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煤矿设备全寿命周期健康管理与智能维护研究综述 被引量：2
1
作者 曹现刚 段雍 +8 位作者 王国法 赵江滨 任怀伟 赵福媛 杨鑫 张鑫媛 樊红卫 薛旭升 李曼 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期694-714,共21页
近年来,随着煤矿智能化技术快速发展,煤矿设备全寿命周期健康管理与智能维护技术作为实现煤矿设备运行健康状态智能感知、智能识别和维护决策,保障煤矿设备高效可靠运行的重要手段,相关研究受到了广泛关注。然而,目前煤矿仍然以事后维... 近年来,随着煤矿智能化技术快速发展,煤矿设备全寿命周期健康管理与智能维护技术作为实现煤矿设备运行健康状态智能感知、智能识别和维护决策,保障煤矿设备高效可靠运行的重要手段,相关研究受到了广泛关注。然而,目前煤矿仍然以事后维修、预防维修等方式为主,难以满足煤矿设备的高可靠性需求。基于此,综述了煤矿设备全寿命周期健康管理与智能维护的研究进展以推动其在煤矿的应用,阐释了煤矿设备全寿命周期的健康管理与智能维护内涵,给出了煤矿设备健康管理与智能维护总框架。从煤矿设备大数据管理方法、健康状态评估方法、剩余使用寿命预测方法、智能维护决策方法4个方面分析了煤矿设备健康管理与智能维护方法研究现状。在煤矿设备大数据管理方面,总结了煤矿设备多源信息感知、大数据清洗、大数据集成及存储方法的最新研究成果,深入分析对比了相关方法的应用情况,指出了现阶段煤矿设备大数据管理存在的挑战。在煤矿设备健康状态评估方面,从煤矿设备监测信号特征提取、健康状态等级划分、健康状态评估模型构建3个方面出发探讨了煤矿设备健康状态评估关键方法最新发展现状,对比分析了不同方法的优缺点,总结了该领域面临的难题。在煤矿设备剩余使用寿命预测方面,分析了统计模型方法、物理模型方法和数据驱动方法在煤矿设备剩余使用寿命预测上的优缺点,指出了煤矿设备剩余使用寿命方法存在的问题。在煤矿设备智能维护决策方面,明确了煤矿设备预测性维护决策主要步骤,对比分析了煤矿设备智能维护方法最新研究成果及其优缺点,归纳了现阶段煤矿设备智能维护方法研究的不足。结合煤矿设备全寿命周期健康管理与智能维护面临的挑战及发展要求,从煤矿设备大数据管理方法、时变工况下设备健康评估方法、多因素影响下设备剩余使用寿命方法、煤矿设备多目标智能维护决策方法、健康管理与智能维护算法集成及系统开发等方面对煤矿设备健康管理与智能维护提出了展望,指明了煤矿设备健康管理与智能维护关键理论、方法的研究方向,为提升煤矿设备健康管理及智能维护水平,促进煤炭工业转型升级和高质量发展提供依据。 展开更多
关键词 煤矿设备 大数据管理 健康状态评估 剩余使用寿命预测 智能维护决策
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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用 被引量：1
2
作者 王国法 张金虎 +4 位作者 任怀伟 杜毅博 张德生 闫汝瑜 于翔 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期43-64,共22页
总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。 展开更多
关键词 煤矿智能化 煤炭高效开采 数智技术 开采成套装备 超长工作面 超大采高
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煤矿智能化建设高质量发展难题与路径 被引量：14
3
作者 王国法 任怀伟 富佳兴 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期1-18,共18页
煤矿智能化是推动煤炭行业高质量发展的重要方向。围绕煤矿智能化的基础理论研究、技术体系构建及示范推广进行了系统综述,全面分析煤矿智能化建设的现状,明确了当前智能化发展中面临的关键技术瓶颈和解决这些技术难题以推动煤矿行业高... 煤矿智能化是推动煤炭行业高质量发展的重要方向。围绕煤矿智能化的基础理论研究、技术体系构建及示范推广进行了系统综述,全面分析煤矿智能化建设的现状,明确了当前智能化发展中面临的关键技术瓶颈和解决这些技术难题以推动煤矿行业高质量发展的路径。在基础理论方面,重点探讨了数字煤矿与智能化开采基础理论的研究进展;在技术体系构建方面,总结了智能化煤矿的关键技术模块;在示范推广方面,以典型示范矿井为案例,总结了智能化系统在实际生产中的应用效果,并分析了推广过程中面临的技术、管理等制约因素。基于对煤矿智能化基础理论和技术体系的深入研究,以及示范矿井建设的实践经验,系统梳理了智能地质保障、信息通信、掘进、开采及智能安全控制系统等技术领域的现状与突出问题,特别针对复杂地质条件下的高效掘进、高效开采、机器人协同作业及系统运维等技术瓶颈进行了深入剖析。聚焦于复杂条件下的高效掘进技术、薄煤层和冲击地压煤层的高效开采、煤矿机器人关键技术、新一代智能安控系统的研发,加快露天煤矿的大型化和智能化进程,完善煤矿智能化运维标准体系和推动智能化系统的迭代升级,以企业需求为导向,以技术创新为牵引,加快煤矿采掘装备的成套化、高端化、数智化发展,为煤矿智能化建设的高质量、可持续发展提供可靠的技术装备支撑和保障。 展开更多
关键词 煤矿智能化 技术架构 机器人协同作业 系统运维 标准体系建设 装备成套化
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煤矿大型智能装备高效节能技术进展
4
作者 王国法 李世军 +2 位作者 张勇 宋承林 寇子明 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期1-8,共8页
煤矿大型智能装备高效节能技术是推动产业转型升级的核心驱动力。聚焦综采、运输、提升、供电等系统高效节能技术,围绕综采工作面10 kV电压升级、智能高效变频调速一体机、煤矿机动设备电动化与井下充换电、无转轴式磁耦合驱动立井提升... 煤矿大型智能装备高效节能技术是推动产业转型升级的核心驱动力。聚焦综采、运输、提升、供电等系统高效节能技术,围绕综采工作面10 kV电压升级、智能高效变频调速一体机、煤矿机动设备电动化与井下充换电、无转轴式磁耦合驱动立井提升机4大技术,剖析最新研究进展及关键技术:(1)综采工作面10 kV供电系统升级可减少电压及电能损耗,需优化供电系统设计,强化电气安全与高压电气设备保护,并应用安全性能检验技术确保系统可靠运行。(2)智能高效变频调速一体机集成变频控制与永磁直驱电动机技术,以及智能控制和预测性维护技术,可提高煤矿设备运行效率、可靠性和节能效果,降低设备故障率和维护成本。(3)井下设备电动化升级依靠高性能锂电池、数字化线控、自动驾驶和智能调度技术,实现零排放、低噪声和高效运行,配合以防爆锂电池电源标准化、快速换电、车桩电协同全时管理、充换电站应急处置为核心的井下充换电技术,降低设备里程焦虑。(4)无转轴式磁耦合驱动提升机通过一体化磁耦合驱动系统、多通道防冲击安全制动系统及关键部件健康管理技术,提升矿井运输效率和设备稳定性,解决了传统提升机能效低、故障率高等问题。 展开更多
关键词 煤矿智能化 绿色矿山 煤矿装备高效节能 工作面10 kV电压升级 智能高效变频调速一体机 井下充换电 无转轴式磁耦合驱动提升机
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6~10 m厚煤层超大采高液压支架及其工作面系统自适应智能耦合控制 被引量：19
5
作者 韩会军 王国法 +3 位作者 许永祥 张金虎 雷声 李艳鹏 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期276-288,共13页
厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备... 厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备研究进展,提出了大采高支护理论及围岩智能耦合控制的突破是厚煤层一次开采高度突破的首要因素,完善的感知体系建立是液压支架自适应支护的前提,数字技术的应用为大采高工作面高效推进及装备智能协同控制提供了新的技术途径;阐明了大采高综放液压支架与围岩耦合关系,剖析了采高增加对硬煤层冒放性的有利影响,提出了基于煤矸识别、放煤机构控制的“纯煤段记忆放煤+煤岩分界模糊段人工反馈式干预放煤”的智能放煤控制策略;分析了大采高开采“采–运”协同智能耦合控制关键技术,构建了基于采煤机牵引速度与刮板输送机链速间联动调节的工作面装备间多机异构耦合自适应协同控制模型;研发了厚煤层开采中10 m超大采高液压支架,分析了厚煤层开采不断突破开采高度极限的新认识,从开采装备、控制系统等方面提出厚煤层一次开采高度的突破的研发方向。 展开更多
关键词 厚煤层开采 高端开采装备 支架–围岩耦合 大采高综采 大采高综放
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煤矿智能化建设市场现状及发展趋势研究 被引量：12
6
作者 张林 王国法 +8 位作者 刘治国 富佳兴 王丹丹 郝雅琦 孟令宇 张建中 周兆宇 张亮 覃杰 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期29-44,共16页
煤矿智能化建设市场现状及未来发展趋势是行业管理部门、煤炭生产企业、科技支撑企业、其他潜在企业等关注的对象,也是行业内资本投入、技术研发和人才培养的重要指导方向。构建基于生产要素、需求条件、支持性产业、企业战略以及行业... 煤矿智能化建设市场现状及未来发展趋势是行业管理部门、煤炭生产企业、科技支撑企业、其他潜在企业等关注的对象,也是行业内资本投入、技术研发和人才培养的重要指导方向。构建基于生产要素、需求条件、支持性产业、企业战略以及行业机遇和政府支持政策的六维波特钻石模型,宏观分析煤矿智能化建设市场的竞争优势;以2013—2023年的煤矿数量、产能、采选业固定资产投资及智能化建设总投资、建设成效等历史数据为基础,选取数量指标、产能指标和投资指标等不同维度的数据,计算煤矿智能化建设市场渗透率并进行曲线拟合,根据煤炭企业规模集中度、煤炭产能分布集中度和煤炭企业属性集中度对拟合的曲线进一步修正;为进一步衡量煤矿智能化建设市场活力,以国家首批71处智能化示范煤矿为样本,预测2025—2035年煤矿智能化市场容量,在难以全面精准获得煤矿智能化全部子系统历年市场数据的情况下,利用SAC、SAM、SAP 3项产品市场统计数据对煤矿智能化市场分析及预测结果进行可靠性验证;根据政策导向、技术现状和建设实际,提出了煤矿智能化建设市场发展萌芽破土、培育试点、示范建设、全面建设和高级智能5个阶段,基于杰弗里摩尔鸿沟理论,分析了智能化建设各阶段特征及早期市场和主流市场特点,发掘了煤矿智能化建设市场鸿沟及其产生因素,给出跨越鸿沟的具体措施。结果表明:我国煤矿智能化建设市场具有强且持续的竞争力;2023年市场渗透率约为4.74%,预计至2026年渗透率将达10%,是社会资本投入黄金时期,可用较低投入撬动未来较高市场份额;煤矿智能化建设市场容量将于2025年突破3 200亿元,2035年将累计达到万亿级;当前煤矿智能化建设处于早期市场和主流市场之间的鸿沟区,预计用2~3 a时间将完成鸿沟跨越。 展开更多
关键词 煤矿智能化 市场渗透率 市场容量 市场阶段 市场鸿沟
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基于智能护帮装置的煤壁变形监测和集中载荷反演技术
7
作者 于翔 王国法 +3 位作者 王家臣 李良晖 吴昊阳 王雨兵 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期9-18,26,共11页
煤壁片帮是制约煤炭安全高效开发的主要因素,精准监测煤壁支护状态是提高煤壁稳定性、保证回采安全的基础。针对传统煤壁变形监测技术精度低、范围小、实时性差等问题,开发了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的智能护帮装置,创新性地将FBG... 煤壁片帮是制约煤炭安全高效开发的主要因素,精准监测煤壁支护状态是提高煤壁稳定性、保证回采安全的基础。针对传统煤壁变形监测技术精度低、范围小、实时性差等问题,开发了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的智能护帮装置,创新性地将FBG嵌入液压支架护帮板中,构建了基于粒子群优化(PSO)−径向基函数(RBF)神经网络的煤壁集中载荷反演模型,以监测煤壁支护状态。针对复杂工况下变截面结构件受力情况理论计算的局限,基于分布式光栅应变数据,通过PSO−RBF神经网络模型建立微观力学参数与宏观力学参数的对应关系,实现了对煤壁护帮板集中载荷位置及大小的高精度反演。实验结果表明:该模型在多点标定实验样本上的预测误差较低,拟合优度较高;水平、竖直方向位置坐标及载荷大小在训练集上的平均绝对误差分别为0.4606,0.2487,0.9732;相比于载荷大小预测,模型对集中载荷位置预测的误差更小。研究成果为煤壁支护状态监测与回采安全保障提供了重要的理论与技术基础,也为液压支架其他结构件所受围岩载荷的精准测量提供了一种可靠方法。 展开更多
关键词 煤壁变形监测 智能护帮装置 液压支架护帮板 集中载荷反演 光纤布拉格光栅 PSO−RBF神经网络
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顺层碎裂岩质滑坡地下水动态迁移规律及变形机理——以三峡库区木鱼包滑坡为例
8
作者 邓茂林 梁之康 +6 位作者 王国法 汪标 周露露 万航 彭旭 苏鹏民 朱晓涵 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第5期215-222,共8页
库水升降及降雨引起库岸地下水动态变化,地下水动态升降是顺层碎裂岩质滑坡变形破坏的直接诱发因素之一。通过三峡库区木鱼包滑坡近7 a监测数据、勘察资料等,研究了降雨、库水位与地下水位之间的定量关系,以及坡体变形对地下水的响应机... 库水升降及降雨引起库岸地下水动态变化,地下水动态升降是顺层碎裂岩质滑坡变形破坏的直接诱发因素之一。通过三峡库区木鱼包滑坡近7 a监测数据、勘察资料等,研究了降雨、库水位与地下水位之间的定量关系,以及坡体变形对地下水的响应机制。研究表明:①地下水升降明显先于坡体变形,由降雨和库水位来预测地下水位,可进一步判断坡体变形情况,这为滑坡预警预报提供了有力依据。②当坡体前部地下水位超过最高库水位(175 m)时,坡体变形在浮托减重效应影响下,动水压力作用逐渐增强。③获得了降雨抬升地下水位的阈值,持续降雨10 d降雨量达150 mm,坡体前部地下水位抬升3.22~6.88 m;30 d内降雨量300 mm,坡体前部地下水位抬升10 m左右。④2017年10—12月,前部平台QSK1钻孔地下水位高达184.2 m,比库水位(175 m)高近10 m,72 d坡体位移量为88.5 mm。该研究成果为库区顺层岩质滑坡监测预警、防灾减灾和库水调度提供理论支撑。 展开更多
关键词 地下水位 降雨 库水位 碎裂顺层岩质滑坡 变形机理
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煤矿智能化(初级阶段)研究与实践 被引量：542
9
作者 王国法 刘峰 +13 位作者 孟祥军 范京道 吴群英 任怀伟 庞义辉 徐亚军 赵国瑞 张德生 曹现刚 杜毅博 张金虎 陈洪月 马英 张坤 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1-36,共36页
煤炭是我国能源的基石,是可以实现清洁高效利用的最经济、可靠的能源,煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。系统阐述我国煤炭工业发展历程,分析煤矿综合机械化、自动化、智能化的发展过程与现状,列举了部分典型成功案例... 煤炭是我国能源的基石,是可以实现清洁高效利用的最经济、可靠的能源,煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。系统阐述我国煤炭工业发展历程,分析煤矿综合机械化、自动化、智能化的发展过程与现状,列举了部分典型成功案例。详细阐述煤矿智能化的发展理念、特征、技术路径与阶段目标,分析煤矿智能化基础理论与关键技术研究现状,从数据采集与应用标准、装备群智能协同控制、健康状态诊断与维护等方面,分析了实现煤矿智能化开采需要解决的3个关键基础理论难题。从感知层、传输层、平台层和应用层等方面,分析了智能化煤矿的主体系统架构,研究了煤矿智能化建设的主要技术路径。针对不同煤层赋存条件工作面智能化开采的技术要求,提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种开采模式,研究了不同开采模式的核心关键技术与实施效果。介绍了我国煤矿掘进技术与装备发展现状,分析了制约巷道实现快速掘进的关键难题,提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径。提出了我国煤矿智能化发展的基本原则,分析不同地域条件煤矿智能化发展模式及评价标准,提出新建矿井智能化建设路径,以及现有生产矿井进行智能化改造的主要任务,从法规体系、财税政策、人才培养等方面提出了保障煤矿智能化建设顺利实施的政策建议。 展开更多
关键词 煤矿智能化 智能开采 智能掘进 系统架构 智能化开采模式 智能矿山
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智慧煤矿2025情景目标和发展路径 被引量：554
10
作者 王国法 王虹 +5 位作者 任怀伟 赵国瑞 庞义辉 杜毅博 张金虎 侯刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期295-305,共11页
智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。基于数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动... 智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。基于数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统;到2025年,实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展,建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施。 展开更多
关键词 智慧煤矿 数字矿山 情景目标 大数据 人工智能
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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 被引量：443
11
作者 王国法 刘峰 +2 位作者 庞义辉 任怀伟 马英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期349-357,共9页
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... 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。 展开更多
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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智能化煤矿分类、分级评价指标体系 被引量：110
12
作者 王国法 庞义辉 +11 位作者 刘峰 刘见中 范京道 吴群英 孟祥军 徐亚军 任怀伟 杜毅博 赵国瑞 李明忠 马英 张金虎 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1-13,共13页
针对我国智能化煤矿尚没有统一标准,无法对煤矿智能化建设和发展水平进行科学合理定量评价的问题,开展了智能化煤矿建设条件分类与智能化程度分级评价指标体系研究,提出了煤矿智能化程度的定义及量化指标,结合不同区域、不同开采条件智... 针对我国智能化煤矿尚没有统一标准,无法对煤矿智能化建设和发展水平进行科学合理定量评价的问题,开展了智能化煤矿建设条件分类与智能化程度分级评价指标体系研究,提出了煤矿智能化程度的定义及量化指标,结合不同区域、不同开采条件智能化煤矿建设实际,制定了智能化煤矿分类、分级评价指标体系与评价方法,开发了智能化煤矿分类、分级评价软件系统。首先以煤矿所在区域、地质条件为基本指标,以矿井开采技术参数、开采效率、安全水平、建设基础为参考要素,建立智能化煤矿分类评价指标体系,将煤矿分类评价条件分为良好、中等、复杂3类;然后,根据煤矿分类评价结果,对不同类别煤矿进行智能化程度的分级评价。基于智能化煤矿开拓、生产、运营等主要流程,将智能化煤矿巨系统细分为信息基础设施、智能地质保障系统、智能综采系统、智能掘进系统、智能主煤流运输系统、智能辅助运输系统、智能综合保障系统、智能安全监控系统、智能分选系统、智能经营管理系统等10个主要智能化系统,提出了智能化煤矿10个主系统及相关子系统智能化程度评价指标体系。针对不同生产技术条件分类的煤矿,采用与之相适应的智能化评价指标体系,就可以对煤矿智能化程度进行定量评价。按照综合评价结果,将智能化煤矿划分为甲、乙、丙和不合格4个等级。以陕北某矿智能化建设工程为例证,进行了矿井建设条件分类与智能化程度分级评价分析,验证了评价指标体系与评价方法的科学性与可靠性,评价结果不仅可以反映该矿井的智能化建设水平,也可以为新建智能化煤矿和生产煤矿的智能化建设与升级改造提供依据。 展开更多
关键词 智能化煤矿 指标体系 分级评价 智能综采 智能掘进 智能辅助运输
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超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系 被引量：122
13
作者 王国法 庞义辉 +2 位作者 李明忠 马英 刘新华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期518-526,共9页
针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作... 针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的"双因素"控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。 展开更多
关键词 8.2m超大采高综采 支架与围岩耦合关系 工作阻力 煤壁片帮 稳定性控制
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煤炭安全高效综采理论、技术与装备的创新和实践 被引量：146
14
作者 王国法 庞义辉 +1 位作者 任怀伟 马英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期903-913,共11页
2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"... 2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"三耦合"动态优化设计方法;针对厚煤层超大采高综采,建立了顶板岩层断裂失稳的"悬臂梁+砌体梁"力学模型,分析了"悬臂梁"破坏失稳的空间条件与力学条件。通过数值模拟方法分析了煤壁破坏的主要影响因素,得出了各影响因素对煤壁破坏的敏感度排序。研发了增容缓冲抗冲击立柱、液压支架群组协同控制系统及"大梯度+小台阶"配套方式,实现了金鸡滩煤矿8.0 m超大采高工作面安全高效开采;针对特厚煤层大采高放顶煤开采,研发了三级强扰动高效放煤机构与尾梁冲击破碎装置;针对薄煤层研发了调高范围为0.5~1.4 m的超大伸缩比液压支架,在黄陵一号煤矿实现了常态化远程监控、工作面无人操作的智能化开采。对未来需要突破的安全高效开采关键技术进行了展望,提出了稳定割煤与连续推进、高可靠性设计、综采设备机器人化及透明开采4个技术方向。 展开更多
关键词 特厚煤层 大采高 薄煤层 液压支架 围岩稳定性 智能化开采
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煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望 被引量：216
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作者 王国法 范京道 +1 位作者 徐亚军 任怀伟 《工矿自动化》 北大核心 2018年第2期5-12,共8页
全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践,分析了存在的不足;提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩... 全面总结了薄煤层和较薄煤层智能化开采、厚煤层大采高和超大采高智能化开采、特厚煤层综放开采智能化技术的创新与实践,分析了存在的不足;提出了综采装备适应围岩活动及环境动态变化所需攻克的采煤机智能调高控制、液压支架群组与围岩的智能耦合自适应控制、工作面直线度智能控制、基于系统多信息融合的协同控制、超前支护及辅助作业的智能化控制5项关键技术,为将智能开采由目前的初级阶段升级为自学习、自决策、自修正的高级阶段奠定技术基础;对煤炭行业近期、中期和远期提出了智能化、有限无人化和流态化的技术发展方向和目标,展望了可能的发展路径及需要突破的关键技术和发展方向。 展开更多
关键词 煤炭开采 智能化开采 无人化开采 流态化开采 采煤机智能调高 智能耦合自适应控制 工作面直线度智能控制 协同控制
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智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析 被引量：441
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作者 王国法 赵国瑞 任怀伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期34-41,共8页
为解决煤炭开采面临的突出问题,找到煤炭开采未来发展方向和急需突破的关键核心技术,分析了国内外能源结构及煤炭的现状,指出利用科技进步实现安全高效绿色开采和清洁高效利用是煤炭的发展方向,建设智慧煤矿发展智能化开采是煤炭工业发... 为解决煤炭开采面临的突出问题,找到煤炭开采未来发展方向和急需突破的关键核心技术,分析了国内外能源结构及煤炭的现状,指出利用科技进步实现安全高效绿色开采和清洁高效利用是煤炭的发展方向,建设智慧煤矿发展智能化开采是煤炭工业发展的必然选择。提出了智慧煤矿的内涵和3个基础理论问题及研究方向:(1)数字煤矿多源异构数据的统一表达及信息动态关联关系;(2)复杂围岩环境-开采系统作用机理及设备群全程路径和姿态智能控制的理论基础;(3)矿井设备群的系统健康状况预测、维护决策机制。提出了建设智慧煤矿MOS多系统综合管理、井下机器人群协同智慧和馈电管理、井下精确定位导航和5G通信管理、地质及矿井采掘运通信息动态管理、视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预、环境及危险源感知与安全预警系统管理、智能化无人工作面系统管理和全矿井设备和设施健康管理八大智能系统管理操作平台的构想,分析了各平台的功能、特征和关键核心问题,提出了相应的建设路径和方法;分析了智慧煤矿的构成和建设目标,提出了智能化开采的八大核心技术短板和亟待攻破的关键技术,提出了技术层面从数据获取利用、智能决策和装备研发3个主要方向进行突破,管理层面从科学产能布局、专业化运行服务和建立新规范规程体系等促进发展的措施,指出了智慧煤矿和智能化开采技术发展的目标和实现路径。 展开更多
关键词 智慧煤矿 智能化开采 智能系统 操作平台 补短板 发展对策
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智能化煤矿顶层设计研究与实践 被引量：169
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作者 王国法 杜毅博 +2 位作者 任怀伟 范京道 吴群英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1909-1924,共16页
建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状,进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究,阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联,人机主动交互,主要... 建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状,进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究,阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联,人机主动交互,主要系统自学习自决策3个阶段分区域分层次实现“物质流、信息流、业务流”的高度一体化协同,构建以人为本的智能生产与生活协调运行的综合生态圈的建设目标和阶段性任务。基于煤矿价值活动分析对智能化煤矿复杂巨系统逻辑关联进行研究和系统归并,提出以泛在网络和大数据云平台为主要支撑,以智能管控一体化系统为核心,能够实现对煤矿开拓、生产、运营全过程进行感知、分析、决策、控制的煤矿十大主要智能系统,包括:煤矿智慧中心及综合管理系统;煤矿安全高效信息网络及地下精准位置服务系统;地质保障及4D-GIS动态信息系统;巷道智能快速掘进系统;开采工作面智能协同控制系统;煤流及辅助运输与仓储智能系统;煤矿井下环境感知及安全管控系统;煤炭洗选智能化系统;固定场所无人值守智能管理系统;煤矿场区及绿色生态智能系统等的智能化煤矿建设顶层架构。通过对数据特征与关联关系研究提出智能化煤矿信息实体特征与抽取方法,并研究智能化煤矿知识图谱构建及数据交互推送方法,构建智能化煤矿数字逻辑模型;研究提出智能化煤矿“云边端”数据处理架构和三层递阶控制策略,在此基础上对煤矿智能化应用系统进行具体设计。以张家峁煤矿生产矿井智能化改造和巴拉素煤矿新建矿井全面智能化建设为典型案例进行了工程实践。 展开更多
关键词 智能化煤矿 顶层设计 数字逻辑模型 边云协同 控制策略
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智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践 被引量：75
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作者 王国法 庞义辉 +10 位作者 任怀伟 战凯 杜明 张勇 程健 杜毅博 张建中 巩师鑫 王丹丹 孟令宇 孟积渐 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期181-202,共22页
针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系... 针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。 展开更多
关键词 智慧矿山 系统工程 机器视觉 射频电磁能防爆 安全闭环管控 标准体系
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特厚煤层大采高综放开采机采高度的确定与影响 被引量：92
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作者 王国法 庞义辉 刘俊峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1777-1782,共6页
为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明:大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、... 为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明:大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。 展开更多
关键词 大采高综放 机采高度 顶煤运移规律 采出率 煤壁片帮
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液压支架三维建模及其运动仿真 被引量：69
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作者 王国法 徐亚军 孙守山 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2003年第1期42-45,共4页
介绍分析适合液压支架设计的三维CAD软件及特点 ,提出液压支架三维建模设计原则和应注意的问题 ,探讨液压支架运动仿真。
关键词 三维建模 自上而下设计原则 CAD 液压支架 软件 计算机辅助制图
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