数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统

龚晓燕，雷可凡，吴群英，崔小强，吴 悦，朱 斌，杨富强，张红兵，刘 辉

(1.西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054; 2.陕西陕煤陕北矿业有限公司，陕西 榆林 719000; 3.长安大学 工程机械学院，陕西 西安 710064)

随着“智慧矿山”概念的提出和普及，我国煤炭开采已朝着智能化无人化开采阶段发展[1-4]。目前煤炭以井工开采为主，主要包括综掘与综采2种方式，其中综采技术装备已实现国产化系列装备为智能化发展奠定了良好的基础，而综掘工作面自动化发展却相对滞后[5]。由于掘进断面尺寸和掘进速度的不断提升，传统“粗放式”通风总量的控制模式实时监测控制、灾害异常预警与应急决策能力不足，已不能满足当下对绿色、高效精细化智能通风的要求，且风筒出风口风流状态不能实时动态变化[6-7]，导致掘进工作面死角区瓦斯难以稀释排出，部分区域粉尘质量浓度最高可达1 500 mg/m3，远远超过煤矿安全规程要求的4 mg/m3标准[8]，严重危害作业人员身体健康，影响煤矿的安全高效开采。国内外学者研究发现掘进工作面风筒安装位置、直径大小及距掘进工作面前后位置等参数对瓦斯粉尘场的运移分布具有显著作用[9-14]。在“工业4.0”等时代大背景下，新一代信息技术如数字孪生技术[15-16]、虚拟现实技术[17-18]、智能协同控制等技术[19-20]已经在煤机行业快速应用并取得了很大进展。其中“数字孪生”技术作为一种在信息世界刻画物理世界、仿真物理世界、优化物理世界、可视化物理世界的重要技术，具有实时同步、双向映射、高保真度等特性[21]，能够更好地提高通风智能化程度。……