摘要：工业互联网是工业系统与新一代信息通信系统深度融合的新型应用模式,是新基建的重要组成部分和促进两化融合的抓手。为推进煤矿智能化改造和升级,探索通过煤炭工业互联网平台的建设,充分利用物联网、大数据、人工智能等先进技术手段,对煤矿企业生产各环节产生的数据进行采集、存储、加工处理和分析利用,打通信息和系统孤岛,实现数据融合和共享,为安全高效生产提供分析和决策支持。首先基于工业互联网产业联盟发布的工业互联网平台整体框架,结合业界应用实践,围绕煤炭行业特殊应用场景,研究适合于矿井的工业互联网平台解决方案。同时通过分析研究煤炭行业业务数据特征,根据不同层级工业互联网平台的定位,尝试给出了工业互联网平台在煤炭行业落地部署时矿井级、集团级、行业级等不同层次工业互联网平台的功能和协同关系。然后进一步深入设计了一种适用于矿井的云边端一体工业互联网平台技术方案,满足矿井智能化生产过程管控需求,并重点对工业互联网平台的核心支撑大数据平台技术体系进行研究,以数据为导向,设计了大数据平台整体功能架构和技术架构。针对大数据平台的核心技术组件选型,搭建试验环境,利用在某矿井综采工作面实际采集的数据进行试验验证,证明整体架构和技术路线可行,大数据平台的数据存储、访问、计算等关键性能指标符合预期。

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。

摘要：针对国内厚3~4 m煤层生产效率低、采煤机割煤速度慢、液压支架自移跟机可靠性差等问题,根据转龙湾煤矿Ⅱ-3号煤层233采区煤层赋存情况,为了实现转龙湾煤矿一矿一井一面的千万吨级智能化矿井建设目标,开展了3~4 m厚煤层液压支架、采煤机、刮板输送机等成套装备一体化设计,确定了成套装备的技术参数和关键结构,研制了高可靠性、智能化成套装备,突破了基于惯性导航系统的综采工作面直线度精确检测技术、采煤机记忆截割智能控制技术、基于煤流负荷模型的刮板输送机智能调速技术、工作面端头联合支护技术等关键技术,实现了采煤机自主定位、记忆截割,液压支架自动跟机移架、推移刮板输送机和自动矫直,刮板输送机智能柔性变频调速,2巷超前液压支架协同推进,设备列车的自动控制和快速自移。结果表明,上述关键技术保障了综采装备的成套协同作业和连续回采,工作面具备了年产1000万t的水平,大幅减少了采煤工作面的操作工人数量,实现了远程监控和少人值守常态化模式的智能化采煤作业,自2015年10月在转龙湾煤矿23303工作面进行工程示范应用,效果显著,每班可减少操作工人5人,最高日产达到3.78万t,最高月产90.13万t,建立了3~4 m厚煤层年产千万吨的配套模式,可为类似煤层赋存条件高产高效生产提供经验。

摘要："十三五"期间,我国煤矿开采开始进入了智能化模式,但处于智能开采的初级阶段。首先,对国内外智能开采技术进展进行了分析,重点介绍了澳大利亚的智能煤矿建设和北京天地玛珂电液控制系统有限公司的无人化综采工作面技术进展。其次,按照智能感知和智能控制2个环节总结了国内智能开采行业的顶层设计。对于智能感知关键技术,建立了智能感知技术体系,攻克了综采装备全方位感知技术和工作面自动找直技术,解决了惯性导航长时间坐标漂移的累积误差增大问题;以物联网推动了围岩透明感知技术,基于多信息融合的煤岩界面识别和超宽带雷达精细测量,具备了一定的超前探测能力和适应煤层地质条件变化能力,高精度三维动态地质模型的动态修正技术;将机器人技术引入到综采工作面感知体系中,通过巡检机器人实现综采工作面生产的快速无缝实时感知;通过对传统VR的建模技术升级,建立了工作面三维实景模型。对于智能控制关键技术,建立了智能控制技术体系,研究了远程监督型控制技术和自主控制技术,利用巡检机器人超前对煤岩界面自动检测和滚筒截割状态的实时识别,实现了智能调高控制、俯仰采控制和推进方向的平滑阶梯多级调整控制,开发了巡检机器人模式下的智能割煤工艺;通过对5G通信系统的协议改进,实现了工作面移动传输上行带宽超过300 Mbps和传输延时小于20 ms的视频传输性能。保证了综采远程控制的实时性和可靠性。通过智能感知与智能控制的关键技术应用,进行了远程干预型智能控制综采生产、视觉测量煤岩分界、直线度自动测量调直、超宽带雷达探测、真实场景综采工作面三维建模和巡检机器人自主采煤等应用实践。最后提出了尚待解决的理论和关键技术问题:深度超前精确探测理论体系、综采全工艺流程无人化控制理论体系、全矿井无缝覆盖通信定位体系、复杂环境下的目标识别、上窜下滑控制和超前自动移架技术等。

摘要：针对目前煤矿数据采集、融合与共享存在的设备属性缺乏标准化且语义不统一、数据采集规约无法跨操作系统、数据访问实时性差、数据共享效率低等问题,设计了一种基于对象模型的煤矿数据采集融合共享系统。在基于位号的煤矿数据编码标准的基础上设计设备对象模型,克服了设备属性缺少标准化和设备属性语义不统一的问题;采用工业规约采集、Restful API问答式采集和文件数据采集等数据接入方式,可支持国产化操作系统,提供了方便的报文监视工具,能够准确判断通信异常原因;通过设备对象模型映射实现数据融合,引入数据治理机制确保数据的准确性和一致性,以对象模型的形式存储数据来节省存储空间、提高存储效率;将所有设备对象数据存储到一张表中,对象化的数据共享接口可简化成实时数据共享接口和历史数据共享接口,减少了冗余接口,从而降低了数据访问次数。应用结果表明,该系统在对设备数据标准化后降低了数据使用过程中语义解析的难度,同时提高了数据的计算、存储和访问性能,为大数据分析提供了保障。

摘要：《煤田地质勘探报告》中提供的地质勘探剖面图是地质工作的重大成果,是反映煤田产状的重要图件之一。该图件含有煤田地层、断层、陷落柱、水文地质、地表等丰富的地质信息,为煤矿设计及生产提供了基础资料。在智慧化矿山建设中,该图件对于创建煤田的三维地质模型具有同等重要意义。主要研究从“地质剖面图”创建“三维数字化模型”时矿层及断层建模的实现算法。在建模过程中,将二维地质剖面图转换为三维剖面图,手动交互式选择相邻剖面图上的断层或煤岩层分界线,生成断层面和煤岩层三维实体,实现了煤田地质模型的三维重建,为矿井勘察、设计及生产提供了新的煤田地质模型表现手法。

摘要：针对现有煤炭工业互联网在设计与应用中面临的技术体系模糊、数据集成共享困难以及开发速度慢等问题,结合煤炭行业的相关特点,基于微服务架构可独立部署、高灵活性和易于管理等特点,以数据为关键点,利用容器化、虚拟化等技术,提出了基于微服务架构的煤炭工业互联网平台,介绍了工业互联网及其平台特点,详细阐述了基于微服务架构的煤炭工业互联网平台架构设计和关键技术设计。通过在山西天地王坡煤业有限公司实际部署应用表明,该平台解决了传统的数据闭塞、信息孤岛等问题,满足了煤矿工业互联网的基本要求,在数据存储、系统应用、平台后期维护等方面具有良好的应用成效。

摘要：作为矿山生产管理的重要内容,生产调度优化与管控可以充分利用产能、降低开采成本,因此成为现代矿山降本增效的有效手段。通过精细化调度管理和智能决策方法,实现复杂条件下的开采装备高效协同作业,充分提高调度管控效率和矿山生产能力,是现阶段矿山开采装备智能调度需要解决的关键问题。以地下金属矿山开采装备调度过程为研究对象,以提高开采装备的作业效率和生产能力为目的,研究了开采装备智能调度管控模式、决策支持算法和集成化应用。针对现代地下金属矿生产实时化、精准化与智能化管控的新需求,提出了开采装备短间隔智能调度新模式,形成了以“任务分解—任务配置—运输配置—作业指令—响应修正—分析反馈”为特征的短间隔闭环调度方案。设计了包括开采装备任务配置与调度优化算法、面向多级动态配矿的矿石流优化算法、无轨装备集群调度控制优化算法的智能化决策支持算法库,实现由人工经验到智能决策的转变。将开采装备短间隔智能调度体系进行综合示范应用,满足了现代矿山精细化管控和智能化决策需求。研究成果对于地下矿山开采装备作业过程的精细化管控与开采效率提升具有指导意义,同时也为现代地下金属矿山的生产调度管理提供了理论和方法支撑。

摘要：为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

摘要：针对目前的煤矿监控数据采集系统存在数据编码标准不统一、单系统运行可靠性差、数据可视工具不支持WEB方式和主机不能智能切换的问题,基于工业互联网平台技术体系,利用前后端分离和Restful API接口访问等技术,融合互联网开源报表等组件,研究设计一个面向微服务架构的煤矿生产监控数据采集系统,介绍了目前煤矿监控数据采集系统存在的问题,完成了面向微服务架构的煤矿监控数据采集系统架构设计,具体阐述了数据统一标准化、单通道采集微服务化处理、数据服务状态监控和数据可视化组件等关键技术。煤矿生产监控数据采集系统在山西天地王坡煤矿进行了工程验证,应用结果表明,按照统一标准的规范设计数据模型,通过把数据采集、数据服务、可视化等应用微服务部署运行,实现了煤矿生产监控数据采集及监视,为煤矿其他应用提供重要的数据支撑和基础保障,同时,微服务运行的方式提高了煤矿系统维护人员的运维效率。