”感知模型,实现虚、实系统运行过程的“精准映射、信息对偶、融合交互、协同演进”。分析了数据驱动的矿山机械设备状态诊断方法研究现状、技术架构、存在问题和研究趋势,提出结合数字孪生、深度学习、迁移学习等方法,构建机理模型、经验知识与数据深层特征相融合的矿山设备状态诊断模式,研究矿山设备状态大数据分析与应用技术,研发矿山设备状态诊断与全生命周期管理等智能化应用服务系统。形成了矿山设备运行信息感知、知识建模与状态在线判识方法体系,以实现矿山机械设备故障状态自诊断、早期隐患预知维护、智能调度与协同管控,为矿山生产智能化、无人化提供技术支撑。

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煤炭学报

2020年第06期

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煤矿智能化安全保障体系及关键技术

作者(Author)：李爽, 薛广哲, 方新秋, 杨奇峰, 贺超, 韩世锋 , 康钰晴

摘要：煤矿智能化是新时代煤炭行业发展的必经之路，是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑。鉴于煤炭生产的风险客观存在性，智能化条件下的煤矿安全保障体系应适应于煤矿的智能化水平。系统论述了煤矿智能化安全保障体系的定义、内涵及技术特点，指出了其核心在于精准的地测感知、全面的数据平台、实时的风险评估和智慧的灾害处置，形成数字式、一站式、智能式的煤矿风险辨识、预警、处理闭环。介绍了煤矿智能化安全保障体系在感知层面、风险层面、设备层面和管理层面的架构，提出了包涵煤矿精准的全维感知、精确的煤矿风险识别预警、技术密集型的煤矿安全管理理念和智慧化的自检自修设备系统 4 项技术内涵。首先，在实现技术层面，阐述了需重点解决的以透明地质保障技术为基础，以煤矿大数据共享平台为载体，以煤矿重大风险评估预警技术为核心的关键技术体系，并初步给出了解决路径。然后，论述了系统软件平台的系统架构和核心技术，其要旨是实现系统数据“集成化”、要素展现“可视化”、风险评估“智能化”、操作软件“平台化”。最后，开发了面向煤矿智能化安全保障的煤矿智慧安全管控平台系统，实现了煤矿综合可视化操作平台、煤矿大数据分析平台、煤矿安全风险智能评估、多系统联动控制和移动可持式终端展示功能，为建设完整的煤矿智能化安全保障体系探索了一条可行的技术路径。

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煤炭学报

2020年第06期

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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

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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

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煤炭精准开采地质保障与透明地质云计算技术

作者(Author)：卢新明, 阚淑婷

摘要：煤炭精准开采的目标是以最少的人力实现煤炭资源的低损失、高产出、无事故、少破坏的全程智能化开采，除了开采工艺、采矿装备、传感感知、物联网、自动化和信息技术外，实现煤炭精准开采的技术关键就是基于四维空间的地质保障和透明地质的云计算技术。全面地论述了煤炭精准开采地质保障的技术内涵和目的，其核心是利用先进的装备和软件实现煤炭开采前、开采中和开采后全矿井地质体和隐蔽属性的精准化、可视化和透明化，并能够对地质灾害和危险源超前预知和防治，从地质层面确保精准开采工作的顺利进行。关于地质保障技术，阐述了地质体几何计算、地质灾害预测预报2个科学问题，凝练了构造地质、煤层地质、地质力学、地质扰动、瓦斯地质、水文地质、透明地质7项云计算技术，同时描述了这些科学问题和关键技术的研究进展。为了发挥地质保障技术在煤炭精准开采中的核心作用，首先，对构造地质精准建模、煤层煤质智能预测、开采扰动破坏分析、瓦斯参数反演和瓦斯灾害预报、水文地质分析和水害预警以及综合地质属性透明化处理等比较困难的科学问题和关键技术给出了解题思路。其次，论述了地质保障软件系统及其应用的云计算架构、主要功能以及在煤炭精准开采中的应用方式，并通过部分应用案例说明了这些技术方案的可行性。最后，指出只要在三轴绝对地应力传感器、宽频段微震传感器、宽量程风速传感器、富水区超前探测、煤层自然发火状态监测和在线水质化验等技术上取得进一步突破，就能为煤炭精准开采提供比较完整的地质保障。

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煤炭学报

2019年第08期

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