“煤矿智能化建设关键技术”热文精选_中国煤炭行业知识服务平台

“煤矿智能化建设关键技术”热文精选

长期以来，科学前沿的重点领域和方向一直是科学家团体、科技规划部门、科技行业管理者、产业经济界等密切关注的问题。而对学术论文、学术关系等的计量分析，可以揭示学科发展趋势，展现重点领域和方向。为此《煤炭科学技术》编辑部从近3年来发表的百余篇“煤矿智能化建设关键技术”论文选出45篇具有前瞻性的论文，通过提炼研究创新点，助力领域科研工作者快速抓住领域研究热点。

行业视野: 智能化
类别; 189个
关键词; 181位
专家; 45篇
论文; 27232IP
点击量; 62535次
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专题栏目

煤矿带式输送机巡检机器人关键技术研究

作者(Author)：方崇全

摘要：针对带式输送机巡检机器人在煤矿井下的环境适应性、自主快速安全充电、基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别等关键技术问题，阐述了煤矿带式输送机巡检机器人系统总体设计；设计了一种模块化、两节车厢挂载式巡检机器人本体及吊挂单轨式、滚轮与链轮链条混合驱动的巡检机器人行走机构，可适应煤矿井下输送带运输复杂环境；提出了煤矿井下电—机—电能量转换充电方法，设计了基于鼓形齿的充电自动对接机构，可实现巡检机器人在煤矿井下自主快速安全充电，满足井下远距离巡检需求；提出了基于托辊运转的声压1/3倍频程谱及声品质尖锐度特征指标的托辊故障识别方法，针对井下多粉尘、浓雾气、低照度场景下视频质量差导致视频识别难的问题，提出了自适应图像增强算法框架，增强图像质量，在此基础上，基于目标轮廓先验知识，构建深度神经网络模型，实现煤矿井下人员、煤流、带面异物、带面损伤等特征不显著目标的视频智能识别，提高带式输送机巡检机器人智能化水平。对带式输送机巡检机器人样机及带式输送机异常工况音视频样本进行了验证测试，结果表明：巡检机器人最小转弯半径1 m，在负重220 kg、巡检速度0.4 m/s的情况下，可在角度为20°的坡道上平稳运行；在充电站端的电动机额定功率2.2 kW情况下，机器人本体端的发电机能稳定输出功率800 W；基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别方法具有应用可行性。煤矿带式输送机巡检机器人关键技术的突破，将加速带式输送机巡检机器人的推广应用，有力促进智能化矿井建设。

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煤炭科学技术

2022年第05期

148

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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

211

3615
柔性轨道式环境巡检机器人设计原理与试验

作者(Author)：曹现刚, 许罡, 吴旭东, 刘思颖, 李莹

摘要：针对煤矿井下特种巡检机器人运动受限于三维环境重建和非结构环境运动轨迹规划等关键技术问题,设计了一种固定柔性轨道式悬挂巡检机器人平台。采用模块化思想设计出防爆多轮悬挂式巡检机器人本体结构;通过理论计算分析多行走轮与多驱动轮情况下机器人在柔性轨道上的驱动能力,建立多轮牵引力数学模型,并根据多轮牵引力数学模型获取水平柔性轨道与给定爬坡角轨道下机器人的具体驱动能力参数,根据所获取的驱动能力参数观察多行走轮与多驱动轮下牵引力的存在形式,最终选择双轮双驱的机器人行走方式。对异侧驱动模块安装方式进行仿真试验,对同侧异轴及异侧异轴驱动模块安装方式进行实物试验。结果表明：采用双轮双驱的行走方式可保证巡检机器人良好的水平行走能力及爬坡能力,其中质量20 kg机器人的坡度角可达25°;异侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为2°,同侧异轴驱动模块安装机器人绕运动方向的最大摆角绝对值为5.82°,双轮双驱中驱动模块异侧安装可降低机器人机身的摆动,但是异侧异轴及异侧同轴安装方式并不能消除机身摆动。该机器人在满足基本巡检功能外可提高非结构井下环境的适应性,可增强井下布控的灵活性,降低轨道铺设及回收投入,为煤矿环境巡检提供了新特种巡检平台。

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煤炭科学技术

2022年第06期

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基于 WOA－FOPID算法的钻锚机器人机械臂运动控制研究

作者(Author)：张君

摘要：钻锚机器人是实现煤矿综掘智能化的重要装备，其机械臂的控制效果直接影响钻锚机器人支护作业的安全性和高效性。钻锚机械臂的控制通常采用PID控制器，但在环境恶劣、煤层复杂的工况下，PID控制器的参数选择对控制效果影响较大，且由于受整数阶PID控制算法和传统经验调参的限制，难以在短时间内找到控制效果最好的一组参数，导致机械臂末端不能及时准确定位。基于机器人技术、分数阶控制技术和智能优化算法，采用数值建模与仿真分析相结合的方法，利用鲸鱼算法（WOA）对分数阶FOPID控制器进行参数整定并应用于机械臂的运动控制。基于旋量理论利用D-H法建立机械臂关节坐标系及坐标变换矩阵表达式，采用蒙特卡洛算法求解机械臂工作空间点云图；基于独立关节控制理论利用Matlab-Simulink软件，并结合分数阶FOPID控制技术，搭建机械臂关节处液压马达/油缸单输入-单输出系统模型。基于遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、鲸鱼算法（WOA），搜索算法（GPS）4种智能优化算法，从标准方差、超调量、稳定时间3个动态指标进行对比，分析液压马达/油缸的不同控制组合策略下阶跃影响的效果。通过仿真分析验证了鲸鱼算法（WOA）对整定FOPID参数的有效性。研究工作为无人钻锚机械臂精准定位和自动支护奠定了理论基础，同时也为相关运动控制策略设计提供了参考。

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煤炭科学技术

2022年第06期

136

362
煤炭安全智能开采地质保障系统软件开发与应用

作者(Author)：王世斌, 侯恩科, 王双明, 屈永利, 崔铭驿, 刘长来, 薛喜成, 左成芳, 宋超, 王宁

摘要：随着我国智能化煤矿建设工作的快速推进，开发煤炭安全智能开采地质保障系统软件已成为当前的急需任务。以陕煤集团各煤矿地质条件为背景，采用MySQL8.0、VS2019、OpenGL等开发工具，开发了煤炭安全智能开采地质保障系统软件。该系统由地质信息管理、二/三维一体化建模、开采地质条件评价预测、工作面精细地质建模、地质灾害预警、地质大数据分析和导航7个子系统组成。地质信息管理子系统主要存储和管理地质、测量、物探等信息，为三维地质建模、开采地质条件评价预测、地质灾害预警、工作面精细地质建模和大数据分析提供基础数据；二/三维一体化建模子系统可绘制各种二维图件、构建三维地质模型，为煤矿地质工作者提供必需的图件和可视化三维模型；开采地质条件评价预测子系统能进行地质构造复杂程度评价、顶板涌（突）水危险性评价预测、底板涌（突）水危险性评价预测、瓦斯灾害危险性评价预测、冲击地压危险性评价预测、开采地质条件综合评价和矿井地质类型划分，为工作面布置、地质灾害预警提供二维图件和三维模型；工作面精细地质建模子系统能融合工作面巷道写实、钻探、物探等各种地质信息，构建工作面高精度三维地质模型并进行动态更新，为工作面智能回采提供规划截割数据；地质灾害预警子系统可依据开采地质条件评价预测结果、隐蔽致灾因素普查结果和水文、瓦斯、冲击地压实时监测数据，进行水害、瓦斯灾害和冲击地压灾害的距离预警和实时预警，为工作面安全开采提供灾害预警保障；大数据分析子系统可进行多源数据统计分析、机器学习和深度学习，为煤矿地质大数据利用提供分析方法；导航子系统可用于查询地质保障系统建设成果。该软件系统已在红柳林煤矿得到应用，基本满足了智能化矿井建设对地质保障软件系统要求，支撑了煤炭安全智能高效开采。

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煤炭科学技术

2022年第07期

485

1435
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

288

708
数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统研究

作者(Author)：张旭辉, 吕欣媛, 王甜, 黄本鑫, 郑西利

摘要：针对掘进设备远程控制中存在的设备决策能力低，掘进效率不高，安全隐患大等问题，提出了一种数字孪生驱动的掘进机器人决策控制方法。通过分析对比当前数字孪生技术在煤矿领域的研究情况，设计了数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统体系框架，包含物理空间、虚拟空间、孪生数据、规划层、控制层、执行层6个模块，以实现虚拟样机自主规划决策，远程控制物理样机同步运动的目的。首先，结合虚拟现实技术研究了非结构化环境下的局部避障策略，建立掘进机器人运动控制模型与传感观测模型，利用激光雷达将巷道中的障碍物在虚拟环境中进行重建，采用Ray-Col方法进行机器人与障碍物之间的碰撞检测，为机器人的路径规划决策奠定基础；其次，结合深度强化学习技术研究了基于虚拟智能体的全局路径规划方法，提出了基于改进PPO算法的Muti-PPO算法，通过奖惩机制建立掘进机器人虚拟智能体，并在Unity3D平台中进行训练，训练结果表明Muti-PPO算法相比于PPO算法、SAC算法，平均奖励值分别提升了13.82％与11.31％；标准差分别下降了17.85％与16.81％；最高奖励值分别提升0.14％与0.43％，其性能在3种算法中达到最优；最后，搭建决策控制平台，将虚拟空间中产生的决策指令发送至物理样机的末端执行器，通过物理样机传感器数据驱动虚拟样机同步变化。根据系统的规划决策、双向映射与远程控制功能，设计路径规划试验与虚实同动试验对其进行验证。路径规划试验结果表明，在3种不同复杂程度的工况下，虚拟智能体路径规划结果与目标点的误差在1.2 cm以内，且能够将控制信息传输至物理空间中，远程控制机器人运动；虚实同动试验结果表明，在掘进机器人运行过程中，虚拟样机与物理样机保持同步运动，两者在巷道中的位姿均保持一致。该方法实现了“数据驱动、双向映射、碰撞检测、自主决策、人机协作”的无人化决策控制新模式，为掘进设备的智能化提供了新的思路。

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煤炭科学技术

2022年第07期

466

1231
冲击地压智能化防治系统架构及关键技术

作者(Author)：秦子晗, 李伟东, 冯美华, 汪义龙, 胡兵

摘要：为保障我国冲击地压矿井的安全生产，加快冲击地压防治技术的智能化进程，提高防冲效果，通过总结国内外冲击地压监测手段、防治技术和管理技术3个方面的发展现状，指出了当前存在的评价客观性不足、预警结果指导性差、智能化水平低、无法杜绝人工作业等实际问题。针对上述问题，基于冲击地压防治理念和煤矿智能化技术现状，提出了基于“信息感知系统→矿井数据采集处理平台→冲击地压智能管控系统”为主体的智能化冲击地压防治系统架构。其运行过程由信息感知系统获取矿井信息，传送至矿井数据采集处理平台，进行矿井三维可视化建模和海量数据的整理分析，并通过冲击地压综合管控系统实现对冲击地压防治各环节进行决策并执行。阐述了作为架构核心的综合管控系统的功能组成，并对冲击地压风险管控、智能监测预警、防冲设备智能联动、危险区域智能管理4个子系统进行了论述，分析了利用专家系统、数据融合、智能操作、电子围栏等方法实现评价设计、监测预警、卸压解危和防冲管理等环节智能化的技术路径。在防冲智能化系统架构建设基础上，结合当前技术发展，进而确定了防冲方案智能决策、监测系统前端数据融合、卸压装备智能化及巷道修护机器人等关键技术的发展方向，为防治冲击地压智能化建设提供借鉴。

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煤炭科学技术

2022年第08期

383

495