數字孿生驅動掘進機遠程自動截割控制技術

張超, 張旭輝,2, 張楷鑫, 謝楠, 周創

(1.西安科技大學 機械工程學院， 陜西 西安 710054；2.陜西省礦山機電裝備智能監測重點實驗室， 陜西 西安 710054)

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我國的煤炭儲量和產量均居世界前列，煤炭作為重要的戰略資源，有著不可替代的作用。在“采掘并重，掘進先行”的理念下，煤礦智能化建設要實現綜采工作面和綜掘工作面的智能化[1]。當前綜采工作面智能化初見成效，但綜掘工作面智能化建設嚴重滯后，導致采掘失衡問題突出，制約著煤礦安全、高效生產。

掘進機智能化是實現綜掘工作面智能化的核心，煤礦巷道斷面自動成形截割是其關鍵技術之一。目前許多學者在掘進機運動學建模、軌跡規劃、自動截割控制、遠程控制等方面取得了一些研究成果。李軍利[2]對懸臂式掘進機的運動學、動力學和電液控制系統進行了研究。王蘇彧等[3-4]研究了懸臂式掘進機軌跡規劃方法與自主截割技術，并開發了掘進機遠程控制與監測系統，實現了掘進過程定向、定位和定形的自動化遠程控制。高峰等[5]研究了掘進機截割臂擺速的自動控制。穆晶等[6]對截割斷面的極限位置進行了分析。王光肇[7]設計了基于無線傳輸的掘進機遠程控制及監測系統，實現了掘進機動作遠程控制與運行狀態參數監測。目前掘進機遠程截割控制方法大多基于視頻監控與平面信息，主要依靠人工控制，巷道斷面成形質量取決于操作經驗，可靠性較低。

基于數字孿生的遠程控制技術利用虛擬可視化等手段，根據設備運行數據，通過構建虛擬模型，在虛擬場景中再現設備運行狀態，進而實現穩定、可靠、直觀的遠程監控，目前在煤礦設備遠程控制領域已得到一定研究。……