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| 編輯推薦： |
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本书有助于促进机械工程、采矿工程、安全工程等学科的交叉融合，推动煤矿智能化掘进技术发展。
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| 內容簡介： |
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本书以乌海矿区为代表，以“掘、支、锚、运、探一体式智能化掘进工作面关键技术及成套装备研发”为核心，系统、深入地介绍了基于复杂地质条件(巷道狭窄、底板起伏)的掘进工作面智能化的原理与方法，详细阐述了智能掘进成套装备系统与关键技术。本书共7章，包括概述，乌海矿区地质条件，掘支锚运探一体式智能快掘成套装备，系统设计与动力单元分析，机身姿态及自主截割控制系统研发，掘进工作面粉尘、瓦斯智能监测与治理系统，应用及价值。
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| 關於作者： |
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苗继军，男，太原理工大学矿业工程硕士学位，教授级高级工程师，现任国家能源集团乌海能源公司副总工程师；自参加工作以来先后任职乌海能源公司老石旦煤矿矿长，公司机电动力部经理、生产指挥中心主任，长期负责公司科技创新、机电技术管理、人才培养等工作。担任内蒙古自治区草原英才创新团队学科带头人，获评为内蒙古自治区突出贡献专家、煤炭行业技能大师、煤炭行业中青年工程师。
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| 目錄：
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第1章概述1
1.1乌海能源有限责任公司基本情况1
1.2掘进装备研制发展概况4
1.2.1掘进装备发展概述4
1.2.2悬臂式掘进机发展现状5
1.2.3连续采煤机发展现状6
1.2.4掘锚机发展现状7
1.3掘进工艺发展及方法概况10
1.3.1巷道掘进工艺发展方向10
1.3.2掘进施工工艺技术现状13
1.3.3掘进工艺的综合评价15
1.4智能快掘系统关键技术概况17
1.4.1掘进机智能化技术17
1.4.2快速掘进成套装备的多机智能化联控技术18
1.5乌海能源煤矿智能化建设21
1.5.1建设背景21
1.5.2具体做法22
1.5.3建设规划23
1.5.4建设管理30
1.5.5运维管理31
1.5.6建设成效32
第2章乌海矿区地质条件33
2.1乌海矿产资源现状33
2.1.1自然地理与社会经济概况33
2.1.2矿产资源概况及特点33
2.1.3矿产资源勘查与开发利用现状35
2.2乌海矿区矿产资源总体规划与实施36
2.3乌海矿区发展形势与生态要求37
2.4矿区高质量发展指导原则与规划目标38
2.4.1指导思想38
2.4.2基本原则39
2.4.3规划目标40
2.5矿产资源勘查与开发利用41
2.5.1勘查开发总体布局41
2.5.2资源勘查与开发利用42
2.6绿色矿山建设与地质环境治理46
2.6.1绿色矿山建设46
2.6.2矿山地质环境保护与治理47
起伏底板的窄机身掘锚一体机关键技术研发及应用第3章掘支锚运探一体式智能快掘成套装备51
3.1智能快掘装备简介及工法特点51
3.1.1智能快掘装备简介51
3.1.2智能快掘工法特点52
3.1.3智能快掘成套装备工作模式54
3.2掘支锚运探一体化作业平台研究与应用57
3.2.1掘支锚运探一体化作业平台组成57
3.2.2智能快掘成套装备核心技术62
3.2.3智能快掘成套装备系统构成67
3.2.4智能快掘成套装备性能与结构72
3.3掘支锚运探一体式智能快掘成套装备相关参数73
3.3.1掘支锚运探一体机技术参数73
3.3.2动力单元参数77
3.4底板起伏工作面窄机身型掘锚机的智能化掘进保障关键技术80
3.4.1窄机身型掘支锚运探一体式成套装备技术80
3.4.2底板起伏工作面掘支锚运探一体式成套装备技术82
第4章系统设计与动力单元分析85
4.1乌海能源掘进工作面钻锚系统设计85
4.1.1煤巷锚杆支护设计理论85
4.1.2煤巷锚杆支护材料91
4.1.3锚杆与注浆联合加固98
4.1.4快速自主定位的掘进工作面锚钻系统102
4.2掘进工作面破碎顶板条件下全断面临时支护系统设计107
4.2.1帮网与顶网107
4.2.2乌海能源全断面临时支护装置研制总体方案107
4.2.3临时支护装置方案108
4.2.4临时支护装置运动分析108
4.2.5临时支护装置的液压系统111
4.3截割微震智能超前物探系统114
4.3.1探测原理114
4.3.2微震超前物探系统117
4.3.3物探系统现场分析118
第5章机身姿态及自主截割控制系统研发123
5.1组合导航系统机身位姿监控123
5.1.1掘进机定位定姿技术研究123
5.1.2掘进机空间运动分析125
5.1.3定位系统分析126
5.1.4定位系统硬件分析128
5.1.5航位推算方法130
5.1.6试验结果分析132
5.2多功能装备自主行走纠偏闭环控制系统137
5.2.1巷道环境建模研究137
5.2.2基于长短期记忆(LSTM)网络的纠偏调向参数预训练模型137
5.2.3基于迁移学习的纠偏调向参数预测模型141
5.2.4调向姿态分析142
5.3深度学习智能预测自主截割与调高最优化控制143
5.3.1多截割特征信号的测试与提取方法143
5.3.2自主截割硬件设备163
5.3.3自适应截割控制及试验控制响应164
第6章掘进工作面粉尘、瓦斯智能监测与治理系统166
6.1掘进工作面粉尘、瓦斯来源166
6.1.1粉尘来源166
6.1.2瓦斯来源168
6.2煤矿粉尘、瓦斯基本参数与测定 169
6.2.1粉尘基本特性169
6.2.2粉尘物性测定172
6.2.3瓦斯基本特性175
6.2.4瓦斯评价参数176
6.2.5突出煤层的合理采掘部署178
6.3掘进工作面矿尘影响因素与浮尘运动179
6.3.1影响产尘的主要因素179
6.3.2浮游粉尘的运动状况180
6.4掘进工作面防治粉尘、瓦斯相关技术181
6.4.1局部通风方式的确定181
6.4.2泡沫除尘工艺的确定183
6.5掘进工作面通风系统的粉尘与瓦斯扩散研究185
6.5.1数值计算中瓦斯、粉尘的力学特性185
6.5.2基于CFD的掘进工作面粉尘与瓦斯耦合扩散研究188
6.5.3数值计算过程的参数设置192
6.5.4结果讨论与分析195
6.6掘进工作面智能通风系统研究199
6.6.1掘进巷道局部通风概况199
6.6.2掘进巷道通风控制方法200
6.6.3掘进工作面智能模糊通风控制系统构成202
第7章应用及价值207
7.1创新点207
7.2智能化施工工艺实现208
7.3技术效益和社会效益209
参考文献210
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| 內容試閱：
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煤炭是我国的基础能源。2020年12月21日，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，指出煤炭仍是我国保障能源供应的基础资源，明确提出推进煤炭安全智能绿色开发利用，努力建设集约、安全、高效、清洁的煤炭工业体系。近年来，我国煤矿智能化技术研发取得了一系列创新成果，初步形成具有我国煤炭资源赋存条件特色的智能化开采格局。煤炭工业智能化是在国家持续颁布政策和推进改革的时代背景下不断发展的——国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，吹响了我国煤矿智能化建设的号角；“十三五”时期，煤炭工业全面落实能源安全新战略，煤炭工业的智能化步伐持续加快，《能源技术创新“十三五”规划》集中攻关类项目包括“掘支运一体化快速掘进系统”；“十四五”时期，煤炭依然是我国能源的基石，煤炭工业仍需要坚定不移地开展智能化煤矿建设。习近平总书记多次指出，我们的国情还是以煤为主，在相当长一段时间内，甚至从长远来讲，还是以煤为主的格局，还要做好煤炭这篇文章。 乌海能源有限责任公司由原煤炭工业部直属乌达矿务局、海勃湾矿务局发展而来，始建于1958年。乌海能源有限责任公司有着几代煤矿人永不懈怠、艰苦奋斗的精神血脉，有着60多年砥砺奋发、攻艰克难的赓续传承。目前，乌海能源有限责任公司是国家能源投资集团有限责任公司的子公司，是一个集焦煤生产、洗选加工、瓦斯发电为一体的专业化煤炭生产企业，资源主要分布在内蒙古乌海、阿拉善、西鄂尔多斯三个地区，煤炭资源储量为16.04亿吨，其中91%为炼焦用煤，是特殊稀缺煤种；可采储量为4.65亿吨，是内蒙古最大的焦煤生产基地。 智能快速掘进技术满足了煤炭安全高效生产的客观需求，是解决采掘失衡问题的根本途径。几十年来，国内先后采用连续采煤机、掘锚一体机等先进掘进设备进行快速掘进，虽然实现了掘锚平行作业，但仅适用于地质条件较好的煤矿巷道，巷道掘进智能化依然是煤炭安全绿色高效开采的短板。乌海矿区地质构造复杂、煤层瓦斯含量高、安全风险大，在国内外复杂地质条件矿区中极具代表性，现有的快速掘进技术难以适用于乌海矿区巷道掘进作业。根据乌海矿区地质和瓦斯条件，掘锚一体化技术具有以下局限性：掘锚机组宽度大，只能应用于较大断面巷道且只能掘进矩形断面巷道；掘锚一体机体积大，不适用于底板起伏较大的巷道；掘锚一体机对顶板和底板的要求高；通风除尘工艺不适用于瓦斯矿井；掘锚一体化成套装备无法实现全工作面设备的整体智能化。因此，迫切需要研发适应复杂地质条件、灾害严重环境的智能快速掘进技术和装备，同时还要考虑技术的可复制性和可推广性。起伏底板的窄机身掘锚一体机关键技术研发及应用。 乌海能源有限责任公司始终胸怀“国之大者”，立足“双碳”背景，以智能煤矿、绿色矿山建设推动企业转型升级。本书全面总结了乌海能源有限责任公司在复杂地质构造和高瓦斯赋存条件下的智能快掘系统理论和成套技术体系的研发经验。一是创新提出了成套设备功能模块化设计，将作业平台、机载电控单元、液压动力单元等按照乌海矿区地质条件进行分离布置并完成系统控制；二是突破了掘支锚运作业平台、桥式转载系统、迈步式自移机尾和动力单元的多机协同控制技术难题，实现了截割、支护、锚护、运输、物探、钻探、运维等模块的联动；三是实现了智能锚护作业，能够与截割作业同步，而且解决了现场作业中锚杆自动确定施工位置的难题；四是创新发展了一系列智能掘进保障技术，包括掘进工作面自主截割技术、智能环境监测与治理技术、掘进导航技术、智能支护技术和可视化远程集中控制技术。 乌海能源有限责任公司依托新工艺装备实现“掘、支、锚、运、探”一体化智能快速掘进，乘着煤炭科技创新的东风，智能快速掘进装备建设正加速朝着更安全、更快速、更智能的方向蓬勃发展。乌海能源有限责任公司“掘、支、锚、运、探一体式智能化掘进工作面关键技术及成套装备研发”项目被确定为国家矿山安全监察局矿山安全生产科研攻关第一批煤矿项目。同时，特别感谢国家自然科学基金重点项目“刮板输送机永磁串联驱动输送机理及多智能体系统自主调控机制”（52234005），国家重点研发计划课题“掘进工作面高精度智能感知与数字孪生系统研究”（2020YFB1314001）、“面向冲击地压矿井防冲钻孔机器人”子课题2“钻进系统运行状态监测与全自主运行控制”（2020YFB1314202），国家自然科学基金面上项目“低照度环境下多路卷积神经网络的煤岩界面多光谱识别”（52174144）、“坚硬煤层高压注水预裂与截割协同开采及过程调控研究”（52174120）、“采煤机煤岩界面多传感融合的偏好动态识别研究”（5177041303），国家自然科学基金联合基金项目“基于雷达预探与截割反馈的采煤机煤岩界面精细化建模方法研究”（U1810119），国家自然科学基金青年科学基金项目“基于振动/声发射多源特性分析与深度融合的截齿状态识别”（51804151），以及山东省泰山学者培养资助项目（tsq201909113）对本书相关研究的支持。 由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。作者2024年1月
2020年12月21日，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，指出煤炭仍是我国保障能源供应的基础资源，明确提出推进煤炭安全智能绿色开发利用，努力建设集约、安全、高效、清洁的煤炭工业体系。近年来，我国煤矿智能化技术研发取得了一系列创新成果，初步形成具有我国煤炭资源赋存条件特色的智能化开采格局。煤炭工业智能化是在国家持续颁布政策和推进改革的时代背景下不断发展的——国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，吹响了我国煤矿智能化建设的号角；“十三五”时期，煤炭工业全面落实能源安全新战略，煤炭工业的智能化步伐持续加快，《能源技术创新“十三五”规划》集中攻关类项目包括“掘支运一体化快速掘进系统”；“十四五”时期，煤炭依然是我国能源的基石，煤炭工业仍需要坚定不移地开展智能化煤矿建设。习近平总书记多次指出，我们的国情还是以煤为主，在相当长一段时间内，甚至从长远来讲，还是以煤为主的格局，还要做好煤炭这篇文章。
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