摘要：智慧矿山建设目标是在工业互联网技术的基础上,能够完成对矿山"人、机、环"数据进行精准化采集、网络化传输、规范化集成,从而实现可视化展现、自动化操作和智能化服务的矿山智慧体。目前,智慧矿山的建设主要以单一的业务逻辑为基础,较少从数据运营、技术服务和业务逻辑等多方面,深入研究智慧矿山的体系架构问题,难以实现通用性和扩展性较强的智慧矿山建设目标。为解决上述问题,基于已有智慧矿山的基本概念及内涵,在对国内外智慧矿山研究现状分析的基础上,提出智慧矿山的基本内涵及其建设原则,并引入数据标准化、网络协同化、系统一体化和技术智能化的建设理念。提出智慧矿山顶层架构体系及其关键技术。该顶层架构体系主要包括智慧矿山总体架构、业务逻辑架构、技术架构和数据架构4个部分,从总体设计、业务分析、技术实现和数据流转的不同角度,可以较为综合和全面地构建智慧矿山。之后,探讨和研究了智慧矿山顶层架构体系建设过程中涉及到的智能控制技术、通信网络技术、三维可视化技术、空间信息技术、大数据分析与挖掘技术、物联网技术、机器学习理论方法、媒体智能技术等关键智能技术。最后,在总结智慧矿山顶层架构设计及关键技术内容的基础上,指出了未来智慧矿山建设过程中需要解决的一些关键理论问题及系统设计、优化问题,为不断完善智慧矿山顶层架构的设计和智慧矿山的深入发展明确了研究方向和实现目标。

摘要：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。

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。

摘要：为实现煤矸石的高效利用,制作可直接用于矿井巷道地面的煤矸石混凝土,以煤矸石取代天然粗骨料的取代率、水灰比大小、外加剂掺量为影响因素,通过三因素三水平正交设计的方法对C20、C30、C40三种强度煤矸石混凝土的力学性能进行试验研究,探索各因素对煤矸石混凝土立方体试验试件的力学性能影响机制。结果表明:煤矸石取代率对混凝土立方体抗压强度的影响最大,对于C20、C30、C40三种强度等级的煤矸石混凝土,取代率为80%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的64.1%、63.4%、62.2%,而取代率为100%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的53.0%、56.8%、61.5%,与天然骨料混凝土相比,煤矸石骨料混凝土力学性能较弱,总体上强度偏低;对7、28 d两种龄期,取代率分别为80%和100%的煤矸石混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度进行回归分析,得到的结果与现行国家规范中对普通混凝土的要求相近,表明取代率为80%和100%的煤矸石混凝土轴心抗压强度能够满足要求;由于煤矸石骨料自身力学性能较差,导致煤矸石混凝土劈裂强度不能达到规范要求,弹性模量明显低于普通混凝土,泊松比试验值离散性较大,变化规律不明显。基于试验结果,确定陕北矿业公司柠条塔煤矿巷道地坪C20级强度煤矸石混凝土最佳配比为:煤矸石取代率为100%、水胶比为0.45、不掺加减水剂,即水泥、水、黄砂、煤矸石质量比为1∶0.45∶1.31∶2.67。

摘要：为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明:调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。

摘要：为促进大宗固体废弃物煤矸石在结构工程中的资源化利用,以陕北矿区五个典型矿源煤矸石为研究对象,开展煤矸石放射性、化学组成、矿物组成、含碳量与发热量等基本理化特性试验与煤矸石混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度等基本力学性能试验,分析煤矸石的理化特性,研究煤矸石粗骨料对混凝土力学性能的影响。结果表明:煤矸石化学组成主要为SiO2与Al2O3,矿物组成主要为石英与黏土矿物,含碳量为0.91%~2.09%,发热量为424.31~1869.34 kJ/kg,满足GB 50821—2012《煤炭工业环境保护设计规范》中一类煤矸石指标要求,可用作骨料使用。煤矸石的含碳量、吸水率、压碎指标、堆积密度及表观密度均是影响煤矸石混凝土立方体抗压强度的指标之一,但各指标间高度相关,均可以含碳量的函数表示,含碳量是影响煤矸石混凝土立方体抗压强度的主要因素。通过回归分析,建立以煤矸石含碳量为变量的煤矸石混凝土立方体抗压强度计算公式,所得计算值与试验值吻合较好。此外,煤矸石混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度换算可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式,而劈裂强度与立方体抗压强度换算应在GB 50010—2010公式基础上进行折减,折减系数取0.9。

摘要：为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求,针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理,死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题,提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智能调控系统,优化风流场分布。分析建立了系统实现的整体框架、运行流程及关键技术,利用Zigbee自组网功能进行巷道风速、瓦斯体积分数及粉尘质量浓度等实时数据的监测采集,通过ARIMA时间序列预测模型对下一时刻瓦斯体积分数及粉尘质量浓度进行智能预测分析,并引入小生境四段式编码遗传算法提取相应出风口风流智能调控规则,结合GPRS无线传输技术实现出风口风流状态的智能调控,在此基础上,运用Unity3D构建系统虚拟模型并实现了物理实体与虚拟孪生体的映射交互。通过设计搭建的数字孪生系统实验测试平台,验证了系统实时监测、决策评价、智能调控、虚实融合等关键功能技术可行性,并结合具体案例对系统智能调控效果进行了对比分析,结果表明:调控后司机位置处风速明显上升,上隅角瓦斯体积分数由0.623%降低为0.306%,降低率达50.8%;司机位置粉尘质量浓度由1180 mg/m^(3)降低到695 mg/m^(3),单点降尘率达41.1%,回风侧行人高度沿程粉尘质量浓度由430 mg/m^(3)降低为150 mg/m^(3),降尘率达65%,进一步优化了掘进工作面巷道风速、瓦斯及粉尘场的运移分布。

摘要：掘锚机行驶通过性能是影响其地质适应性的重要因素,为研究掘锚机在不同地质条件下的通过性能,以Sandvik MB670型掘锚机为研究对象,国内某煤矿5-2煤层为研究背景,采用履带动力学理论与多体系统动力学仿真方法构建了巷道内不同地形条件下的掘锚机行驶动力学模型,仿真研究了掘锚机的运动特性和稳定性。结果表明:纵向地形是影响机身振动的主要因素,坡度越大掘锚机滑转现象越严重,当5-2煤层底板纵向坡度为17%时,掘锚机的平均滑转率达到0.214;底板倾斜是造成掘锚机偏航角和偏移量迅速增大的主要原因,掘锚机在凹形底板上的偏航角和偏移量很小,在凸型底板上的偏航角近似不变而偏移量随位移线性增加。通过DEM-MBD耦合仿真方法研究了掘锚机在全煤层、含水煤层、含30 mm矸石煤层和含60 mm矸石煤层4种底板的上的动力学特性。结果表明:煤层表面保留30 mm矸石层时掘锚机爬坡角度可达到19.5°左右,而当矸石层厚度为60 mm时爬坡角度降低为17°,当煤层含水时掘锚机最大爬坡角度略低于全煤层时的19°;虽然不同地质条件下掘锚机的平均接地比压相近,与理论值误差在5%左右,但在含60 mm矸石煤层上掘锚机接地比压分布最不均匀,不同位置履带接地比压相差达8 N/cm 2,高于其他3种底板,增加矸石层厚度还会带来底板沉陷和堆积问题。而少量矸石层在提高行驶性能的同时也导致掘锚机偏移量和启动阶段加速度增加,因此针对不同工况要控制底板表面矸石含量。

摘要：矿山开采中的资源信息结构十分复杂,为了实现对复杂数据信息的智能化管理和整合,设计了基于大数据背景下的矿山开采智能化信息资源整合管理系统。对系统硬件结构、自动化整合模块、查询定位模块以及智能化管理模块进行设计,并通过对比实验验证该系统与传统系统相比对资源的管理效率得到了明显的提高。

摘要：陕西陕煤陕北矿业有限公司(简称陕北矿业)是陕煤集团在陕北国家级能源化工基地规划建设的大型煤炭生产企业,资产规模达445亿元,拥有8000多名员工、7000万吨优质煤炭年产能,年创利润100亿元左右。近年来,陕北矿业紧抓深化国企改革的窗口期和高质量发展的机遇期,探索"一体统筹顶层设计、深化‘三项制度’改革、激发三层创造活力"的"133"模式,打造煤企核心竞争力,2017、2018、2019年相继获得"陕西省质量奖""中国工业大奖""全国五一劳动奖状"等多项殊荣。