智能采礦導(dǎo)論PPT完整全套教學(xué)課件

2017.6智能采礦概論全套PPT課件目錄第1章緒論1.1礦業(yè)發(fā)展及煤礦開采特征1.2智能采礦創(chuàng)新進(jìn)展1.3智能采礦的建設(shè)構(gòu)想1.4智能采礦的發(fā)展展望第2章智能采礦系統(tǒng)2.1智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)2.2智能采礦系統(tǒng)組成2.3智能采礦主要配套系統(tǒng)2.4智能采礦系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)第3章煤礦開采環(huán)境智能感知3.1煤礦開采環(huán)境智能感知的基本功能3.2煤礦開采環(huán)境智能感知體系3.3煤礦開采環(huán)境智能感知關(guān)鍵技術(shù)3.4光纖光柵智能感知技術(shù)3.5礦用光纖光柵智能傳感器第4章煤礦開采環(huán)境信息智能處理4.1智能處理概述4.2智能算法概述4.3多源信息融合概述第5章采礦系統(tǒng)智能控制5.1智能控制概述5.2智能控制關(guān)鍵技術(shù)5.3智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢第6章采煤工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)6.1煤礦開采基礎(chǔ)理論6.2工作面“三機”裝備配套關(guān)系6.3采煤機智能控制關(guān)鍵技術(shù)6.4液壓支架智能控制關(guān)鍵技術(shù)6.5“三機”遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)第7章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.1掘進(jìn)工作面破巖基礎(chǔ)理論7.2掘進(jìn)工作面智能開采關(guān)鍵技術(shù)7.3掘進(jìn)工作面智能控制關(guān)鍵技術(shù)第8章智能采礦系統(tǒng)工程應(yīng)用8.1智能采煤工作面工程實例8.2煤礦光纖智能感知系統(tǒng)工程實例8.3智能掘進(jìn)工作面工程實例

一礦業(yè)發(fā)展及煤礦開采特征智能采礦創(chuàng)新進(jìn)展

二智能采礦的建設(shè)構(gòu)想

三智能采礦的發(fā)展展望

四第一章緒論本章重點難點1、礦業(yè)發(fā)展及煤礦開采特征2、智能采礦創(chuàng)新進(jìn)展3、智能采礦的建設(shè)構(gòu)想4、智能采礦的發(fā)展展望第一章緒論礦產(chǎn)資源，是指由地質(zhì)成礦作用形成的、賦存于地下或出露于地表、呈固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的、具有開發(fā)利用價值的自然資源。我國現(xiàn)行的《礦產(chǎn)資源分類細(xì)目》把礦產(chǎn)分為能源礦產(chǎn)（11種）、金屬礦產(chǎn)（59種）、非金屬礦產(chǎn)（92種）和水汽礦產(chǎn)（6種）。礦產(chǎn)資源是重要的自然資源，一般不可再生，儲量有限。

礦產(chǎn)資源概述1.1礦業(yè)發(fā)展及煤礦開采特征我國礦產(chǎn)資源分布示意圖第一章緒論礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)屬于勞動密集型艱苦行業(yè)，和其他產(chǎn)業(yè)相比，礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)具有以下特征：

4.1資源特征動態(tài)特征工藝離散環(huán)境惡劣礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)特征信息復(fù)雜第一章緒論4.1礦業(yè)發(fā)展階段礦業(yè)發(fā)展與人類文明息息相關(guān)。根據(jù)人類對礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用規(guī)模和水平、礦產(chǎn)資源的配置方式和礦產(chǎn)資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系將礦業(yè)發(fā)展分為四個階段。初始礦業(yè)：礦業(yè)0.0時代（初級發(fā)展階段）掠奪礦業(yè)：礦業(yè)1.0時代（掠奪發(fā)展階段）綠色礦業(yè)：礦業(yè)2.0時代（共贏發(fā)展階段）智能礦業(yè)：礦業(yè)3.0時代（智能發(fā)展階段）第一章緒論4.1煤礦開采特征我國煤礦開采主要分露天開采和井工開采。煤礦井工開采的重要特點是地下作業(yè)，煤礦開采一般要經(jīng)歷地質(zhì)勘察、預(yù)可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計、施工、建設(shè)、投產(chǎn)、達(dá)產(chǎn)、技術(shù)改造、增產(chǎn)、產(chǎn)量遞減、報廢和關(guān)井等諸多階段。為了保證正常生產(chǎn)。必須要有完善的井下和地面生產(chǎn)系統(tǒng)。為保證安全生產(chǎn)，要同井下可能發(fā)生的各種災(zāi)害做斗爭，還要搞好各項工作的配合。煤礦井工開采有如下特征：第一章緒論（1）受煤層賦存條件嚴(yán)重制約。（2）工作場所不斷移動。（3）生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜。（4）必須設(shè)置人工構(gòu)筑物保護(hù)工作空間。（5）安全問題突出。（6）開采對象具隨機性和多變性。（7）開采條件逐漸變差。（8）破壞生態(tài)環(huán)境。（9）消耗的材料不構(gòu)成產(chǎn)品實體。隨著我國煤礦開采理論與技術(shù)的發(fā)展，綠色開采、深地開發(fā)、智能采礦、未來礦業(yè)已成為煤礦開采的四大主題。第一章緒論（1）背景現(xiàn)階段煤炭仍然是我國的主要能源之一。在我國的能源結(jié)構(gòu)中，煤炭始終是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體能源，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著舉足輕重的地位。在未來相當(dāng)長時期內(nèi)，煤炭仍然是我國經(jīng)濟(jì)高速增長的重要保障，以煤炭為主的能源消費格局在未來很長時間內(nèi)都無法改變。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對煤炭的需求量逐年加大，導(dǎo)致近年來煤炭開采速度加快，煤炭開采所面臨的地質(zhì)條件越來越復(fù)雜，于是，開采難度也在不斷加深。為了提高回采的效率和降低人力資源的使用率，我國開始著手研究智能采礦。

智能采礦出現(xiàn)的背景及意義1.2智能采礦創(chuàng)新進(jìn)展第一章緒論（2）意義智能采礦的發(fā)展是個漸進(jìn)的過程，是礦業(yè)科技創(chuàng)新的重要方向，是工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)過渡的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，是21世紀(jì)礦業(yè)發(fā)展的前瞻性目標(biāo)。它將給我國煤礦將帶來深遠(yuǎn)的影響，有著重要的意義。實現(xiàn)采礦作業(yè)室內(nèi)化實現(xiàn)技術(shù)隊伍知識化推動礦業(yè)的全面升級智能采礦意義實現(xiàn)生產(chǎn)過程遙控化第一章緒論4.1智能采礦的發(fā)展過程智能采礦作為一種發(fā)展中的概念，對其具體內(nèi)涵的界定尚無廣泛共識，缺少普遍適用性和精確性。但可以認(rèn)為，智能采礦作為學(xué)術(shù)研究與工程應(yīng)用的結(jié)合，正在經(jīng)歷著一個伴隨著自動化、數(shù)字化和智能化技術(shù)的發(fā)展和演化過程。截至目前，礦山生產(chǎn)模式大致經(jīng)歷了四個階段：原始階段，主要通過手工和簡單挖掘工具進(jìn)行礦產(chǎn)采掘活動，無規(guī)劃、低效率、資源浪費極大機械化階段，大量采用機械設(shè)備完成自動化生產(chǎn)任務(wù)，機械化程度較高，但仍無規(guī)劃，生產(chǎn)較粗放，資源浪費比較嚴(yán)重數(shù)字礦山階段，采用自動化、信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化整合、數(shù)據(jù)共享，但仍面臨系統(tǒng)集成、信息融合等諸多問題，對綠色礦山、人文關(guān)懷、可持續(xù)發(fā)展等方面不夠重視；智能礦山階段，以兩化融合、智能制造為指引，通過信息技術(shù)的全面集成應(yīng)用，使礦山具有人類般的思考、反應(yīng)和行動能力，第一章緒論

4.1礦業(yè)在為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展和人類生活水平不斷改善而提供物質(zhì)財富及生產(chǎn)資料的過程中，積極引入和發(fā)展高新技術(shù)，大力提升生產(chǎn)力水平，高效開發(fā)利用礦產(chǎn)資源，全面保障生產(chǎn)安全及職業(yè)健康，努力實現(xiàn)零環(huán)境影響，已經(jīng)成為礦山企業(yè)在21世紀(jì)的奮斗目標(biāo)。與科技發(fā)展相融合，礦業(yè)引入了一種全新理念，即構(gòu)建一種新的無人采礦模式，實現(xiàn)資源與開采環(huán)境數(shù)字化、技術(shù)裝備智能化、生產(chǎn)過程控制可視化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)管理與決策科學(xué)化。在此目標(biāo)的實現(xiàn)過程中，智能礦山已經(jīng)成為礦業(yè)科技和礦山管理工作者的美好憧憬，人們希冀未來的采礦設(shè)備能夠在井下安全場所或地面進(jìn)行遙控，乃至全面采用無人駕馭的智能設(shè)備進(jìn)行井下開采，使采礦無人化，逐步實現(xiàn)智能礦山。第一章緒論4.12001年7月，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CommonwealthScientificandIndustrialResearchOrganization，CSIRO）承擔(dān)了澳大利亞煤炭協(xié)會研究計劃設(shè)立的綜采自動化項目，進(jìn)行開展綜采工作面自動和和智能化技術(shù)的研究，設(shè)計開發(fā)了LASC（Long?wallAutomationSteeringCommittee）長壁自動化系統(tǒng)，以設(shè)備定位技術(shù)為代表。到2005年該項目通過采用軍用高精度光纖陀螺儀和定制的定位導(dǎo)航算法實現(xiàn)了采煤機位置的精確定位、工作面調(diào)直系統(tǒng)和工作面水平控制，并將工作面自動化LASC系統(tǒng)首次在澳大利亞的Beltana礦試驗成功。2006年，歐洲委員會信息與歐盟委員會批準(zhǔn)了“采掘機械的機械化和自動化”項目研究的專項基金，包括德、英、波、西在內(nèi)的研究機構(gòu)相繼開展了煤巖界面、防撞技術(shù)、采煤機位置監(jiān)測等相關(guān)技術(shù)研究，并取得了豐碩成果。2006年，美國JOY公司推出了虛擬采礦技術(shù)方案，以實現(xiàn)地面遠(yuǎn)程精準(zhǔn)操控為研究目標(biāo)。國外智能采礦進(jìn)展第一章緒論4.12008年，CSIRO對LASC系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)優(yōu)化，完善了工作面自動化系統(tǒng)原型，增加了采煤機自動控制、煤流負(fù)荷匹配、巷道集中監(jiān)控等功能，通過結(jié)合鉆孔地質(zhì)勘探資料與掘進(jìn)數(shù)據(jù)，描述了工作面煤層的賦存狀態(tài)，采用陀螺儀獲知采煤機的三維坐標(biāo)，兩者結(jié)合實現(xiàn)了工作面的全自動化割煤，LASC主要系統(tǒng)構(gòu)成如右圖所示。2009年，英國曼徹斯特大學(xué)、德國亞琛大學(xué)、保加利亞普羅夫迪夫大學(xué)的相關(guān)研究機構(gòu)開發(fā)了“煤機領(lǐng)路者”系統(tǒng)，并于2010年在德國North-RheinWestphalia礦得到了成功應(yīng)用。2012年，美國公司開發(fā)的新型采煤機自動化長壁系統(tǒng)，集成了工作面取直系統(tǒng)，可實現(xiàn)采煤機的全自動智能化控制。LASC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一章緒論目前，行業(yè)內(nèi)研究比較成熟完備的公司除了LASC系統(tǒng)外，還有美國的JOY（久益）公司及德國的Eickhoff（艾柯夫）公司。而久益公司在Faceboss1.0的基礎(chǔ)上研究設(shè)計開發(fā)了Faceboss2.0控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以用于采煤機、刮板輸送機、梭車、連采機等，同時提供了一套強大的工具包，包括操作人員支持工具、自動化序列、高級診斷、設(shè)備性能監(jiān)控、分析工具等，如果Faceboss系統(tǒng)連接到地面計算機，通過采煤機搖臂上的照明燈和攝像頭可以實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，F(xiàn)aceboss2.0控制系統(tǒng)如圖所示。最新版本還提出了AdvancedShearerAutomation(ASA，高級采煤機自動化），可以實現(xiàn)采煤機水平控制、Golp離線圖形編輯器、三角煤自動化、牽引自動化、弧形擋煤板自動化和長壁工作面自動化一體化，并在采煤機上主要增加傾角傳感器、搖臂編碼器和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，高級采煤機自動化系統(tǒng)如圖所示。Faceboss2.0控制系統(tǒng)高級采煤機自動化系統(tǒng)第一章緒論德國艾柯夫公司從1954年生產(chǎn)出自己的第一臺采煤機，為煤礦開采帶來了一系列技術(shù)發(fā)展。1966年，實現(xiàn)采煤機遙控操作；2001年，開始采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PC（IPC）；2005年，采煤機EiControl系統(tǒng)；2007年，基于傳感器開發(fā)的EiControlPlus；2008年，參數(shù)控制系統(tǒng)EiControlSB。目前艾柯夫提出的現(xiàn)代采煤機配備了震動傳感器、行程傳感器、傾角傳感器、位置傳感器、紅外傳感器和雷達(dá)傳感器等多種傳感器，現(xiàn)代采煤機如圖所示。2015年，艾柯夫已聯(lián)合德國瑪珂、德國貝克等在俄羅斯建設(shè)了一套遠(yuǎn)程控制自動化薄煤層綜采系統(tǒng)，已經(jīng)接近于“無人工作面”，現(xiàn)場應(yīng)用如圖所示。艾柯夫公司的現(xiàn)代采煤機智能化綜采系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用第一章緒論4.1我國智能采礦進(jìn)展改革開放40多年來，我國煤炭工業(yè)全面發(fā)展以綜合機械化為標(biāo)志的現(xiàn)代開采技術(shù)，經(jīng)過多年的持續(xù)科研攻關(guān)與創(chuàng)新實踐，我國井工煤礦實現(xiàn)了由炮采、普采、高檔普采到綜合機械化開采、自動化開采的跨越，并在煤層賦存條件較優(yōu)越的礦區(qū)探索實踐了智能化、無人化開采技術(shù)。在無人化綜采工作面的研究發(fā)展過程中，中國礦業(yè)大學(xué)的方新秋教授率先開展了相關(guān)方面的研究及構(gòu)想。2006年，方新秋等根據(jù)無人工作面的關(guān)鍵技術(shù)，提出了利用慣性技術(shù)來開發(fā)定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在分析航位推算系統(tǒng)誤差補償模型、地圖匹配算法和采煤機自主定位系統(tǒng)誤差模型的基礎(chǔ)上，認(rèn)為光纖陀螺適合采煤機定位導(dǎo)航系統(tǒng)。2008年，方新秋等根據(jù)井下采煤機工作環(huán)境、運動路線及影響采煤機運動軌跡的因素，確定了采煤機在不同運動路線的運動特征，建立了采煤機動力學(xué)模型，基于微機械陀螺和加速度計構(gòu)建了采煤機自主定位系統(tǒng)，相關(guān)實驗結(jié)果表明利用環(huán)境特征、路標(biāo)識別以及基于GIS的地圖匹配技術(shù)可以減少系統(tǒng)誤差，提高自主定位精度。第一章緒論2008年，方新秋等根據(jù)井下采煤機工作環(huán)境、運動路線及影響采煤機運動軌跡的因素，確定了采煤機在不同運動路線的運動特征，建立了采煤機動力學(xué)模型，基于微機械陀螺和加速度計構(gòu)建了采煤機自主定位系統(tǒng)，相關(guān)實驗結(jié)果表明利用環(huán)境特征、路標(biāo)識別以及基于GIS的地圖匹配技術(shù)可以減少系統(tǒng)誤差，提高自主定位精度。同年，方新秋等提出了高度自動化與傳統(tǒng)綜采工藝相結(jié)合的無人工作面的概念和系統(tǒng)模型，創(chuàng)成了工作面災(zāi)害預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)和無人工作面采煤工藝智能化控制系統(tǒng)模型，構(gòu)建了無人工作面開采技術(shù)體系。2010年，方新秋等在采煤機定位系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，提出了基于陀螺儀和里程計的新定位方案，構(gòu)建了無人工作面采煤機自主定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并在模擬試驗中取得了較好的定位效果。同年，方新秋根據(jù)無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星定位或天文導(dǎo)航方法在煤礦井下應(yīng)用的局限性，分析了一種采煤機慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計了采煤機的自定位裝置，仿真試驗指出誤差累積導(dǎo)致了自定位系統(tǒng)的精度低，然后建立了誤差補償模型，采用卡爾曼濾波算法對陀螺漂移進(jìn)行了補償。第一章緒論2012年，王巨光分析了采煤機、液壓支架、刮板輸送機三機設(shè)備選型過程，設(shè)計并實現(xiàn)了采煤機位置檢測、記憶截割自動調(diào)高、運行狀態(tài)實時監(jiān)控以及液壓支架電液控制系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)了薛村礦薄煤層94702綜采工作面數(shù)字化無人開采。2013年，王剛等提出了沙曲礦2號薄煤層上保護(hù)層無人工作面開采的設(shè)計方案，給出了22201無人工作面的采煤機、液壓支架、刮板輸送機的配套選型,介紹了22201無人工作面自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及采煤工藝，實現(xiàn)了薄煤層工作面的自動化開采。2014年，王國法介紹了綜采成套裝備自動化智能化無人化最新技術(shù)發(fā)展成果，探討了綜采成套裝備自動化智能化無人化發(fā)展方向和技術(shù)途徑。邢澤華等運用彈塑性理論和有限元受力分析手段，研發(fā)了薄煤層無人工作面全自動化刨煤機與采煤機開采配套的支護(hù)設(shè)備液壓支架。馬洪禮等開發(fā)了無人工作面智能化采煤機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了采煤機手動控制、自主控制、上位機遠(yuǎn)程控制3種控制工作模式以及相關(guān)工作參數(shù)的實時監(jiān)測，并在古書院礦152304工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗。第一章緒論2015年，牛劍峰提出了無人工作面視頻系統(tǒng)的技術(shù)需求，構(gòu)建了無人工作面視頻系統(tǒng)技術(shù)方案，提出了一種以云臺攝像儀為基礎(chǔ)的工作面設(shè)備隨動視頻監(jiān)視系統(tǒng)，設(shè)計了智能本安型攝像儀，具有視頻目標(biāo)定位、追蹤與接續(xù)和自動除塵等功能。樊啟高開展了設(shè)備定位及任務(wù)協(xié)調(diào)研究。通過掌握“三機”協(xié)同運動規(guī)律，建立了“三機”系統(tǒng)運動學(xué)模型，結(jié)合慣性導(dǎo)航理論以及超寬帶無線傳感網(wǎng)絡(luò)定位理論，構(gòu)建了采煤機INS/UWB協(xié)同定位模型，實現(xiàn)了封閉空間下采煤機高精度定位定姿。我國智能化開采目前還處于初級階段，正進(jìn)入技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵階段，并在“十二五”期間也取得了快速發(fā)展，在國家863計劃（國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃）、973計劃（國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃）、國家重點研發(fā)計劃及國家自然科學(xué)基金支持下，我國智能化綜采取得了一系列的創(chuàng)新成果：實現(xiàn)了“液壓支架電液控＋記憶割煤＋可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制”、液壓支架自適應(yīng)控制、工作面遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)動、采煤機動態(tài)精準(zhǔn)定位、采煤機自動調(diào)高、煤礦探測機器人、基于煤層分布的采煤機截割路徑規(guī)劃等。第一章緒論近年來，王國法等提出了采煤機智能調(diào)高控制、液壓支架群組與圍巖的智能耦合自適應(yīng)控制、工作面直線度智能控制、基于系統(tǒng)多信息融合的協(xié)同控制、超前支護(hù)及輔助作業(yè)的智能化控制等煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)，對工作面支護(hù)與液壓支架技術(shù)理論體系、液壓支架群組支護(hù)原理與承載特性、安全高效開采成套技術(shù)與裝備進(jìn)行了深入廣泛的研究，基于此提出了智慧礦山的概念與內(nèi)涵，明確了智慧煤礦2025發(fā)展目標(biāo)與實現(xiàn)路徑，為今后統(tǒng)籌開展煤礦生產(chǎn)智能化研究奠定了基礎(chǔ)。宋振騏以我國煤炭開采理論及開采技術(shù)為基礎(chǔ)，從控制煤礦事故和環(huán)境災(zāi)害的角度提出了安全高效智能化開采技術(shù)構(gòu)想。袁亮以智能感知、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計算和人工智能等技術(shù)支撐，提出了煤炭精準(zhǔn)開采的科學(xué)構(gòu)想和關(guān)鍵科學(xué)問題，精準(zhǔn)開采是準(zhǔn)確高效的煤炭少人(無人)智能開采與災(zāi)害防控一體化的未來采礦新模式，為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+科學(xué)開采的未來少人(無人)采礦提出了技術(shù)路徑。葛世榮等從識別、決策、控制三方面分析了無人駕駛采煤機的技術(shù)架構(gòu)，提出了無人駕駛采煤機關(guān)鍵技術(shù)及突破方向，開發(fā)了基于工作面地理信息系統(tǒng)的采煤機定位定姿技術(shù)，研究了采煤機慣性導(dǎo)航定位動態(tài)零速修正技術(shù)和刮板輸送機調(diào)直方法，闡述了智能化采煤裝第一章緒論的“3個感知，3個自適”技術(shù)架構(gòu)，構(gòu)建了煤礦無人化綜采工作面的關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)，探討了“互聯(lián)網(wǎng)+采煤機”智能化關(guān)鍵技術(shù)及未來突破方向，并認(rèn)為光纖傳感器將為智能化采煤裝備的關(guān)鍵技術(shù)突破提供借鑒?？梢?，雖然我國的智能化開采起步晚，但在近幾年發(fā)展迅速，諸多專家和煤炭企業(yè)把握技術(shù)發(fā)展新趨勢并提出了一系列的理論、技術(shù)和成套裝備等研究成果，為我國智能化采礦提供了重要機遇。與此同時，在生產(chǎn)地質(zhì)條件較好的采煤工作面也積極進(jìn)行了智能化開采實踐探索，截止2019年7月，全國已建成智能化采煤工作面150多個，先后在神東、寧煤、中煤、陜煤、同煤、陽煤、平煤、晉煤、峰峰、新集口孜東等礦區(qū)進(jìn)行了探索及應(yīng)用，為全面推進(jìn)煤礦智能化發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗?？傊覈谥悄艿V山建設(shè)上整體處于前進(jìn)上升的趨勢，也有了領(lǐng)先發(fā)展的企業(yè)。可以說，我國礦山的智能化建設(shè)已經(jīng)在穩(wěn)步推進(jìn)中。第一章緒論智能采礦的建設(shè)定位1.3智能采礦的建設(shè)構(gòu)想作為傳統(tǒng)的資源開發(fā)與加工型企業(yè)，礦山長久以來被視為高消耗、高投資、高危險、高污染、勞動密集的生產(chǎn)型企業(yè)。礦山在完成傳統(tǒng)企業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變過程中，由于其自身的生產(chǎn)流程、加工工藝、作業(yè)對象、市場與原料等方面存在著諸多特殊性、不可知性和不可控性，使得礦山企業(yè)的智能化建設(shè)在定位和目標(biāo)上尤其難以把握。這主要是決定于我國礦山的信息化建設(shè)現(xiàn)狀：一方面，我國的礦山企業(yè)信息化建設(shè)起步較晚，在地質(zhì)資源的數(shù)字化、生產(chǎn)過程的自動化以及生產(chǎn)經(jīng)營與決策的智能化等方面，與礦業(yè)發(fā)達(dá)國家的礦山具有較大的差距；另一方面，由于信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得礦山企業(yè)，尤其是現(xiàn)代礦山企業(yè)直接面對了信息技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)和最新的管理理念，但這些先進(jìn)的技術(shù)和理念與我國礦山企業(yè)的融合卻成為最大的瓶頸。第一章緒論兩化融合則為解決這一問題提供了一個新的思路。兩化融合是指以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結(jié)合。兩化融合與智能礦山息息相關(guān)，可以說，將信息化與工業(yè)化深度融合、用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)礦業(yè)，是打造智能礦山的智力支持；而智能礦山是礦山技術(shù)變革、技術(shù)創(chuàng)新的一種必然，是兩化融合戰(zhàn)略在礦業(yè)的具體體現(xiàn)。“中國制造2025”、德國“工業(yè)4.0”以及美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”實際上是異曲同工，都是以信息技術(shù)和先進(jìn)制造業(yè)的結(jié)合，或者說互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)的結(jié)合，來帶動整個新一輪制造業(yè)發(fā)展，發(fā)展的最大動力還在于信息化和工業(yè)化的深度融合。我國礦山企業(yè)正處于全面轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，無論是礦業(yè)自身的發(fā)展，還是更好地融入“中國制造2025”，智能礦山建設(shè)都是大勢所趨。制造業(yè)智能化是全球工業(yè)化的發(fā)展趨勢，也是重塑國家間產(chǎn)業(yè)競爭力的關(guān)鍵因素。第一章緒論智能采礦的基本概念智能采礦的概念是在數(shù)字礦山技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上提出來的，它是將信息化與工業(yè)化深度融合的礦山開采技術(shù)變革，利用智能裝備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)與現(xiàn)代煤礦開發(fā)技術(shù)深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘、運通、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行，從而實現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)的采礦工藝過程。而智能采礦最核心的煤礦智能化開采技術(shù)內(nèi)涵則是指在不需要人工直接干預(yù)情況下，通過采掘環(huán)境的智能感知、采掘裝備的智能調(diào)控、采掘作業(yè)的自主巡航，由采掘裝備獨立完成的采掘作業(yè)過程。第一章緒論智能采礦的研究內(nèi)容發(fā)展礦業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)研發(fā)智能采掘設(shè)備建設(shè)智能采礦示范區(qū)培養(yǎng)新型的礦業(yè)人才從實際出發(fā)穩(wěn)步前進(jìn)主要研究內(nèi)容第一章緒論礦業(yè)大數(shù)據(jù)與云計算1.4智能采礦的發(fā)展展望4.1大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和發(fā)展大數(shù)據(jù)是用傳統(tǒng)方法或工具很難處理或分析的數(shù)據(jù)信息。目前，人們對大數(shù)據(jù)的理解還不夠全面和深入，關(guān)于大數(shù)據(jù)的含義也沒有一個統(tǒng)一的定義。在維基百科中，關(guān)于大數(shù)據(jù)的定義為：大數(shù)據(jù)是指利用常用軟件工具來獲取、管理和處理數(shù)據(jù)所耗時間超過可容忍時間的數(shù)據(jù)集；互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（InternetDataCenter，簡稱IDC）對大數(shù)據(jù)做出的定義為：大數(shù)據(jù)一般會涉及2種或2種以上數(shù)據(jù)形式，它要收集超過100TB的數(shù)據(jù)，并且是高速、實時數(shù)據(jù)流；或者是從小數(shù)據(jù)開始，但數(shù)據(jù)每年會增長60%以上；研究機構(gòu)Gartner給出了這樣的定義：大數(shù)據(jù)是需要新處理模式才能具有更強的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。第一章緒論目前，企業(yè)界和學(xué)術(shù)界都一致認(rèn)為，大數(shù)據(jù)具有4個“V”特征，即：容量(Volume)、種類(Variety)、速度(Velocity)和至關(guān)重要的價值(Value)。容量(Volume)巨大。海量的數(shù)據(jù)集從TB級別提升到PB級別。種類(Variety)繁多。大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源有多種，數(shù)據(jù)格式和種類不同于以前所規(guī)定的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)范疇。價值(Value)密度低。如視頻的例子，在不間斷連續(xù)監(jiān)控的過程中，可能有意義的數(shù)據(jù)僅有一兩秒。速度(Velocity)快。包含大量實時、在線數(shù)據(jù)處理分析的需求1秒鐘定律。第一章緒論大數(shù)據(jù)技術(shù)使人們能夠更好地利用之前不能使用的各個數(shù)據(jù)類型，找出被忽略的信息，促進(jìn)企業(yè)組織更加高效、智能。但隨著對大數(shù)據(jù)研究的不斷深入，人們也更加意識到當(dāng)大數(shù)據(jù)技術(shù)向人們敞開“方便之門”的同時，也帶來了眾多的挑戰(zhàn)：挑戰(zhàn)大數(shù)據(jù)的利用對信息安全提出了更高要求大數(shù)據(jù)的合理利用需要解決容量大、類別多和時效性高的數(shù)據(jù)處理問題大數(shù)據(jù)需要更為專業(yè)化的管理技術(shù)人才大數(shù)據(jù)的集成與管理問題這些挑戰(zhàn)已成為關(guān)系到未來大數(shù)據(jù)發(fā)展的重要因素，同時也成為未來引領(lǐng)大數(shù)據(jù)發(fā)展的推動力。第一章緒論1.4云計算的產(chǎn)生和發(fā)展云計算(CloudComputing)是網(wǎng)格計算(GridComputing)、分布式計算(DistributedComputing)、并行計算(ParallelComputing)、效用計算(UtilityComputing)、網(wǎng)絡(luò)存儲(NetworkStorageTechnologies)、虛擬化(Virtualization)、負(fù)載均衡(LoadBalance)等傳統(tǒng)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。由于高速網(wǎng)絡(luò)的連接出現(xiàn)，芯片的磁盤驅(qū)動的功能變得更加強大且價格愈加便宜，擁有了快速處理大量復(fù)雜問題的能力。在技術(shù)方面，分布式計算、并行計算和網(wǎng)格計算快速發(fā)展且已經(jīng)趨于成熟，可以不用再受地理資源的限制，充分利用世界各地的計算資源，將各地的軟件、硬件和其他的信息資源通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，從而實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)存儲功能和完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和計算任務(wù)。以及包括計算機存儲技術(shù)的發(fā)展、Weh2.0的實現(xiàn)、多核技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得人們迫切需要產(chǎn)生一種更加強大的計算能力和服務(wù)，可提高計算能力和資源利用率，于是云計算應(yīng)運而生。第一章緒論1.4云計算的核心思想，是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個計算資源池向用戶按需服務(wù)。通俗來說，云計算其實就是讓計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、算法、應(yīng)用等軟硬件資源像電一樣，隨時隨地、即插即用。目前，云計算的服務(wù)形式主要有：SaaS(SoftwareasaService)，PaaS(PlatformasaService)，IaaS(InfrastructureasaService)。需求分析軟件即服務(wù)(SaaS)云計算服務(wù)形式SaaS服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上，用戶根據(jù)需求通過互聯(lián)網(wǎng)廠商訂購應(yīng)用軟件服務(wù)，服務(wù)提供商根據(jù)客戶所定軟件的數(shù)量、時間的長短等因素收費，并且通過瀏覽器向客戶提供軟件的模式平臺即服務(wù)(PaaS)把開發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來提供。這是一種分布式平臺服務(wù)，廠商提供開發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺、硬件資源等服務(wù)給客戶，用戶在其平臺基礎(chǔ)上定制開發(fā)自己的應(yīng)用程序并通過其服務(wù)器和互聯(lián)網(wǎng)傳遞給其他客戶基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(IaaS)IaaS即把廠商的由多臺服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，作為計量服務(wù)提供給客戶。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲和計算能力整合成一個虛擬的資源池為整個業(yè)界提供所需要的存儲資源和虛擬化服務(wù)器等服務(wù)第一章緒論1.4大數(shù)據(jù)與云計算的關(guān)系云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的異同

大數(shù)據(jù)云計算總體關(guān)系云計算為大數(shù)據(jù)提供了有力的工具和途徑，大數(shù)據(jù)為云計算有價值的用武之地相同點都是為數(shù)據(jù)存儲和處理服務(wù)都需要占用大量的存儲和計算資源，因而都要用到海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)、MapReduce等并行處理技術(shù)背景現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理不能勝任社交網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大量異構(gòu)數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)存在很大價值?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)日益豐富和頻繁目的充分挖掘海量數(shù)據(jù)中的信息。通過互聯(lián)網(wǎng)更好地調(diào)用、擴(kuò)展和管理計算及存儲方面的資源和能力對象數(shù)據(jù)IT資源、能力和應(yīng)用推動力量從事數(shù)據(jù)存儲與處理的軟件廠商擁有大量數(shù)據(jù)的企業(yè)生產(chǎn)計算及存儲設(shè)備的廠商擁有計算及存儲資源的企業(yè)價值發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的價值節(jié)省IT部署成本由上表可知，大數(shù)據(jù)著眼于“數(shù)據(jù)”，關(guān)注實際業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)采集、分析與挖掘服務(wù)，看重的是信息積淀，即數(shù)據(jù)存儲能力；云計算著眼于“計算”，關(guān)注IT解決方案，提供IT基礎(chǔ)架構(gòu)，看重的是計算能力，即數(shù)據(jù)處理能力。第一章緒論1.4礦業(yè)大數(shù)據(jù)特征與關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備動態(tài)運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)智能化少人或無人開采工作面智能礦山大數(shù)據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)人員定位系統(tǒng)智能燈房管理系統(tǒng)井下無人值守變電所(水泵房)系統(tǒng)綜合現(xiàn)場移動控制系統(tǒng)礦井三維可視化安全生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)服務(wù)于各個專業(yè)領(lǐng)域的信息管理系統(tǒng)設(shè)備在線點檢系統(tǒng)區(qū)域煤礦中央集中智能控制中心等信息化、智能化系統(tǒng)構(gòu)成第一章緒論智能礦山大數(shù)據(jù)根據(jù)其來源的不同，可分為2大類3個方面，如下圖所示。

煤炭智能化開采礦山大數(shù)據(jù)來源第一章緒論綜合煤礦智能化開采的特點與大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征，可將煤炭智能化開采大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特征歸納如下。準(zhǔn)確性強關(guān)聯(lián)性時序性數(shù)據(jù)特征多樣價值密度低速度快數(shù)據(jù)規(guī)模大閉環(huán)性第一章緒論煤礦智能化開采大數(shù)據(jù)技術(shù)是在傳統(tǒng)商務(wù)大數(shù)據(jù)技術(shù)的基礎(chǔ)上在礦山的應(yīng)用，但是在數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析挖掘、可視化等方面與商務(wù)大數(shù)據(jù)又有所區(qū)別。環(huán)節(jié)與應(yīng)用商務(wù)大數(shù)據(jù)煤礦智能化開采大數(shù)據(jù)采集通過交互方式采集商務(wù)數(shù)據(jù)，對時效性要求不高通過各種傳感器、智能裝置、業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)以及其他數(shù)據(jù)采集技術(shù)完成數(shù)據(jù)收集。對實時性要求很高存儲關(guān)聯(lián)性較弱，可自由存儲關(guān)聯(lián)性強，存儲比較復(fù)雜處理數(shù)據(jù)清洗、歸約；需剔除大量無關(guān)緊要的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)大多來自傳感器、信息化系統(tǒng)，數(shù)據(jù)信噪比低，要求數(shù)據(jù)具有真實性、完整性和可靠性，處理時更關(guān)注數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化以及質(zhì)量分析挖掘利用常規(guī)的分析算法；更關(guān)注相關(guān)性分析；要求分析結(jié)果不是絕對精確分析難度較高，算法專業(yè)，需要分別對數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)建模；要求結(jié)果的精度和置信度高可視化對分析結(jié)果進(jìn)行展示可視化除對分析結(jié)果展示可視化外，還需3D礦山場景可視化；要求預(yù)警和趨勢可視化實時性強閉環(huán)性一般無需閉環(huán)需閉環(huán)反饋，實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整、優(yōu)化以及自動控制等煤礦智能化開采大數(shù)據(jù)與商務(wù)上數(shù)據(jù)的區(qū)別第一章緒論作為大數(shù)據(jù)技術(shù)在煤礦領(lǐng)域的重要應(yīng)用，煤礦智能化開采大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究內(nèi)容也主要集中在數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展示，而在應(yīng)用領(lǐng)域主要是研究上述大數(shù)據(jù)技術(shù)與煤礦具體業(yè)務(wù)的融合實踐。從目前煤礦智能開采大數(shù)據(jù)技術(shù)面臨的主要問題來看，數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，數(shù)據(jù)集成技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用技術(shù)將是當(dāng)前智能礦山大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。第一章緒論互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)的理論概述2015年3月，李克強總理在政府工作報告中提出：“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)融合，促進(jìn)電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場”。由此引發(fā)產(chǎn)業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的熱議，開始各行業(yè)“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代。對于“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的理解，可以分為兩個層次的內(nèi)容來表述。一方面，可以將互聯(lián)網(wǎng)+”概念中的文字“互聯(lián)網(wǎng)”與符號“+”分開理解。符號“+”意為加號，即代表著添加與聯(lián)合。這表明了“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用范圍為互聯(lián)網(wǎng)與其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，它是針對不同產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一項新計劃，應(yīng)用手段則是通過互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行聯(lián)合和深入融合的方式進(jìn)行；另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+”作為一個整體概念，其深層意義是通過傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化，從而完成產(chǎn)業(yè)升級。第一章緒論互聯(lián)網(wǎng)“+”的主要特征可以概括為以下六個方面：(1)跨界融合。(2)創(chuàng)新驅(qū)動。(3)重塑結(jié)構(gòu)。(4)尊重人性。(5)開放生態(tài)。(6)連接一切。第一章緒論互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)的核心體系參照“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，結(jié)合我國礦山工業(yè)特點及發(fā)展現(xiàn)狀，按照“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”的內(nèi)涵與具體表現(xiàn)，其核心體系框架主要包含四個方面內(nèi)容，如圖1-7所示。圖1-7“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”核心體系框架第一章緒論(1)以礦山工業(yè)安全、高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)為指引“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”是利用創(chuàng)新的思維和先進(jìn)的技術(shù)推動行業(yè)變革和發(fā)展，其核心仍是“以人為本、全面協(xié)調(diào)可持續(xù)”的科學(xué)發(fā)展觀，礦山工業(yè)安全、高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展這一最終目標(biāo)要始終貫穿“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”發(fā)展全過程。(2)明確“高度網(wǎng)絡(luò)化、大數(shù)據(jù)化、協(xié)同工作、分布式服務(wù)”的戰(zhàn)略主題。高度網(wǎng)絡(luò)化使礦山工業(yè)設(shè)備與設(shè)備、設(shè)備與人、人與人之間高效互聯(lián)，信息廣泛共享。大數(shù)據(jù)化利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘分析海量礦山數(shù)據(jù)，給礦山工業(yè)從安全生產(chǎn)到產(chǎn)業(yè)布局決策提供數(shù)據(jù)支撐。協(xié)同工作使礦山企業(yè)采礦、掘進(jìn)、機電、運輸、通風(fēng)、安全等部門，瓦斯、水文、礦壓等監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，設(shè)備管理、危險源預(yù)測預(yù)警、生產(chǎn)調(diào)度等安全生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)協(xié)同配合工作，充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，達(dá)到“1+1>2”的效果。第一章緒論分布式服務(wù)突破時間和空間的限制，打破傳統(tǒng)“礦山”的界限，通過建立統(tǒng)一的行業(yè)設(shè)備、技術(shù)和工程服務(wù)平臺，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置；基于統(tǒng)一平臺，提供分布式的專家技術(shù)服務(wù)，節(jié)省了時間和經(jīng)濟(jì)成本。(3)支撐技術(shù)為底層基礎(chǔ)。充分發(fā)展利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)信息共享；利用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)，對礦山海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析并及時響應(yīng)，為礦山各管理層面決策提供數(shù)據(jù)支持；建立統(tǒng)一的礦業(yè)協(xié)同平臺，使礦山采礦、掘進(jìn)、機電、運輸、通風(fēng)、地測水文等部門協(xié)同工作，使礦業(yè)領(lǐng)域內(nèi)專家遠(yuǎn)程實時介入企業(yè)生產(chǎn)，打破信息孤島，實現(xiàn)礦山工業(yè)的協(xié)同工作和分布式技術(shù)服務(wù)，提高企業(yè)效率。(4)“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”是從生產(chǎn)技術(shù)、企業(yè)管理到產(chǎn)業(yè)協(xié)作、行業(yè)決策的頂層設(shè)計，具體表現(xiàn)特征包括：礦山工業(yè)生產(chǎn)智能化。礦山工業(yè)管理高效化。第一章緒論礦山產(chǎn)業(yè)互聯(lián)化。礦山行業(yè)決策數(shù)據(jù)化?；ヂ?lián)網(wǎng)+礦業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)(1)創(chuàng)新與轉(zhuǎn)變管理模式(2)建立礦山工業(yè)信息化標(biāo)準(zhǔn)礦山工業(yè)生產(chǎn)智能化、管理高效、產(chǎn)業(yè)互聯(lián)、數(shù)據(jù)化決策要求礦山企業(yè)從數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲、分析、發(fā)布實現(xiàn)信息共享和協(xié)同工作，其中各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)是實現(xiàn)上述設(shè)計的基礎(chǔ)?；诩扔械膰液托袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，制定從底層應(yīng)用到行業(yè)頂層設(shè)計的礦山信息化標(biāo)準(zhǔn)體系。1)礦山工業(yè)應(yīng)用層系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包含采礦、掘進(jìn)、機電、運輸、通風(fēng)等基礎(chǔ)應(yīng)用層系統(tǒng)信息化標(biāo)準(zhǔn)；2)礦山工業(yè)傳輸層系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包含工業(yè)以太網(wǎng)、IP網(wǎng)、礦山移動通信等，實現(xiàn)各系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和接口統(tǒng)一，便于礦山網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)、運行和維護(hù)；第一章緒論3)礦山工業(yè)數(shù)據(jù)存儲層系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包含數(shù)據(jù)元、數(shù)據(jù)庫規(guī)范、數(shù)據(jù)類型分類等標(biāo)準(zhǔn)，為各系統(tǒng)信息交互和共享提供平臺；4)礦山工業(yè)信息安全標(biāo)準(zhǔn)，包含應(yīng)用層、傳輸層及存儲層的系統(tǒng)安全標(biāo)準(zhǔn)，確保整體礦山信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行；5)礦山工業(yè)信息化建設(shè)總體規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。包含信息化建設(shè)各類基本概念定義、總體規(guī)范指南等，指導(dǎo)礦山信息化建設(shè)工作。(3)互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”的支撐技術(shù)“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”戰(zhàn)略構(gòu)想最終要依靠先進(jìn)的礦山信息化技術(shù)的推動和發(fā)展。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)智能化、自動化的礦山裝備，實現(xiàn)井下的少人、無人工作模式；利用先進(jìn)的地球物理技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對礦區(qū)地層環(huán)境的整體感知和診斷；利用高精度傳感器結(jié)合信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)對重大危險源的預(yù)測預(yù)警；利用協(xié)同管理平臺結(jié)合現(xiàn)代化管理制度，實現(xiàn)礦山的高效管理調(diào)度。

一智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)智能采礦系統(tǒng)組成

二智能采礦主要配套系統(tǒng)

三智能采礦系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)

四第二章智能采礦系統(tǒng)本章重點難點1、智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)2、智能采礦系統(tǒng)組成3、智能采礦主要配套系統(tǒng)4、智能采礦系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)第二章智能采礦系統(tǒng)智能化煤礦建設(shè)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，合理的頂層設(shè)計是進(jìn)行智能化煤礦建設(shè)的基礎(chǔ)。智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)如下圖所示。2.1智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能采礦系統(tǒng)總體架構(gòu)第二章智能采礦系統(tǒng)從分層的角度考慮智能化煤礦總體架構(gòu)可分為感知層、傳輸層、平臺層和應(yīng)用層。智能化煤礦的感知層將會愈加緊密地與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，形成煤礦泛在感知與設(shè)備互聯(lián)。傳輸層匯集多種制式信號并完成數(shù)據(jù)透傳，為智能化煤礦的各種應(yīng)用提供一條信息高速通道。平臺層(或支撐層)提供基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施、通用性基礎(chǔ)軟件平臺與共性服務(wù)接口。應(yīng)用層是圍繞煤炭開采和煤礦業(yè)務(wù)開發(fā)的各類應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用層將與虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、云平臺等更加緊密結(jié)合，形成適用于煤礦的智慧應(yīng)用系統(tǒng)。第二章智能采礦系統(tǒng)2.2智能采礦系統(tǒng)組成智能化煤礦綜合管控平臺和云數(shù)據(jù)中心煤礦安全高效信息網(wǎng)絡(luò)及精準(zhǔn)位置服務(wù)系統(tǒng)GIS透明地質(zhì)模型及動態(tài)信息系統(tǒng)智能化無人工作面協(xié)同控制系統(tǒng)智能化運輸管理系統(tǒng)煤礦井下環(huán)境感知及安全管控系統(tǒng)智能采礦系統(tǒng)組成部分第二章智能采礦系統(tǒng)智能工作面三機系統(tǒng)2.3智能采礦主要配備系統(tǒng)采煤工作面的三機主要包括采煤機、液壓支架和刮板輸送機，實現(xiàn)三機智能控制是是實現(xiàn)井下智能采掘的基礎(chǔ)。智能工作面三機系統(tǒng)如圖所示。

智能工作面三機系統(tǒng)另一方面，三機智能系統(tǒng)還包括三機工況自動檢測與故障診斷系統(tǒng)，三機自動檢測與故障診斷系統(tǒng)為實現(xiàn)三機在工作面安全運行提供可靠保障。第二章智能采礦系統(tǒng)智能掘進(jìn)系統(tǒng)煤礦綜采技術(shù)裝備與礦井配套設(shè)施的快速發(fā)展，加劇了采掘失衡的矛盾，發(fā)展巷道快速掘進(jìn)成套技術(shù)裝備、提高掘進(jìn)智能化水平已經(jīng)成為保障煤炭生產(chǎn)企業(yè)安全高效生產(chǎn)的先決條件。當(dāng)前綜掘成套裝備主要分為3種：一是懸臂式綜掘機+單體鉆機+轉(zhuǎn)載機配套模式；二是連續(xù)采煤機+錨桿臺車+梭車配套模式；三是掘錨一體化的掘錨機組+錨桿臺車配套模式。實現(xiàn)智能掘進(jìn)是井下智能采掘系統(tǒng)必不可少的一部分，而目前的智能掘進(jìn)系統(tǒng)及技術(shù)仍不成熟，未能進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。借鑒工作面智能化開采技術(shù)發(fā)展路徑，裝備成套化、作業(yè)流程自動化、控制方式智能化是實現(xiàn)巷道智能快速掘進(jìn)的有效途徑，以掘錨機組為例，提出了以下3種智能化掘進(jìn)系統(tǒng)方案。第二章智能采礦系統(tǒng)智能化掘進(jìn)成套化配套模式。目前已有學(xué)者提出了錨－運－破一體機，同時施工頂部錨桿和側(cè)幫錨桿，實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)，并與后部自移輸送帶一起組成掘錨機成套化系統(tǒng)，即“掘進(jìn)+支護(hù)+運輸”三機配套系統(tǒng)模式。

掘錨機智能掘進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備布置方式快速掘進(jìn)自動化關(guān)鍵技術(shù)。已有學(xué)者提出了激光制導(dǎo)與慣性制導(dǎo)聯(lián)合的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)掘進(jìn)裝備的定向截割和導(dǎo)航。掘進(jìn)裝備定向與導(dǎo)航第二章智能采礦系統(tǒng)智能化快速掘進(jìn)遠(yuǎn)程集控平臺。構(gòu)建智能化多機協(xié)同控制系統(tǒng)，實現(xiàn)快速掘進(jìn)成套智能裝備各子系統(tǒng)的聯(lián)合動作，減少掘進(jìn)面操作人員數(shù)量，實現(xiàn)連續(xù)、快速、穩(wěn)定、安全的智能化巷道掘錨運作業(yè)。通過掘錨機和錨護(hù)設(shè)備的協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)掘錨平行、分段支護(hù)、連掘連運等功能，在錨護(hù)設(shè)備的前端安裝無接觸式測距傳感器，檢測掘錨機與錨護(hù)設(shè)備之間的實時距離信息，實現(xiàn)對掘錨機的同步跟隨；在掘錨機的輸送機尾安裝無接觸式測距傳感器，實時監(jiān)控機尾與轉(zhuǎn)載機料斗之間的相對位置，防止其與料斗發(fā)生碰撞或側(cè)偏而產(chǎn)生撒料現(xiàn)象；錨護(hù)設(shè)備前移時，通過其配備的絞車牽引過渡運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)二者的實時跟隨、連續(xù)運輸。第二章智能采礦系統(tǒng)采礦災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)采礦災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)通過各種傳感器對地下煤層厚度及其變化、頂?shù)装鍘r層組合及其空間分布、構(gòu)造（斷層、褶曲）、礦井水文地質(zhì)及瓦斯地質(zhì)、煤層中的地質(zhì)異常體（巖漿巖侵入體、巖溶陷落柱和煤層沖刷）、煤層夾矸、地應(yīng)力、低溫、工作面頂板狀態(tài)、瓦斯爆炸、地?zé)岷σ约坝伤鼈円l(fā)的地震、突水、瓦斯突出等進(jìn)行監(jiān)測。將監(jiān)測信息傳送至控制中心，利用測評軟件系統(tǒng)和地理信息處理系統(tǒng)，為保證工作面的生產(chǎn)效率提高地質(zhì)數(shù)據(jù)和分析判斷，從而避免地質(zhì)條件的復(fù)雜性和無序變化造成井下工作面事故的發(fā)生，保護(hù)井下各種傳感器和精密設(shè)備安全。正確預(yù)測頂板失穩(wěn)破壞運動的地點和時間，在頂板失穩(wěn)運動前及時設(shè)置阻抗力足和穩(wěn)定性強的支架，是頂板事故控制的關(guān)鍵所在。按頂板塌垮運動和支架失穩(wěn)破壞特征來分，頂板事故可分為壓垮型事故（直接頂和基本頂來壓時，支架因穩(wěn)定性不夠被推倒所造成的頂板垮塌事故）和推垮型事故（直接頂和基本頂來壓時，支架因穩(wěn)定性不夠被推倒所造成的頂板垮塌事故）。第二章智能采礦系統(tǒng)煤巖智能識別技術(shù)2.4智能采礦系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)煤巖界面自動識別技術(shù)是實現(xiàn)無人工作面的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時也是納入國家能源科技“十二五”規(guī)劃的重點技術(shù)，該技術(shù)通過提取煤巖特征，建立相應(yīng)的識別系統(tǒng)，自動識別煤層與巖層；采煤機根據(jù)識別結(jié)果，自動調(diào)節(jié)滾筒高度，正常割煤，防止誤割巖石，改善煤質(zhì)，提高采煤效率與安全系數(shù)。需要解決的核心問題有以下幾個方面：需要解決的核心問題效果受普氏系數(shù)影響效果受數(shù)據(jù)處理技術(shù)、識別算法等因素影響，技術(shù)的不夠成熟造成識別精度或速度受限效果受粉塵、光照強度、深部電磁、噪聲、機械振動、發(fā)熱量等因素影響效果受地質(zhì)條件如煤層斷層、裂隙等影響第二章智能采礦系統(tǒng)特征類型煤巖之間的特征差異是實現(xiàn)煤巖界面智能識別的關(guān)鍵因素之一。紋理：煤巖具有不同的紋理形態(tài)，可選擇紋理的強度、方向性、熵值、相關(guān)性、對比度、能量等參數(shù)識別煤巖。常見的紋理特征提取方法有局部灰度統(tǒng)計量法、局部傅里葉變換法、紋理譜法、Gabor濾波器組法、灰度共生矩陣法、分形模型統(tǒng)計法等?；叶龋好簬r具有不同的灰度特征，可選擇煤巖灰度圖的亮度、灰度級出現(xiàn)頻數(shù)、灰度范圍、灰度分布狀況等參數(shù)識別煤巖。常見的圖像灰度化方法有平均值法、最大值法、加權(quán)平均法。該特征主要用于機器視覺技術(shù)，易受光照強度影響，且在煤和巖石的灰度值接近時，難以區(qū)分煤巖界面。各類波反射信號：波在煤層與巖層中傳播特性不同，可用于電磁探測、聲波探測等技術(shù)，常選擇各類波反射信號的能量、幅值、頻率、滯后時間等參數(shù)區(qū)分煤巖界面。該類技術(shù)隨著頂煤厚度增加，存在信號衰減的問題，易影響煤巖識別精度。伽馬射線強度：煤和巖石皆含有放射性元素，但其放射性強度大都不同，可根據(jù)頂層巖石輻射的伽馬射線穿透煤層后的衰減程度推算出煤層高度，實現(xiàn)煤巖界面識第二章智能采礦系統(tǒng)別。該類技術(shù)存在信號衰減、回采率低等問題。振動信號：煤巖普氏系數(shù)不同，截割煤巖時振動信號存在差異，常利用小波變換等方法提取振動信號的頻率、波形、振幅等參數(shù)識別煤巖界面。其他信號：采煤機截割煤巖時，油缸壓力信號、有功功率、電流信號、粉塵比例等存在差異。常采用相應(yīng)傳感器采集信號，如壓力傳感器采集壓力信號，霍爾電流傳感器采集電流信號，粉塵探測器采集粉塵比例信號等，再利用特征提取方法提取識別參數(shù)，建立煤巖界面識別系統(tǒng)。煤巖智能識別技術(shù)發(fā)展及需解決的關(guān)鍵問題：（1）機器視覺技術(shù)利用光源改善光照條件，工業(yè)相機獲取煤巖圖像，再采用各類特征提取方法和識別算法對煤巖界面進(jìn)行識別。實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)：①圖像增強技術(shù)；②特征選擇和提取技術(shù)；③圖像識別算法。第二章智能采礦系統(tǒng)（2）電磁探測技術(shù)①雷達(dá)探測技術(shù)。常采用脈沖生成器產(chǎn)生電磁脈沖，用天線裝置發(fā)射、接收反射信號。②電子自旋共振技術(shù)。在頂煤下方放置線圈，當(dāng)線圈形成磁場與天線發(fā)射的電磁波發(fā)生共振時，電磁波會被頂煤吸收，根據(jù)接收到的電磁波強度可推算出煤層厚度，信號強度越弱，煤層越厚，目前測煤厚度可達(dá)13～152mm。（3）其它探測技術(shù)

①聲波探測技術(shù)：聲波探測技術(shù)聲波在煤層與巖層中具有不同的傳播特性，采用聲波收發(fā)儀采集聲波回波的能量參數(shù)可識別煤層厚度。該技術(shù)可用于煤層斷層等條件，適用范圍廣，抗干擾能力強，識別精度高。②伽馬射線探測技術(shù)：伽馬射線探測技術(shù)利用射線傳感器提取射線強度信號推測煤厚。該技術(shù)抗干擾能力強，將射線強度衰減納入考慮范圍，提高了識別精度。第二章智能采礦系統(tǒng)煤巖識別技術(shù)以后的發(fā)展方向：發(fā)展方向改善檢測環(huán)境，提高信號質(zhì)量，減小預(yù)處理時間，從而提高識別速度與識別精度采用新型傳感器，提高傳感器抗干擾性、靈敏度，從而提高識別精度改善現(xiàn)有技術(shù)，確保數(shù)據(jù)精度的同時減少運算時間，從而提高識別速度與識別精度第二章智能采礦系統(tǒng)4.1采煤機智能調(diào)高技術(shù)采煤機滾筒智能調(diào)高的功能就是要求按照頂板和底板變化確定的采煤工藝而設(shè)定的頂?shù)装宓囊?guī)律智能調(diào)整滾筒高度，盡量減少采煤機截割頂?shù)装鍘r石面而保持支護(hù)要求的工作面頂?shù)装宓耐暾?。也就是說，要使采煤機的前后滾筒截割后形成的頂?shù)装逡纬刹擅汗に囋O(shè)定的頂?shù)装宓那?，同時保持跟蹤軌跡的平滑性。為實現(xiàn)采煤機滾筒智能調(diào)高的功能，各國學(xué)者進(jìn)行了不少的研究，其中主要技術(shù)路線是用各種傳感器獲得煤巖分界特征信號，然后進(jìn)行采煤機的智能識別，再進(jìn)行采煤機智能調(diào)高控制。美國JOY公司等所生產(chǎn)的采煤機采用的是記憶切割法，在美國獲得廣泛的應(yīng)用，其主要原理是：應(yīng)用角位移傳感器、傾角傳感器等將采煤機沿工作面第一刀切割的相應(yīng)數(shù)據(jù)拾取并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)，以此作為割煤機調(diào)高系統(tǒng)的控制依據(jù)來進(jìn)行以后的切割，此法對于高瓦斯礦特別適合，但是該方法對采煤工藝有一定要求，即必須是留一定厚度的頂煤,這樣就降了回采率；另外，要求頂?shù)装鍑鷰r必須有放射性元素。第二章智能采礦系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代以來，國內(nèi)主要有原山西礦業(yè)學(xué)院陳延康教授和中國礦業(yè)大學(xué)孟惠榮教授從事此方面的研究，陳延康教授研究了基于截割力響應(yīng)的煤巖分界辨識及采煤機滾筒自動調(diào)高控制，孟惠榮教授研究了基于煤巖自然伽馬射線輻射特性傳感器法，提出了自然伽馬射線在穿透頂煤后按加權(quán)指數(shù)規(guī)律衰減的假設(shè)，為自然伽馬射線傳感器的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。目前，我國采煤機滾筒智能調(diào)高算法很多，各有所長，但都帶有一定的局限性。隨著智能化工作面的發(fā)展，基于自然伽馬射線探測器的基本原理和記憶切割的采煤機調(diào)高發(fā)展比較成熟，具體過程為：記憶程控利用上一截割循環(huán)滾筒定點位置高度的采樣信息，為下一截割循環(huán)滾筒對應(yīng)高度再現(xiàn)的指令控制量。但是，不同循環(huán)采煤機的工作姿態(tài)是變化的,加之調(diào)高機構(gòu)及調(diào)控結(jié)果存在誤差，滾筒相對頂板的實際高度需要判斷和修正。其修正方法有兩種；一是人為手動操縱來控制修正（直接）；二是根據(jù)采煤機姿態(tài)參數(shù)的變化量，通過理論計算進(jìn)行控制量的修正（間接）。調(diào)控、采樣和姿態(tài)變化的理論修正過程均存在誤差，采用定量的指令控制預(yù)測其結(jié)果是必要的。第二章智能采礦系統(tǒng)在同一截割工作循環(huán)的過程中，相鄰采樣控制點的變化趨勢規(guī)律模型的預(yù)測，通過采煤機姿態(tài)參量的變化來預(yù)測、修正下一采樣點的控制量，這樣可以驗證：①再現(xiàn)上次截割循環(huán)規(guī)律的精度,即執(zhí)行機構(gòu)是否可靠和準(zhǔn)確運行；②由于于采煤機姿態(tài)的變化，修正結(jié)果是否準(zhǔn)確，滾筒相對頂板位置與上一工作循環(huán)對應(yīng)采樣點相一致的程度；③在相鄰兩個截割循環(huán)中，相對應(yīng)的采樣點間采煤機牽引速度有較大的差異，這也會導(dǎo)致調(diào)控誤差，進(jìn)而預(yù)測判斷各截割循環(huán)滾筒位置調(diào)控變化趨勢的相近程度。第二章智能采礦系統(tǒng)4.1采煤機智能定位技術(shù)智能工作面的技術(shù)基礎(chǔ)是高速地下通訊系統(tǒng)和高精度地下定位定向系統(tǒng)，研究具有自主定位系統(tǒng)的采煤機是實現(xiàn)智能工作面的前提之一，其包含以下5個方面。采煤機動力學(xué)模型。建立智能定位采煤機所需要的動力學(xué)模型，確定采煤機在不同采煤工藝下的運動狀態(tài)，模擬各種外界因素對采煤機運動的影響程度，為自主定位系統(tǒng)的實現(xiàn)提供基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)。移動目標(biāo)的位置與速度精確計算。必須研究有效的求解方法,解決計算精度、計算量、計算時間以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。航位推算系統(tǒng)誤差補償模型。單純依靠儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝來減少傳感器的誤差，常會受到技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的制約，必須采用先進(jìn)的最優(yōu)估計理論與方法，進(jìn)行移動目標(biāo)位置的最優(yōu)估計，減少傳感器的隨機誤差對位置狀態(tài)的影響,從而減少誤差積累，提高航位推算（DR）系統(tǒng)的定位精度。第二章智能采礦系統(tǒng)4.1航位推算系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性問題。煤礦井下工作環(huán)境惡劣，要使航位推算系統(tǒng)能在井下正常工作，必須解決它的防爆、防水、防塵、防震動等技術(shù)問題。礦井電子地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫的建立與地圖匹配(MM)算法的研究。利用高精度電子地圖的軟件平臺和GIS二次開發(fā)技術(shù)形成智能工作面采煤機定位系統(tǒng)的軟件平臺。采煤機自主定位系統(tǒng)流程第二章智能采礦系統(tǒng)4.1智能掘進(jìn)技術(shù)智能掘進(jìn)裝備關(guān)鍵技術(shù)與研發(fā)進(jìn)展（1）懸臂式掘進(jìn)機及其智能化關(guān)鍵技術(shù)。20世紀(jì)80年代以來，國外對懸臂式掘進(jìn)機自動掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了研究，主要涉及狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、通信技術(shù)、截割軌跡規(guī)劃等，其中德、英及奧地利等國家率先取得成效，德國艾柯夫公司研制了掘進(jìn)機成形輪廓及設(shè)備運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)了手動、半自動、自動及程序控制4種操作模式，截割頭位置與斷面的關(guān)系均能顯示在工作臺顯示屏上；英國儀器公司專為巷道掘進(jìn)機研制了本安型計算機斷面控制系統(tǒng)；多斯科公司通過在重型掘進(jìn)機上配備一種截割頭定位裝置，實現(xiàn)了精確的斷面制導(dǎo)、斷面截割狀態(tài)顯示等功能。我國遼寧工程技術(shù)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、石家莊煤礦機械有限責(zé)任公司等單位也開發(fā)了基于懸臂式掘進(jìn)機的煤巷掘進(jìn)自動截割成形系統(tǒng)。第二章智能采礦系統(tǒng)（2）連續(xù)采煤機及其智能化關(guān)鍵技術(shù)。連續(xù)采煤機普遍應(yīng)用于美國、德國和英國等國家的短壁開采工藝，其發(fā)展經(jīng)歷了以下3個階段：第1階段為20世紀(jì)40年代的截鏈?zhǔn)竭B續(xù)采煤機，分別以久益(JOY)公司和利諾斯公司的3JCM、CM28H型為代表，結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜、裝煤效果差；第2階段為20世紀(jì)50年代的擺動式截割頭連續(xù)采煤機，以久益公司的8CM型為代表，其生產(chǎn)能力顯著提高、裝煤效果好，但可靠性問題較為突出；第3階段為20世紀(jì)60年代至今的滾筒式連續(xù)采煤機，以久益公司的10CM、11CM系列的連續(xù)采煤機為代表，后續(xù)又研發(fā)了12CM（如右圖所示）和14CM系列的連續(xù)采煤機，2004年以來，久益公司將OPTIDRIVE和WETH-EAD系統(tǒng)添加到了連續(xù)采煤機上。12CM15型連續(xù)采煤機組第二章智能采礦系統(tǒng)連續(xù)采煤機在我國高產(chǎn)高效礦井也已廣泛應(yīng)用，主要集中在神東、陜煤等大型煤炭基地。最初我國的連續(xù)采煤機幾乎全部依賴進(jìn)口，2007年11月，中國北車集團(tuán)永濟(jì)電機廠首次研制出3種國產(chǎn)化礦用隔爆型水冷電機，實現(xiàn)了連續(xù)采煤機滾筒截割電機的替代；近年來，石家莊煤礦機械有限責(zé)任公司研發(fā)了ML300/492型連續(xù)采煤機、三一重裝集團(tuán)研發(fā)了ML340、ML360型連續(xù)采煤機、煤炭科學(xué)研究總院太原研究院研發(fā)了EML340型連續(xù)采煤機，但因可靠性、穩(wěn)定性等多方面的原因，國產(chǎn)連續(xù)采煤機未能廣泛推廣應(yīng)用。采用遠(yuǎn)程遙控操作是連續(xù)采煤機的基本配置，并廣泛采用自適應(yīng)截割技術(shù)，根據(jù)不同工況自動調(diào)整推進(jìn)速度;加強與成套設(shè)備間的協(xié)同控制和智能安全防護(hù)功能，是連續(xù)采煤機快掘裝備的發(fā)展方向。第二章智能采礦系統(tǒng)（3）掘錨機及其關(guān)鍵技術(shù)。掘錨機是一種基于連續(xù)采煤機和懸臂式掘進(jìn)機開發(fā)出的新型掘進(jìn)裝備，集成了連續(xù)采煤機和錨桿鉆機的特征，既可以挖煤裝運，又可以進(jìn)行錨桿支護(hù)施工，即掘錨一體化，主要用于煤巷高效掘進(jìn)作業(yè)。掘錨機技術(shù)的發(fā)展歷程主要分為3個階段：①1955年，第一代掘錨機組在美國久益公司的ICM-2B型連續(xù)采煤機基礎(chǔ)上加裝了2臺錨桿鉆機，掘、錨工序不能同時作業(yè)；②1988年，在久益公司澳大利亞分公司的12CM20掘錨機基礎(chǔ)上，將截割滾筒加寬到使?jié)L筒兩端能夠伸縮便于機組進(jìn)退，并在機身的滾筒后安裝了2臺幫錨桿鉆機和4臺頂板錨桿鉆機，6臺錨桿鉆機有效地提高了巷道錨桿支護(hù)速度，但仍無法實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)；③20世紀(jì)90年代至今，奧地利的VoestAIPline公司開發(fā)了ABM20型掘錨機，該機型的主副機架可以滑動，從而實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)，同期安德森公司的KBII、久益公司的12SCM30、英國BJD公司的2048HP/MD、德國波拉特公司的E230、山特維克的MB650和MB670等機型也成功研制應(yīng)用。其中MB670－1（如圖2-7所示）是山特維克在繼承原有產(chǎn)品傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上升級的一代產(chǎn)品，集掘進(jìn)、錨護(hù)為一體，實現(xiàn)了截割、裝載、支護(hù)同步平行作業(yè)，一次成巷。第二章智能采礦系統(tǒng)（3）掘錨機及其關(guān)鍵技術(shù)。掘錨機技術(shù)的發(fā)展歷程主要分為3個階段：①1955年，第一代掘錨機組在美國久益公司的ICM-2B型連續(xù)采煤機基礎(chǔ)上加裝了2臺錨桿鉆機，掘、錨工序不能同時作業(yè)；②1988年，在久益公司澳大利亞分公司的12CM20掘錨機基礎(chǔ)上，將截割滾筒加寬到使?jié)L筒兩端能夠伸縮便于機組進(jìn)退，并在機身的滾筒后安裝了2臺幫錨桿鉆機和4臺頂板錨桿鉆機，6臺錨桿鉆機有效地提高了巷道錨桿支護(hù)速度，但仍無法實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)；③20世紀(jì)90年代至今，奧地利的VoestAIPline公司開發(fā)了ABM20型掘錨機，該機型的主副機架可以滑動，從而實現(xiàn)掘錨平行作業(yè)，同期安德森公司的KBII、久益公司的12SCM30、英國BJD公司的2048HP/MD、德國波拉特公司的E230、山特維克的MB650和MB670等機型也成功研制應(yīng)用。其中MB670－1（如下圖所示）是山特維克在繼承原有產(chǎn)品傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上升級的一代產(chǎn)品，集掘進(jìn)、錨護(hù)為一體，實現(xiàn)了截割、裝載、支護(hù)同步平行作業(yè)，一次成巷。MB670-1掘錨機第二章智能采礦系統(tǒng)掘錨機的國產(chǎn)化工作始于2003年，中國煤炭科工集團(tuán)天地上海分公司完成了MLE250/500型掘錨機樣機的試制及初步試驗工作；近年來，中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院研制出JM340型掘錨機，具有大功率的寬截割滾筒、獨特的噴霧系統(tǒng)和較低的接地比壓等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)割煤和打錨桿的平行作業(yè);山東天河科技股份有限公司研發(fā)了天河EBZ系列掘錨機，適用于大斷面、半煤巖巷以及巖巷的掘進(jìn)，鉆錨作業(yè)時工人始終處于臨時支護(hù)下方的作業(yè)平臺上作業(yè)，有效降低了發(fā)生冒頂、片幫等安全事故的發(fā)生；遼寧通用重機公司研制的KSZ-2800型掘錨神盾掘進(jìn)機借鑒了盾構(gòu)技術(shù)，集機、光、電、氣、液、傳感、信息技術(shù)于一體，具有自動化程度高、高效、安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點。中國鐵建重工集團(tuán)研發(fā)了JM4200系列煤礦巷道掘錨機，集快速掘進(jìn)、護(hù)盾防護(hù)、超前鉆探與疏放、同步錨護(hù)、智能導(dǎo)向、封閉除塵、智能檢測、故障診斷等功能于一體，實現(xiàn)巷道快速同步掘錨支護(hù)。第二章智能采礦系統(tǒng)（4）掘進(jìn)裝備定向截割與導(dǎo)航技術(shù)。掘進(jìn)裝備定向與導(dǎo)航技術(shù)是實現(xiàn)自動化甚至無人化的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵在于獲得掘進(jìn)裝備實時坐標(biāo)值，用以確定掘進(jìn)裝備的空間位姿信息。目前，國內(nèi)外研究了多種掘進(jìn)裝備的自動定向技術(shù)及原理：①采用全站儀對掘進(jìn)裝備進(jìn)行定向和導(dǎo)航技術(shù)；②基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的掘進(jìn)裝備定向技術(shù)；③基于電子羅盤的掘進(jìn)裝備定向技術(shù)；④基于GPS技術(shù)的掘進(jìn)裝備定向技術(shù)；⑤基于超聲波測距儀的掘進(jìn)裝備定向技術(shù)；⑥基于激光測距的掘進(jìn)裝備定向技術(shù)；⑦多傳感器組合定位導(dǎo)航技術(shù)。第二章智能采礦系統(tǒng)巷道快速支護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展開采深度和強度的增加導(dǎo)致工作面巷道地質(zhì)條件更加復(fù)雜，開采擾動對巷道圍巖穩(wěn)定性影響劇烈、持續(xù)時間長、破壞嚴(yán)重，受冒頂、片幫及瓦斯、水、粉塵多種因素的影響，煤礦井下巷道掘進(jìn)已經(jīng)成為最危險的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。自2001年煤炭科學(xué)研究總院研發(fā)并推廣應(yīng)用超前液壓支架以來，巷道超前支護(hù)技術(shù)得到廣泛推廣應(yīng)用，并成為研究熱點，有關(guān)單位研究了巷道自移式支錨聯(lián)合機組，如圖2-8所示，實現(xiàn)巷道掘進(jìn)過程的臨時支護(hù)。自移式支錨聯(lián)合機組第二章智能采礦系統(tǒng)我國對于掘進(jìn)巷道支護(hù)方式主要有錨桿、錨索支護(hù)、單體配鉸接頂梁支護(hù)、超前液壓支架支護(hù)、掘進(jìn)機機載臨時支護(hù)等，錨桿、錨索和單體支柱配合鉸接頂梁支護(hù)方式已經(jīng)難以滿足綜采工作面安全高效生產(chǎn)要求，國內(nèi)外專家學(xué)者針對掘進(jìn)機機載臨時支護(hù)、錨桿、錨索、超前液壓支架等巷道超前支護(hù)裝備開展了大量研究。掘進(jìn)機機載臨時超前支護(hù)裝備，可以從傳統(tǒng)的“一割一排”工藝改進(jìn)為“一割兩排”工藝，相對于傳統(tǒng)人工操作的方式，機載超前支護(hù)裝備擁有液壓控制的自動化、機械化等特點，可根據(jù)頂板傾斜程度有效調(diào)節(jié)支護(hù)狀態(tài)，提高了作業(yè)過程的安全性。通過采用伸縮梁結(jié)構(gòu)，有效加大了空頂支護(hù)面積，為煤礦安全開采創(chuàng)造有利條件。第二章智能采礦系統(tǒng)錨鉆裝備與支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)隨著錨桿支護(hù)理論的發(fā)展，錨鉆裝備也在不斷升級，國外煤機設(shè)備公司如久益、弗萊徹(FLETCH-EＲ)、朗艾道(LONG-AIRDOX)、約翰芬雷(JOHN-FINLAY)、海卓莫替克(HYDRAMATIC)等公司相繼開發(fā)出多種新型錨桿鉆車。我國從20世紀(jì)70年代初研制了第一臺MGJ-1型錨桿鉆車，隨后煤炭科學(xué)研究總院太原研究院、三一重裝、景隆重工、徐工集團(tuán)等多家單位也研發(fā)了多臂錨桿鉆車。2018年7月，有關(guān)研究機構(gòu)開發(fā)了國內(nèi)首臺全自動組合式兩臂錨桿鉆車，初步實現(xiàn)了頂錨桿自動化錨護(hù)，向錨桿支護(hù)的“少人化”和“無人化”邁出了重要一步。第二章智能采礦系統(tǒng)4.1智能采礦其他輔助技術(shù)數(shù)據(jù)庫技術(shù)智能工作面建設(shè)需要大力發(fā)展數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)，包括數(shù)據(jù)分類組織、分類編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、高效檢索、快速更新與分布式管理等，其中，研究一種適合于多源異質(zhì)礦山數(shù)據(jù)集成與共享且獨立于應(yīng)用軟件與數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)為當(dāng)務(wù)之急。為了從數(shù)據(jù)倉庫中快速提取專題信息,發(fā)掘隱含規(guī)律,認(rèn)識未知現(xiàn)象和進(jìn)行時空發(fā)展預(yù)測等，還必須研究一種基于專家知識的高效、智能、透明、符合礦山思維的數(shù)據(jù)管理技術(shù)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)理論，結(jié)合煤礦智能工作面的生產(chǎn)情況，建立起相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的增加、刪減、修改、查詢、報表打印等功能，同時為可視化技術(shù)提供三維數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)工作面信息的拓?fù)淇臻g查詢、分析與應(yīng)用及許多采礦安全問題的模擬、分析與預(yù)測。第二章智能采礦系統(tǒng)工作面組件式軟件工作面災(zāi)害智能預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)、釆煤—環(huán)境安全專家分析系統(tǒng)、智能采礦的模擬與決策系統(tǒng)的仿真、三機智能控制系統(tǒng)以及工況檢測與診斷技術(shù)，均以各類應(yīng)用軟件與相關(guān)模型為工具，必須針對不同的應(yīng)用和需求,研究建立相對應(yīng)的模型，開發(fā)多品種、多型號、多功能的組件式軟件。此外，礦山信息的分析與應(yīng)用、礦山生產(chǎn)的評估與監(jiān)控、礦山工程的模擬與決策等，均以各類應(yīng)用軟件與相關(guān)模型為工具，必須針對不同應(yīng)用和礦山工程需求,研究開發(fā)多品種、多型號、多功能、組件式軟件與模型。第二章智能采礦系統(tǒng)多傳感器融合技術(shù)智能化采煤工作面需要采集各種信息用于處理并進(jìn)行智能控制，而信息的搜集需要大量的傳感器，對于礦壓信息目前比較先進(jìn)的有各種壓力傳感器；對于溫度信息也有溫度傳感器；對于瓦斯?jié)舛扔休d體式催化甲烷傳感器等，當(dāng)然，對于其他工作面信息也有其它的傳感器。但是很顯然，在工作面安裝大量的傳感器不僅效率低，而且會給采煤工作帶來許許多多的不便。在這種情況下，傳感器將向兩個方向發(fā)展，一是傳感器一件多測，即一個傳感器可以監(jiān)測不同的信息；二是對傳感器進(jìn)行融合集成，將多個傳感器集成在一個小空間里，當(dāng)然是在不影響正常工作且能夠提高效率的前提下。目前，這方面的技術(shù)還不成熟，而智能采煤需要收集大量的數(shù)據(jù)，因此迫切需要新型傳感技術(shù)的出現(xiàn)。第二章智能采礦系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)真3DGM與可視化技術(shù)只有通過真3D地學(xué)模擬技術(shù)對鉆孔、物探、測量、傳感、設(shè)計等地層空間數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和集成,并實現(xiàn)動態(tài)維護(hù)(局部更新、細(xì)化、修改、補充等),才能對地層環(huán)境、煤體、采礦活動、采礦影響等進(jìn)行真實、實時的3D可視化再現(xiàn)、模擬，實現(xiàn)采礦設(shè)備整體與整個作業(yè)流程的自動控制、協(xié)調(diào)、適應(yīng)、保護(hù)、調(diào)整、修復(fù)、甚至再生，研究和設(shè)計無人工作面的新的作業(yè)過程及其作業(yè)模式。

一煤礦開采環(huán)境智能感知的基本功能煤礦開采環(huán)境智能感知體系

二煤礦開采環(huán)境智能感知關(guān)鍵技術(shù)

三光纖光柵智能感知技術(shù)

四

五礦用光纖光柵智能傳感器第三章煤礦開采環(huán)境智能感知本章重點難點1、煤礦開采環(huán)境智能感知的基本功能2、煤礦開采環(huán)境智能感知體系3、煤礦開采環(huán)境智能感知關(guān)鍵技術(shù)4、光纖光柵智能感知技術(shù)5、礦用光纖光柵智能傳感器第三章煤礦開采環(huán)境智能感知煤礦開采環(huán)境智能感知的工作特點3.1煤礦開采環(huán)境智能感知的基本功能監(jiān)測設(shè)備工作環(huán)境異常惡劣監(jiān)測對象種類多、數(shù)量廣工作特點監(jiān)測點范圍廣、分布不均煤礦井下是由巷道、豎井、斜井、各種設(shè)備設(shè)施等構(gòu)成的龐大的工程系統(tǒng)，由于系統(tǒng)的特殊性，其井下開采作業(yè)環(huán)境極其復(fù)雜與惡劣。由于井下生產(chǎn)系統(tǒng)工程龐大、環(huán)境惡劣且多種作業(yè)同時進(jìn)行，從而形成了煤礦開采過程監(jiān)測監(jiān)控的特殊工作環(huán)境。第三章煤礦開采環(huán)境智能感知煤礦開采環(huán)境智能感知的基本目的煤礦開采環(huán)境智能感知的目的是為煤礦安全監(jiān)督管理引入了新的理念、新的技術(shù)和新的方法，通過把各種類型的傳感器應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，智能的感知“人員，機械，礦山環(huán)境”的各種狀態(tài)信息。將現(xiàn)有的分散的，獨立的，單一的監(jiān)測監(jiān)控平臺進(jìn)行升級，幵放，和集成多綜合的監(jiān)控系統(tǒng)，來實現(xiàn)人與機械的，環(huán)境的和其他物理系統(tǒng)，以及物與物、人與物的互相聯(lián)動，從而保證煤礦的安全生產(chǎn)，實現(xiàn)安全監(jiān)督管理中“物物互聯(lián)、智能感知、物物互動、智慧處理”的設(shè)想。第三章煤礦開采環(huán)境智能感知3.2煤礦開采環(huán)境智能感知體系煤礦開采環(huán)境智能感知是以“科學(xué)采礦”、“智能精準(zhǔn)開采”理念為指導(dǎo)，以中國礦業(yè)大學(xué)多年來形成的礦壓監(jiān)測與支護(hù)質(zhì)量檢測理論、技術(shù)、軟件、儀器為基礎(chǔ)，以礦山壓力與圍巖控制、煤礦安全高效開采、開采智能監(jiān)測為知識背景，依托中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程雙一流學(xué)科的有利資源，而形成的適用于智能化礦井的感知體系。井下人員信息感知井下設(shè)備工況感知井下生產(chǎn)狀態(tài)感知煤礦安全風(fēng)險感知煤礦開采環(huán)境智能感知體系第三章煤礦開采環(huán)境智能感知井下人員信息感知在進(jìn)行煤礦開采過程中，井下人員管理信息感知系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其具有監(jiān)測查詢功能、雙卡考勤功能、安全保障功能、遇險救災(zāi)指引功能、信息聯(lián)網(wǎng)功能等，不僅可以確保煤礦井下開采工作的順利進(jìn)行，而且還可以實時、動態(tài)的了解和掌握井下員工的工作情況，從而有效提高煤礦安全生產(chǎn)和管理水平，對煤礦企業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。第三章煤礦開采環(huán)境智能感知井下設(shè)備工況感知目前，國內(nèi)大部分煤礦應(yīng)用設(shè)備巡檢記錄儀讀取設(shè)備標(biāo)志卡，對機電設(shè)備主要運行參數(shù)進(jìn)行人工檢測與記錄；或者通過機電設(shè)備監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)利用各類傳感器實時自動采集現(xiàn)場設(shè)備運行參數(shù)，并通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上傳至服務(wù)器，對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲與發(fā)布。但多數(shù)煤礦機電設(shè)備配套的專用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行相對獨立，無法有效實現(xiàn)機電設(shè)備間協(xié)同工作。通過采用井下設(shè)備感知系統(tǒng)，可實時采集機電設(shè)備運行參數(shù)，結(jié)合日常設(shè)備巡檢記錄，對設(shè)備全生命周期動態(tài)管理，實現(xiàn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)，使設(shè)備管理及維檢人員及時準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運行狀況。各類機電設(shè)備主要監(jiān)測參數(shù)見下表。第三章煤礦開采環(huán)境智能感知4.1分類主要設(shè)備主要監(jiān)測參數(shù)開采設(shè)備采煤機開停狀態(tài)、位置、電壓、電流、牽引速度、左右滾筒高度、溫度、累計運行時間、方向液壓支架支架高度、前后柱壓力刮板輸送機開機率、溫度、開停狀態(tài)破碎機開停狀態(tài)、負(fù)荷、溫度、運行時間、電壓、電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)載機開停狀態(tài)、負(fù)荷、溫度、運行時間、電壓、電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩掘進(jìn)設(shè)備掘進(jìn)機、連采機、錨桿機開停狀態(tài)、故障、開關(guān)電壓、電流、功率因數(shù)、運行時間、油缸油壓與位移、截割電機工作時間供電設(shè)備高低壓配電柜、移動變電站、高低壓動力開關(guān)電壓、電流、電量、有功功率、無功功率運輸設(shè)備主提升機、副提升機鉤數(shù)、質(zhì)量、運行時間、提升速度、開停狀態(tài)帶式輸送機運煤量、開停狀態(tài)、故障狀態(tài)、保護(hù)信號、運行速度、張力、溫度、電流、電壓輔助運輸設(shè)備載人（貨）信息、車輛信息、速度、運行軌跡通風(fēng)設(shè)備主要通風(fēng)機負(fù)壓、風(fēng)量、電壓、電流、振動、軸承溫度、繞組溫度、轉(zhuǎn)速壓風(fēng)機開停狀態(tài)、風(fēng)量、壓力、電壓、電流局部通風(fēng)機開停狀態(tài)、電壓、電流煤礦機電設(shè)備主要監(jiān)測參數(shù)第三章煤礦開采環(huán)境智能感知4.1排水設(shè)備水泵運行時間、運行臺數(shù)、排水量、電流、電壓、功率、功率因數(shù)、出口壓力、流量、電動閘閥工作狀態(tài)與啟閉位置、電動機溫度保護(hù)信號、電動機內(nèi)腔貧水保護(hù)信號、動靜態(tài)絕緣監(jiān)測保護(hù)信號安全設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)分站、電源、傳感器分站在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)；電源充電狀態(tài)、輸出電壓和電流；傳感器在線／斷線、標(biāo)校、故障等狀態(tài)瓦斯抽放設(shè)備開停狀態(tài)、累計運行時間、供電電壓和電流人員定位基站在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)供水設(shè)備流量、壓力、液位、電壓、電流、功率、閥門開閉應(yīng)急通信裝置在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)礦壓監(jiān)測設(shè)備在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)IP擴(kuò)播裝置在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)工業(yè)視頻設(shè)備在線／斷線、正常／故障等狀態(tài)第三章煤礦開采環(huán)境智能感知井下生產(chǎn)狀態(tài)感知井下生產(chǎn)狀態(tài)感知需要利用煤礦井下/井上傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸，目前利用較多的傳感方式為有線或無線傳感網(wǎng)絡(luò)，本教程以無線傳感網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行闡述。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種自組織網(wǎng)絡(luò)，集數(shù)據(jù)采集、處理和通信于一體，傳感器負(fù)責(zé)采集、處理并壓縮數(shù)據(jù)，使用多跳路由協(xié)議將數(shù)據(jù)信息發(fā)送到無線基站網(wǎng)關(guān)。井下無線覆蓋主要利用本安交換機、光纖耦合器、本安以太網(wǎng)延長器以及無線基站實現(xiàn)的，工作主要由無線基站完成。根據(jù)井下網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，在井下巷道、采煤工作面等區(qū)域布置大量的無線基站，利用無