煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展

王国法^1,2，任怀伟^1,2，庞义辉^1,2，曹现刚³，赵国瑞^1,2，陈洪月⁴，杜毅博^1,2，毛善君⁵，徐亚军^1,2，任世华⁶，程建远⁷，刘思平⁸，范京道⁹，吴群英¹⁰，孟祥军¹¹，杨俊哲¹²，余北建¹³，宣宏斌¹⁴，孙希奎¹⁵，张殿振¹⁶，王海波¹⁷

2. 天地科技股份有限公司3. 西安科技大学4. 辽宁工程技术大学5. 北京大学地球与空间科学学院6. 煤炭工业规划设计研究院有限公司7. 中煤科工集团西安研究院有限公司8. 北京交通大学9. 陕西煤业化工集团有限责任公司10. 陕西陕煤陕北矿业有限公司11. 兖矿集团有限公司12. 神华神东煤炭集团有限责任公司13. 阳泉煤业(集团)有限责任公司14. 大同煤矿集团有限责任公司15. 淄博矿业集团有限责任公司16. 山东能源新汶矿业集团有限责任公司17. 中煤科工集团常州研究院有限公司

摘 要：煤炭是实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源,煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要求,开展了煤矿智能化技术体系研究和工程建设,进行了智能化煤矿顶层设计研究,以"矿山即平台"的理念将智能化煤矿整体架构分为设备层、基础设施层、服务层与应用层,实现煤矿生产、安全、生态、保障的智能化闭环管理。针对智能化煤矿存在的信息孤岛问题,开展了多源异构数据建模、特征提取与数据挖掘等技术研究,研发了基于数据驱动的信息实体建模与更新技术;研究了智能化煤矿高精度三维地质模型构建方法,通过在刮板输送机上布设巡检机器人与三维激光扫描仪,将三维激光扫描数据与地质模型数据、采煤机位姿数据、采煤机摇臂截割数据进行有效融合,获取采煤机的实时截割曲线,通过比对采煤机实际截割曲线与地质模型的煤岩层分界面曲线,实现基于地质模型动态更新的煤层厚度自适应截割控制方法;研发了工作面采掘接续智能设计技术,实现了接续工作面图纸、规程、规范的智能设计,大幅降低了采掘接续过程中的重复劳动;研究了掘锚一体机的位姿检测与导航技术、自动打锚杆技术、自动铺网技术、巷道三维建模与质量监测技术,探索了基于远程视频监控的巷道智能高效掘进技术与装备;以"有人巡视,无人操作"为特征的智能化开采工作面在全国逐渐推广应用,开展了基于三维地质模型动态更新的采煤机自适应截割技术研发与实践,在部分矿区取得较好的试验效果。分析了智能分选技术、智能辅助运输技术、5G通信技术在煤矿井上下应用存在的技术难点及解决的技术路径,从技术研发角度系统分析了制约智能化煤矿建设的关键技术难题。详细阐述了神东煤炭集团、兖矿集团、同煤集团、阳煤集团、淄矿集团、新汶矿业集团等国内大型煤炭生产企业现阶段在智能化煤矿建设中取得的阶段性成果,从技术研发与现场实践相结合的角度分析了智能化煤矿建设过程中存在的主要技术难题与发展方向。同时对煤矿智能化标准体系进行研究,提出了煤矿智能化标准体系框架,起草制定了"智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系"、"智能化综采工作面分类、分级评价技术条件与指标体系"等相关标准,为智能化煤矿建设提供标准支撑。

关键词：煤矿智能化;顶层设计;智能化开采;智能掘进;三维地质模型;标准体系;