智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破，尚处于初级阶段。为更好地促进智能矿山数字孪生技术的发展，本文对相关研究成果进行了梳理，探讨了亟待解决的关键共性问题和应用方向。

       相对于其他行业，数字孪生技术在煤炭行业应用起步较晚，目前国内外煤炭行业学术界对数字孪生矿用化基础研究较少，大多集中于应用型研究。在煤矿安全管理方面，数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等。在煤矿生产方面，数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护中。

       数字孪生可分为物理实体、虚拟实体、连接交互、孪生数据及功能服务5个维度。目前对数字孪生的研究集中于虚拟实体和功能服务维度，而针对物理实体、连接交互和孪生数据的研究较少。物理实体是数字孪生的数据基础及终端服务对象，连接交互是实现虚实数据及指令传输的保障，数字孪生数据是功能服务的基石，若要实现真正意义上的数字孪生，这3个维度的支撑作用不可或缺。

       根据技术成熟度，数字孪生可分为“以虚仿实、以虚映实、以虚控实、以虚预实、以虚优实、虚实共生”6个层级，目前，煤矿行业对数字孪生的应用主要处于以虚控实阶段。

       从物理实体、连接交互、虚拟实体、孪生数据及功能服务5个维度入手，探讨智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题。

       物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发。传感器的种类需要继续增加，如煤矿自燃监测中需要研发激光乙烯乙炔传感器。传感器的数量需要增加，如采掘工作面等核心工作区域、采空区等危险区域均需要覆盖大量传感器。控制方面，需要实现所有单一装备的远程控制及掘、采、运、选、储、装全流程的全矿井级协同管控。

       连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术。当前的网络通信技术仍然无法满足数字孪生的要求，数字孪生涉及到海量数据交互，要求数据传输低时延、高带宽、广连接，因此，需加强5G网络传输技术在煤矿井下的应用研究。此外，还需要重点攻关针对数字孪生场景的网络切片技术，数字孪生场景需要提供差异化的网络服务。

       虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究。在建模精度方面，需对物理实体的几何形状、材料属性、运动学特性等进行准确建模，对物理实体与环境和其他实体之间的交互进行精细化描述。在仿真精度与效率平衡方面，需在虚拟实体中找到合适的平衡点。在多尺度建模方面，需要找到适合不同尺度的建模方法，并能够在不同尺度之间进行数据交互和信息传递。在虚拟实体与物理实体的一致性验证方面，需通过对比测量数据和仿真结果来验证虚拟实体的准确性。

       孪生数据维度需要解决孪生数据的完整度、标准化程度、整体性、灵活性等问题。

       功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法，以便更好地适应现场环境。

       智能矿山领域宜从设计阶段、生产阶段等方面推进数字孪生技术的研究与应用，针对关键部件或装备，核心环节，重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。

       通过数字孪生技术，在煤矿设计阶段充分模拟和验证灾害发生的可能性，更好地进行灾害预防和安全设计。通过建立完整的数字孪生模型，对矿井设计方案进行多维度、全方位的评估。采用数字孪生技术，实现对煤矿地质信息进行全面、精准、实时监测和分析。

       生产运营阶段的2个重点任务是安全和生产，因此后续研究中应重点突破数字孪生技术在灾害预警及防控、生产调度决策优化2个方面的应用。

邢震（1987—），男，山东临沂人，副研究员，硕士，研究方向为智能矿山整体解决方案、生产协同管控及煤矿安全信息化，E-mail：694826672@qq.com。

邢震. 面向智能矿山的数字孪生技术研究进展[J]. 工矿自动化，2024，50（3）：22-34, 41.

XING Zhen. Research progress on digital twin technology for intelligent mines[J]. Journal of Mine Automation，2024，50（3）：22-34, 41.