PPT课件-井工煤矿智能化采掘关键技术及发展趋势

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1、井工煤矿智能化采掘关键技术 及发展趋势,汇报提纲CONTENTS,智能化开采关键技术与装备,智能化掘进关键技术与装备,未来煤矿智能化发展趋势,煤矿智能化技术存在问题,煤矿智能化建设现状,矿山保安降本增效的重要手段22万名矿工牺牲的代价安全必行,国家能源安全新战略重要组成国家战略要求必由之路,2025年“十四五”末国内煤炭消费量42亿吨 占比51%2030年“碳达峰”时国内煤炭消费量43亿吨 占比50%2060年“碳中和”后趋势仍然是稳量、降比,矿山智能化目标：煤炭生产过程中保障安全、降低成本和提高效率(减人增安提效),煤炭是我国重大战略资源 矿山行业的重大迫切需求 纳入国家高新科技重大战略,b

2、 1.1 煤矿智能化建设现状,富煤贫油少气,2020年2月25日，国家发改委、能源局、矿山局等八部门联合印发关于加快煤矿智能化发展的指导意见，明确了煤矿 智能化的发展目标和主要任务。2020年11月25日，国家能源局、原国家煤监局印发通知，确定71处煤矿为国家首批智能化示范建设煤矿。2020年12月24日，国家能源局、国家矿山安全监察局制定下发了智能化示范煤矿建设管理暂行办法和煤矿智能化 专家库管理暂行办法。2021年6月5日，国家能源局、安监局关于印发煤矿智能化建设指南（2021年版）的通知2021年12月7日，国家能源局智能化示范煤矿验收管理办法（试行）发布。2023年4月20日，全国煤矿

3、智能化建设现场推进会在黄陵召开，大力推进煤矿智能化建设。2023年6月26日，国家矿山局发布智能化矿山数据融合共享规范，8月11日发布矿山智能化标准体系框架。,b 1.1 煤矿智能化建设现状,b 1.1 煤矿智能化建设现状,伴随 5G、大 数 据 云 计 算、人 工 智 能 等 技 术 的 蓬 勃 发 展，新 一 轮 工 业 技 术 革 命 推动 煤炭 智能化高质量发展，唯有 协 同 创 新 联 合 进 行 应 用 场 景 打 造 才 能 根 本 解决 矿 山 从 自 动 化 到 智 能化的 行业技术难题！,b 1.1 煤矿智能化建设现状,生产效率td1万吨级 千吨级 百吨级十吨级 吨级,减人

4、 自动化 工业革命,少人 信息化 工业革命,助人动力化,替人 机械化,从高速度增长走向高质量发展的必然趋势,人工,工业革命,工业革命,宾酶综采,普采,综采,V4,V2,V3,V1,智能化煤矿建设整体情况n 首批71家智能化示范建设煤矿总产能超过6.2亿吨，平均剩余服务年限约58年，总投资超230亿。n 截至2023年9月底，国家首批智能化示范煤矿已通过专家现场验收56座，完成近3/4，其中井工 煤矿51座，露天煤矿5座。n 首批示范煤矿累计建成智能化采煤工作面363个、掘进工作面239个，采煤工作面单面平均生产 能力达到500万吨/年。n 据统计，截至今年 4 月底，全国累计建成智能 化 采

5、煤 工 作 面 1922 个、智 能 化 掘 进 工 作 面2154 个。,b 1.1 煤矿智能化建设现状,1.2 煤矿智能化建设最新进展l建立了煤矿智能化基础理论体系：通过构建煤矿数字逻辑模型、多源异构数据处理理论方法、复 杂系统智能控制基础理论等，为煤矿智能决策、精确控制、可靠性保障奠定了理论基础。l初步建立煤矿智能化标准体系：发布了煤矿智能化顶层架构与标准体系框架白皮书，建立了 体系性、继承性和前瞻性的煤矿智能化标准体系，包括通用基础、支撑技术与平台、煤矿信息互 联网、智能控制系统及装备、安全监控及防控装备、生产保障 6 类标准。l提出和实施分类分级智能化煤矿建设路径：根据煤矿的建设基础

6、、开采条件等制定智能化建设方 案，通过分类建设和科学顶层规划，推进智能系统化，实现智能化煤矿的初、中、高级建设目标。,1.2 煤矿智能化建设最新进展l形成较为成熟的智能化高效开采模式：包括薄煤层和中厚煤层工作面内无人操作远程控制采煤、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层智能化综放开采等。l智能化煤矿建设示范取得成效：各大煤炭企业全力推动先进技术落地应用，形成了多种智能化煤 矿建设模式，如黄陵智能化煤矿建设模式、老矿区复杂条件智能煤矿建设模式等。,汇报提纲CONTENTS,煤矿智能化建设现状、最新进展,智能化掘进关键技术与装备,智能化开采关键技术与装备,未来煤矿智能化发展趋势,煤矿智能化技

7、术存在问题,智能化开采n采煤工作面智能化是煤矿智能化建设的核心l 我国采煤技术经历了人工炮采、普通机械化开采、综合机械化开采和目前的智能化开采四个主要阶段,煤矿智能化是第四次煤炭行业重大技术变革。,智能化开采n煤炭工业科技创新与智能化建设进入新阶段攻坚期l 近10年来，围绕煤炭高效开发形成了以610m超大采高综采、7m超大采高综放和450m超长工作面 开采为代表的成果：厚煤层及简单条件中厚煤层已形成了年产1020Mt的能力。,智能化开采n装备制造水平和信息化技术推动煤矿开采技术向前发展l 智能化开采是在机械化开采、自动化开采基础上，信息化与工业化深度融合的煤炭开采技术 的深刻变革，是通过采掘环

8、境的智能感知、采掘装备的智能调控、由采掘装备自动、独立完 成采掘作业过程。,基于地质构造、环境安全、装备安全、人员安全等多元数据信息，融合应用支架电液控制、煤机 自动截割、惯性导航、激光测扫、云边协同、5G 远控等先进技术，实现工作面透明化开采。,2.1 智能化开采,精准集控 系统,高精度地质模型,矿区地质条件复杂,实现透明化地质,精准控制 方法,自主决策 系统,数据融合 算法,自主截割 模式,大数据智 能分析,三维建模技术,数字化动 态更新,!,!,!,遥控发送器遥控发送器,2.1 智能化开采 新一代采煤机5G智能控制系统，实现基于5G无线网络的实时干预控制、基于精准地质数据的自主规划,牵引

9、变频器主 牵引变频器从,数据上传单元,截割，与液压支架、刮板运输机的边缘协同控制等。,电机启动单元破碎电机 牵引变压器,油泵电机 牵引电机 牵引电机,外部传感器（含智能割煤所需传感器）,电机启动单元,电机启动单元,截割电机 截割电机,智能传感器 采集模块,马达综合保护器,电磁阀液压单元,CAN-bus,CAN-bus,CAN-bus,电机启动单元,遥控接收器,遥控接收器,倾角传感器,声光报警器,阀控单元,工控屏,主控器,2.1 智能化开采透明工作面（透明地质+数字孪生）：通过地质数 据模型一键导入生成功能（一键驱动成体），以及 随采地质探测数据和隐蔽灾害地质因素分析，实现 地质地测数据透明化展

10、现，同时将工作面设备集群 精准模型导入并实现数据驱动，建立一体化透明工 作面实时双馈透明模型体。,生产接续：以当前采面为重点，实时互联各系统信息、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制，整体监控实现对生产的全面掌控，对生产接续进行指导，完成智能化开采规划。,数字开采：基于设备运行的感知数据，以数字映射的智采工作面来逼真地模拟实际采煤状况。实现煤炭无人（少人）开采与灾害防控一体化 的智能化采矿。,生产分析：实现生产过程的全部数据统计分析查询能力，支持季度级别生产运行数据的 单点及组合查询，并自动查询报表。,2.1 智能化开采,2.1 智能化开采智能感知：利用矿用本安型三维激光雷达，得到井下工作面

11、的3D点云数据模型，通过比对连续帧的 环境变化，实时感知工作面的设备位置和巷道信息，并实现同步建图，实现工作面三维实景数字孪生。,。,2.2 智能化综采工作面现状n综采工作面是现代化煤矿生产的主要环节，由采煤机、液压支架、刮板输送机转载机、破碎机、胶带输送机、组合开关、泵站及控制系统等多达十几种、近百台设备组成,n综采工作面成套设备将是智能化控制技术和三机配套的结合，即三机一化”的新成套装备配套模式，因此智能化控制技术如何与“三机”有机融合，也必将是煤机设计、制造的核心。,的智能化技术l 基于惯性导航的采煤机定位技术l 防碰撞（2.4GHz超宽带雷达）l Advanced Shearer Au

12、tomation（ASA）技术l 煤流负荷匹配l 高效截割技术 n 美、澳等采煤大国在开采条件简单的中厚煤 层采用久益和卡特彼勒的高可靠性成套装备，实现就地干预的自动化开采，即：液压支架电 液控+记忆割煤。,2.2 智能化综采工作面现状n 2000年之后，澳大利亚CSIRO、美国JOY、德国RGA等开始推出更高等级,2.2 智能化综采工作面现状l澳大利亚研发了工作面LASC控制系统并已推广应用，2015年兖矿集团与天地科技 合作首次在中国进行了工程示范。l JOY的智能开采服务中心（IMSC技术），利用数据监测和分析系统，分析生产过程 设备运行参数，对矿井生产给予指导。l 防碰撞技术、基于3D

13、虚拟现实的远程可视化控制技术、煤流负荷匹配技术、俯仰 导向技术、人员接近保护系统等技术开始初步应用。,2.2 智能化综采工作面现状n 国内的研究起步较晚，2007年实现电液控制系统国产化。之后在国家863、973 及智能制造专项支持下取得大量成果：l实现“液压支架电液控+记忆割煤+可视化远程干预控制”基于煤层地理信息系统的采煤机定位技术n 十二五期间，天地科技联合陕煤红柳林、黄陵一矿等完成智能化示范项目，实现 工作面“1人巡视、无人操作”常态化生产。,l,l,液压支架自适应控制、采掘装备远程遥控、自动化放煤等,2.2 智能化综采工作面现状自2014年从自动化迈入智能化开采1.0时代开始，经历了

14、智能化开采2.0研发应 用，当前处于智能化开采3.0应用阶段，正在进行智能化开采4.0的完全智能自适应阶 段探索。,l 不同地质条件工作面的开采工艺不同，并且工作 面采场环境复杂且随推进情况不断发生变化，为 保障常态化循环作业及工程质量达标，开采工艺 需实时适应工况微调。l 标准跟机工艺未深度与采煤机进行全阶段机架 协同自动控制，不能根据地质条件进行分区段的 不 同移架模式自动切换，同时三机一架、特殊 条件 下的自动加减刀无法协同推进。l 开采工艺的参数变量较多，变量调整依据不足，致使采煤过程自动化程度低，自主规划截割率低,阻碍无人化采煤工程实践。,n 开采工艺适应性问题复杂多样+动态变化,2

15、.3 智能化工作面存在的问题,2.3 智能化工作面存在的问题n远程监控系统仍存在视频清晰度、实时追踪、死角等问题，达不到“第一人称”视 角的需求；生产过程中需长时间监测滚筒图像，缺少辅助提醒、预警功能。n 缺少音视频融合、人机交互操控等完全“沉浸式”操控平台，无法解决人员对远 程常态化作业与工作面内就地作业环境变化差异感。,以先进可靠的电液控系统、三机智能通讯系统、集成供液系统、采煤机记忆截割控制子系统、智 能喷雾降尘系统、智能煤流负荷控制系统、工作面照明等系统为基础，以工作面人员识别系统、顶板 压力检测系统、设备故障诊断系统、安全监测监控系统、工作面视频系统、智能移动管理系统，三维 模型显示

16、、三维真实驱动、工作巡检、采煤机电缆自动张紧、三维扫描建模、全寿命周期管理等系统 为保障，以千兆及无线通信工业网络为通道，以数据分析和处理为依据，以高端集控设备为平台，建设以实现井下集控，地面远控为目标，具有智能运行、智能信息获取、智能决策分析的安全、高效、节能的智能化综采工作面。,2.3 智能化工作面目标,端尾支护工1人：负责采煤机三角煤截割完成端头 架及超前支架拉架支架工1-2人：确保工作面工程质量，主要是调直和补架采煤机司机1人：负责监控采高、看护电缆水管及 清浮煤，远程控制时配合监控中心人员进行端头 煤壁截割监控中心2人：负责采煤机远程控制、支架移架、推溜干预操作。转载点1人：负责监控

17、运输机大块煤及停机处理，并负责转载机监控和自移、皮带机机尾自移端头支护工1：负责采煤机三角煤截割完成后端头 架及超前支架拉架,2.3 智能化工作面目标智能化工作面人员配置目标：工作面内1-2人巡视，总人数6-8人,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架围岩耦合关系l建立了液压支护群三维支护应力场，发现不同采高、工作面长度、上覆岩层硬度 与厚度等对围岩垮落失稳的影响规律。,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架围岩耦合关系l发现影响支架与围岩关系的六个关键参数：水平作用力、护帮力矩、合力作用点、推进速度、初撑力和工作阻力。,2.

18、4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-高可靠性液压支架,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-高可靠性液压支架,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-高可靠性液压支架,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-高可靠性液压支架,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l液压支架电液控制系统成套化解决方案,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l液压支架电液控制系统核心产品,n 总体技术解决方案l

19、 全新技术体系构建平台、感知执行、规划 分析和人员交互，采用集智 能感知、智能互联、智能控 制一体化平台。l 全新控制方法基于“1套标准、1个平台、N 个系统”的采煤机、液压支 架自动化控制方法，实现“地面规划采煤、采场无人作 业”无人化采煤新模式。,2.4智能化工作面关键技术与装备 n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统,自动化采煤工艺引擎,人机交互层,规划分析层,平台层,感知执行层,采煤机 割煤工序,液压支架 支护工序,Auto,Auto,规划数据分析 自主决策执行,实时反馈,实时控制,护帮控制,l 融合工业以太网与现场工业总线的网融合5G无线通讯网络，攻克非视距、l 多径条件

20、下的自组拓扑优化技术。现灵活、高效的组态监测。,设备远控延时低于100ms，22路视频并发上传延时低于300ms,络型智能控制系统，突破综采工作面 l 两芯工业以太网通信距离。,n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统,l关键升级设备网络型控制系统+5G通信平台,2.4 智能化工作面关键技术与装备,支持广域大容量的移动终端接入，实,井上,井下,VLAN2,VLAN3,VLAN1,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键升级设备高品质电液控换向阀l 金属硬密封密封副，使用寿命超过5万次工作循环，超过国标A类阀标准。l 两级调速结构，与调

21、压先导阀配合，实现两种流量输出，大流量快速推进，小流量精准位移。l 多规格系列化产品，最大1000L/min，无需额外接供液系统，适合超大采高、中厚煤层、薄煤层。l 两种结构形式：一体式高强度阀套，结构简单可靠，防脱落；分体式旋转螺套，可靠性高，经济性好，,1000L/min 500L/min 200L/min,防金属冷焊。,低控制压力，小流量开启,高控制压力，大流量开启,分体式结构,一体式结构,n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键升级设备高压大流量协同供液系统l 采用高可靠性乳化液泵站与长寿命高响应电磁卸荷阀，实现高压大 流量动力保障，单泵最高流量1250L/min，电磁

22、卸荷阀寿命50 万次。l 基于液压基层理论支撑，供需两端数据驱动的系统流场数字孪生模 型，液压系统动态预测预判实现需端稳压，供端蓄能，用液量削 峰填谷相对稳压。,介质保障动力保障数据支撑主动蓄能集成控制,2.4 智能化工作面关键技术与装备,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键技术提升综采工作面智能视频联动技术l 智能视频：实现人员、采煤机滚筒、护帮板、大块煤、电缆拖拽等多场景识别，滚筒防碰撞干涉 预警以 及运输机煤流负载平衡预警；l 协同联动：煤壁视频追机，支架选架自动切换视角，电缆拖拽跟随，降低人员监控强度；l 全景视频拼接：采煤机全景展

23、示，动态跟机；前后滚筒局部视角，特写显示，精准操控；全工作面巡航，任意区段显示,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键技术提升基于工作面两端的绝对坐标的三维地质模型及装备定位技术l 数字化开采模型动态更新技术实现全工作面环境实时数字化，为智能开采提供数据支撑。l 基于三维激光点云与图像识别技术，实现综采工作面两巷连续绝对定位，应用于上窜下滑监测，回采 推进度测量，设备姿态监测。,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键技术提升液压支架姿态自适应解算技术l 基于液压支架立柱行程、平衡千斤顶行程实

24、现液压支架支护姿态、支护高度智能高效解算，解算速度小 于1s，支护姿态精度小于1,支护高度解算精度小于5cm，大幅提高解算效率与精度，减少传感器的数 量及维护量。,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键技术提升液压支架全工作面自适应跟机控制技术l 全工作面跟机自动化控制，实现包括中部、两端头三角区的支架全域跟随采煤机执行自动动作，解决了 三角区各阶段特性动作需求，实现全自动循环作业开采。l 针对顶板破碎、大倾角、底软等复杂场景形成自动移架控制方案，自动移架平均时间8s以内，效率提升 20%，动态识别丢架情况并自动补架。l 提出工作面加减刀控制

25、、反向推溜控制等特殊工艺的自动化解决方案，与常规工艺可一键切换，特殊工 艺完成后自动回归正常跟机工艺。,2.4 智能化工作面关键技术与装备n液压支架智能化控制关键核心技术-支架电液控制系统l关键技术提升综采工作面精准截割规划方法l 依据地质模型切片数据构建三维地质模型，实现了采煤机全阶段工艺数字化、参数匹配性度量、顶底 板规划曲线数据可视化及迭代优化，开发连续多个割煤循环历史截割高度数据均值平滑算法，主动预 测后续割煤循环采煤机滚筒截割控制模板数据采，有效规划采高、卧底控制量，数据有效率可达到90%，使截割模板更符合真实开采需求。,汇报提纲CONTENTS,煤矿智能化建设现状、最新进展,智能化

26、掘进关键技术与装备,智能化开采关键技术与装备,未来煤矿智能化发展趋势,煤矿智能化技术存在问题,技术水平低安全与职业健康保障难招工困难,采掘失衡全国煤矿掘进队与综采队平均 配比3.1：1掘进作业人员是综采的3倍以上不能满足综采需求，严重制约 煤矿安全高效生产,煤炭开采，掘进先行,掘进面临的难题,掘进面临的难题 掘进技术水平低n 我国煤矿采煤、掘进机械化程度分别达78.5%、60.4%；n 全国已建成的智能化采煤工作面，实现了一键启停，无人操作，有人巡视；掘进仍处在机 械化阶段，工作面作业基本依赖人工操作，综掘和综采技术差距越来越大。n 原因分析：1）条件复杂，2）工序繁多，3）重视不足。,掘进面

27、临的难题 人员安全与职业健康保障难n 安全保障难。掘进工作面环境危险源多，水、瓦斯、顶板、粉尘、冲击地压等 严重威胁人员安全；掘进巷道安全事故及死亡人员占煤矿总安全事故及死亡人数 比例均超过30%。n 职业健康危害大。掘进工作面尘肺病是煤矿尘肺病的主要来源；掘进工作面环 境恶劣，作业条件差，表现为高温、高湿、高噪声、高粉尘浓度。,掘进面临的难题 招工困难n 越来越少的年轻人愿意选择从事掘进作业工作，煤矿掘进队工人高龄化趋势 显著。,掘进智能 化技术成 为发展的 原动力！,让掘进作业人员远离工作面迎头 在相对安全的区域进行操作,让掘进及配套装备自动/自主运行 完成特定的工艺动作,让掘进工作面作业

28、实现一键启停，无人操作，有人巡视，远程运维,掘进面临的难题,3.2 智能掘进n智能掘进就是以多源信息的泛在感知、专家系统的智能决策、施工装备的精准执,行等技术为基础，依托低延时、高可靠、大带宽、超高速率实时互联技术，实现煤矿智能快速掘进目标。,3.2 智能掘进n 多源信息感知系统以全矿井透明地质模型为基础，对掘进工作面区域工程地质条件、围岩稳定性、装备工况等多源 信息进行实时感知，并与三维透明地质模型进行有效融合、修正，为截割、支护、运输等控制决策提 供数据支撑。,多源信息感知系统,3.2 智能掘进n 智能专家决策系统基于巷道支护专家经验、典型工程案例、理论研究等技术成果，借助计算机智能算法，

29、实时评 价围岩稳定性，自主形成巷道支护推荐方案，为自动执行提供依据。,智能专家决策流程在这一过程中对感知信息进行深度挖掘和智能解算，得出理论科学、技术可行的最佳方案。,3.2 智能掘进n 精准执行系统精准执行是依照专家系统发出的指令，各执行机构按照工序要求进行分解作业，形成“感知决 策执行”闭环控制，实现巷道断面自定义、成型自控制、路径自规划、负载自适应，以达到智能、高效、少人、无人的目的。,获得机身三个方向的精确位姿检测，由此获得巷道坐标系下机身六个自由度的实时数据机身相对于巷道轴线的水平偏移量、高度差和在巷道轴线方向上的前进距离机身相对于巷道的横滚角、俯仰角和偏航角,3.2 智能掘进关键技

30、术与装备3.2.1 井下巷道封闭空间掘进导航技术,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.1 井下巷道封闭空间掘进导航技术,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.2 远程操作控制技术,3.2 智能掘进关键技术与装备 操作模式本机、视距、超视距、地面控制,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.3 装备作业机构自动控制技术1）自适应截割边界标定：能适应矩形、梯形和拱形等巷道，对预掘进巷道边界标定能适应任意不规则成形巷道。记忆截割：根据巷道实际条件，操作人员通过遥控器和上位机进行截割轨迹示教，存储截割路径及 控制工艺，选择记忆截割模式实现巷道掘进一个循环内断面截割自动成形，保证巷道成形标准化。,3.2

31、 智能掘进关键技术与装备3.2.3 装备作业机构自动控制技术2）自主截割自主感知方向、位置、姿态，自主纠偏；根据不同巷道断面自主决策，自动规划 截割工艺路径，巷道自动成型与自主截割。,3.2.3 装备作业机构自动控制技术3）自动铺网、自动定位、自动钻孔、自动注锚固剂、自动锚固锚杆锚杆支护机器人,3.2智能掘进关键技术与装备,导航技术,气动喷药,孔位识别,定位控制,智能钻架,锚杆支护机器人作业,变频调速控制箱 变频电滚筒,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.3 装备作业机构自动控制技术4）运输设备自适应调速,运输皮带主从变频控制,5）智能转载运输 智能煤流转运：满足系统输送能力匹配，且具备重载

32、智 能启动、皮带综保等功能。运输机位置监测：UWB测距传感器实时监测搭接距离。智能卸料：融合多种传感器信息判断料斗位置。,3.2智能掘进关键技术与装备3.2.3 装备作业机构自动控制技术,煤流控制,系统由传感感知、数据采集、视频 监控、人员防护、距离监测、信息 传输、多机协同、远程控制、井下 集中自动控制等部分组成；实现自动截割、自主行走、自动纠 偏，锚杆转载机自动跟随，迈步式 自移机尾自主行走；将人从恶劣危险的工作环境中解放 出来，实现“安全、高效、绿色”掘进，完成成套设备的一键操作。,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.4 装备间协同移动控制,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.4 装

33、备间协同移动控制 工作面集控中心集控平台,3.2.5 远程运维技术n 数据采集n 数据上传n 远程健康诊断,3.2 智能掘进关键技术与装备,破碎转载机 锚杆钻车,迈步式自移机尾,掘锚一体机,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.5 远程运维技术 工况监测与故障诊断,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.6 钻锚设备电液控、锚固质量自检验 具有压力、流量等变量转化为数字信号控制，按键式操作替代过去手柄操作，实 现定位、钻孔、锚固等环节电液操控，实现钻机单人多机远程控制、健康诊断。提高操作安全性和舒适性。通过钻机运行压力数据分析，构建顶板质量地图，实现锚固质量自检验。配置便携式遥控器，实现无线遥控

34、操作。,采用超带宽定位技术（UWB）确定设备与设备、设备与人员之间相对位置；结合人员红外防入侵技术实现未佩戴标识卡人员进入工作面安全预警及保护停机功能；报警范围最大100m（可调），设备声光报警，标识卡声音报警+震动报警；每台设备布置1台基站，实时定位误差小，精度可达30cm；可对标识卡分类管理，具有设置特殊权限的功能（例如：设置驾驶员在本机危险区域免报警）。,3.2.7 人员接近识别1)基于UWB技术的人员安全管控系统（电子围栏）,3.2 智能掘进关键技术与装备,3.2 智能掘进关键技术与装备3.2.7 人员接近识别2)基于机器视觉的智能人员识别预警系统,3.2智能掘进关键技术与装备,3.2

35、.8 工作面除尘系统,l 采用“激光导引+惯导”的组合导航技术，实现掘锚机 和运锚机互为基准的精准定位，进而实现定步距行走、自动跟随行走；l 采用“视觉+激光+惯导”的组合测量技术，解决长距离、快速推进条件下累计误差的校正。,l 采用“视觉测量+激光测量+惯性导航”的组合导航技术，实现掘锚机和运锚机互为 基准的精准定位，进而实现定步距行走、自动跟随行走；,l激光指向仪l视觉测量系统l激光测量装置 定位校准装置,位姿测量装置,3.3 智能掘进 快掘智能化,对导引装置不定期测量。修正导引装置的坐标,l激光测量系统l定位靶标l惯性导航系统l 组合导航解算,l激光测距系统l视觉测量系统l惯性导航系统,

36、激光导引装置,3.3 智能掘进 快掘智能化自适应截割技术l 通过感知截割臂角度、掏槽位移、机身位姿等数据，计算截割滚筒坐标；l 以滚筒坐标与顶底板坐标的偏差，控制截割高度、掏槽深度，实现自动升刀、扫顶进刀、下切、扫底，精确控制巷道高度、起 伏角度。l 分别将截割电流、截割电机温升、掏槽速度、截割臂升降速度进行PID参数匹配，实现恒功率截割。,集中控制一键联动l 系统执行逆煤流启动和顺煤流停止规则，一键控制掘锚机、运锚破机组、多部皮带的起停，并通风、水泵等井下设备的控制接口，便于扩展集中控制，实现多设备联动平行作业。辅运设备协同作业l 通过定姿定位、传感监测多种方式，实现掘锚成套设备的多机协调控

37、制，将其I/O信号、启停控制、综合保护报警信号接入集控室集中整合监控调度。,自动搭接控制l 采用掘锚机和运锚机导航定位结果，结合精确测距功 能，设计自动跟随算法，确保掘锚机卸料部与运锚机 受料部始终搭接。同时增加雷达测距传感器，实时监 测掘锚机与运锚破间距，预防碰撞。,定步距行走l 根据截割支护步距要求，基于掘锚机、运 锚破机载位姿测量装置的定位数据，实现 自主行走步距规划（锚杆排距）。,3.3 智能掘进 快掘智能化,3.4 智能掘进 新型快掘系统装备研发基于并行作业的中厚煤层智能快掘综合解决方案 现有快掘系统以掘锚一体机+锚杆转载 机组配套为主，”掘快支慢”,掘支并行 作业率难以提升，且支护

38、部分由掘锚一 体机施工，迎头安全性差，振动、噪音、粉尘等因素叠加，环境恶劣。新方案采用掘支分离思想，运输机从锚 杆钻车下方通过，通过机载护盾实现迎 头长空顶距临时支护，掘护一体机负责 临时支护和掘进，锚杆钻车负责永久支 护，支护、运输、掘进互不影响。该方 案适用于中等稳定顶板条件巷道掘进。,跨骑式锚杆钻车 可弯曲转载破碎一体机 掘护一体机铺网单元 第二支架 破碎单元 第一支架 喷涂单元,3.4 智能掘进 新型快掘系统装备研发 支架集成至掘护一体机、可弯曲转载破碎一体机上，通过顶梁折叠设计，可增大护顶范围，满足不同永久支护空顶距和不 同掘支效率匹配要求。掘护一体机集成薄喷技术，实现两帮喷涂临时支

39、护，解决空帮区片帮问题。跨骑式锚杆钻车集成自动铺网机构，实现顶板卷网自动铺设。,3.4 智能掘进 新型快掘系统装备研发,3.4 智能掘进 新型快掘系统装备研发,汇报提纲CONTENTS,煤矿智能化建设现状、最新进展,智能化掘进关键技术与装备,智能化开采关键技术与装备,未来煤矿智能化发展趋势,煤矿智能化技术存在问题,l 井下车辆和机器人电动化问题：大容量锂电池的安全使用是制约井下防爆车辆和机器人“电动化”的关键，目前存在锂电池安全水平、基础性研究和相关标准滞后等问题，建议在政策保障等方 面给予支持，开展专项研究，组织编制安全标准与技术规范。l 井下无线发射功率问题：GB 3836.1-2010

40、中对射频电磁能有最大功率 6W 的限制，制约了设备 传输效能，影响了 5G 等无线射频技术在煤矿井下的应用，建议联合相关领域资源，开展基础性 研究，提出安全技术要求及评估与检测方法。,4.煤矿智能化技术存在问题,4.煤矿智能化技术存在问题l 5G 煤矿应用场景与生态问题：5G 技术在煤矿的应用仍处于网络改进层面，场景关键技术和业务 模式尚未突破，相关软硬件生态尚未形成，建议进行深入分析和针对性研发，突破关键技术，形 成统一的架构和标准。l“透明地质模型”问题：透明地质模型构建存在高精度实时动态探查技术与装备、多源地质数据 融合与建模算法、透明地质集成与共享软件平台等方面的制约，需构建数据透明-

41、信息透明-知 识透明三层架构下的透明地质系统，重点突破相关技术。,4.煤矿智能化技术存在问题l智能巨系统兼容协同问题：煤矿智能化巨系统兼容协同存在数据标准不统一、网络通信协议兼容 性差、业务系统兼容性较差、系统间协同控制兼容性差等问题，需从矿井顶层设计等方面进行长 期布局，形成兼容协同解决方案。l连续自动掘进与掘支平行问题：掘进工作面存在效率低、采掘失衡，用人多、掘支失衡，推进慢、装备适应性差等问题，解决途径包括提高自动化水平、实现支护自动化、进行专业化论证和设 备选型等。,4.煤矿智能化技术存在问题l采煤工作自动调高与调直问题：工作面自动调高的难点在于确定调高的依据和策略，调直的基础 是直线

42、度测量，目前存在测量精度和稳定性有待提高、执行机构可靠性差等问题，需研发相关技 术和装置。l无人操作系统常态化运行可靠性问题：煤矿大规模复杂生产系统可靠性关键问题集中于设备健康 管理、系统数据可靠性及采集、设备维修决策等方面，目前存在传感器使用受限、设备可靠性相 关传感手段单一、缺乏故障特征样本、故障识别模式单一、决策模型鲁棒性差等问题，需构建智 能化系统可靠性技术架构。,4.煤矿智能化技术存在问题l ABCD+煤矿技术体系问题：煤矿 ABCD+煤矿技术体系应用存在未构建开放的大数据平台、数 据治理重视不足、煤矿数据训练样本缺失、煤矿系统智能化需数据迭代、缺乏煤矿行业云平台和 知识图谱等问题，

43、需构建开放大数据平台、建设数据标准体系、构建煤矿样本库、根据应用场景 设计模型、建设煤矿行业云平台。l柔性煤炭生产供给体系问题：现有煤炭调峰体系中，煤矿生产能力调节存在调节空间受限、影响 煤炭企业正常生产工序、影响煤炭企业总收入、安全隐患增加、时段性、与现有法律和规定冲突、煤炭生产-运输衔接等问题，需妥善处理相关政策文件规定，协调煤炭生产和运输。,汇报提纲CONTENTS,煤矿智能化建设现状、最新进展,智能化掘进关键技术与装备,智能化开采关键技术与装备,未来煤矿智能化发展趋势,煤矿智能化技术存在问题,5.未来智能化煤矿发展趋势智能采煤发展趋势：1、基于5G无线网络、边缘计算、精准测绘的智能化监

44、测与控制；2、全集控、全监测、全联动、全智能的自主决策智能控制系统，AI大模型算法积累应用；3、基于精准地质随采实时探测的自适应规划开采研究，智能采煤数字孪生系统应用等。,5.未来智能化煤矿发展趋势智能掘进：煤岩高效截割技术与装备：煤岩截割的效率受截齿和截割机构形式的影响，截割滚筒根据掘进时的 截割轨迹分为纵轴式、全宽横轴式和全断面式。高功率减速器等关键传动技术的进步以及掘进装备 各参数的高效匹配是提高截割功率和效率的关键。截割自动化和智能化是主要发展方向，需要加强 基于多源信息融合的煤岩识别、自适应截割以及截割轨迹的自主规划等方面的攻关，同时截割还将 具有为透明地质提供大数据基础的功能。,智

45、能掘进：l高效钻锚技术及装备：我国锚杆支护技术应用初期存在劳动强度大、安装复杂、锚孔成 型质量差等问题。为提高支护效率和安全性,研发了锚杆钻车、掘锚机等设备，并提出 了不同的解决方案，如树脂药卷柔性输送技 术、锚杆钻杆原位互换技术、锚护路径自动 规划技术和锚钻一体化方案等。未来锚杆钻 机的智能化需要突破多项关键技术。,5.未来智能化煤矿发展趋势,5.未来智能化煤矿发展趋势智能掘进：掘进工作面煤岩高效转运技术及装备：掘进面短距离转运经历了传统的桥式转载机、大跨 距桥式转载机、梭车、柔性连续输送系统 4 个发展阶段。柔性运输系统是最新一代满足小 转弯半径、巷道底板起伏、“日进百米”的掘进工作面连续

46、转运设备，是现有快速掘进使 用最广的转运设备。,5.未来智能化煤矿发展趋势智能掘进：快速掘进辅助作业技术及装备：通风除尘、辅助运输、进排水管路的安装等辅助作业是快速掘进的重要保障，但发展缓慢。针对掘进工作面粉尘治理，提出了三幕控尘方法，但仍需解决除尘与 通风瓦斯治理的协调统一、附壁风筒移动优化和除尘风机噪音等问题。矿井辅助运输在“最后 100m”的物料运输技术及装备仍需提高，管线路的安装设备发展速度较慢，亟需研制新型正压,风筒接头和悬挂方式。,快速掘进系统及工程示范：以连续采煤机为核心的快速掘进系统：主要用在双巷掘进，其成套系统包括连续采 煤机、锚杆钻车和梭车。针对双巷掘进受 地质条件限制严重

47、的现状，创新研制了机 载钻架连续采煤机，形成了新型快掘系统。该系统已实现部分智能化技术，但需要 在系统层级上加强对设备空间位置的检测、互感以及协同控制研究。,5.未来智能化煤矿发展趋势,5.未来智能化煤矿发展趋势快速掘进系统及工程示范：以掘锚一体机为核心的快速掘进系统：已成功扩展应用到三软和半煤岩巷道，形成了 3 种快速掘进作 业线。该系统是目前已建成智能化掘进工作面主要采用的掘进设备配套方式，现已实现了多项智能化 功能。以掘锚机（掘进机+机载锚杆钻机）为核心的快速掘进系统：掘进机在全岩巷道和高应力、破碎顶板、易片帮巷道有独特优势，已形成了不稳定围岩条件快速掘进系统和全岩巷道快速掘进系统。为了

48、提 高掘进系统与围岩的适应性以及整机的智能化程度，研发了护盾式快速掘进系统和具有更高锚护速度 的掘锚机。,5.未来智能化煤矿发展趋势快速掘进系统及工程示范：煤矿全断面硬岩快速掘进系统：针对岩石坚固性系数大于 f8 的巷道存在的问题，引入全断面硬岩掘进 机（TBM）形成了煤矿全断面硬岩快速掘进系统。目前该系统集成了多种信息系统，但掘进控制仍主 要依赖现场技术人员的经验，开展智能掘进关键技术的研究是必然趋势。,5.未来智能化煤矿发展趋势煤矿智能化发展新趋势：l系统智能化建设全面铺开：智能化煤矿要求开拓设计、地测、采掘、运通、选煤、安全保障、生 产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基

49、本能力。,l实现复杂条件工作面无人开采：推广应用新一代智能网络型电液控制系统、数字油缸、高可靠性 智能传感器、数字孪生技术等，实现复杂开采条 件薄煤层和中厚煤层工作面常态化无人值守，远 程控制采煤。,5.未来智能化煤矿发展趋势煤矿智能化发展新趋势：l煤矿机器人集群研发使用：研发高适应性机器人行走机构和重载执行机构、防爆动力和轻量化技 术，推进井上下机器人集群管控和协同作业技术研究和应用。主要体现在以机器人化替代高危作 业人员。,5.未来智能化煤矿发展趋势l机器人化平行掘进(少人作业)：采用激光标靶自动跟踪、惯性导航自动定位、智能变频负压除尘等 技术，实现远程控制、自动记忆截割。,5.未来智能化

50、煤矿发展趋势l机器人化导航割煤(无人作业)：无人化采掘装备项目提出智采工作面导航截割技术架构，具有采煤 机自主调高、调直和调斜等功能。,5.未来智能化煤矿发展趋势煤矿智能化发展新趋势：l系统智能与人文智慧融合：建设煤矿智慧生态系统智能，借助信息通信技术和人工智能技术，将 管理者的思想等变成系统决策的依据，提高决策水平，降低劳动强度，实现安全高效、绿色开采。l 关键基础材料和先进加工工艺：提升煤机装备的可靠性。l柔性制造和虚拟仿真：实现煤机装备的个性化定制和小批量生产。l煤机装备再制造：促进煤机装备的绿色化、低碳化发展。l 5G+工业互联网深度融合：提升煤机装备的生产链和价值链内涵。l 工业大数