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《煤炭学报》“卓越科学家”特刊

来源：煤炭学报

“卓越科学家”特刊为《煤炭学报》2023年第1期。

行业视野: 高端智库
类别; 180个
关键词; 202位
专家; 36篇
论文; 13933IP
点击量; 31089次
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智能化建井理论技术研究与工程实践

作者(Author)：范京道, 魏东, 汪青仓, 封华, 刘渭, 刘全辉, 黄克军, 闫振国, 刘家佳, 李川

摘要：基于煤矿建井阶段的智能化发展需求，提出了“ 智能化建井，建智能矿井” 的定义与科学内涵，阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破难等问题;构建了由感知层、传输层、边缘层、平台层和执行与应用层组成的智能化建井系统总体架构，研发了由斜井掘进控制、竖井钻进控制及综合保障系统构成的智能化建井协同控制系统;总结了煤矿智能化建井通过基础理论研究、工艺设计、智能装备研制、控制系统研发、现场工程示范的一体化研究思路，解决煤矿建井过程中全断面机械破岩效率低、掘进复杂地层难、地下水防治及井筒稳定性与支护困难的技术难题。通过延长石油集团可可盖煤矿的智能化建井工程实践，形成了斜井敞开式全断面智能掘进工法，实现了斜井掘进“ 探-掘-支-锚-运” 一体化作业;形成了竖井“ 一钻完井” 智能化钻井工法，实现了竖井钻进“井下无人施工”本质安全作业，打造了行业智能化建井的工程与技术示范，形成了煤矿智能化建井的“延长模式”。最后结合煤矿智能化发展趋势，提出煤炭行业建井应共同遵循的原则与目标、当前工作和发展方向，并号召全行业聚焦智能化建井技术领域，推动煤矿建设向安全高效绿色智能方向发展。

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煤炭学报

2023年第01期

377

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轴向振动截割下碟盘刀刃与煤岩作用机制及其载荷模型

作者(Author)：刘春生, 刘延婷, 李德根, 刘若涵, 任春平, 袁昊

摘要：针对现有刀具截割复杂地质条件煤岩( 尤其截割硬岩时) 损耗高、效率低和易磨损等问题，提出了具有截-楔效应的碟盘刀具复合振动截割破碎煤岩的方法，碟盘刀具径向进给与不同振动形式和姿态来实现复合截割破碎煤岩。以碟盘刀刃为研究对象研究轴向振动截割对煤岩损伤破坏的力学特性，基于剪切破碎理论给出刀刃作用载荷破坏煤岩条件以及刀刃轴向向下振动、向上振动和径向截割煤岩时等效集中载荷的计算方法，采用位移应变等效力合成的方法建立刀刃结构参数与载荷关联模型，模拟研究其径向单作用截割和轴向振动复合截割工况下破碎煤岩的载荷特性，研究碟盘刀具在有振和无振的实验条件下破碎煤岩载荷，对比分析了刀刃载荷的理论计算、数值模拟与实验。结果表明:碟盘刀刃对煤岩的损伤区域面积由中间向两侧逐渐递减与数值模拟应力云图相吻合;振动截割条件下数值模拟和实验的刀刃径向载荷均小于无振条件下的载荷值;轴向振动截割下其数值模拟和实验载荷均与轴向振动位移呈现明显的周期波动规律，且存在超前相位差，径向与轴向载荷幅值与振动位移幅值非同时性，其相位差随振动频率增大而减小;随着截割厚度增大，碟盘刀具径向载荷理论值、模拟值与实验值呈现递增变化规律相吻合，且其误差均值分别为 12.01%和 6.37%，截割厚度对载荷影响程度从大到小依次为正值轴向载荷、径向载荷和负值轴向载荷;碟盘刀刃轴向向上振动时径向载荷( 最大振幅处对应载荷均值) 的理论值、模拟值与实验值的误差分别为 11.65%和 13.99%，其轴向载荷的误差分别为 10.46%和 13.51%，轴向向下振动时径向载荷的误差分别为13.91%和5.61%，其轴向载荷的误差分别为14.90%和7.88%。结合已有文献碟盘楔面载荷模型共同验证了碟盘刀刃载荷模型的正确性，进而说明了运用位移应变等效力合成的方法建立复合运动破岩载荷模型的可行性。

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煤炭学报

2023年第01期

291

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多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

作者(Author)：马宏伟 , 孙思雅, 王川伟 , 毛清华 , 薛旭升, 王鹏, 夏晶, 贾泽林, 郭逸风, 崔闻达

摘要：针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“ 掘快支慢” 难题，总结分析了国内外快速掘进钻锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状，指出研发具有多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。提出了多机械臂多钻机协作的钻锚机器人基本方案，凝练了影响钻锚机器人性能的“ 有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制” 四大关键技术，并给出了解决思路和方法。针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题，构建了钻锚机器人配置优化模型，提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案，旨在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题，提出了基于机器视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法，旨在提高机械臂末端位姿控制精度，实现精准装卸物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题，建立了机械臂多目标轨迹优化模型，提出了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法，旨在保证机械臂在搬运过程中安全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题，构建了以工序时长最短为目标的时间协同任务分配模型，通过求解得到最优任务指派矩阵和多机械臂相交任务轨迹的优先级，并提出了在所有机械臂无碰撞运动的同时收敛于期望轨迹的分布式协同控制策略，旨在实现钻锚机器人多机械臂多钻机系统的智能协同控制和并行作业。多机械臂多钻机的钻锚机器人及其关键技术研究，对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿巷道钻锚机器人，确保煤矿巷道安全、高效、绿色智能掘进具有十分重要的意义。

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煤炭学报

2023年第01期

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矿山数字孪生构建方法与演化机理

作者(Author)：张帆, 葛世荣

摘要：新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合，为智能矿山技术发展提供关键技术支撑，将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术，是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合，数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题，对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论，提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型，据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程，研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制，探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例，通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制，验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析，实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式，为矿山数字孪生技术应用落地提供理论指导，对未来智能矿山研究和工业互联网在煤矿应用提供有益的启发与借鉴。

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煤炭学报

2023年第01期

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