數字孿生——應對智能化綜采工作面技術挑戰

葛世榮， 王世博， 管增倫， 王雪松， 安文龍， 呂淵博， 陳書航

（1. 中國礦業大學（北京） 機電與信息工程學院，北京 100083；2. 中國礦業大學 機電工程學院，江蘇 徐州 221116；3. 太重煤機有限公司，山西 太原 030032；4. 無錫雪浪數制科技有限公司，江蘇 無錫 215125）

0 引言

長壁綜采工作面是最高效的煤炭地下開采方法。綜采工作面是由滾筒采煤機、液壓支架、刮板輸送機、破碎機、橋式轉載機、帶式輸送機等十幾種、300多臺設備構成的機械裝備和煤巖交互的復雜系統（圖1）。為了提高生產效率，減輕礦工的工作強度，自動化、智能化開采已成為世界煤炭開采行業共同追求的目標。王國法等[1-4]提出，智能化綜采系統是指綜采工作面采用具有充分全面的感知、自學習和決策、自動執行功能的液壓支架、采煤機、刮板輸送機等機電一體化成套裝備，實現工作面高度自動化遠程監控和安全高效開采，并總結了4種智能化綜采工作面建設模式：薄煤層及中厚煤層智能化無人開采模式、大采高工作面智能耦合人工協同高效開采模式、綜放工作面智能化操控與人工干預輔助放煤模式、復雜條件機械化+智能化開采模式。葛世榮等[5-6]提出智采工作面定義為一個在不同程度上無需人工干預而獨立完成采煤作業的生產系統；指出智采工作面的基礎是智能機器，特征是自主感控，功能是獨立作業，目的是無人化開采；明確了智采工作面應具有自主感知、自主決策、自主控制、自主協同、自主交互等5個智能要素，并根據智能要素的水平差異將智采工作面劃分為初級、中級和高級。……