智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向.pdf

第 ４７ 卷第 １ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４７ Ｎｏ􀆱 １ ２０１９ 年１ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊａｎ.２０１９ 特约综述 移动扫码阅读 王国法ꎬ杜毅博 􀆱 智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向[Ｊ]􀆱 煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７１１－１０.ｄｏｉ １０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０１􀆱 ００１ ＷＡＮＧ ＧｕｏｆａꎬＤＵ Ｙｉｂｏ􀆱 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ]􀆱 Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７１１－１０.ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０１􀆱 ００１ 智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向 王国法１ꎬ２ꎬ３ꎬ杜毅博１ꎬ３ １.天地科技股份有限公司 开采设计事业部ꎬ北京 １０００１３ ꎻ２.中国煤炭科工集团有限公司ꎬ北京 １０００１３ꎻ ３.煤炭科学研究总院 开采设计研究分院ꎬ北京 １０００１３ 摘 要发展智慧煤矿是我国煤炭工业发展的必由之路ꎬ我国煤炭以井工开采为主ꎬ在薄煤层、大采 高、超大采高、特厚煤层综放智能化开采方面取得重要进展ꎮ 提出智慧煤矿应基于一套标准体系、构 建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务 平台ꎬ面向不同业务部门实现按需服务ꎬ构建 ８ 大智慧系统ꎬ并对智慧煤矿智能系统设计建设的基本 结构和原则进行分析ꎮ 同时提出了智慧煤矿当前 ５ 大重点研发方向精准地质信息系统及随掘随采 探测技术与装备ꎻ智慧煤矿物联网技术与装备ꎻ巷道智能化快速掘进技术与装备ꎻ智能化无人开采关 键技术与装备ꎻ煤矿机器人技术及产品研发ꎬ对各研发方向所涉及的关键核心技术问题进行了具体分 析ꎬ并提出了研发的技术路线与关键装备ꎮ 指出智慧煤矿与智能化开采是一个巨系统ꎬ应遵循系统工 程理论和采矿规律ꎬ开发智慧煤矿巨系统综合管理开发式操作平台ꎬ智慧煤矿巨系统操作平台核心应 包括基于 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ/ ＩＰ 的生产过程控制数据交换标准化ꎻ基于 Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ 的信息系统跨平台交互ꎻ 煤矿大数据采集分析处理平台ꎻ开放式多系统管理软件及操作平台ꎮ 根据智慧煤矿巨系统业务逻辑ꎬ 提出建设“１＋８ 智能操作平台”ꎬ实现各生产环节多信息融合和智能化协同生产ꎮ 最后提出了智慧煤 矿建设的总目标和阶段性实现目标及发展路径ꎮ 关键词智慧煤矿ꎻ智能化开采ꎻ技术架构ꎻ煤矿机器人ꎻ煤矿巨系统ꎻ操作平台 中图分类号ＴＤ６７ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１９０１－０００１－１０ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＷＡＮＧ Ｇｕｏｆａ１ꎬ２ꎬ３ꎬＤＵ Ｙｉｂｏ１ꎬ３ １􀆱 Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔꎬＴｉａｎｄｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ２􀆱 Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐ.ꎬ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ３􀆱 Ｍｉｎｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００１３ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｓ ｔｈｅ ｏｎｌｙ ｗａｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｃｏａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ. Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｓ ｄｏｍｉｎａｔｅｄ ｂｙ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇꎬ ａｎｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｆｕｌｌｙ－ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｈｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇꎬ ｌａｒｇｅ ｈｅｉｇｈｔ ｍｉｎｉｎｇꎬ ｓｕｐｅｒ ｈｉｇｈ ｈｅｉｇｈｔ ｍｉｎｉｎｇꎬ ａｎｄ ｓｕｐｅｒ ｔｈｉｃｋ ｓｅａｍ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ. Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｓｄｏｍ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｕｉｌｄ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ ｎｅｔｗｏｒｋꎬ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌꎬ ｆｏｒｍ ａ ｂｉｇ ｄａｔａ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒꎬ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐ ａ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｃｌｏｕｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓｙｓｔｅｍ. Ｅｉｇｈｔ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｏｎ－ｄｅｍａｎｄ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｆｉｖｅ ｋｅｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｃｃｕ￣ ｒａｔｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎻ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎻ Ｉｎｔｅｌｌｉ￣ ｇｅｎｔ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｒｏａｄｗａｙꎻ Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇꎻ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌ￣ ｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｒｏｂｏｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｅａｃｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 收稿日期２０１８－１２－１０ꎻ责任编辑赵 瑞 基金项目国家重点研发计划资助项目２０１７ＹＦＣ０６０３００５ꎻ国家自然科学基金重点项目资助项目５１８３４００６ꎻ国家自然科学基金山西煤基低碳 联合基金资助项目Ｕ１６１０２５１ 作者简介王国法１９６０ꎬ男ꎬ山东文登人ꎬ中国工程院院士ꎮ Ｔｅｌ０１０－８４２６２０１６ꎬＥ－ｍａｉｌｗａｎｇｇｕｏｆａ＠ ｔｄｋｃｓｊ.ｃｏｍ １ ２０１９ 年第 １ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅ ａｎｄ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｒ ＆ Ｄ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｉｔ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗｉｓｄｏｍ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇ ｉｓ ａ ｇｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｕｌｄ ｆｏｌｌｏｗ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｒｕｌｅｓꎬ ｄｅｖｅｌｏｐ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ. Ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｐ￣ ｅｒａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｓｈｏｕｌｄ ｉｎｃｌｕｄｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ/ ＩＰꎻ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｃｒｏｓｓ－ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅꎻ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｂｉｇ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍꎻｏｐｅｎ ｍｕｌｔｉ－ｓｙｓｔｅｍ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｌｏｇｉｃ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍꎬ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ “１＋８ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ” ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｕｌｔｉ－ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｋ. Ｆｉ￣ ｎａｌｌｙꎬ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｇｏａｌꎬ ｓｔａｇｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｇｏａｌ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐａｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎻ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｉｎｇꎻ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎻ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｒｏｂｏｔꎻ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｇｉａｎｔ ｓｙｓｔｅｍꎻ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ０ 引 言 煤炭是我国的主体能源ꎬ也是最经济和可清洁高 效利用的能源ꎮ 基于当前世界能源格局和我国资源 禀赋以及现实经济社会需求ꎬ未来相当长时间内ꎬ煤 炭仍将在世界能源结构中占较大比例ꎬ仍将是我国主 体能源ꎮ 在当前第 ３ 次工业革命与第 ４ 次工业革命 的历史交汇期ꎬ应用信息技术、智能制造技术和人工 智能技术发展的成果ꎬ实现煤炭安全高效绿色开采和 清洁高效利用ꎬ发展智慧煤矿成为煤炭工业发展的必 由之路[ １－２]ꎮ 我国煤炭以井工开采为主ꎬ经过多年发 展ꎬ我国煤炭综采技术装备已从依赖进口到全部国产 化ꎮ 近 １０ 年来ꎬ通过智能化开采技术与装备的创新 研发ꎬ突破多项关键技术ꎬ在薄和较薄煤层智能化综 采ꎬ大采高和超大采高智能化综采以及特厚煤层综放 开采智能化技术与装备方面实现领跑ꎮ 建成了如黄 陵智能化开采示范矿井、兖矿金鸡滩煤矿世界首套 ８.２ ｍ 超大采高综采成套技术与装备等标志性成 果[ ３－４]ꎮ 已建成一批现代化特大型安全高效煤矿ꎬ为 全面推进智慧煤矿建设和智能化开采发展奠定了基 础ꎮ 围绕智慧煤矿及智能化无人开采的重大技术需 求ꎬ突破行业共性核心问题ꎬ加快智能、安全、高效现 代煤炭生产体系建设成为主要目标ꎮ １ 智慧煤矿技术架构 做好智慧煤矿顶层设计是保证智慧煤矿建设沿 着正确方向的首要条件ꎮ 智慧煤矿应基于一套标准 体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传 输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云 服务平台ꎬ面向不同业务部门实现按需服务ꎮ 其总 体架构包括 ８ 大智慧系统①地下精准定位导航系 统ꎻ②随掘随采精准探测地质信息系统ꎻ③智能快速 掘进和采准系统ꎬ矿井通风、供排水、主副运智能系 统ꎻ④工作面智能开采系统ꎻ⑤危险源智能预警与灾 害防控系统ꎻ⑥矿井全工位设备设施健康智能管理 系统ꎻ⑦煤矿地面分选运销与生态建设智能系统ꎻ ⑧煤矿物联网综合智能管理系统[ １０]ꎮ 智慧煤矿总 体架构如图 １ 所示ꎮ 图 １ 智慧煤矿总体架构 Ｆｉｇ􀆱 １ Ｏｖｅｒａｌｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ２ 王国法等智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向２０１９ 年第 １ 期 智慧煤矿智能系统设计建设的基本原则是要以 网络融合安全、信息互联互通、数据共享交换、功能 协同联动为智慧煤矿实现物联网全部功能的总原 则ꎮ 在智慧煤矿顶层设计和建设中ꎬ遵循“打通信 息壁垒” 、铲除“信息烟囱”、消除“信息孤岛”、避免 “重复建设”的技术方法ꎬ要遵循采矿规律ꎬ实现人 工智能与采矿工艺技术深度融合ꎮ 智能开采是智慧煤矿的核心ꎬ智能感知、智能决 策和自动控制是智能化开采的三要素ꎮ 智能开采区 别于一般自动化开采的显著特点是设备具有自主学 习和自主决策功能ꎬ具备自感知、自控制、自修正的 能力ꎮ 具备这样能力的智能化综采系统才能充分地 响应生产环境变化ꎬ实现真正意义上的智能化开采ꎬ 实现有限条件下的无人开采目标ꎮ ２ 智慧煤矿关键核心技术研究方向 煤矿智能化开采和煤矿物联网技术目前已取得 了重要进展ꎬ已建成一批以工作面智能化开采和数 字化信息化管理系统为标志的先进煤矿ꎮ 但是ꎬ由 于煤矿开采条件的复杂性和多样性ꎬ大多数智能化 工作面还远没有达到理想效果ꎬ智慧煤矿建设还处 于初级起步阶段ꎮ 目前ꎬ需要重点进行以下 ５ 个方 向的攻关研发①精准地质信息系统及随掘随采探 测技术与装备ꎮ ②智慧煤矿物联网技术与装备ꎮ ③巷道智能化快速掘进技术与装备ꎮ ④智能化无人 开采关键技术与装备ꎮ ⑤煤矿机器人技术及产品 研发ꎮ 除上述这 ５ 大核心技术攻关外ꎬ还需要不断发 展完善上述 ８ 大智慧系统ꎮ ２.１ 精准地质信息系统及随掘随采探测技术装备 煤矿地质信息是一种随着采掘活动在时间与空 间不断发生变化的四维动态信息ꎮ 精准地质信息作 为掘进与开采的基础ꎬ是智能化决策的前提条件ꎮ 因此开发工作面随掘随采探测关键技术及装备ꎬ实 现地球物理数据和随掘随采数据的自动采集、处理 和解释ꎬ建立精准四维动态地质－巷道模型ꎬ搭建多 源、全方位信息透明的矿井 ４ＤＧＩＳ 云平台ꎬ实现地 质、测量及生产动态信息的一张三维电子图管 理[ １４]ꎬ是实现智慧煤矿的先决条件ꎮ 现有的 ２Ｄ 或 ３Ｄ 地测“一张图”应用系统基本实 了现多部门多层次的地质数据共享ꎬ专业图件动态绘 制ꎬ图纸、文档和报表网络上报等ꎬ大幅提高了矿山生 产管理的效率ꎬ为安全生产决策提供技术保障ꎮ 但这 些系统无法实现随生产推进的自动更新ꎬ无法实时、 准确地反应矿井信息ꎮ 目前ꎬ实现精准地质信息探测 的关键是在现有三维 ＧＩＳ 图形化管理平台的基础上ꎬ 基于采掘过程获取的多源实时数据信息ꎬ开发工作面 快速 ３Ｄ 地质动态建模技术ꎬ建立具备多兼容性开放 端口的透明矿井智能开采地质分析与协同管理平台ꎬ 为煤矿井下智能开采提供地质保障ꎮ 实现精准地质信息探测核心技术的研发方向包 括矿井 ４Ｄ 云 ＧＩＳ 平台构建ꎬ研发测井岩性识别技 术、全数字高密度三维地震数据采集、处理、解释方 法和采煤工作面随采地震监测装备ꎬ提高地震资料 的岩性解释水平和随掘随采工作面地层和构造的快 速探测精度ꎮ １ 矿井 ４Ｄ 云 ＧＩＳ 平台ꎮ 矿井 ４Ｄ 云 ＧＩＳ 平台 构建实现对多源、异构矿井地测数据、地震资料、生 产实测数据、矿井 ＧＩＳ 图件及其时空关系等信息的 一体化管理ꎮ 主要完成三维 ＧＩＳ 基础平台搭建ꎬ矿 井地测大数据共享服务平台开发ꎬ矿井 ４Ｄ ＧＩＳ 图形 管理平台开发ꎬ浏览器端矿图管理系统开发ꎬ移动客 户端矿图管理系统开发等ꎮ ２ 全数字高密度三维地震数据采集、处理及工作 面随采地震监测装备ꎮ 重点根据随采工作面地层和构 造岩性差异ꎬ应用物探技术实现地质信息多源融合ꎬ实 现工作面快速动态建模与实时修正ꎮ 主要包括钻孔 岩性探测技术ꎬ３Ｄ 地震数据采集、处理与解释ꎬ工作面 随采地震精细探测技术与装备等技术的研发ꎮ 实现精准地质信息及随掘随采探测技术与装 备ꎬ最终统一于全矿的 ＧＩＳ 系统ꎬ其高端形式是构建 四维可视化平台ꎮ 其特征是基于 ＧＩＳ 系统ꎬ全面整 合三维数字模型、三维高程模型、三维景观建模、三 维地质构模ꎬ并在生产过程中实时更新、修正形成动 态四维模型ꎬ与实际空间物理状态保持一致ꎬ可随时 针对某一变量、特征查询其历史变化特征ꎮ 最终ꎬ实 现“透明矿井”ꎮ ２.２ 智慧煤矿物联网技术与装备 环境、设备状态的感知是实现智能决策、控制的 先决条件ꎮ 现有煤矿各类监控系统已实现飞跃式发 展ꎬ实现了对于煤矿生产关键信息的基本感知ꎮ 然而 不同厂家的产品基于本企业标准生产ꎬ其数据接口与 平台各异ꎬ数据独立进行处理ꎬ相互之间缺乏通信与 融合ꎬ数据孤岛与数据碎片化现象严重ꎬ因而难以形 成有效的数据分析模型与算法ꎬ分析结构也就缺乏准 确性ꎬ难以指导生产ꎮ 物联网技术旨在打破数据壁 垒ꎬ实现设备之间、设备与环境之间、设备与人员之间 的数据互联ꎬ最终实现万物互联[ １５－１６]ꎮ 因而ꎬ物联网 技术与装备是实现智慧煤矿的关键核心技术ꎮ 针对煤矿物联网技术ꎬ从应用方面关键是实现 ３ ２０１９ 年第 １ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 以下 ２ 个方面的突破①建立井下位置服务与空间 感知场ꎬ实现人员设备的准确定位ꎻ②提供边缘计算 与云计算服务ꎬ实现设备数据互联ꎮ １ 物联网位置服务ꎮ 研究基于超宽带ＵＷＢ 定位技术在开采工作面复杂条件下ꎬ针对环境温度、 不同介质条件下提高定位精度的纠偏算法ꎬ并通过 惯导和激光雷达进行协同定位/ 定姿ꎬ最终构建协同 定位平台ꎮ 定位基站实现自组网功能ꎬ并针对该基 站的走时和晶振误差进行自动补偿ꎬ实现对于人员、 设备的位置、速度乃至加速度进行定位计算ꎬ判定设 备运行状况ꎬ避免碰撞ꎬ保证安全ꎮ 如图 ２ 所示ꎮ 图 ２ 智慧煤矿物联网位置服务示意 Ｆｉｇ􀆱 ２ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇｓ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ２物联网云计算服务ꎮ 基于分布式计算技术ꎬ 建立综采工作面大数据计算框架ꎻ研发适用于专家 分析决策的数据分析引擎ꎬ支持时序数据、空间数 据、音视频数据、生产管理数据等多种类型ꎻ开发标 准算法库ꎬ实现回归、聚类、分类等大数据分析ꎻ研究 主流数据可视化工具ꎬ开发扩展接口ꎬ实现对外数据 交互ꎮ 从而为各设备控制节点提供边缘计算与云计 算服务ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ 智慧煤矿物联网云计算服务示意 Ｆｉｇ􀆱 ３ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ ｔｈｉｎｇ ｃｌｏｕｄ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｓｅｒｖｉｃｅ ｆｏｒ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ２.３ 巷道智能化快速掘进技术与装备 作为煤矿生产的重要前端环节ꎬ巷道掘进的主 要难题是采掘失调ꎮ 目前综掘支护以单体锚杆钻机 为主ꎬ钻孔效率低ꎻ工序复杂ꎬ锚护时间长ꎻ机载钻机 高精度定位困难ꎮ 锚杆支护时间占巷道掘进时间的 ６０％ꎬ支护人员也占 ６０％以上ꎮ 掘进工序及装备分 散ꎬ辅助装备落后、工艺复杂ꎬ掘、锚工序在掘进工作 面有限空间交替作业成巷效率低ꎬ制约了掘进作业 的快速化、机械化、智能化ꎮ 目前巷道快速掘进亟需 解决的关键技术问题包括快速支护及掘支平行作 ４ 王国法等智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向２０１９ 年第 １ 期 业技术ꎻ自主导航与自主连续截割技术ꎻ远程智能管 控平台技术ꎻ适应各类条件的高效无人掘进成套 装备ꎮ 改进掘进工艺技术模式ꎬ攻克快速支护、自主连 续掘进等关键技术难题ꎬ探索实现配套装备自动化、 智能化、一体化掘进模式ꎬ构建适用于不同煤层条件 的煤矿智能化快速掘进工艺技术与装备体系成为智 能化快速掘进的重点研发方向[ １７－１８]ꎮ １ 快速支护及掘支平行作业技术ꎮ 掘进作业 过程中最突出的矛盾是“掘－支”矛盾ꎬ支护作业难 以实现机械化快速化是掘进作业的核心问题ꎮ 解决 这一问题应该从掘进临时支护和钻锚注一次作业工 艺 ２ 个方面进行重点突破ꎮ 首先研发柔性自移临时 支护系统ꎬ实现掘进装备机身范围内的主动支护ꎬ为 锚杆等永久支护滞后设置创造条件ꎻ之后研发新型 钻锚注一次性安装新型锚杆及随掘自动钻装机构ꎬ 将掘进支护分散的生产工序统一起来ꎬ实现掘支平 行快速化作业ꎻ最终研制锚杆支护机器人ꎬ构建全自 动化智能锚杆支护作业系统ꎬ开发紧跟临时支护的 自动铺网和联网技术ꎬ实现锚杆支护由人工操作到 机器人化的转型ꎮ ２ 自主导航与自主连续截割技术ꎮ 掘进截割 速度的提高是从设备到工艺到控制技术的全方位的 提高ꎬ包括①煤岩硬度与截割刀具力学特性研究ꎬ 提高截割刀具效率ꎻ②动载识别与智能调速技术ꎻ ③基于自主导航信息的截割断面自动成形控制技 术ꎻ④全巷道高效自适应集料系统等技术的研发ꎬ从 而实现掘进机最优化自适应截割ꎬ提高截割效率并 降低损耗ꎮ ３ 适应各类条件的高效智能化掘进成套装备 图 ４ꎮ 针对不同地质条件ꎬ开发研制适应的快速 掘进成套技术与装备①半煤岩及岩巷智能化快速 掘进技术与成套装备研发ꎬ研究基于悬臂式掘进机 的快掘工艺ꎬ用于一般地质条件岩石普氏系数小于 ９ 的半煤岩、岩巷快速掘进系统装备及高效除尘系 统ꎻ②中等稳定顶板条件下煤巷智能化快速掘进系 统装备研发ꎬ研制掘锚一体机＋锚杆转载机ꎬ实现锚 杆、锚索多排多臂同时作业ꎬ 掘锚一体机自主支护 锚杆ꎬ锚杆转载机自主支护顶锚索、锚杆ꎻ③稳定顶 板条件下煤巷智能化快速掘进系统装备研发ꎬ研制 新型掘锚一体机＋跨骑锚杆机ꎬ实现锚杆多排多臂 同时作业ꎮ ④研制适应复杂煤层全断面矩形快速掘 进机系统ꎬ研究矩形复合截割刀盘、方向、姿态控制、 快速换刀机器人等关键技术ꎬ开发适应复杂煤层条 件的全断面矩形快速掘进机ꎮ 图 ４ 智能化掘进成套设备 Ｆｉｇ􀆱 ４ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｅｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２.４ 智能化无人开采关键技术与装备 随着智能化无人开采的深入发展ꎬ更多的机械 化、信息化的短板被补充完善ꎬ煤矿井下精准定位导 航、图像智能识别、智能化控制等关键核心技术的应 用将会越来越成熟ꎮ 在地质条件日益复杂、生产环 境要求日益提高、安全要求日益严格的大趋势下ꎬ智 能化无人开采的需求将会越来越迫切ꎮ 煤矿智能化无人开采系统是要建立一个从开采 准备、工艺规划到开采过程实时控制、设备管理ꎬ直 至远程监控服务的煤炭生产全过程无人或少人的智 慧生产系统ꎮ 目前ꎬ针对智能化无人开采ꎬ以下 ５ 个 关键科技问题亟待解决①工作面有限空间内装备 位姿及运动关系精确探测ꎻ②低照度、高粉尘空间视 频监控及图像识别ꎻ③围岩－开采系统耦合作用规 律及多机协同控制ꎻ④复杂条件下超前巷道装备自 动化技术ꎻ⑤关键材料、元部件及整机可靠性提升 技术ꎮ 针对上述问题ꎬ煤矿智能化无人开采技术与装 备研发的关键内容包括①工作面装备位姿检测及 多信息驱动的三维场景实时再现ꎻ②围岩－装备耦 合自适应协同控制系统研发ꎻ③智能装备关键元部 件及可靠性技术研发ꎻ④煤流及两巷辅助作业智能 化系统研发ꎮ 智能化无人开采技术与装备总体技术 路线如图 ５ 所示ꎮ ２.４.１ 工作面装备位姿检测及多信息驱动的三维 场景实时再现 井下工作面装备的位置、姿态及运动状态的感 知和测量是实施装备智能控制的前提条件ꎮ 井下环 境复杂多变ꎬ高可靠性、高精度的适用于复杂境下的 捷联惯性导航技术、基于 ＵＷＢ 的超宽带局部定位 技术、基于 ＳＬＡＭ 的同步定位与地图构建等技术ꎬ都 将成为定位导航体系的关键技术ꎮ 因此该研究方向 的关键研究包括 １ 工作面三维激光扫描及地图构建ꎮ 其关键 技术主要为①三维激光扫描仪、高清与红外双视摄 像仪在运动过程中的同步动态扫描方法ꎻ②三维激 光扫描点云、高清红外视频图像与钻孔、ＵＷＢ 雷达 ５ ２０１９ 年第 １ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 等物探信息的融合技术ꎻ③井下工作面及巷道环境 三维地图的自动构建与实时修正及更新技术ꎮ 工作 面三维激光扫描及地图构建如图 ６ 所示ꎮ 图 ５ 智能化无人开采技术与装备总体技术路线 Ｆｉｇ􀆱 ５ Ｇｅｎｅｒａｌ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｕｎｍａｎｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ２ 井下环境高清视频图像获取ꎮ 其关键技术 主要为①具备仿生除尘部件ꎬ具有图像智能去雾、 去噪功能的本安型防爆视觉传感器ꎻ②基于机器学 习的井下视频压缩算法ꎻ③井下实时视频图像采集、 海量存储平台ꎮ ３ 综采装备实时动态位置及位姿检测ꎮ 其关 键技术主要为①惯性导航、超宽带 ＵＷＢ、毫米波、 ＭＥＭＳ、机器视觉和激光扫描等传感定位技术ꎻ②井 下环境传感器间数据通信与多源传感数据融合定位 技术ꎻ③适用于井下工作面复杂环境中不同综采装 备的多传感手段集成检测装置ꎮ 图 ６ 工作面三维激光扫描及地图构建 Ｆｉｇ􀆱 ６ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｓｅｔ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ４ 多信息驱动的三维场景实时再现ꎮ 其关键 技术主要为①井下综采装备的三维及物理仿真技 术ꎻ②井下综采装备之间的运动及物理约束关系研 究ꎻ③井下综采装备与围岩之间的几何及运动约束 关系研究ꎻ④在工作面三维地图、装备倾角、压力、行 程传感等多源信息综合驱动下工作面环境与装备状 态的三维场景实时再现技术ꎮ 最终融合视频增强、三维点云扫描和动态建图 技术构建远程全景在现虚拟生产系统ꎬ不仅可以实 现井下场景的三维再现ꎬ还可实现虚拟操控、危情模 拟、超前规划等ꎮ ２.４.２ 围岩－装备耦合自适应协同控制系统研发 工作面围岩的稳定性控制是实现煤炭安全开采 的根本ꎮ 目前ꎬ围岩状态的监测参数、围岩的失稳判 据、液压支架的动载承载特性、液压支架与围岩的智 能耦合控制逻辑等均尚不明确ꎬ因此ꎬ需要对工作面 围岩状态感知与智能控制技术进行系统研究ꎬ从而 为实现综采工作面智能化开采提供围岩智能控制方 面的理论与技术支撑ꎮ 该研究方向的关键研究 包括 １ 液压支架与围岩自适应控制技术与系统研 发ꎮ 该方向需重点攻克①基于采煤机振动信息感 知的采动应力场测量方法ꎻ②基于液压支架承载特 征感知反演的围岩失稳判据与控制机理ꎻ③液压支 架与围岩姿态自适应控制原理、系统与装置ꎻ④液压 支架与围岩耦合自适应控制专家系统和控制装置ꎮ ２ 采煤机与围岩自适应控制技术与系统研发ꎮ ６ 王国法等智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向２０１９ 年第 １ 期 其关键研究内容包括①基于采煤机截割阻力感知 的采煤机功率协调、牵引速度调控原理ꎻ②采煤机智 能自动调高系统ꎻ③采煤机姿态感知技术与自适应 控制装置ꎮ ３ 综采工作面分布式多机协同控制技术与系 统研发ꎮ 其关键研究内容包括①构建基于统一坐 标系统的综采设备群姿态、位置关系的运动学模型ꎻ ②综采设备群分布式协同控制原理及控制算法ꎻ ③仰俯采等复杂条件下液压支架自动跟机移架、液 压支架自适应条件及刮板输送机智能调速等技术与 装置ꎻ④研发具有快速响应特性的智能供液系统ꎮ ４ 综采大数据集成与挖掘利用ꎮ 其关键研究 内容包括①围岩环境数据与开采设备运行数据等 多类别多时间尺度的数据插值算法与软件ꎬ构建多 层次数据特征数据库ꎻ②基于深度学习构建智能开 采控制行为模式推理与决策算法与软件ꎻ③围岩环 境及设备运行趋势的推理算法与软件ꎻ④构建综采 大数据推送策略与系统ꎮ ２.４.３ 煤流及两巷辅助作业智能化系统研发 综采工作面的连续智能化快速化推进是包括 工作面开采设备、煤流运输设备、两巷辅助作业设 备等设备群协同作业的结果ꎬ各设备相互配合缺 一不可ꎮ 随着综采智能化开采技术的不断发展ꎬ 工作面开采效率不断提高ꎮ 而对于两巷的辅助作 业设备ꎬ其智能化关键技术目前缺乏研究ꎬ严重落 后于综采工作面智能装备的发展ꎬ成为工作面安 全生产及高效推进的瓶颈ꎮ 因此ꎬ煤流及两巷辅 助作业智能化系统是亟待研究的方向ꎮ 该方向的 关键技术包括 １煤流监测与运输系统保障技术研究ꎮ 其关 键研究内容包括①煤流动态扫描与煤流量分布状 态评估ꎻ②基于多信息融合的大块煤快速识别技术ꎻ ③基于煤流平衡的多机协同控制技术ꎻ④超大块煤 岩高效破碎技术ꎮ ２运输巷循环变位智能超前支护系统ꎮ 其关 键研究内容包括①变体式防冲超前支护单元研制ꎻ ②转载机顶铺轨道式移架系统ꎻ③超前支护单元自 适应变载调节系统ꎻ④智前支护单元自动移位控制 系统ꎮ ３机器人化多功能超前巷道作业车开发ꎮ 其 关键研究内容包括①遥控式全方位移动多功能作 业平台ꎬ适应底鼓路面移动环境ꎻ②锚杆回收、退锚、 管路辅助安撤等一体化修巷模块开发ꎻ③特殊功能 机械作业手开发ꎮ 超前巷道一体化修巷作业如图 ７ 所示ꎮ 图 ７ 超前巷道一体化修巷作业示意 Ｆｉｇ􀆱 ７ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｒｏａｄｗａｙ ｒｅｐａｉｒ ｉｎ ａｄｖａｎｃｅ ｒｏａｄｗａｙ ２.４.４ 智能综采装备核心控制模块及其操作系统 控制装置是智能化综采装备的核心部件ꎬ是影 响装备自动化程度的最直接因素ꎮ 嵌入式硬件、软 件是控制装置的大脑与灵魂ꎬ其自主安全性、平台统 一性问题ꎬ是综采智能化领域亟待解决的关键问题ꎮ 目前各大企业主要通过委托开发ꎬ系统集成等方式 实现各综采设备的控制ꎮ 这种模式缺乏统一的硬、 软件平台ꎬ系统的稳定性、安全性均难以保证ꎬ嵌入 式控制平台统一化ꎬ成为提高装备智能化水平ꎬ提升 产品核心竞争力的瓶颈问题ꎮ 智能综采装备核心控制模块及其操作系统的关 键研究核心技术包括①基于 ＡＲＭ 架构的 ＭＰＵ 和 ＭＣＵ 等高、中、低端 ３ 种硬件平台ꎻ②操作系统移 植、底层驱动、ＧＵＩ 开发等嵌入式软件设计技术ꎻ ③基于ＣＩＰＣｏｍｍｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ框架的跨平 台通用协议栈ꎻ④组态化的集成开发环境ＩＤＥ等ꎮ 重点研发一套能广泛应用于各种综采装备ꎬ且标准 化、模块化、可配置、软硬一体的智能综采装备核心 控制单元及开发平台ꎬ并开发一套上位机软件集成 开发环境ꎬ支持组态化二次开发ꎬ保证综采智能化设 备的控制需求ꎮ ２.５ 煤矿机器人 煤矿生产系统庞大复杂ꎬ作业环境恶劣ꎬ靠人工 操作机械的方式ꎬ无法有效减少井下一线作业人员ꎬ 实现无人则安ꎮ 用机器人替代井下作业、安控和应 急救援人工作业是建设智慧煤矿的新要求ꎮ 煤矿作 业类机器人属于重载防爆机器人ꎬ其他领域尚无可 借鉴的技术和产品ꎮ 煤矿安控和应急救援类机器人 属于极端复杂环境机器人ꎬ不单要有必备的感知检 控功能ꎬ还要求有可靠的防爆、运移、导航、避障、路 径规划和抗颠覆及自救等功能ꎮ 因此针对煤矿机器 人ꎬ以下共性的关键技术成为重点研究方向①井下 机器人自适应变阻抗ꎻ力跟踪控制方法ꎻ②井下机器 人自我状态识别、避障和自主平衡ꎻ③井下长时可靠 供电及自主寻径无线快速充电技术ꎻ④井下多机器 人联合通信及协同控制平台ꎮ 国家应急管理部发布了“煤矿机器人重点研发 产品目录”ꎬ引导企业大力发展和使用煤矿机器人ꎬ ７ ２０１９ 年第 １ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 并给予政策激励ꎮ 目前ꎬ以智能化综采工作面系统 装备组成的采煤机器人群已在 ７０ 多个煤矿应用ꎬ部 分固定岗位机器人和设备巡检、危险环境探测及辅 助作业机器人已有初级产品试用ꎮ 煤矿巡检机器人 应用现场如图 ８ 所示ꎮ 图 ８ 煤矿巡检机器人应用现场 Ｆｉｇ􀆱 ８ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ １井下机器人自适应变阻抗力跟踪控制方法ꎮ 针对井下非结构环境下机器人易碰撞或冲击ꎬ对周 围设备或人员造成安全隐患的问题ꎬ研究机器人与 环境的接触阻力变化规律ꎬ分析机器人控制参数对 接触阻力的作用规律ꎬ提出基于变阻力跟踪的非结 构环境下的机器人自适应力跟踪控制方法ꎬ避免机 器人在井下的碰撞和破坏ꎬ保障运行的安全及对周 围设备和人员的无损害ꎮ ２井下机器人自我状态识别、避障和自主平 衡ꎮ 研究井下机器人未知区域扫描探测方法、障碍 识别方法ꎬ基于 ＳＬＡＭ 算法优化自主定位及建图方 法ꎬ构建模拟试验平台ꎬ研究危险探测机器人自我状 态识别、避障和自主平衡装置ꎮ ３井下长时可靠供电及自主寻径无线快速充 电技术ꎮ 依据煤矿井下电气设备安全规范ꎬ井下机 器人的电池容量与防护壳体受到严格要求ꎮ 因此研 究井下长时可靠供电及自主寻径无线快速充电技术 成为突破煤矿机器人应用的关键技术ꎮ 其关键研究 内容包括①防爆电源轻量化长时可靠供电ꎻ②机器 人的无线自主寻径充电方法ꎻ③研制无线充电装置 并完成相关防护设计ꎮ ４井下多机器人联合通信及协同控制平台ꎮ 煤炭机器人化开采既有串行关联又有并行关联ꎬ为 实现机器群系统的协调高效运行ꎬ需针对井下机器 人群研究联合通信及协同控制平台ꎮ 包括①井下 狭长、强干扰环境机器群高速、可靠联合通信方法ꎻ ②无线信息远程通信与无线自组网研究ꎻ③井下机 器群串并联复合关系的多机协同控制方法ꎮ ３ 智慧煤矿巨系统综合管理系统平台 煤矿生产职能部门众多ꎬ矿用设备又千差万别ꎬ 存在各设备系统数据标准不一致、融合困难、无法联 动、网络传输可管可控性差以及缺乏大数据分析手 段等问题ꎬ无法实现数据的充分利用和智能化管控ꎮ 因此在上述核心技术研究的基础上ꎬ其核心模块必 须统一于智慧煤矿综合管理系统软件及操作平台ꎮ 智慧煤矿巨系统综合管理操作平台是面向整个 智慧矿山的一体化基础操作系统ꎬ对下获取和处理 数据ꎬ对上支撑应用业务的功能性软件、通信、大数 据分析、云计算等ꎬ是构建智慧矿山的基础操作平 台ꎬ解决子系统数据割裂、无法联动、无法大数据分 析支持等关键问题ꎮ 它的基本特征包括全面的数 据标准化ꎻ统一的数据存储方案ꎻ数据实时传输ꎻ组 态化可配置ꎻ支持大数据分析ꎻ具有开放性ꎮ 所有信 息包括实时数据、多媒体数据和管理数据ꎬ可以通过 局域网和广域网进行准时、可靠、安全的传输ꎬ必要 的数据要保证时钟同步ꎮ 智慧煤矿巨系统综合管理 操作平台核心包括①基于 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ/ ＩＰ 的生产过程 控制数据交换标准化ꎻ②基于 Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅ 的信息系 统跨平台交互ꎻ③建设煤矿大数据采集分析处理平 台ꎻ④开放式多系统管理软件及操作平台ꎮ 智慧煤矿巨系统综合管理操作平台根据其业务 逻辑ꎬ可建设为以智慧煤矿多系统综合管理操作平 台为核心的包括①井下精确定位、导航、５Ｇ 通信管 理操作平台ꎻ②地质及矿井采掘运通信息动态管理 操作系统平台ꎻ③视频增强及实时数据驱动三维场 景再现远程干预操作平台ꎻ④环境及危险源感知与 安全预警系统管理操作平台ꎻ⑤智能化无人工作面 系统管理操作平台ꎻ⑥井下机器人群协同智慧和馈 电管理操作平台ꎻ⑦全矿井设备和设施健康管理操 作平台ꎻ⑧分选运销及采区规划设计智能管理操作 平台ꎮ 通过这“１＋８ 智能操作平台”ꎬ实现多层级、 多信息融合处理与操作ꎬ从而实现各生产环节智能 化协同生产ꎮ ４ 智慧煤矿与智能化开采发展目标 作为煤炭产业转型升级和技术革命的战略目 标ꎬ智慧煤矿和智能化开采核心技术的研发已成为 采矿行业升级