• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

研究构建煤矿安全智能化体系架构

2021-09-26

  煤矿安全智能化是指与煤矿安全相关的智能化技术,是实现煤矿典型灾害智能感知和精准预警的必要技术手段,也是煤矿安全生产的重要支撑。近日,中煤科工常州研究院武福生研究员针对我国煤矿安全智能化发展中存在的技术体系不明等问题,构建了煤矿安全智能化体系架构,提出了推进煤矿安全智能化的数字化、网络化、智能化等关键技术及其发展思路。

  

  研究对煤矿安全智能化进行了定义,即煤矿安全智能化是依托工业互联网、5G、人工智能、大数据和云计算等新一代信息技术,构建环境智能感知、网络互联互通、风险实时评估、灾害智能处置的智能化体系,实现水、火、瓦斯、顶板、粉尘等典型灾害监测预警和灾后科学应急救援。

  

  我国的煤矿安全智能化建设还存在诸多问题:煤矿安全智能化技术体系不明晰;煤矿典型灾害监测数据未能完全实现自动化、数字化;上传的数据数量少、质量差;监测数据因缺乏融合分析手段而成为离散化的信息孤岛等。

  

  根据国家能源局、国家矿山安全监察局于2021 年6 月5 日发布的《煤矿智能化建设指南(2021 年版)》,研究提出煤矿安全智能化体系架构与煤矿智能化体系架构一致。煤矿安全智能化涉及“人、机、环、管”4 个要素,包含智能传感数字化、设备物联网络化、安全融合智能化3 个方面。

  

煤矿安全智能化体系架构.jpg

  煤矿安全智能化体系架构

  

  煤矿安全智能化关键技术包括安全感知数字化关键技术和灾害精准预警关键技术。

  

  一、安全感知数字化关键技术

  

  要实现煤矿安全智能化,首先要实现安全感知数字化,将目前煤矿的非数字化行为及场景、更加丰富的人与设备安全传感数据通过网络传输到智能化平台进行优化处理。要实现全场景数字化传感技术和全矿井数字化传感网络,需研究以下关键技术:

  

  (1)可靠性与稳定性。要实现智能化系统协同及精准预警,首先需要提升安全传感器本身及传感器通信网络的可靠性和稳定性。煤矿井下环境相对恶劣,实现传感信号可靠稳定是重要基础,依托精准的数据,智能化决策才有价值。传感器信号无线传输的可靠性、稳定性与有线通信方式相比还不具备突出优势,需要重点研究。

  

  (2)实时响应速度。依据传感器输出信号进行控制及决策,传感器的实时响应速度必须满足智能化系统协同控制的实时性要求。传统的无线通信方式实时性较低,难以实现大量终端实时在线,利用5G的低时延、大带宽技术特性有望解决这一问题。

  

  (3) 传感无线供电。无线网络是发展趋势,基于煤矿物联网技术的传感网络是感知的基础。实现传感器信号无线传输后,突显了传感器端的无线供电问题。后备供电涉及长时间不间断工作要求与相关煤矿规程限制,传感器无线供电技术与产业化研究应用尚需时日突破。

  

  (4) 电磁辐射和干扰。煤矿井下电磁环境复杂,随着智能化系统、无线通信网络等的发展和应用,电磁辐射及干扰会日益严重。因此,需研究具有较强抗电磁辐射性能的井下智能传感器,以提升感知能力。

  

  二、灾害精准预警关键技术

  

  我国煤矿开采安全保障技术研究已经迈入建立安全型矿井、实现区域性综合防治的发展阶段,形成了瓦斯灾害防治技术体系,以及集地质测量、生产技术、通风安全、办公自动化和数字化矿山、安全生产监控于一体的预警平台,实现了隐患联动控制和动态预警,建立了移动式矿井重大灾害应急救援指挥系统。新一代信息技术的发展给煤矿安全智能化带来新的革命和发展契机,将人工智能、工业互联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭安全生产技术进行深入融合,研究实现煤矿多灾种耦合、主动感知与预测预警的大数据分析、智能化安全协同控制与应急融合管控技术,将促进煤矿智能化安全生产。煤矿灾害精准预警关键技术如下:

  

  (1) 煤矿灾害及多灾种耦合技术。对煤矿重大危险源识别评价与监测预警进行系统理论和技术研究,形成复杂条件下多灾害耦合模型。研发多灾种耦合、多系统协同的监测预警技术与协同机制及基于煤矿复杂环境的“人、机、环、管”信息泛在感知技术,构建实时、多源信息融合的智能化灾害监测和预警技术体系。

  

  (2) 煤矿灾害大数据融合分析方法与人工智能技术。目前人工智能技术在矿山的应用只是点状结合和浅度结合,没有实现人工智能技术和矿山某个生产或管理系统层面的深度融合。研究数据模型驱动的灾害规律分析方法,以及多参数、多维度安全态势感知与预警理论和方法,应用云计算、边缘计算、人工智能技术融合的灾害事故预测预警技术,并利用煤矿物联网技术丰富灾害事故预测预警的基础数据资源,可实现灾害的智能化预测和自动化预警,分阶段建设煤矿安全智能化。

  

  (3) 安全智能化体系与平台建设。应基于煤炭工业互联网、物联网、云计算、大数据、数字孪生等新一代信息技术,加强人工智能技术和安全智能化融合的深入研究,应用智能计算、智能通信、智能控制等融合技术,构建多灾种、多类型的煤矿智能化灾害预警与协同生产控制系统,以及集监测预警、风险隐患管控、应急救援、业务信息化管理为一体的安全智能化系统平台,实现煤矿安全智能化生产。应同步构建从煤矿、集团、矿区、省市到国家的煤炭工业互联网平台与灾害应急管理体系。此外,需要研究煤矿安全智能化体系建设的评价指标和相关标准,以指导煤矿安全智能化建设。

  

  这项研究得到了国家重点研发计划项目的资金支持,成果以《煤矿安全智能化及其关键技术》为题于9月24日在《工矿自动化》进行了网络首发。

  

引用格式:武福生,卜滕滕,王璐.煤矿安全智能化及其关键技术[J/OL].工矿自动化:1-6[2021-09-24].[https://doi.org/10.13272/j.issn.1671-251x.17833]



  责任编辑:宫在芹
今日专家
亮点论文

这项技术的关键在于头发富含碳和氮,而这两种物质在设计发光粒子时是很有价值的特性。科学家们在240℃(464℉)的温度下焚烧头发,将其分解,使其分子结构中包含碳和氮。

今日企业
  • 神州机械注册资金1亿元,形成了以干法选煤新工艺、新装备研发、选...

主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院出版传媒集团 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联