智能采礦概論第七章 掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)

本章重點(diǎn)1、掘進(jìn)工作面破巖基礎(chǔ)理論2、掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)3、掘進(jìn)工作面智能控制關(guān)鍵技術(shù)第七章掘進(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)理論機(jī)械破巖理論機(jī)械破巖是一種借助刀具的作用，通過(guò)機(jī)械驅(qū)動(dòng)將巖石破碎的技術(shù)，在功率充足的情況下實(shí)現(xiàn)破碎巖石的目的。根據(jù)刀具的類型、刀具的分布和刀具的作用方式的差別，設(shè)備分為多種類型，表7-1中列出了常用的各種機(jī)具破巖方法。破巖方法巖石情況切割速度m3/h破巖能力m3/h輸入功率kW單位能耗kW·h/m3滾刀切割堅(jiān)固2.32.315065金剛石巖芯鉆進(jìn)堅(jiān)固/破碎5.40.24150625刮刀鉆頭切割破碎4.00.1430210沖擊破碎破碎9.59.5242.5表7-1機(jī)具破巖方法對(duì)比表第七章掘進(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)理論機(jī)械破巖方法切削破碎沖擊破碎碾壓破碎巖石情況對(duì)于破巖方法和機(jī)械設(shè)備的選擇有很大的影響，因此應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況確定破巖設(shè)備的選用。目前大多礦山的生產(chǎn)過(guò)程都引入了破巖機(jī)械，從而有效地實(shí)現(xiàn)了上述目標(biāo)。根據(jù)破巖機(jī)械的破碎巖石機(jī)理及其工作方式，將其分為三種：第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)切削破巖切削破巖是憑借刀具刃角對(duì)巖體產(chǎn)生作用，從而使得巖石表面分離破碎的一種機(jī)械破巖方式。金剛石鉆頭、刮刀鉆頭、人造金剛石鉆頭、麻花鉆頭和采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)截割部等均屬于切削破巖的機(jī)械設(shè)備，其中使用鉆頭的機(jī)械通過(guò)鉆頭的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)其對(duì)巖石的切削，而采煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)切削破碎巖石的工具是帶有刃口的刮刀。根據(jù)刀具在破巖時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡分類，切削破碎可分為鉆、刨、截、挖等。目前應(yīng)用較多的沖擊破巖設(shè)備有礦用鑿巖機(jī)、潛孔鉆機(jī)和鋼絲繩沖擊鉆機(jī)、碎石機(jī)等。沖擊破巖是通過(guò)工具的髙速度運(yùn)動(dòng)對(duì)巖石產(chǎn)生沖擊，通過(guò)能量轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)巖石的破碎。根據(jù)其破碎巖石的實(shí)質(zhì)可以分為如下幾類：①鑿碎，如鑿巖機(jī)鑿巖釬頭沖擊式鑿巖；②劈落，如風(fēng)鎬落煤侵入巖體，分離大塊出來(lái)；③砸碎，如破碎頭沖擊大塊礦巖進(jìn)行二次破碎；④射擊，如吊繩沖擊式鑿巖。沖擊破巖第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)沖擊切削破巖沖擊切削破巖是聯(lián)合沖擊和剪切作用對(duì)巖石進(jìn)行破碎，主要設(shè)備有牙輪鉆機(jī)鉆井和全斷面井巷鉆機(jī)掘進(jìn)，主要破巖刀具包括各種滑移型牙輪鉆頭和鉆掘進(jìn)機(jī)刀頭。目前，全斷面掘進(jìn)機(jī)、豎井及天井鉆機(jī)己廣泛應(yīng)用于井巷掘進(jìn)；基于沖擊切削破巖機(jī)理的硬巖連續(xù)采礦機(jī)也獲得了巨大發(fā)展。公司裝備名稱裝備特征適應(yīng)工況美國(guó)Robbins礦業(yè)公司連續(xù)采礦機(jī)安裝大直徑的刀盤，通過(guò)刀盤上滾刀徑向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切割破巖瑞典公司AtlasCopco公司采礦機(jī)旋轉(zhuǎn)刀盤一次只切割工作面的一部分德國(guó)Wirth公司連續(xù)采礦機(jī)四把沉割式盤形滾刀，分別裝在四個(gè)可徑向回轉(zhuǎn)的切割臂上美國(guó)礦業(yè)學(xué)院高強(qiáng)度抗壓巖石的掘進(jìn)機(jī)該機(jī)在直徑的轉(zhuǎn)筒端頭上安裝直徑的小型盤形滾刀進(jìn)行切割有軌底盤與主巷道成90°夾角的情況可進(jìn)行作業(yè)基于沖擊切削破巖機(jī)理的典型礦山設(shè)備第七章掘進(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)理論機(jī)械破巖機(jī)理不同的巖石破碎方法其破壞機(jī)理也不完全相同，針對(duì)巖石的切削破巖，自上世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者建立了不同的破碎機(jī)理模型，大破碎塊體在不同刀具作用下形成的斷裂面形狀是不同的，通過(guò)對(duì)差異進(jìn)行的一系列分析和推導(dǎo)得出模型，經(jīng)典模型包括三種：剪切模型拉伸破裂模型拉-剪斷裂模型沖擊和碾壓的破巖過(guò)程在刀齒和巖石的相互作用過(guò)程中增加了應(yīng)力波的作用，本書(shū)主要針對(duì)機(jī)械切削破碎機(jī)理進(jìn)行描述；第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)剪切模型格賴（GrayKE）理論指出，切削鉆頭所產(chǎn)生的作用力本質(zhì)上是作用于彈性半空間，并呈線載荷分布，與最大主應(yīng)力存在一定交角的對(duì)數(shù)螺旋線作為其剪應(yīng)力軌跡。當(dāng)剪應(yīng)力大于巖石的極限抗剪強(qiáng)度以后，首先沿著近似于對(duì)數(shù)螺旋線的路徑產(chǎn)生裂紋并不斷發(fā)展，然后逐步向上彎曲，直至自由表面，如圖7-1所示。格賴認(rèn)為，最大正壓力與扭轉(zhuǎn)力隨著鉆進(jìn)深度的增加和前角的減小而急劇增大，同時(shí)刀尖磨鈍或刃角加大時(shí)也符合上述規(guī)律。圖7-1格賴的剪碎機(jī)理模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)剪切模型西松裕一（NishimatsuY）在莫爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則基礎(chǔ)之上，建立了剪切破碎模型，如圖所示。他認(rèn)為巖石的切削破碎是脆性破壞，因此在進(jìn)行巖石的切削鉆進(jìn)時(shí)，不會(huì)有塑性變形的出現(xiàn)。因此，在出現(xiàn)宏觀斷裂或塊體崩裂以前，巖體各區(qū)域的受力情況一定是不均勻的，巖石中也不會(huì)像金屬切削過(guò)程中那樣出現(xiàn)塑性區(qū)。用兩維平面的理論來(lái)分析切削巖石的力學(xué)問(wèn)題，由切削破碎產(chǎn)生的剪應(yīng)力其軌跡是與最大主應(yīng)力呈一定交角的直線。如果剪應(yīng)力超過(guò)巖石的極限抗剪強(qiáng)度，將沿著近似于直線的路徑產(chǎn)生斷裂裂紋并不斷發(fā)展直至自由表面。此外，克塞健（KasajanJN）也建立了相關(guān)的巖石剪碎破巖機(jī)理的模型。圖7-2西松裕一機(jī)理模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)拉伸模型19世紀(jì)60年代，伊萬(wàn)斯（Evans）根據(jù)刨煤機(jī)原理建立了脆性拉伸破巖機(jī)理模型，見(jiàn)下圖7-3所示。根據(jù)伊萬(wàn)斯理論，在刨刀的作用下，沿著刀尖r至自由表面上b的某點(diǎn)構(gòu)成的圓弧形軌跡產(chǎn)生拉伸裂紋并不斷擴(kuò)展，剪應(yīng)力與刨刀楔面之間的夾角等于（π/2-θ）（θ為刨刀與煤炭之間的磨擦角），產(chǎn)生的總拉應(yīng)力垂直于圓弧軌跡，并通過(guò)圓弧的圓心點(diǎn)。通過(guò)修正，伊萬(wàn)斯將其模型擴(kuò)大應(yīng)用于鈍刃楔形刨刀破煤，使該模型可以適用于中硬巖石。圖7-3伊萬(wàn)斯拉伸斷裂模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)拉伸模型費(fèi)爾哈斯特（FairhurstC）等人認(rèn)為：斷裂是沿著直線發(fā)展的，并且與切削鉆頭正壓力和扭轉(zhuǎn)力的合力方向成X角，如圖7-4所示。此外，鈴木光和WhittakerBN等人也建立了類似的拉碎機(jī)理模型。圖7-4費(fèi)爾哈斯特破巖機(jī)理模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)拉剪聯(lián)合模型別隆應(yīng)用高速攝影法獲取了煤炭的切削破碎過(guò)程的錄像，認(rèn)為：在切削破巖的過(guò)程中，隨著刃與煤之間接觸壓應(yīng)力的增加，同時(shí)考慮到煤炭多孔性與裂隙性的影響，煤炭首先被擠壓成非常細(xì)小的顆粒，然后被壓實(shí)成壓實(shí)體，其中會(huì)有一部分的壓實(shí)體隨著切削過(guò)程的進(jìn)行，沿刃面流出，當(dāng)切削力逐漸增加到一定程度時(shí)，在壓實(shí)體邊緣就會(huì)出現(xiàn)大體積剪碎的現(xiàn)象，別隆的模型如下圖7-5所示。圖7-5簡(jiǎn)化的別隆切削機(jī)理模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)拉剪聯(lián)合模型根據(jù)布拉辛的理論，切削斷裂分為以下過(guò)程：①刀具的沖擊力作用在巖石上，使得在巖石的沖擊區(qū)外會(huì)產(chǎn)生微小的裂紋；②當(dāng)載荷逐漸增大，微裂紋會(huì)慢慢擴(kuò)展形成大裂紋；③在裂紋達(dá)到某一個(gè)臨界長(zhǎng)度后，擴(kuò)展速度突然加快直至形成自由面，并最終導(dǎo)致切屑分離（如下圖7-6所示）。圖7-6布拉辛的切削機(jī)理模型第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)沖擊破巖理論研究沖擊破巖是指采用沖擊載荷進(jìn)行巖石破碎，沖擊載荷與靜載荷破碎巖石的機(jī)理原則上是一樣的，由于巖石本身的巖性不同其破碎過(guò)程也不一樣，但他們產(chǎn)生的裂紋類型基本一樣。大量實(shí)驗(yàn)證明，靜載荷和沖擊載荷使巖石破碎的損傷形態(tài)相似，但靜載荷巖石破壞產(chǎn)生的裂紋頂角明顯比沖擊載荷大，動(dòng)載荷使巖石破碎產(chǎn)生的徑向裂紋比靜載荷的大約長(zhǎng)40%，沖擊載荷使巖石破碎時(shí)的塑性區(qū)的深度與寬度之比為0.8，而在靜載荷作用下該值為0.5且塑性區(qū)呈半球形，靜載產(chǎn)生的開(kāi)裂范圍與沖擊載荷相比之下也會(huì)偏小。沖擊和碾壓破碎巖石的過(guò)程均是動(dòng)態(tài)沖擊過(guò)程其破巖機(jī)理可用應(yīng)力波相關(guān)理論進(jìn)行解釋，此處以沖擊式鑿巖為例進(jìn)行說(shuō)明，當(dāng)鑿巖機(jī)的活塞撞擊釬尾，釬桿內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并以應(yīng)力波的形式傳遞到釬頭，而該應(yīng)力波一部分發(fā)生反射另一部分傳遞到巖石，當(dāng)傳遞到巖石和反射回來(lái)的應(yīng)力波之和大于巖石的極限破壞強(qiáng)度時(shí)，巖石便發(fā)生破壞。第七章掘進(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)理論巖石爆破理論巖石爆破理論是用來(lái)說(shuō)明爆破時(shí)的破巖機(jī)理,并指導(dǎo)巖石爆破工程進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和施工的理論。爆破理論是隨著炸藥、起爆器材的發(fā)明和應(yīng)用、爆破量測(cè)技術(shù)的進(jìn)步以及相鄰學(xué)科發(fā)展而發(fā)展的。主要爆破理論包括:爆炸氣體膨脹壓理論沖擊波拉伸破壞理論沖擊波和爆炸氣體綜合作用理論第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)爆炸氣體膨脹壓理論村田勉等人認(rèn)為藥包爆炸時(shí)，產(chǎn)生大量的高溫高壓氣體，這些爆炸氣體產(chǎn)物迅速膨脹并以極高的壓力作用于藥包周圍的巖壁上，引起巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，作用于巖壁上的壓力引起巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，由于作用力的不等引起徑向位移的不等，導(dǎo)致在巖石中形成剪切應(yīng)力。當(dāng)這種剪切應(yīng)力超過(guò)巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。當(dāng)爆轟氣體的壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推動(dòng)破碎巖塊作徑向拋擲運(yùn)動(dòng)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)沖擊波拉伸破壞理論該學(xué)說(shuō)以爆炸動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，認(rèn)為應(yīng)力波是引起巖石破碎的主要原因。這種學(xué)說(shuō)忽視了爆轟氣體的破壞作用，其基本觀點(diǎn)如下：轟波沖擊和壓縮著藥包周圍的巖壁，在巖壁中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。此應(yīng)力波在周圍巖體內(nèi)形成裂隙的同時(shí)向前傳播，當(dāng)應(yīng)力波傳到自由面時(shí)，產(chǎn)生反射拉應(yīng)力波。如圖7-7所示。1-壓應(yīng)力波波頭；2-反射拉應(yīng)力波波頭圖7-7拉伸波破壞過(guò)程示意圖第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)沖擊波和爆炸氣體綜合作用理論這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，巖石的破壞是應(yīng)力波和爆轟氣體共同作用的結(jié)果，為大多數(shù)研究者所接受。其基本觀點(diǎn)如下：爆轟波波陣面的壓力和傳播速度大大高于爆轟氣體產(chǎn)物的壓力和傳播速度。①爆轟波首先作用于藥包周圍的巖壁上，在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。沖擊波在藥包附近的巖石中產(chǎn)生“壓碎”現(xiàn)象，應(yīng)力波在壓碎區(qū)域之外產(chǎn)生徑向裂隙。②隨后，爆轟氣體產(chǎn)物繼續(xù)壓縮被沖擊波壓碎的巖石，爆轟氣體“楔入”在應(yīng)力波作用下產(chǎn)生的裂隙中，使之繼續(xù)向前延伸和進(jìn)一步張開(kāi)。③當(dāng)爆轟氣體的壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推動(dòng)破碎巖塊作徑向拋擲運(yùn)動(dòng)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)爆破破巖的模式爆破破巖分為以下五種破巖：①炮孔周圍巖石的壓碎作用；②徑向裂隙作用；③卸載引起的巖石內(nèi)部環(huán)狀裂隙作用；④反射拉伸引起的“片落”和引起徑向裂隙的延伸;⑤爆炸氣體擴(kuò)展應(yīng)變波所產(chǎn)生的裂隙。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)本書(shū)針對(duì)掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，從五個(gè)方面進(jìn)行介紹：掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采工藝及控制系統(tǒng)掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采實(shí)現(xiàn)技術(shù)設(shè)備故障診斷技術(shù)智能信息傳輸技術(shù)設(shè)備狀態(tài)智能感知及預(yù)警技術(shù)第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)綜掘工作面智能化開(kāi)采技術(shù)是以煤壁為輸入對(duì)象，原煤和支護(hù)成型巷道為輸出對(duì)象，且探測(cè)控制、生產(chǎn)控制和視頻控制在綜掘工作面電液控制系統(tǒng)的協(xié)同作用下完成的智能化開(kāi)采方式。綜掘工作面信號(hào)來(lái)源復(fù)雜，可測(cè)量、不可測(cè)量、可控制和不可控制信號(hào)交叉存在。綜掘工作面探測(cè)工序有巖層移動(dòng)、超前地質(zhì)勘探、水源探測(cè)、瓦斯抽采等；生產(chǎn)工序有割煤、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)?視頻工序有供電、通風(fēng)、排水、頂板監(jiān)測(cè)和瓦斯監(jiān)測(cè)等。掘進(jìn)工作面智能化開(kāi)采工序，如圖7-8所示。智能化開(kāi)采工藝圖7-8掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采工藝第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)綜掘工作面智能化開(kāi)采工序可將綜掘工作面智能化開(kāi)采控制分為三大系統(tǒng)，分別為：圍巖探測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)綜掘工作面智能化開(kāi)采控制系統(tǒng)，如圖7-9所示。智能化控制系統(tǒng)圖7-9掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采控制系統(tǒng)第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)掘進(jìn)工作面智能化開(kāi)采工序和控制系統(tǒng)分析可知，從系統(tǒng)控制的角度研究巷道掘進(jìn)的智能化集成，其掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采實(shí)現(xiàn)技術(shù)包括五個(gè)部分：智能開(kāi)采實(shí)現(xiàn)技術(shù)大斷面巷道變形智能控制技術(shù)掘進(jìn)機(jī)智能化技術(shù)錨桿支護(hù)智能化技術(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)智能化技術(shù)視頻監(jiān)控智能化技術(shù)第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2大斷面巷道變形智能控制技術(shù)背景：隨著綜采工作面自動(dòng)化、智能化及無(wú)人化程度的提高和重型設(shè)備的應(yīng)用、工作面產(chǎn)量的增加以及瓦斯涌出量的增大，對(duì)回采巷道提出加大巷道斷面的要求?，F(xiàn)狀：大斷面巷道與目前一般斷面的巷道變形破壞規(guī)律一致的是，巷道開(kāi)挖后，如果未采取及時(shí)、有效的支護(hù)，巷道的破壞區(qū)與塑性區(qū)會(huì)越來(lái)越大。但破壞區(qū)與塑性區(qū)的擴(kuò)展有一個(gè)時(shí)間過(guò)程，若及時(shí)對(duì)巷道施加高預(yù)緊力錨桿支護(hù)，增加煤巖體的峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度，可使巷道處于穩(wěn)定狀態(tài)。所以，及時(shí)采用高預(yù)緊力錨桿及錨索支護(hù)是目前控制大斷面煤巷圍巖變形的一種有效支護(hù)技術(shù)。智能化：但綜掘智能化工作面對(duì)大斷面巷道變形要求具有智能感知和智能控制的功能，因此需要對(duì)大斷面巷道圍巖穩(wěn)定機(jī)理及變形特征做進(jìn)一步研究，以達(dá)到智能控制、適應(yīng)及預(yù)測(cè)圍巖變形的目的。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)掘進(jìn)機(jī)智能化技術(shù)掘進(jìn)機(jī)是綜掘智能化工作面的核心裝備，對(duì)實(shí)現(xiàn)綜掘工作面智能化開(kāi)采起到關(guān)鍵作用。重點(diǎn)研究方向：掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)定位控制煤巖智能識(shí)別斷面智能成型控制前沿研究熱點(diǎn)：光纖陀螺的慣性導(dǎo)航激光制導(dǎo)機(jī)器視覺(jué)測(cè)量利用實(shí)時(shí)檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中的定位技術(shù)，可以揭示掘進(jìn)機(jī)與巷道開(kāi)掘前后的空間耦合關(guān)系，并能進(jìn)一步構(gòu)建掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)過(guò)程中的自主導(dǎo)航體系，是目前掘進(jìn)機(jī)智能化技術(shù)的前沿研究熱點(diǎn)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)錨桿支護(hù)智能化技術(shù)錨桿支護(hù)是綜掘智能化工作面的常用支護(hù)方式。錨桿支護(hù)智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵：鉆孔智能化鋪網(wǎng)智能化安裝智能化目前，鉆孔和安裝智能化在采用掘錨一體化鉆機(jī)等方式后，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但鋪網(wǎng)智能化發(fā)展較為緩慢，缺乏成套的解決方案，可在錨桿支護(hù)全工序內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，找到智能化鋪網(wǎng)的解決途徑。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)智能化技術(shù)運(yùn)輸系統(tǒng)智能化關(guān)鍵：原煤運(yùn)輸智能化材料運(yùn)輸和補(bǔ)給智能化原煤運(yùn)輸智能化目前具有可行的解決方案，材料運(yùn)輸和補(bǔ)給的智能化受綜掘工作面空間、材料的自動(dòng)搬運(yùn)等限制很難取得突破，可采用礦用機(jī)器人或智能裝備代替人工裝卸材料的方式，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化發(fā)展。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)視頻監(jiān)控智能化技術(shù)視頻監(jiān)控智能化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綜掘工作面可視遠(yuǎn)程干預(yù)型智能化無(wú)人開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)。由于綜掘工作面存在粉塵極大、視頻晃動(dòng)等問(wèn)題，可視遠(yuǎn)程視頻不易分辨、看清。視頻監(jiān)控智能化技術(shù)的可行研究方向：（1）建立綜掘工作面成像輪廓與掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、機(jī)頭溫度等工況參數(shù)的非線性規(guī)律關(guān)系；（2）探索基于熱成像技術(shù)的綜掘工作面高清成像研究。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備故障診斷技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，掘進(jìn)工作面設(shè)備機(jī)械化程度也在不斷提高。然而，隨之帶來(lái)的是設(shè)備故障種類也在不斷增多。因此，這就要求設(shè)備故障診斷技術(shù)水平也應(yīng)該相應(yīng)進(jìn)行提高。本書(shū)從兩個(gè)方面介紹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主觀診斷技術(shù)儀器診斷技術(shù)數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)智能診斷技術(shù)設(shè)備故障診斷檢測(cè)技術(shù)的基本原理設(shè)備故障診斷技術(shù)分類：第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備故障診斷檢測(cè)技術(shù)的基本原理礦山機(jī)電設(shè)備診斷技術(shù)的基本原理有以下幾點(diǎn)：（1）數(shù)學(xué)模型的建立。對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行數(shù)字模型的建立，在一些關(guān)鍵的部位，安裝一些數(shù)據(jù)傳感設(shè)備，在機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的情況下，能夠?qū)υO(shè)備中每一個(gè)部件的參數(shù)進(jìn)行收集，而在現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)中，某一部位出現(xiàn)故障的時(shí)候，數(shù)據(jù)就會(huì)顯示出異常，就能夠很好的找到出現(xiàn)故障的位置。（2）分析數(shù)據(jù)。在對(duì)機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行診斷的時(shí)候，一般都是將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性的分析，這就需要將收集到的數(shù)據(jù)及時(shí)的進(jìn)行錄入，對(duì)出現(xiàn)故障的類型進(jìn)行判斷。（3）完成數(shù)據(jù)模型的建立。利用計(jì)算機(jī)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行模型的建立，相關(guān)的工作人員利用專業(yè)知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分析，找到出現(xiàn)故障的位置并對(duì)其進(jìn)行診斷。（4）通過(guò)進(jìn)行以上的步驟的操作，對(duì)其進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化，成為淺顯易懂的信息，對(duì)其進(jìn)行處理方案的制定。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)主觀診斷技術(shù)主觀診斷技術(shù)，是指相關(guān)的技術(shù)人員根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行診斷，以此來(lái)判斷礦山機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障的原因以及類型。概述：這種主觀的診斷技術(shù)，工作人員要對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的專業(yè)技術(shù)有很高的要求。在對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行診斷的時(shí)候，相關(guān)的技術(shù)人員要利用自己本身的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等能力，對(duì)出現(xiàn)故障的原因進(jìn)行判斷。如果礦山機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)的故障，技術(shù)人員不能夠根據(jù)直觀的觀察能判斷出的時(shí)候，工作人員可以根據(jù)一些其他的機(jī)械設(shè)備來(lái)作為輔助工具，進(jìn)行判斷。但是不能夠把這些輔助的工作當(dāng)作判斷的主要工具，只能夠進(jìn)行一些收集數(shù)據(jù)等的作用，最主要的還是工作人員自身進(jìn)行的主觀判斷。評(píng)價(jià)：主觀診斷技術(shù)的應(yīng)用性非常的廣泛，在大部分的礦山機(jī)電設(shè)備的故障診斷中都能夠使用，但是過(guò)于依賴工作人員的主觀意識(shí)和判斷能力，容易受到工作人員的情緒、態(tài)度以及自身的經(jīng)驗(yàn)等方面的限制，所以對(duì)判斷的結(jié)果有著一定的影響。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)儀器診斷技術(shù)儀器診斷技術(shù)就是通過(guò)一定的檢測(cè)某種數(shù)據(jù)的儀器和設(shè)備，對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備中的參數(shù)進(jìn)行檢查，將檢測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)和原本正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，來(lái)判斷礦山機(jī)電設(shè)備的故障，及時(shí)進(jìn)行相關(guān)措施的制定。例如電流互感器和高頻率檢查器等。因?yàn)閮x器診斷技術(shù)能夠很好的檢測(cè)出相關(guān)的數(shù)據(jù)，在結(jié)果方面有很好的準(zhǔn)確程度，所以在礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中應(yīng)用得非常廣。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)，是根據(jù)數(shù)學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)概率的方法，來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析，與動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)以及傳感器技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合而出現(xiàn)的診斷技術(shù)。概述：數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)在當(dāng)前的礦山機(jī)電設(shè)備故障診斷中是應(yīng)用的最廣泛的。數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)在使用的時(shí)候比較方便快捷，并且能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出數(shù)據(jù)。除此之外，數(shù)學(xué)模型診斷技術(shù)還能夠?qū)ΦV山機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)于機(jī)電設(shè)備的智能化發(fā)展有著非常重要的作用，在一定程度上能夠減少工作人員的數(shù)量，提高工作效率。評(píng)價(jià)：在應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的診斷技術(shù)的時(shí)候，值得注意的是在建立模型的時(shí)候，一定要按照所在礦山的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行，這樣才能夠得到正確的數(shù)據(jù)。如果和實(shí)際情況不符合的話，就會(huì)影響到診斷的結(jié)果，出現(xiàn)判斷失誤的情況。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)智能診斷技術(shù)智能診斷技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的，綜合了傳感器技術(shù)以及人腦模擬等技術(shù)，完成了對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行智能檢測(cè)和分析的過(guò)程，進(jìn)而得到有效的診斷結(jié)果，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的處理。診斷技術(shù)難點(diǎn)及重點(diǎn)：建立一個(gè)設(shè)備故障特征的數(shù)據(jù)庫(kù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠讓機(jī)電設(shè)備的診斷工作變得更加方便和快捷，當(dāng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，只需將故障的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果在某一項(xiàng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)差異，那么就能夠找到故障的原因了。目前，智能診斷技術(shù)還不是很成熟，隨著科技的發(fā)展，在未來(lái)還會(huì)有很大的提升空間。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)智能信息傳輸技術(shù)本節(jié)智能信息傳輸技術(shù)從四個(gè)方面介紹：

智能信息傳輸技術(shù)功能分析智能信息傳輸技術(shù)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息處理運(yùn)行原理信息傳輸?shù)臅r(shí)效性第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)智能信息傳輸技術(shù)功能分析1）信息的采集和分析對(duì)信息的采集和分析功能來(lái)說(shuō)，它的主要針對(duì)對(duì)象是生產(chǎn)過(guò)程中的各種各樣的模擬或數(shù)字量，在它的作用下，對(duì)其進(jìn)行必要的檢測(cè)、采樣和分析，例如常見(jiàn)的報(bào)表的打印、電視顯示等，因此，它也是具有一定的形式展現(xiàn)的，在這種形式下給人們?nèi)康男畔?，使其可以更好的分析處理，這樣就可以使他們得到的信息準(zhǔn)確性有更大的提升。2）監(jiān)督作用闡述經(jīng)過(guò)上述的環(huán)節(jié)之后，我們可以對(duì)得到的信息進(jìn)行針對(duì)性的分析處理以及計(jì)算等的二次加工，然后把其分類型的作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和歷史信息進(jìn)行合理化的保存。3）控制功能分析這一功能的主要體現(xiàn)就是依據(jù)于檢測(cè)功能，對(duì)所得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有目的性的處理，在處理的過(guò)程中還要和與事先設(shè)置的控制策略相互協(xié)調(diào)形成具有控制性質(zhì)的輸出，最后再把其直接的應(yīng)用于整個(gè)過(guò)程之中。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)智能信息傳輸技術(shù)環(huán)節(jié)1）物理現(xiàn)象的有效轉(zhuǎn)化需要借助傳感器的作用實(shí)現(xiàn)；2）電信號(hào)在信號(hào)匹配器的作用下轉(zhuǎn)化為具有測(cè)量性強(qiáng)的參數(shù)；3）模擬的電信號(hào)在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化器的作用下回變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；4）能夠在它的界面利用下對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行直接式的輸送。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)信息傳輸?shù)臅r(shí)效性智能監(jiān)控系統(tǒng)除了可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)不間斷的勘察作用之外，它的另一個(gè)作用就是可以對(duì)其進(jìn)行智能化的分析操作，不僅可以確保整個(gè)系統(tǒng)對(duì)獲得的各種收集的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合理的控制，而且還可以對(duì)其進(jìn)行所固有的預(yù)處理和初步的辨別。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于環(huán)境的特點(diǎn)限制，它還需要具備在戶外進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的工作的能力，減少人工模式過(guò)多的干擾。從實(shí)際的運(yùn)行來(lái)看，數(shù)據(jù)信息處理的運(yùn)行原理一般包括以下幾方面內(nèi)容：1）對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息界面進(jìn)行針對(duì)性的接收；2）承擔(dān)一個(gè)執(zhí)行作用的平臺(tái)，具體執(zhí)行的有系統(tǒng)自身和用戶的需求計(jì)算；3）程序的開(kāi)發(fā)和數(shù)據(jù)的測(cè)量是采用記憶單元進(jìn)行的。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)數(shù)據(jù)信息處理運(yùn)行原理要保證參數(shù)信息的獲取具有很好的時(shí)間保障，系統(tǒng)應(yīng)該具備超越距離限制的傳輸手段，進(jìn)行具有遠(yuǎn)程化、實(shí)時(shí)化特點(diǎn)的及時(shí)傳輸，并對(duì)其有一個(gè)正常性的判斷分析。從使用的角度來(lái)講，要提高它的使用便利性，就需要它有一個(gè)互動(dòng)性很強(qiáng)的操作界面，在機(jī)械的顯示界面上通過(guò)圖形的展現(xiàn)把關(guān)鍵性的參數(shù)變化予以直觀地表達(dá)出，并且還要具備有進(jìn)一步擴(kuò)展升級(jí)的條件。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.2掘進(jìn)工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備狀態(tài)智能感知及預(yù)警技術(shù)背景：目前煤礦的信息化建設(shè)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，煤礦的信息化框架已經(jīng)搭建完成，但是對(duì)于煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備的安全管理卻還只停留在定期停產(chǎn)檢修和人工巡檢的階段。這樣的設(shè)備安全管理模式不僅降低了設(shè)備的利用率，反而由于過(guò)度維修、維修遺漏、維修人員維修質(zhì)量不到位等多種原因?yàn)槊旱V主要生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行造成了非常大的安全隱患。而煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行又直接關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)和安全，因此如何實(shí)現(xiàn)和保障煤礦主要生產(chǎn)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，一直是礦山安全生產(chǎn)領(lǐng)域的重要研究課題。利用基于工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的預(yù)警技術(shù)手段為依據(jù)的安全生產(chǎn)管理模式，通過(guò)煤礦的自動(dòng)化系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)采集的大量設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)有效的數(shù)據(jù)分析，可以在事故發(fā)生之前發(fā)出預(yù)警信息，將有效防止事故發(fā)生，大幅提高操作人員和設(shè)備管理人員的工作效率。

第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備狀態(tài)智能感知設(shè)備狀態(tài)智能感知主要從四個(gè)方面介紹：設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)挖掘可視分析技術(shù)礦山異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多端實(shí)時(shí)同步告警技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)礦山視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知模型海量數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)與讀寫技術(shù)第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)挖掘可視分析技術(shù)針對(duì)當(dāng)前電礦山設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控過(guò)程中存在的較為混亂和管理方式現(xiàn)狀，研究如何將設(shè)備監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖可視化并實(shí)現(xiàn)對(duì)其挖掘分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控設(shè)備的地理位置可視化。通過(guò)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行分析挖掘，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)位置及原因推測(cè)等效果。該關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)主要包括以下內(nèi)容：1）基于空間操作的監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)專題圖可視化實(shí)現(xiàn)。軟件調(diào)用的電子地圖格式以層的形式保存為ASCII文件，每層對(duì)應(yīng)一組或一類電力設(shè)備數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)、線、面等多種對(duì)象，專題圖文件數(shù)據(jù)通過(guò)多種途徑轉(zhuǎn)換獲取，例如專業(yè)的GIS軟件GeoGlobe，具有生成數(shù)字地圖的功能，能夠?qū)鸥竦貓D數(shù)字化，并以需要的格式轉(zhuǎn)出。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)挖掘可視分析技術(shù)2）使用GDI+提高電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可視化顯示效果。在一般情況下，地圖可視化數(shù)據(jù)可以滿足要求，但它是利用Windows的圖形繪制接口(GDI)編程實(shí)現(xiàn)圖形顯示，由于GDI的局限性，在全省范圍內(nèi)進(jìn)行電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控時(shí)，由于全省設(shè)備數(shù)據(jù)是千萬(wàn)級(jí)，因此需要使用GDI的升級(jí)版本GDI+來(lái)完成電力設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可視化展示。3）基于空間數(shù)據(jù)挖掘的監(jiān)控運(yùn)行數(shù)據(jù)專題圖分析方法。對(duì)電力監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行基于GIS的挖掘主要包括按空間特征規(guī)則，空間區(qū)分規(guī)則，空間分不規(guī)則，空間分類規(guī)則，空間聚類規(guī)則，空間關(guān)聯(lián)規(guī)則，空間演變規(guī)律的數(shù)據(jù)挖掘分析。一般表現(xiàn)為一組概念規(guī)則，法則，規(guī)律，模式，方程和約束等形式的集合，是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)屬性、模式、頻度和對(duì)象簇集等的描述。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)礦山異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多端實(shí)時(shí)同步告警技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和礦山內(nèi)外網(wǎng)安全通信技術(shù)，構(gòu)建基于即時(shí)通訊的多端實(shí)時(shí)告警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的移動(dòng)與桌面終端等設(shè)備的實(shí)時(shí)同步告警。礦山視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知模型視頻設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生海量電力設(shè)備視頻數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以集群的形式匯聚在服務(wù)器圖片庫(kù)中。T級(jí)數(shù)量的視頻數(shù)據(jù)匯聚在服務(wù)器，其寫入和讀取的效率十分低下。Seaweed－FS又稱Weed－FS，是一種用golang實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單且高可用的分布式文件系統(tǒng)。是一種用以存儲(chǔ)大規(guī)模數(shù)據(jù)文件的簡(jiǎn)單分布式模型。本工具體系的服務(wù)器存儲(chǔ)端，采用該模型，對(duì)大數(shù)據(jù)量的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存取優(yōu)化處理。提出一種礦山視頻監(jiān)控設(shè)備態(tài)勢(shì)感知模型，圍繞礦山視頻監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)覺(jué)察、時(shí)空可視化展現(xiàn)、結(jié)構(gòu)化消息告警等方面進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。海量數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)與讀寫技術(shù)第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警技術(shù)數(shù)據(jù)處理是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的首要工作。在數(shù)據(jù)處理方面：工業(yè)大數(shù)據(jù)不同于商務(wù)大數(shù)據(jù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)更強(qiáng)調(diào)利用工業(yè)軟件為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，降低數(shù)據(jù)信噪比，要求數(shù)據(jù)具有真實(shí)性、完整性和可靠性，更加關(guān)注處理后的數(shù)據(jù)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)選取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)歸一化處理以后，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)降維，把原先高維的數(shù)據(jù)映射到低維的空間，低維空間的數(shù)據(jù)可以幾乎完整的保持原先的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)降維，一方面可以解決“維數(shù)災(zāi)難”，緩解“信息豐富、知識(shí)貧乏”現(xiàn)狀，降低復(fù)雜度；另一方面可以更好地認(rèn)識(shí)和理解數(shù)據(jù)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警技術(shù)數(shù)據(jù)處理是工業(yè)大數(shù)據(jù)分析的首要工作。在數(shù)據(jù)處理方面：工業(yè)大數(shù)據(jù)不同于商務(wù)大數(shù)據(jù)，工業(yè)大數(shù)據(jù)更強(qiáng)調(diào)利用工業(yè)軟件為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)化，降低數(shù)據(jù)信噪比，要求數(shù)據(jù)具有真實(shí)性、完整性和可靠性，更加關(guān)注處理后的數(shù)據(jù)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)選取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)歸一化處理以后，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)降維，把原先高維的數(shù)據(jù)映射到低維的空間，低維空間的數(shù)據(jù)可以幾乎完整的保持原先的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過(guò)降維，一方面可以解決“維數(shù)災(zāi)難”，緩解“信息豐富、知識(shí)貧乏”現(xiàn)狀，降低復(fù)雜度；另一方面可以更好地認(rèn)識(shí)和理解數(shù)據(jù)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備異常狀態(tài)預(yù)警技術(shù)現(xiàn)選皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備為例。在選取數(shù)據(jù)方面通過(guò)前期調(diào)研，針對(duì)皮帶系統(tǒng)主要存在的過(guò)載、打滑、跑偏、CST不出力等故障類型，擬使用皮帶電機(jī)溫度、電機(jī)電流、電機(jī)功率、電機(jī)軸承溫度、滾筒溫度、煤倉(cāng)煤位、皮帶速度、CST系統(tǒng)壓力、CST離合器壓力、CST軸溫度、CST功率、CST水流量、CST油泵電流、CST水泵電流等物理量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶故障的分析和故障預(yù)警。下圖7-10為以皮帶運(yùn)輸機(jī)為例，展示了設(shè)備智能預(yù)警分析系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。圖7-10皮帶運(yùn)輸機(jī)智能預(yù)警分析系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.3掘進(jìn)工作面智能控制關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)管理技術(shù)現(xiàn)代化礦井所需的設(shè)備種類、數(shù)量日益增多。如何利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)有效地管理這些設(shè)備，建立以信息化為核心的管理體制，減輕管理人員和業(yè)務(wù)人員的數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，提高設(shè)備管理效率和管理手段，是擺在每一個(gè)礦井管理者面前的難題。由于煤礦的特殊環(huán)境因素，現(xiàn)有的設(shè)備管理系統(tǒng)軟件很難在煤礦得以應(yīng)用。通過(guò)研究煤礦的實(shí)際設(shè)備管理需求，本書(shū)提出一種煤礦設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦設(shè)備的全過(guò)程、全要素管理。

第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)管理需求設(shè)備是煤炭采掘企業(yè)的重要資產(chǎn)，是企業(yè)生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，是保證企業(yè)正常生產(chǎn)與安全的條件。由于煤炭生產(chǎn)過(guò)程的特殊性和生產(chǎn)環(huán)境的特定性，大大增加了煤炭企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理的難度，如：（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一編碼，設(shè)備管理混亂，井下設(shè)備數(shù)量難以統(tǒng)計(jì)；（2）回收設(shè)備隨意堆放，導(dǎo)致設(shè)備二次使用難度加大；（3）設(shè)備經(jīng)常被移動(dòng)，使管理部門難以對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤管理；（4）設(shè)備狀態(tài)、檢修和維修過(guò)程履歷難以記錄；（5）責(zé)任區(qū)隊(duì)難以實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的日常點(diǎn)、巡檢路線、內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)；（6）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作業(yè)人員的行為難以標(biāo)準(zhǔn)化，并引發(fā)相關(guān)責(zé)任人員的日常檢維修過(guò)程、內(nèi)容和行為難以把控跟蹤，導(dǎo)致生產(chǎn)安全事故隱患的發(fā)生。因此，在煤炭企業(yè)建立設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)勢(shì)在必行。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)管理目標(biāo)設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)以國(guó)家、行業(yè)的政策為支撐，企業(yè)的制度、規(guī)范和作業(yè)規(guī)程為基礎(chǔ)，采用先進(jìn)的技術(shù)手段將設(shè)備編碼體系、人員定位系統(tǒng)（人員運(yùn)行軌跡信息、分站、RFID卡）工業(yè)以太網(wǎng)綜合信息辦公平臺(tái)移動(dòng)通信網(wǎng)智能PDA（PersonalDigitalAssistant）設(shè)備點(diǎn)檢儀集成為一個(gè)規(guī)范化的業(yè)務(wù)管理體系，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的“五化”管理，即“位置精確化、過(guò)程透明化、信息準(zhǔn)確化、管理精細(xì)化、行為標(biāo)準(zhǔn)化”，最終降低現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理成本，減少因設(shè)備故障引發(fā)的安全隱患，提高企業(yè)設(shè)備管理效能。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)管理目標(biāo)以下為設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：（1）實(shí)現(xiàn)全礦現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的統(tǒng)一編碼管理，建立領(lǐng)用設(shè)備的信息管理庫(kù)。（2）以GIS（GeographyInformationSystem）技術(shù)為基礎(chǔ)、礦井巷道及地面布置圖為背景，動(dòng)態(tài)顯示各責(zé)任區(qū)隊(duì)管理范圍內(nèi)的設(shè)備情況（總數(shù)、使用、備用、丟失、故障、待修、送修、閑置）、布置位置及移動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的全過(guò)程管理。（3）以責(zé)任區(qū)隊(duì)為單位，管理設(shè)備為對(duì)象，人的行為為要素，制度、規(guī)范、措施為標(biāo)準(zhǔn)，巡檢路線為驅(qū)動(dòng)，結(jié)合人員定位系統(tǒng)（RFID卡、分站）、條碼、二維碼、智能PDA及相關(guān)點(diǎn)巡檢設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的全生命周期管理。（4）以崗位定區(qū)域，以區(qū)域定地點(diǎn)，以地點(diǎn)定設(shè)備，以設(shè)備定人員，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，強(qiáng)化設(shè)備檢查手段，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的動(dòng)態(tài)化。（5）依據(jù)檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、巡檢人員的現(xiàn)場(chǎng)行為管理，減少設(shè)備日常檢、維修過(guò)程中帶來(lái)的安全事故隱患。（6）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)卡片管理，記錄設(shè)備的巡檢記錄、設(shè)備狀態(tài)、檢修記錄、檢修負(fù)責(zé)人、檢修人員、檢修結(jié)果、配件更換及設(shè)備更換等信息。（7）動(dòng)態(tài)更新現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息庫(kù)，供管理部門及責(zé)任部門及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用信息、位置信息、狀態(tài)信息、點(diǎn)巡檢信息等相關(guān)動(dòng)態(tài)信息，提高設(shè)備管理水平。（8）為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的分析提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)備管理必須有統(tǒng)一編碼規(guī)則；將已使用的設(shè)備位置信息添加在礦井巷道及地面布置的全景圖上（GIS技術(shù)）；各單位通過(guò)設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息庫(kù)完善本單位使用的設(shè)備編碼信息內(nèi)容；各單位每天將設(shè)備班巡檢、日檢、計(jì)劃?rùn)z修、故障維修、故障分析結(jié)果及維修人員等信息添加到設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息庫(kù)中；設(shè)備管理人員定期更正相關(guān)設(shè)備的位置信息、數(shù)量變化及狀態(tài)信息；各責(zé)任區(qū)隊(duì)參照系統(tǒng)信息，設(shè)置崗位職責(zé)范圍內(nèi)設(shè)備的日常點(diǎn)、巡檢路線、內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)。圖7-11設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)應(yīng)用案例分析各相關(guān)業(yè)務(wù)部門的職能：（1）各區(qū)隊(duì)每天必須將各種信息提交到信息庫(kù)中。（2）設(shè)備管理員定期使用點(diǎn)、巡檢儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行跟蹤檢查。（3）機(jī)電管理部通過(guò)設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)把控各單位的設(shè)備維護(hù)檢修過(guò)程。（4）物資供應(yīng)部通過(guò)設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)及時(shí)了解各單位設(shè)備領(lǐng)用、實(shí)際使用及材料消耗情況。（5）礦領(lǐng)導(dǎo)查看機(jī)電管理部、物資供應(yīng)部提供的報(bào)表，及時(shí)掌握真實(shí)、全面的全礦設(shè)備管理和物資管理情況。圖7-12與設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)相關(guān)的業(yè)務(wù)組織第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)設(shè)備巡檢處理流程設(shè)備巡檢處理流程如圖7-13所示。該礦實(shí)施設(shè)備動(dòng)態(tài)管理信息系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的統(tǒng)一編碼管理；現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備（井上和井下）的動(dòng)態(tài)管理；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的作業(yè)過(guò)程、風(fēng)險(xiǎn)隱患、規(guī)程措施、各種工卡單的管理；現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢修和維修的全過(guò)程管理；最新的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化管理。圖7-13設(shè)備巡檢處理流程第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.3掘進(jìn)工作面智能控制關(guān)鍵技術(shù)智能專家控制技術(shù)智能專家控制系統(tǒng)可定義為：具有模擬或延伸、擴(kuò)展專家智能的功能，采用人工智能專家系統(tǒng)技術(shù)與控制理論相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。其實(shí)質(zhì)是基于控制對(duì)象的控制規(guī)律的各種知識(shí)，而且要以智能的方式利用這些知識(shí)，求得控制系統(tǒng)盡可能地優(yōu)化和實(shí)用化，它反映出智能控制的許多重要特征和功能。智能專家控制研究的突出代表應(yīng)首推瑞典學(xué)者AstromKJ。1986年他在“ExpertControl”一文中正式提出了“智能專家控制”的概念。智能專家控制系統(tǒng)的任務(wù)是自適應(yīng)地管理一個(gè)客體或過(guò)程的未來(lái)行為論斷可能發(fā)生的間題，不斷修正和執(zhí)行控制計(jì)劃。也就是說(shuō)，智能專家控制系統(tǒng)具有解釋、預(yù)報(bào)、診斷、規(guī)劃和執(zhí)行等功能。智能專家控制系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)，即智能專家控制系統(tǒng)和智能專家式控制器。后者因較為簡(jiǎn)單和易于實(shí)現(xiàn)而得到較多的應(yīng)用。智能專家控制系統(tǒng)可用于采礦掘進(jìn)控制、空中交通控制、自主機(jī)器人控制、戰(zhàn)斗管理和任務(wù)控制等方面。

第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)7.3掘進(jìn)工作面智能控制關(guān)鍵技術(shù)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，掘進(jìn)機(jī)行走作業(yè)主要利用手動(dòng)方式進(jìn)行糾偏操作業(yè)，掘進(jìn)機(jī)操作人員均是通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)掘進(jìn)機(jī)左右行走液壓馬達(dá)的方式實(shí)現(xiàn)糾偏作業(yè)，將掘進(jìn)機(jī)的位姿調(diào)整為預(yù)定值。手動(dòng)糾偏作業(yè)存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境惡劣以及地質(zhì)構(gòu)造差異與作業(yè)人員技術(shù)水平不同導(dǎo)致的巷道欠挖和超挖等弊端。而自動(dòng)糾偏技術(shù)能夠讓操作人員實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)糾偏作業(yè)的遠(yuǎn)程操作，不需要在進(jìn)入到工作環(huán)境惡劣的第一線；同時(shí)，借助于計(jì)算機(jī)的高速邏輯處理能力，掘進(jìn)機(jī)的工作效率也獲得了大幅度的提升，防止了因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)造問(wèn)題、操作人員水平因素造成的巷道成型不規(guī)范的問(wèn)題。

第七章掘進(jìn)工作面智能控制基礎(chǔ)理論與技術(shù)懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)糾偏技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法（1）懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿信息的檢測(cè)掘進(jìn)機(jī)不論是行走過(guò)程中還是在斷面截割作業(yè)過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)的中心軸線均不可避免地與巷道中心線出現(xiàn)相互偏離的問(wèn)題。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的位姿信息除了包括三維空間坐標(biāo)（x，y，z）之外，還應(yīng)該包括掘進(jìn)機(jī)的位姿信息（ɑ，β，γ，a）。如圖7-14為懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿信息簡(jiǎn)略示意圖，其中，圖b中，ɑ表示懸臂式掘進(jìn)機(jī)的方