基于光纤传感技术的煤矿智能感知系统

16 黑龙江省鸡西市城子河区安之顺煤矿发生老空区积水 透水事故，事故造成16人死亡。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆国家《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》指 出：要全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系。 ◆国家煤矿安全监察局发布的2019年第1号公告关于 《煤矿机器人重点研发目录》中，提出重点研发应用 掘进、采煤、运输、安控和救援5类、38种煤矿机器人。 ◆随着国家加快构建清洁、高效、安全、可持续的现 代能源体系、信息化与工业化的深度融合和“互联网 ＋”的迅猛发展，煤炭开采智能化已成为煤炭工业发展 的需求和必然方向。
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆能源是人类生存和发展的基础，目前中国 “富煤缺油少气”的资源状 况，保证煤炭资源在中长期仍是中国化石能源的主体。
2017年中国能源消费结构图
煤炭在一次能源结构中的比例
数据来源：中国统计年鉴
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.1 研究背景
◆ 近年来，我国煤矿安全已取得了长足进步，但安全生产形势依然严峻。 目前，影响我国安全生产的灾害事故主要为顶板事故和瓦斯事故，占事 故伤亡总人数的70%左右。另外，机电事故、运输事故、水害事故、火灾 事故等群死群伤事故也已成为影响煤矿安全生产的重灾区。研究表明， 解决问题的根本在于推动煤矿智能化、无人化进程。
以第一作者和通讯作者发表论文被SCI、EI收录30篇，ISTP收录2篇，入选中国精 品科技期刊顶尖学术论文领跑者F5000论文3篇，正式出版专著4部；共申请国家发明 专利40多项，已获授权国家发明专利23项，另授权国际发明专利10项；软件著作权授 权5项；相关研究成果获中国煤炭工业协会一等奖一项（排名第一）、省部级科技进 步二等奖4项（其中2项排名第一）。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.2 煤矿安全智能感知现状
煤矿安全智能感知技术的研究基础在于监测手段的升级， 但现有监测技术手段落后，远不能有效满足煤矿生产安全要求。
液压式托锚力压力盒
钢弦式压力盒
顶板离层仪
机械式、液压式监测传感器 ——特点：价格便宜、精度低、现场读数、数据滞后。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.2 煤矿安全智能感知现状
电阻应变式测力锚杆
钻孔应力计
数显式综采支架测压表
电磁式监测传感器 ——特点：精度低、人工巡检，费时费工。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.2 煤矿安全智能感知现状
有线 无线
在线式监测系统 ——特点：有源系统，抗干扰能力弱，传输距离短，误差大。
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
1.3煤矿安全智能感知存在的问题
人工采集
1、采用钻孔方式安装和人工观察记录； 2、定期到井下采集数据，上井后传入计算机，采用专 用软件进行分析； 3、测量数据少且离散，误差大，不能如实反映煤矿安 全参数的连续性和实时性，不能迅速的预测灾害。
基于光纤传感技术的 煤矿智能感知系统
Intelligent sensing system of coal mine based on optical fiber sensing technology
中国矿业大学 二〇一九年五月
1
智能开采研究团队简介 团队专注于研究解决煤炭资源开采过程中的智能开采关键技术问题，包括智能工
1.4 智能工作面技术难点及研究方向
序列
难点
问题描述
研究方向
1
工作面自动调直
基于光纤捷联惯导技术的刮板机 调直技术不能实现刮板机形态的 实时调整，且成本较高，在国内
推广难。
低成本、高精度、
基于光纤传感技术的 工作面调直技术
2
液压支架姿态 协同控制
目前自动化及控制技术仅能实现 对单架液压支架姿态控制， 无法实现协同控制。
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
目录
1. 研究背景 2. 光纤传感式煤矿智能感知系统
3. 煤矿智能感知系统子系统介绍 4. 煤矿应用案例 5. 总结与展望
2019年12月25日星期三
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
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研究背景
2019年12月25日星期三
国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室副主任。入选江苏省 “333高层次人 才培养工程”中青年科学技术带头人、江苏省“六大人才高峰”高层次人才、江苏省 高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师。主持完成国家“863计划”项目子课题、国家 自然科学基金项目及企业委托项目60余项，具有较深厚的研究工作积累。
建立工作面倾角监测 系统，实现协同控制
在线传输
2019年12月25日星期三
1、传感器自动监测，通过有线或无线的方式传输数据； 2、布置电缆线和油压管路线困难、传输距离较短； 3、井下布置监测分站，并采用单片机处理数据，效率不高； 4、传感器现场带电工作，抗干扰能力差，工作不可靠，安 全性低。
光纤传感式煤矿智能感知系统
中国矿业大学矿业工程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室
2017年度煤矿安全事故统计
日期 2017-02-27
2017-03-28
2017-07-05
2017-08-14
死亡人数
事故简况
9 贵州六盘水市钟山区，贵州水城矿业（集团）公司大
河边煤Байду номын сангаас发生电机爆炸事故，造成9人死亡。
4
湖南郴州市宜章县，荣福煤矿发生顶板事故，造成4人
死亡。
17 新疆大黄山豫新煤业有限责任公司一号井发生重大瓦 斯爆炸事故，事故造成17人死亡，3人重伤。
作面开采技术、采煤机姿态感知技术、智能支架、刮板机调直技术、光纤智能监测技 术、大数据挖掘及信息融合技术、专家远程故障诊断技术、采动灾害监测预警技术等。
研究方向 （1）煤矿智能开采；（2）矿山智能监测与大数据平台；（3）矿山压力与岩层控制。
团队首席 方新秋：采矿工程博士，东南大学控制工程博士后，教授，博士生导师。现为中