《工矿自动化》2022年度综述类文章合辑_中国煤炭行业知识服务平台

《工矿自动化》2022年度综述类文章合辑

来源：工矿自动化

综述类科技论文是对一段时间内某个领域科学技术发展的总结和概括，是从一个更广泛的角度综合研究型文章的“荟萃”结果，可使科技人员快速了解相关领域内技术研究现状和发展趋势，有助于明确研究方向和思路。本刊整理了2022年度发表的煤矿自动化、信息化、智能化领域综述类文章，供科技人员参考，以期促进学术交流与技术进步。

行业视野: 工矿自动化
类别; 134个
关键词; 85位
专家; 21篇
论文; 4725IP
点击量; 8524次
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地下复杂空间无人机研究进展及其面临的挑战

作者(Author)：王保兵, 王凯, 王丹丹, 高海跃, 王春喜

摘要：分析了地下复杂空间无人机的技术发展与应用现状，指出地下复杂空间无人机面临单体性能不足、环境态势感知与自主导航能力有限、编队协同能力有限等问题，针对上述问题，展望了地下无人机关键技术发展趋势：(1)小型化轻量化一体化无人机设计技术。通过改进无人机的机械结构，提高激光雷达、深度相机等信息感知传感器与控制系统的集成度，优化电源管理系统等，最终实现单体无人机巡航速度、续航时间等性能的提升；(2) GPS拒止环境下态势感知与自主导航技术。攻克即时定位与地图构建（SLAM）导航与实时路径规划等关键技术难题，围绕特定场景逐步突破算法的局限性，提升无人系统的感知能力、环境适应性和鲁棒性；(3)有限信息下编队协同控制技术。攻克异构/同构无人机集群协同、复杂信道环境下的无线通信等技术难题，通过优化无人机群体智能控制策略、信息交互机制及任务决策协同机制等，增强集群无人系统的鲁棒性，提高无人系统在地下复杂环境中的自适应能力，进而提升无人系统的任务执行效率与成功率。

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工矿自动化

2023年第07期

198

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煤矿井下无线通信技术演进

作者(Author)：白雪峰, 舒晓军

摘要：矿井通信是煤矿智能化发展不可或缺的一环。分析了煤矿井下无线通信不同发展阶段不同通信制式和技术的优缺点，得出目前5G、WiFi6在传输速率、时延、可靠性及用户容量方面具有较大技术优势及较好的适用性，是近阶段矿用无线通信技术的主流解决方案。探讨了井下无线通信系统建设面临的问题及对应的发展方向：(1)技术融合问题。不同场景对带宽、时延、功耗、可靠性有不同要求，单一的通信技术难以满足煤矿所有应用场景的需求，必须根据实际应用情况，选择适合的通信技术来满足应用需求，不同技术通过协议转换器、网关等设备实现融合，形成井上下多技术融合的一体化通信网络平台。(2)系统融合问题。由于各系统由不同厂家提供，通信协议及硬件接口不一致，难以真正实现矿井各系统数据共享，应提供标准接口、开放的网络架构、统一的用户数据，为监控、应急、生产等系统提供互联互通功能，并进一步提供统一数据报文，让数据在各系统内低延时、高并发、实时、同步地流通。(3)设备功耗问题。现有矿用5G基站等由于设备本身功耗大，只能做成功能单一的隔爆型产品，设备笨重、体积大，安装维护困难，制约了5G技术在矿井的普及推广，可从主芯片、射频模块、功率放大模块3个方面着手进行低功耗设计。

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工矿自动化

2023年第07期

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煤矿智能化创新团队建设与关键技术研发进展

作者(Author)：王国法, 富佳兴, 孟令宇

摘要：分析了我国煤矿智能化建设存在的突出技术短板，提出了智能化系统设计、信息基础设施、智能地质保障、智能采掘运、智能安全预测预警、智能供电及智能水务、智能洗选、智慧园区、智能化露天煤矿、智能建井、智能设备及机器人、应急救援及监管监察等12个创新研发方向，组建了46个煤矿智能化优势创新团队，形成了煤矿智能化创新最强阵容。建立了创新链与产业链的目标协同、组织协同、知识协同和业务协同模式，依托136个省级以上实验平台，在煤矿智能化重要技术方向上率先取得一批创新成果，为我国煤矿智能化建设提供了技术支撑。提出了持续推进煤矿智能化建设、提高技术装备保障能力的9个重点突破方向：持续构建煤矿智能化支撑技术体系，加快构建煤矿智能化技术标准体系及建设效益评价体系，加快推进煤矿智能化“煤智云”研究应用，开发大采高放顶煤智能开采工艺成套装备，加强智能快速掘进技术及装备研发，开发高可靠性、高稳定性的矿用智能传感器，加快煤矿机器人集群关键技术研发，加快构建智能洗选成套装备及工艺包开发，强化露天煤矿智能化工艺先进成熟与核心装备稳定高可靠。

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2022年第12期

242

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煤矸石智能分拣机器人研究进展与关键技术

作者(Author)：张烨, 马宏伟, 王鹏, 曹现刚, 魏小荣, 周文剑

摘要：煤矿井下矸石被煤泥包裹，煤矸石识别难、分拣难；井下工作空间狭小，设备布局难、煤矸石分流难，因此，需要研发高性能、高可靠的煤矸石智能分拣机器人。分析了煤矸石智能分拣机器人中煤矸石识别、机器人轨迹规划、多动态目标多机器人协同控制技术的研究现状。指出煤矸石分拣工作环境复杂，其质量和形状不规则且呈随机分布，因此，复杂环境下煤矸石识别与抓取特征提取、非结构环境下煤矸石稳定可靠抓取、多目标任务多机器人智能协同分拣是煤矸石分拣智能机器人的3大关键技术，提出要实现机器人智能分拣煤矸石，还应在适应于井下的煤矸石识别与抓取特征提取、动态目标精确定位和同步跟踪、机械臂在线轨迹规划和多机械臂智能协同控制等方法上进行深入研究。通过对上述3大关键技术的梳理，总结得出：煤矸石数据集构建与扩增、煤矸石识别与抓取特征提取是实现煤矸石高效识别的关键技术；动态煤矸石精准跟踪、机械臂同步跟踪动态目标轨迹规划和快速大质量目标稳定抓取是实现机械臂稳定抓取煤矸石的关键技术；多任务高效分配、防碰撞路径规划和智能协同控制是实现多机械臂高效智能协同分拣的关键技术。针对目前存在的共性问题，提出了解决方案：在识别方面，研究基于多模态深度学习的煤矸石识别与抓取特征提取方法，实现井下煤矸石快速识别；在轨迹规划方面，研究动态煤矸石精准定位和实时跟踪方法，实现机器人对动态煤矸石的自适应稳定抓取；在协同分拣方面，构建多层多机械臂协同控制模型，实现多机械臂复杂环境下高效智能协同分拣。

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工矿自动化

2022年第12期

148

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煤炭智能重介分选技术进展与探索

作者(Author)：代伟, 王昱栋, 董良, 赵跃民

摘要：重介分选作为应用最广泛的选煤工艺，正在从自动化、信息化向智能化方向迈进。目前重介选煤厂智能化建设只是实现局部智能化，在整体智能化建设上还存在欠缺，在核心生产设备（重介质旋流器、浅槽等）智能化上发展不足。针对上述问题，从智能感知、智能控制与智能优化决策3个方面阐述了重介分选智能化研究现状，并剖析了重介分选在从自动化向智能化发展的过程中面临着诸多挑战性难题，包括原煤品质波动导致工况难以稳定运行、重介分选自身具有极高的复杂性、重介选煤厂智能化建设局限性等。为推进重介分选行业的智能化与绿色化，实现全场设备自主控制，减少运营人员甚至实现无人化，指出重介选煤厂应建设一套“智能感知、智能控制、智能优化决策”一体化的智能优化生产系统：智能感知作为智能化的基础实现选煤工艺数据的感知获取；智能控制获取传感器等数据对选煤工艺进行智能修正，确保对设定值的跟踪；智能优化决策分析智能控制模块中分选过程的运行状态、调整工艺指标设定值，实现工艺指标设定值的动态优化。感知、控制与决策相互协同，促进选煤厂智能化水平与生产效益提高，为未来实现重介分选生产全流程智能协同优化控制提供了一条新思路。

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工矿自动化

2022年第11期

230

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AI视频图像分析在选煤厂智能化中的应用现状与发展趋势

作者(Author)：折小江, 刘江, 王兰豪

摘要：人工智能（AI）视频图像分析是选煤厂智能化的重要组成部分，可实现对选煤厂设备、环境、人员、选煤全流程的重要参数的智能监测。给出了目前智能化选煤厂基本架构，指出现有研究大部分是利用AI视频图像分析技术构建对选煤厂人员、设备、环境、管理的安全监测系统，给出了智能视频图像监测系统的构建过程。针对选煤厂智能化建设中的安全环保生产和提高产品质量两大目标，从异物检测、智能分选、设备运行状态监测、煤炭粒度检测、人员行为监控和环境与安全检测等6个方面介绍了AI视频图像分析技术在选煤厂智能化选煤上的应用现状。对AI视频图像分析在选煤厂智能化应用进行了展望，指出不仅要从宏观架构上搭建基于5G通信、物联网、AI、智能控制理论和选煤行业技术的多层级视频监控系统，还要从微观上优化现有通用的智能视频监测方法或算法，开发出适用于选煤厂环境的智能视频图像分析技术：机器视觉、计算机视觉应与深度学习高度融合，面对不同工况，合理应用机器视觉与计算机视觉的不同优势；建立多层级一体化监控系统框架，在框架内部署并优化算法模型；建立多元化的视频图像数据库，充分利用不同图像类型的数据特征，开发针对性分析算法；深入研究分布式数据流与实时AI视频图像分析，构建实时AI分布式系统，合理调度视频图像分析模型，提高实时模型的计算效率与准确性。

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工矿自动化

2022年第11期

218

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液压支架精准推移与快速跟机技术研究现状及发展趋势

作者(Author)：任怀伟, 张帅, 张德生, 周杰, 任长忠, 苗兴, 刘科, 侯炜

摘要：液压支架精准推移与快速跟机是实现工作面智能化开采的关键技术支撑。为实现智能化开采，将液压支架精准推移等效为煤矿环境下的阀控缸系统精准位置控制；快速跟机则需从跟机工艺、稳压供液、快速移架等方面实现。针对液压支架精准推移技术，指出可借鉴相关领域成熟的阀控缸精准位置控制技术，总结了电液比例阀、高速开关阀、电磁换向阀控缸位置控制技术的研究成果及借鉴到煤矿领域存在的问题，提出可通过研制适合井下环境的大流量高压水基电液比例阀、开发智能优化控制算法2种途径实现液压支架精准推移。针对液压支架快速跟机技术，指出目前液压支架自动跟机因跟机工艺不合理、供液系统不稳定、移架工序不合理等，导致跟机速度慢，且易出现推移不到位、丢架等情况，从优化跟机工艺、稳压供液、快速移架3个方面总结了提高跟机速度相关研究成果，指出：目前跟机工艺无法根据采煤机速度动态调整，基于设备感知的自动跟机尚处于理论阶段；优化供液系统结构和控制算法是目前实现工作面稳压供液的主要途径，但未能有效解决多支架协同动作时液压支架端压力、流量稳定问题；改进液压系统结构是实现快速移架的主流方式，但存在远距离输送高压油液时压降大和高压处爆管、增大管径导致管路布置困难等问题。针对上述问题，提出从工作面供液系统恒压控制、提高液压支架推移控制精度、保障液压支架自动跟机效果、提高工作面整体跟机速度4个层面实现液压支架精准推移与快速跟机。指出液压支架精准推移和快速跟机技术的发展趋势为集中-分布式敏捷高效供液、液压支架控制器边缘计算能力提高、跟机控制策略对采场环境适应性增强、采场-装备动态耦合与跟随控制。

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工矿自动化

2022年第08期

332

328
煤矿辅助运输系统智能化现状分析及框架设计研究

作者(Author)：常凯, 刘志更, 袁晓明, 李媛

摘要：介绍了国内外露天煤矿和井工煤矿辅助运输智能化技术发展和应用现状：露天煤矿的智能辅助运输系统已经实现了矿用卡车在固定路段内的无人驾驶、自动装载、自动卸载、主动避障、智能调度等功能，工程实践也取得了不错的应用效果；井工煤矿辅助运输智能化目前还处于装备的单机智能化发展阶段，尚未形成集车辆调度、运行状态监测、交通指挥、物资管控等功能于一体的辅助运输智能化系统。重点分析了井工煤矿智能辅助运输系统存在的主要问题：井下定位系统精度低和实时性较差、调度系统功能缺乏有效融合、驾驶辅助系统模块不健全、无人驾驶技术滞后和缺乏试验条件等。基于《煤矿智能化建设指南（2021年版）》中关于智能辅助运输部分的相关要求，提出了辅助运输系统智能化建设的总体目标，根据总体目标设计了煤矿辅助运输系统智能化框架：（1）物资编码和物资集装化运输，实现物资从仓储、编码、装车、运输、卸车到回收过程的全流程信息化管控。（2）自动装卸和自动接驳，实现物资在轨道机车、单轨吊、无轨等不同辅助运输方式之间的自动转运和接驳。（3）精准定位和智能导航，实现人员及运输设备的精准实时定位、路线规划和实时导航。（4）车辆智能调度，实现辅助运输综合信息展示、数据传输、状态监测、调度指挥和健康管理等功能。（5）驾驶辅助系统，建设防疲劳驾驶预警、360°全景环视监控、预防撞、交通标志识别、下坡行车辅助制动、自适应照明等智能化子系统，提高机车运行的安全性。（6）辅助作业机器人替代，实现井下辅助作业场景的机器人自动化作业，减少用工数量，提高辅助作业整体自动化水平。（7）无人驾驶，实现机车在矿井下的无人驾驶常态化运行。该研究可为智能辅助运输系统的建设和发展提供借鉴。

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工矿自动化

2022年第06期

241

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