煤矿信息系统自动化运维服务平台研究

针对煤矿信息系统运维工作面临的业务系统软硬件结构复杂多样、运维工作繁重、缺乏自动化的监测和故障处置手段等问题,为提升运维质量,设计并研发了煤矿信息系统自动化运维服务平台软件。平台利用运维工具Zabbix实时监测服务器、网络设备、应用程序等资源的运行状态和资源消耗,采用多种告警方式提供故障告警;建立了故障判识和修复策略,实现故障的“主动式”运维;构建了基于Elasticsearch的故障处置方案知识库,智能匹配并推送故障诊断和处理方案,运用移动终端推送故障分析结果与运维任务执行情况。现场应用表明:该平台可有效提升矿井运维人员故障解决效率。

智采工作面三机数字孪生驱动控制架构

为了进一步提高煤矿综采设备智能控制水平,实现智采工作面常态化运行,提出基于数字孪生智采工作面驱动控制的相关概念和系统架构。智采工作面数字孪生系统由物理设备、虚拟孪生体、虚实交互模型组成,通过数字化方法建立与实体设备相映射的虚拟模型,来达到综采设备在作业过程中虚实交互、智能决策、精准控制和动态演化的目的。阐述智采工作面常态化运行要求和采煤机、液压支架和刮板输送机的相关控制难点。提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构,包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素;研究数字孪生虚实交互方法,利用信息物理系统来保障信息交互能力,采用知识模型来解决数据拥堵问题,为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法,包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制。最后以矿山数字孪生实际应用为例,通过建立相关模型和设计相关实验方案,对数字孪生智能控制进行验证。通过展开数字孪生智能控制架构、模式等理论研究,旨在解决目前综采工作面存在的环境感知程度低、设备预测精度差和人工干预强度大等问题,实现在复杂环境条件下设备的自适应控制与人机交互,为煤矿智能化建设提供借鉴意义。

煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程,研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备,以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备,解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题,提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵,研究了典型超级煤矿建设成效与经验,并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

煤矿带式输送机数字孪生系统的HCPN性能评价方法

为解决带式输送机在复杂工况下难以进行性能评价的问题,提出一种基于排队论和层次颜色Petri网相结合的性能评估方法。通过排队论将带式输送机建模为服务台,将带式输送机的原煤运输等价为一个层次颜色Petri网模型。将基于概率分布的运输时间、故障概率因素纳入建模因素,构建Python仿真算法,提出适用于智慧煤矿系统的带式输送机性能评估体系。实验证明该方法能实现复杂工况下的带式输送机性能评估,弥补了现有研究针对此类系统无法获得性能解的不足。

基于数字孪生的煤矿带式输送机监控技术研究

带式输送机可按设计路线多段接力运输,具有运输距离远、运煤量大、效率高等优点,但是存在带式输送机故障监控盲点多、维护困难、人工工作量大等问题。为此,基于数字孪生技术在现代智慧矿山的应用研究,利用数字孪生先进的虚拟仿真技术,对实际的煤矿结构、周围环境和带式输送机运输过程进行建模,形成一个立体、动态的虚拟环境。通过与实际煤炭运输进行实时数据同步,对比故障标准库中带式输送机各种常见故障,可以进行各种模拟实验和智能AI优化分析。结果表明,带式输送机数字孪生监控软件平台可以帮助煤炭运输管理者预测和解决潜在问题,及时准确地发现并处理故障,做好预防性维护,提高煤矿带式输送机的生产效率和安全性。

煤矿供电系统防越级跳闸技术及其应用

随着煤矿生产过程中的电力需求不断增长,煤矿供电系统的安全运行成为了研究重点。首先,论述了防越级跳闸技术在煤矿供电系统中的重要性。然后,对防越级跳闸技术的实现方法进行了详细分析。接着,提出了一种基于智能电网技术的防越级跳闸方案,并通过实际煤矿供电系统的仿真实验验证了其有效性。

大数据时代煤矿餐饮智慧管理研究

煤矿餐饮管理水平直接影响员工用餐体验,为提高管理效率与服务质量,该文以大数据时代为背景,在技术赋能路径下提出一种基于大数据的煤矿餐饮智慧管理方案。结果表明在该方案下通过各子系统的模块功能设计及应用,有利于达到预期目标。建议将该方案推广应用到同类煤矿餐饮智慧管理转型升级之中。

基于5G专网的智慧煤矿建设方案研究

随着加快煤矿智能化发展指导意见的出台,智慧煤矿的建设势在必行,基于5G专网智慧煤矿建设的必要性、建设方案和应用场景,详细介绍了5G专网智慧煤矿无线接入网、承载网和核心网三层网络建设方案。对方案实施后在远程监控、远程控制和无人化作业等三大方面的应用前景做了深入浅出的解析,为智慧煤矿的建设提供了可行性的建设方案。

煤矿智能绿色开采的关键技术分析

智能绿色开采,作为促进煤炭产业深度转型的关键途径,致力于在确保开采安全高效的前提下,最小化开采活动对环境的负面影响。该方法依托先进的智能化技术,对开采流程进行优化,旨在实现煤炭开采与生态环境保护之间的协调共生。智能绿色开采旨在通过集成高级过程控制与设备维护、安全风险管理与生态保护策略,优化煤炭开采的综合性能。此方法倡导在大规模煤炭开采活动中,实现资源高效使用、确保最高安全标准、最小化环境影响,并尽可能维护生态系统的初始状态。智能绿色开采技术体系涉及智能充填开采、甲烷智能提取、灾害智能预警以及煤炭、岩石、水资源和环境的智能集成管理等多个方面。

非煤矿山企业智慧化建设评价系统构建

国内非煤矿山规模与发展程度不一,对智慧化建设情况了解不足。对非煤数字、智慧矿山建设情况及成果进行评价时,无法形成统一的评价标准,阻碍了非煤矿山企业进行智慧化建设统筹安排。利用层次分析法构建了矿山生产、环境安全、可视化系统、企业管理多面评价模型,对非煤矿山企业智慧化建设程度进行评价分析。最终对安徽省非煤矿山企业进行评价分析,得出安徽省非煤矿山大部分仍停留在数字矿山与感知矿山阶段,仅有少数非煤矿山达到了智慧矿山阶段的结果。

基于SMART原则和SEM模型的煤矿安全培训课程设置评价指标体系研究

以煤矿安全培训课程构成的基本要素为基础,综合运用SMART原则和戴明循环理论确定了煤矿安全培训内容、培训方式、培训师资、培训资料、培训效果等5个评价层面,筛选15个煤矿安全培训课程设置评价指标。通过构建结构方程模型(SEM),对15个指标进行综合优化和排序,评价煤矿安全课程设置的合理性。结果表明,该方法能够评价煤矿安全培训课程设置水平,发现培训课程设置及实施过程中存在的薄弱环节,为优化课程体系、准确提升培训质量提供参考依据。

碳中和目标下绿色矿山发展路径研究

基于我国现在的能源结构和经济社会发展特点,分析碳中和目标下煤炭行业转型升级方向:我国煤炭生产基地逐步向西北地区转移;更多的煤炭企业兼并重组,促使行业集约化发展;绿色矿山建设是煤炭行业实现碳中和目标的重要举措。综合评价了绿色矿山建设现状以及存在问题,绿色矿山建设水平和布局区域需进一步提高,还需向深层次全面推进。分析了碳中和目标下,煤炭企业绿色矿山建设的重要意义及发展路径。提出,立足碳中和目标,加大科技投入,推动矿山智能化建设;搭建可视化的人、机、物、法、环境一体化的生产调度平台,实现矿山生产的数字化;发展节能低碳的煤炭开采新技术,建设智慧型“零碳矿井”以及“零碳矿区”。

基于多源组态技术的恒姑煤矿智能化管控平台设计与实现

为满足《贵州省煤矿智能机械化建设与验收暂行办法》等文件技术要求并完成恒姑煤矿智能化管控平台建设,分析了恒姑煤矿智能化管控平台的实际需求和建设目标,梳理了智能化管控平台的建设内容,确定了智能化管控平台的技术选型,提出了平台建设详细设计方案,介绍了恒姑煤矿智能化管控平台设计与实现的关键技术,总结分析了平台实际应用的效果、经济效益和安全效益。

知识驱动的智采数字孪生主动管控模式

构建煤矿智采工作面数字孪生系统需要挖掘“环-机-物”孪生体之间的隐含知识链和操作人员的决策控制经验,并建立虚实空间之间合理的信息交互方式。但是,物理空间与虚拟空间目前仅采用单一的被动信息交互机制。为解决生产运行控制与安全管理决策对开采过程不确定性的适应能力不足、虚拟空间对物理空间的综合管控鲁棒性不强、物理空间设备协同利用率不高等问题,提出一种新型的知识驱动虚实空间主动管控模式。构建了智采工作面五维数字孪生模型,并给出各个维度的具体含义;采用知识工程理论,给出智采工作面全工艺流程中的知识属性划分,建立3类先验知识的规则和模型表达;深入剖析“环-机-物”之间的多层次、多能流关联耦合关系,构建相应的知识动态演化模型;引入机器学习和决策优化方法,建立知识引导的虚实空间信息主动管控机制,从而形成数字孪生智采工作面的知识提取、知识迁移与知识利用新范式。通过提出的虚实空间新型主动管控模式,能够更好地应对煤矿地质条件的不确定性、开采环境的时空动态性,以及开采过程设备群的多样性,为煤矿高效、低碳的智能化开采提供技术支撑,实现平行矿山建设中的“信息可见、轨迹可循、状态可查”提供知识层面的高保真映射框架和决策控制机制。

基于5G+云边端协同技术的采煤机智能调高调速控制系统设计与应用

当前采煤机控制系统难以应对井下工作面复杂工况,采煤机智能调高调速控制的实现面临三大技术难题:传统4G、WiFi等无线通信技术的数据通信能力不足、集中式云计算平台的数据处理协同性低、割煤控制需要较多的人工干预辅助。为促进采煤机以及整个综采工作面的智能化发展,从解决采煤机5G通信、云边端协同、智能调高调速控制等关键技术出发,研制了一种基于5G+云边端协同技术的采煤机智能调高调速控制系统,对系统采用的5G通信技术和云边端协同技术进行了详细阐述,对采煤机智能调高调速控制系统的硬件平台和通信网络进行了介绍。采煤机智能调高调速控制系统采用基于特征级融合和决策级互补的多模态融合煤岩分布识别模型,并且在煤岩分布识别技术的基础上通过“记忆割煤+煤岩分布识别干预”的采煤机智能调高调速控制策略进行截割控制。在神东保德煤矿81309工作面对该控制系统进行了为期2个月的应用测试。测试结果发现:采煤机实时通讯丢包率约为0.003%,采煤机到集控中心之间的端到端平均通信时延下降了75%,采煤机滚筒故障率下降了约42%,前部刮板输送机煤炭混矸率下降了42.9%,验证了该采煤机智能控制系统及硬件平台的实用性及可行性。该项工作提高了采煤机控制的智能化程度和可靠性水平,能够进行推广与应用,促进综采工作面的智能化发展。

双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统研究

信息化建设是智慧矿山发展的必要环节。为提高双阳煤矿智能开采水平,提升双阳煤矿采煤工作面作业规程编制、审阅、学习和管理的效率,以双阳煤矿采煤工作面作业规程所涉及的工作面煤层地质、巷道支护、煤炭生产和应急安全防范等内容为基础设计了双阳煤矿采煤作业规程模板,并以Django3为系统后端开发框架、Vue3为系统前端开发框架、Element-Plus前端组件库和“腾讯云”数据库为技术支持,开发了集采煤作业规程自动编制、审阅、修改、通知、学习为一体的采煤作业规程编制与管理系统,作业规程编制人员、审阅人员和普通工人通过在线平台即可分别编制、审阅、修改和学习相应的采煤作业规程,三者权限明确,互不干扰。研究结果表明,双阳煤矿采煤作业规程编制与管理系统提高了采煤作业规程编制、审阅和管理的效率,是对传统采煤作业规程编制的信息化升级,为双阳煤矿智能化转型做出了贡献。

智能采煤技术提高煤矿安全水平研究进展

详述了智能采煤对煤矿安全的促进作用,综述了与智能采煤相匹配的重大灾害智能防控方案,为研究人员了解中国煤矿安全发展趋势提供了一个理论。分析认为,中国正在大力发展智能煤炭开采,这是传统煤炭开采与最新技术的结合。采矿业希望通过应用煤矿智能开采,缓解或解决煤矿安全、健康和劳动密集型问题,保障能源安全。

“人本智造与XR+”驱动的综采工作面人机协同智能化运行模式探索与实践

煤矿开采当前仍然处于部分无人化的发展阶段,人仍然在综采系统中扮演着重要的角色。智能化综采工作面应该在当前智能化装备和技术的基础上,依靠人(包括巡检工、集控工和维护工)与设备环境的深度人机协作,最终达到安全高效运行的目标。因此,基于在“XR+”领域长期的实践,从“人本智造”的角度出发,对综采工作面人机协同智能化运行模式进行探索。首先对比分析井下3类工种与地面工种的工作环境,得出3个工种在未来如何提升到智能操作工的升级路径;提出了基于多功能平行系统的综采工作面多工种协同运行模式框架,搭建“人-机-环”深度融合的综采工作面全局虚拟场景,并以此为基础进行智能推演,对3工种之间以及和多功能虚拟平行系统的协同交互方式进行设计。接着对其中的一些关键技术,如参数化虚拟矿工模型、真实矿工与虚拟矿工的实时联动、巡检手势集设计和井下协同维护系统等进行研究;最后对多功能平行系统的多工种培训、巡检工虚拟操作、集控工人机优化、维护工协同运行和多工种协同进行了相关的测试,实现了3工种之间以及与多功能平行系统的实时交互;最终形成“全局细节兼掌控+机器智能推结果+多工种协同决策”的协同操作模式,共同完成高质量远程监视、干预、巡检和维护操作,提升工作面运行效率和可靠性。

智能化煤矿顶层设计研究与实践

建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状,进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究,阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联,人机主动交互,主要系统自学习自决策3个阶段分区域分层次实现“物质流、信息流、业务流”的高度一体化协同,构建以人为本的智能生产与生活协调运行的综合生态圈的建设目标和阶段性任务。基于煤矿价值活动分析对智能化煤矿复杂巨系统逻辑关联进行研究和系统归并,提出以泛在网络和大数据云平台为主要支撑,以智能管控一体化系统为核心,能够实现对煤矿开拓、生产、运营全过程进行感知、分析、决策、控制的煤矿十大主要智能系统,包括:煤矿智慧中心及综合管理系统;煤矿安全高效信息网络及地下精准位置服务系统;地质保障及4D-GIS动态信息系统;巷道智能快速掘进系统;开采工作面智能协同控制系统;煤流及辅助运输与仓储智能系统;煤矿井下环境感知及安全管控系统;煤炭洗选智能化系统;固定场所无人值守智能管理系统;煤矿场区及绿色生态智能系统等的智能化煤矿建设顶层架构。通过对数据特征与关联关系研究提出智能化煤矿信息实体特征与抽取方法,并研究智能化煤矿知识图谱构建及数据交互推送方法,构建智能化煤矿数字逻辑模型;研究提出智能化煤矿“云边端”数据处理架构和三层递阶控制策略,在此基础上对煤矿智能化应用系统进行具体设计。以张家峁煤矿生产矿井智能化改造和巴拉素煤矿新建矿井全面智能化建设为典型案例进行了工程实践。

智慧煤矿数据驱动检测技术研究

数据驱动检测技术是智慧煤矿发展的有效组成部分,其在无需知道智慧煤矿大数据系统精确解析模型的情况下完成对未来对象系统行为的预测。针对智慧煤矿的生产运行智能化、安全生产本质化、运营模式科学化等难题,分析了数据驱动检测技术在煤矿设备故障诊断、胶带运输异物检测、煤矸检测辨识等3个方面的应用现状。展望了数据驱动检测技术在这3个方面的发展趋势:①模糊数学与人工神经网络应更加有效融入煤矿设备故障诊断中;②视频防抖、图像分割及目标检测技术应更加有效融入胶带运输异物检测中;③分拣机器人、计算机视觉及图像识别技术应更加有效融入煤矸检测辨识中,提高算法普适性将是煤矸图像识别发展的方向之一。