Page 159 - 采矿工程中采矿工艺与技术研究

第四章 采矿工程巷道掘进和支护技术

通信的实时性及数据的可操作性，通过将 Modbus、CAN、工业以太网等多种通
信方式相结合，构建以数据库技术为核心的数据交互平台实现整个数字孪生系统
的数据传输与通信。利用多传感器技术实现掘进机器人多个关键部位的实时状态

监测。以煤矿井下巷道掘进过程中的经验为基础设计智能掘进机器人工序，在实
现单机控制的基础上，构建协同控制器按照巷道掘进工序实现远程自动截割控制
技术。
数字孪生远程自主截割的基础在于数据采集，掘进机位姿数据和巷道环境数

据为远程自主截割的核心数据，两者构成数字孪生驱动的数据来源。利用感知数
据在本地防爆计算机上搭建可视化辅助截割系统，实现掘进过程的实时在线监测。
同时通过防爆计算机将感知数据发送至远程控制端，提前构建掘进装备虚拟三维
模型，根据数字孪生驱动模型实现虚拟装备同步动作。远程控制端可实现虚拟远

程控制和视频监控功能。虚拟远程控制可设置手动和自动 2 种操作模式。手动模
式是通过人机交互方式实现远程截割控制；自动模式是基于多元地质数据解译融
合技术，构建掘进空间三维数字化模型，基于地质模型自主规划截割路线，结合
精准定位、位姿控制、自适应截割控制，预置跟机工艺与掘进工艺自适应精准协同，

实现基于无人化智能自适应掘进，掘进设备远程智能控制系统架构如图 18 所示。
6. 多机多工序智能协同控制技术
多机多工序智能协同控制技术是实现智能快速掘进无人化开采的关键技术之
一，是一个多学科交叉的高新技术系统工程，多机多工序智能协同控制首先需要

具备并行作业的掘进装备作为基础支撑，掘进装备作业阶段会形成大量数据，是
工作面掘进装备本机、工作面环境空间和控制系统信息流相互作用的产物，实现
多机多工序智能协同控制必须深度利用这一数据资源，研究系统各单元智能协同
控制方法。基于此，针对煤矿快速掘进装备多机多工序协同作业提出掘支锚柔性

并行作业技术及基于数据驱动的行为规划决策两大关键技术并给出其研究方向。
（1）掘支锚柔性并行作业技术
随着采煤深度与强度的不断增加，受到矿区冲击地压、深部高应力、强采动
等影响，出现了大量膨胀性、高应力和节理化等软弱围岩特性巷道。据统计，软

岩巷道约占年掘进总量的 30%，该类巷道给掘进工作面多机协同工作带来一系列
重大风险和挑战，如巷道失稳垮冒增加安全管理难度、巷道冒顶及片帮增加了支
护难度、底板松软增加了设备通过难度等问题，这些问题导致掘进水平进一步降

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