《煤炭科学技术》“机电与智能化”研究领域2022年最受关注文章TOP30

2022年,《煤炭科学技术》“机电与智能化”研究领域共刊登90余篇论文，涵盖矿山机械装备、矿山供电与通信、矿山装备智能化、智能感知与系统集成、煤矿机器人等方向。为了协助读者了解煤矿智能化领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作,编辑部根据论文的下载、引用等指标，整理了30篇《煤炭科学技术》2022年“机电与智能化”栏目最受关注论文。

行业视野: 智能化
类别; 139个
关键词; 124位
专家; 30篇
论文; 14067IP
点击量; 43690次
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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

261

507
永磁驱动技术及其在矿山装备领域的应用现状

作者(Author)：张磊, 鲍久圣, 葛世荣, 杨小林, 阴妍, 鲍周洋

摘要：矿山装备多运行在重载、潮湿、隔爆等极端工况环境下，传统的矿山装备驱动系统通常采用交流异步电机驱动技术,为实现矿山的连续化生产，设备经常运行在低效工作区间，智能化程度低，存在着严重的电能浪费。随着电力电子技术与现代电气传动控制技术的发展，永磁驱动技术作为一种利用高效永磁同步电机驱动负载的绿色智能化驱动技术，已经在电动汽车、轨道运输与自动化生产等多个领域得到了应用，但目前在矿山装备领域的应用相对较少，具有广阔发展前景。首先，通过与传统的交流与直流电机对比，介绍了永磁驱动最常用的3种电机:永磁同步电机、永磁无刷直流电机、永磁直线电机的结构特点及应用现状；其次，根据矿山装备运行工况特点，对永磁电机常用的3种变频调速技术进行了分析比较，突出了永磁驱动技术应用于矿山装备领域的优越性。在此基础上，着重分析了永磁驱动技术在矿山采掘装备、矿井运输装备、矿井提升装备上的应用和研究现状，指出针对采掘装备截割部与刮板输送机所处的重载、突变负载等需要低转速大转矩运行的工况，可发展永磁半直驱系统；针对带式输送机所处重载工况和输送带摩擦传动特点，可应用“永磁直驱+永磁张紧”的全永磁智能型驱动系统；为适应超深矿井提升载荷和提升深度的不断增加，可发展“钢丝绳+永磁直线电机”复合驱动的新型矿井提升系统。最后，对矿山装备领域永磁驱动技术的研究重点与发展方向进行了展望，认为面向矿山极端工况大力发展高可靠性永磁驱动技术、基于高效永磁驱动技术开发智能化矿山装备是该领域未来的主要发展方向。

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煤炭科学技术

2022年第03期

252

514
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

1206

2569
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

596

1362
面向煤矿智能化的5G关键技术研究

作者(Author)：胡亚辉, 赵国瑞, 吴群英

摘要：5G通信技术应用于煤矿智能化开采中已成为目前各界的共识。为了给煤矿智能化开采应用提供更为有效的无线通信与信息处理支撑,调研了5G技术在煤矿智能化中的研究及网络建设现状,分析了其在煤矿应用时的理论研究、标准化、实验室研究及试点建设多个方面的进展情况;针对井下无线传播环境及业务需求,从无线频段选择、无线基站选型、组网方式以及核心网建设方式多个层面,研究了煤矿5G网络规划的方案,指出了“统一规划、安全经济、全面覆盖、精细设计”煤矿5G网络规划原则;总结了5G在煤矿中的可能应用新场景,研究并提出5G网络切片应在运营商增强移动宽带通信、低延迟高可靠通信和海量物联网通信三大应用场景的基础之上,进一步细化煤矿的应用场景,同时需协调业务匹配粒度、切片管理与网络资源之间的相互关系,以达到最佳网络资源使用度;研究了煤矿5G边缘计算技术,设计了面向具体煤矿智能化业务需求的云-边-端协同的边缘计算架构,并进行了计算卸载、边云协同等关键技术研究。上述分析与研究表明,商用5G在应用于煤矿智能化开采过程中,仍然需要针对具体应用业务和场景进行网络规划、网络切片,并且由于5G技术本身处于不断更新发展之中,因此在5G与煤矿智能化结合的过程中,需不断融入新技术,并在新技术的背景下仔细评估所采用的关键技术、网络设计与建设方案。

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煤炭科学技术

2022年第02期

435

679
长壁综采工作面无人自主开采发展路径与挑战

作者(Author)：王世博, 葛世荣, 王世佳, 李争, 万志军

摘要：智能化无人开采是实现煤矿安全高效开采的技术途径。根据无人控制系统发展的一般规律，分析了综采工作面控制系统发展历程包括远程遥控、自动控制和自主控制3个阶段。综采工作面自主控制需要解决综采工作面环境实时感知、综采“三机”协同控制、高精度煤层地理信息系统、开采工艺智能决策与无人综采工作面评估试验方法5个方面的问题。总结了综采工作面控制系统的3个目标任务：可靠割煤与装煤、保持工作面几何关系、围岩可靠支护；凝练了综采工作面控制系统的8项关键技术：液压支架电液控制技术、综采装备协同控制技术、工作面通信技术、工作面可视化技术、采煤机定位技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术、工作面围岩支护控制技术，并分析了综采工作面控制系统关键技术与其目标任务之间的逻辑关系。通过分析综采工作面控制系统关键技术的功能需求和综采工作面自主控制的研究问题，提出了综采工作面由自动控制迈向自主控制首要解决的问题，即工作面煤层地理信息系统精细化、采煤机截割规划策略、工作面围岩智能支护策略以及综采工作面控制系统适用性评估检验方法。

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煤炭科学技术

2022年第02期

528

1732
基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测技术

作者(Author)：胡而已

摘要：放煤量智能感知是智能化综放开采的关键技术，通过综放工作面后部刮板输送机煤流量的实时监测可动态调控放煤口动作，结合煤矸识别和顶煤厚度监测信息可有效避免工作面过放和欠放，提高煤炭资源开采回收效益，防止刮板输送机过载等安全生产事故发生。提出基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测方法,引入三角微元法构建放煤量回归实时计算模型，通过测量临近放煤口位置的后部刮板输送机上部运煤量来表征工作面实时放煤量，采用高性能多次回波信号反射激光雷达扫描，快速捕获、存储高精度三维激光点云数据，提出基于最小二乘法的激光回波数据回归处理算法，与传统三次样条插值算法的对照实验表明，数据回归算法的计算精度和计算效率具有明显优势，同时在实验室环境下验证了该算法的鲁棒性，研制了放煤量激光扫描测量装置防爆样机，在晋能集团塔山煤矿8222工作面开展了放煤量智能监测系统的工业性试验，验证了监测技术和装置的可靠性。

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煤炭科学技术

2022年第02期

273

790
透明工作面智能化开采大数据分析决策方法及系统研究

作者(Author)：张科学, 徐兰欣, 李旭, 毛明仓, 符大利, 张玉良, 亢磊, 王晓玲

摘要：为更好地实现工作面开采过程的智能分析与决策，构建了透明工作面模型，通过应用大数据融合技术、模型数字化技术、分析决策技术和机器学习技术，建立了一套可“预测、预判、预控”的透明工作面智能开采大数据分析决策平台。搭建了硬件环境和集群环境，规范了虚拟化集群的存储量指标，设计了大数据智能分析决策平台首页界面、地质数据界面、采煤机规划界面、电液控规划界面和采煤工艺界面，同时概述了数据融合技术、模型数字化技术、分析决策技术、机器学习技术和设备故障自诊断技术等智能开采大数据分析决策系统关键技术。智能开采大数据分析决策平台主要包括数据运营中心、数据融合系统、算法集群系统、决策交互系统、验证评价系统等内容，平台实现了对综采工作面不同设备的多种通信协议数据的统一、转换、关联、分类和存储，同时基于开采工艺、综采自动化控制技术、惯性导航技术和雷达测距技术来不断对透明地质模型修正更新，分析得出综采设备精准控制决策信息。通过工业性试验，对地质数据进行收集和分析，建立了透明工作面三级智能开采模型，构建了透明工作面智能开采大数据分析决策系统总体设计架构，实现了利用大数据分析决策技术对截割模型进行实时修正，实现了智能精准开采。

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煤炭科学技术

2022年第02期

517

1177