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煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

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煤炭学报 2019年第2期44卷 349-357页

作者：王国法刘峰庞义辉任怀伟马英天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中国煤炭工业协会北京100013 中国煤炭学会北京100013

提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想,阐述了煤矿智能化的定义和总体要求,明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿,分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系,提出了我国煤矿智能化建设... 详细信息

提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想,阐述了煤矿智能化的定义和总体要求,明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿,分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系,提出了我国煤矿智能化建设原则和阶段目标。进行了煤矿智能化顶层设计,提出了统筹规划煤矿智能化发展模式、科学设计智慧煤矿总体架构、建设100个智能化示范煤矿的发展思路。探讨了井工煤矿精准地质探测与4D-GIS系统、智能化开拓规划与工作面设计、智能化巷道快速掘进成套技术、智能化综采工作面成套技术、智能化主/辅运输技术、危险源智能感知与预警技术、智能化洗选系统、智能化综合保障技术、矿井物联网综合管控系统和操作平台等主要环节的发展路线。阐述了露天煤矿智能化发展方向,提出了建设露天煤矿信息化系统、开发露天煤矿智能化连续开采技术、建立露天煤矿空-天-地一体化安全预警系统、推进露天煤矿生态环境协调绿色发展的理念。大力发展煤机装备智能制造,提高煤机装备的可靠性与适应性,促进煤炭资源开发的机器人化替代,为煤矿智能化发展提供智能装备保障。提出了加大煤矿智能化发展政策支持、设立煤矿智能化标准体系建设专项、建立国家级煤矿智能化技术创新研发实验平台等政策建议。

关键词：煤矿智能化科学内涵核心技术智能装备保障措施

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煤矿智能化最新技术进展与问题探讨

煤炭科学技术 2022年第1期50卷 1-27页

作者：王国法中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源,煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。国家发展改革委、国家能源局等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》后,煤炭行业供给侧结构改革和高质量发展脚步逐步加快... 详细信息

煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源,煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。国家发展改革委、国家能源局等八部委联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》后,煤炭行业供给侧结构改革和高质量发展脚步逐步加快,人工智能、大数据、云计算、工业物联网等新一代信息技术与传统采矿专业深度融合,推动了整个煤炭行业科技发展与工程应用至新的阶段。全面阐述我国自2019年以来智能化煤矿建设最新情况,分析了成功的典型技术与应用案例;详细阐述了煤矿智能化建设顶层架构全方位推动、指引技术进步与实践,构建了煤矿智能化基础理论体系,提出了分类分级智能化煤矿建设路径,基于不同地质煤层条件开展智能化煤矿建设示范工程,并取得了较好的成效。在煤矿智能化基础理论架构方面,提出了智能化煤矿数字逻辑模型与数据推送策略,构建了煤矿巨系统智能化子系统多种类、复杂关联架构与协同机制。通过梳理现有生产系统和生产关系,研发了基于5G+新一代智能化系统、坚硬薄煤层大功率高效智能化开采成套技术与装备、"掘锚一体机+锚运破+大跨距转载"远程控制智能快速掘进系统成套技术与装备、智能通风系统、井下锂电池驱动人车无人驾驶系统及智能调度系统、固定岗位无人值守系统等。分析了我国煤矿智能化技术发展面临的瓶颈,提出了井下车辆和机器人电动化、井下无线发射功率、5G煤矿应用场景与生态、透明地质模型、智能巨系统兼容协同、连续自动掘进与掘支平行、采煤工作自动调高与调直、无人操作系统常态化运行可靠性、ABCD(即人工智能、区块链、云计算、大数据)+煤矿技术体系、柔性煤炭生产供给体系等10个煤矿智能化技术发展方向及建设路径。

关键词：煤矿智能化 5G 智能化基础理论巨系统体系架构

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煤矿智能化重构人与煤空间关系研究

中国工程科学 2023年第2期25卷 243-253页

作者：范京道金智新王国法李川刘渭闫振国陕西延长石油(集团)有限责任公司西安710075 应急管理部煤矿智能化开采技术创新中心陕西黄陵727307 西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西省煤矿智能化工程研究中心西安710075 太原理工大学安全与应急管理工程学院太原030024 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 陕西延长石油矿业有限责任公司西安710075

人与煤的空间关系是煤炭安全高效生产的重要因素,研究煤矿智能化技术对于人与煤空间秩序的重构过程将为煤炭行业高质量发展提供核心技术支撑。本文系统论述了人与煤空间关系的演进历程与研究进展,论证提出了在煤矿工业化生产中利用空间... 详细信息

人与煤的空间关系是煤炭安全高效生产的重要因素,研究煤矿智能化技术对于人与煤空间秩序的重构过程将为煤炭行业高质量发展提供核心技术支撑。本文系统论述了人与煤空间关系的演进历程与研究进展,论证提出了在煤矿工业化生产中利用空间融合可以突破传统二元空间结构制约的观点,据此建立了煤矿智能化人-物理-信息(HPC)空间之间虚实互动的三元空间形态;进一步阐述了煤矿智能化可改变煤矿生产要素的物理空间位置和生产相对运动状态,将重构新生产力三要素、一体化的智能生产管理模式、矿工的社会价值发展空间,从而支持构建万物互联的煤矿生产工业场景并实现人由煤中向人在煤外的重大转变;剖析了智能化采煤、智能化建井案例,揭示了煤矿智能化建设对于变革人与煤空间关系的实践价值。研究建议,以煤矿智能化HPC空间理论为基础,以人的解放及全面发展为核心目标,建立新一代技术与现代煤矿相融合的发展模式,以安全高效、智能绿色发展推动煤炭行业整体升级。

关键词：煤矿智能化空间关系 HPC空间虚实融合生产力要素

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煤矿智能化安全保障体系及关键技术

煤炭学报 2020年第6期45卷 2320-2330页

作者：李爽薛广哲方新秋杨奇峰贺超韩世锋康钰晴中国矿业大学管理学院江苏徐州221116 中国矿业大学安全科学与应急管理研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

煤矿智能化是新时代煤炭行业发展的必经之路,是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑。鉴于煤炭生产的风险客观存在性,智能化条件下的煤矿安全保障体系应适应于煤矿的智能化水平。系统论述了煤矿智能化安全保障体系的定义、... 详细信息

煤矿智能化是新时代煤炭行业发展的必经之路,是支撑我国未来煤炭行业生产方式转型的核心技术支撑。鉴于煤炭生产的风险客观存在性,智能化条件下的煤矿安全保障体系应适应于煤矿的智能化水平。系统论述了煤矿智能化安全保障体系的定义、内涵及技术特点,指出了其核心在于精准的地测感知、全面的数据平台、实时的风险评估和智慧的灾害处置,形成数字式、一站式、智能式的煤矿风险辨识、预警、处理闭环。介绍了煤矿智能化安全保障体系在感知层面、风险层面、设备层面和管理层面的架构,提出了包涵煤矿精准的全维感知、精确的煤矿风险识别预警、技术密集型的煤矿安全管理理念和智慧化的自检自修设备系统4项技术内涵。首先,在实现技术层面,阐述了需重点解决的以透明地质保障技术为基础,以煤矿大数据共享平台为载体,以煤矿重大风险评估预警技术为核心的关键技术体系,并初步给出了解决路径。然后,论述了系统软件平台的系统架构和核心技术,其要旨是实现系统数据“集成化”、要素展现“可视化”、风险评估“智能化”、操作软件“平台化”。最后,开发了面向煤矿智能化安全保障的煤矿智慧安全管控平台系统,实现了煤矿综合可视化操作平台、煤矿大数据分析平台、煤矿安全风险智能评估、多系统联动控制和移动可持式终端展示功能,为建设完整的煤矿智能化安全保障体系探索了一条可行的技术路径。

关键词：煤矿智能化智能化安全保障技术内涵关键技术软件系统

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煤矿智能化创新团队建设与关键技术研发进展

工矿自动化 2022年第12期48卷 1-15页

作者：王国法富佳兴孟令宇中国煤炭科工集团有限公司北京100013 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013

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... 详细信息

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。

关键词：煤矿智能化智能设计技术短板创新研发方向创新团队建设协同模式创新成果

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煤矿智能化信息综合承载网

工矿自动化 2022年第3期48卷 1-4,90页

作者：孙继平程加敏中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083

目前用于煤矿井下的信息承载网主要是百兆、千兆和万兆矿用以太环网,其时延和可靠性不可控,难以满足煤矿井下少人或无人作业、地面远程控制等需求。服务质量(QoS)可保证最高优先级应用的实时性和可靠性,但当多路接口信号同时汇入且数据... 详细信息

目前用于煤矿井下的信息承载网主要是百兆、千兆和万兆矿用以太环网,其时延和可靠性不可控,难以满足煤矿井下少人或无人作业、地面远程控制等需求。服务质量(QoS)可保证最高优先级应用的实时性和可靠性,但当多路接口信号同时汇入且数据量较大,或前1个数据包正在发送时,最高优先级应用的实时性和可靠性也无法保证。针对上述问题,提出了煤矿智能化信息综合承载网技术要求:传输带宽宽、传输时延短、可靠性高、传输距离远、抗干扰能力强、本质安全防爆、电网电压波动适应能力强、抗故障能力强、防护性能好、多业务综合承载等。基于上述要求,提出了基于灵活以太网(FlexE)的煤矿智能化信息综合承载网,根据时间敏感和时间不敏感视频、时间敏感和时间不敏感音频、人员定位、车辆定位、设备定位、安全监控、供电监控、运输监控、排水监控、采煤工作面监控、掘进工作面监控等不同业务对带宽、时延和可靠性的需求,分配不同的信道,将煤矿监控、定位、视频和音频等多网合一。基于FlexE的煤矿智能化信息综合承载网既满足了地面远程控制、人员定位、安全监控等不同业务对带宽、时延和可靠性的需求,又实现了煤矿智能化信息一网综合承载,减小了维护难度和工作量。

关键词：煤矿智能化信息综合承载网灵活以太网 FlexE 一体化网络网络硬切片无人工作面地面远程控制

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煤矿智能化综合管控平台设计

工矿自动化 2022年第S2期48卷 70-73,81页

作者：赵志志国家能源集团宁夏煤业有限责任公司清水营煤矿宁夏银川750004

目前综合自动化平台功能单一,只能进行实时数据显示及远程控制,平台软件不具备协同管理系统开发、GIS技术融合、AI分析、融合联动等功能,无法实现对矿井安全、生产、经营活动全数据的统计、分析功能,无法实现基于大数据分析的相关预警... 详细信息

目前综合自动化平台功能单一,只能进行实时数据显示及远程控制,平台软件不具备协同管理系统开发、GIS技术融合、AI分析、融合联动等功能,无法实现对矿井安全、生产、经营活动全数据的统计、分析功能,无法实现基于大数据分析的相关预警、预测、预报等功能,已不符合智能化平台的建设要求。针对上述问题,以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司清水营煤矿为研究对象,采用最新的智能化矿山发展技术和理论,结合自动化技术,设计了一种煤矿智能化综合管控平台。详细介绍了平台的设计原则、整体架构和关键技术的应用。该平台融合了智慧矿山、云计算、大数据、移动互联+等概念,将煤矿管控平台、三维、CAD、GIS、MES进行深度融合,利用统一的数据中心,将过程数据、空间数据、业务数据、流媒体数据整合为统一接口网关,各个应用通过统一的数据中心进行数据的读取和存储,为煤矿智能化建设提供了数据支撑。

关键词：煤矿智能化信息化综合管控平台云计算大数据移动互联+

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煤矿智能化综合管控平台研究

工矿自动化 2022年第S2期48卷 65-69页

作者：张兵国家能源集团宁夏煤业有限公司枣泉煤矿宁夏银川751400

现阶段煤矿智能化建设步伐进一步加快,而智能化综合管控平台作为智能矿山建设的核心与大脑,承担煤矿多业务协同管控、数据资产沉淀、数字化转型升级与高质量发展的使命。结合国家能源集团智能化综合管控平台建设指南及煤矿侧协同管控业... 详细信息

现阶段煤矿智能化建设步伐进一步加快,而智能化综合管控平台作为智能矿山建设的核心与大脑,承担煤矿多业务协同管控、数据资产沉淀、数字化转型升级与高质量发展的使命。结合国家能源集团智能化综合管控平台建设指南及煤矿侧协同管控业务应用需求,规划煤矿智能化综合管控平台的定位、架构、建设内容及关键技术。煤矿智能化综合管控平台将人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术与煤矿安全生产业务深度融合,基于统一的智能矿山基础平台,实现安全融合监视、生产集中监控及综合业务协同等智能应用,为煤矿固定场所无人化和少人化、灾害综合防控与数字化转型奠定基础,助力煤矿企业高质量发展。

关键词：煤矿智能化智能矿山综合管控平台煤炭大数据协同管控

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面向煤矿智能化的5G关键技术研究

煤炭科学技术 2022年第2期50卷 223-230页

作者：胡亚辉赵国瑞吴群英中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000

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... 详细信息

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。

关键词：煤矿智能化 5G 网络规划网络切片边缘计算