数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统.pdf

标题中的“数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统”是指一种采用数字孪生技术来实现对矿山掘进工作面通风系统的智能化控制。这种系统旨在解决传统局部通风系统中存在的问题，如风速场分配不均、瓦斯积聚严重以及粉尘污染等安全隐患。 描述中提到的“煤矿机电与智能化”，意味着该系统是结合了现代机械工程技术与人工智能，以提升矿井作业的安全性和效率。通过数字孪生技术，可以创建一个虚拟的通风系统模型，与实际的掘进工作面进行实时同步，从而实现对风流状态的高效监测和智能调控。 关键知识点包括： 1. **数字孪生**：是一种将物理系统的实时数据和模型集成到虚拟环境中，以模拟、预测和优化物理系统性能的技术。在本文中，数字孪生用于构建掘进工作面的通风系统模型，以便进行风流状态的监控和智能调整。 2. **Zigbee自组网**：这是一种低功耗、短距离的无线通信技术，用于在巷道中收集风速、瓦斯体积分数和粉尘质量浓度等数据，形成监测网络。 3. **ARIMA时间序列预测模型**：用于预测下一时刻的瓦斯体积分数和粉尘质量浓度，帮助系统做出智能决策，提前预防可能的安全风险。 4. **小生境四段式编码遗传算法**：这是一种优化算法，用于从监测数据中提取风流智能调控规则，确保风流分布的合理优化。 5. **GPRS无线传输技术**：使得采集到的数据能够实时传输，实现远程调控，提高了系统的响应速度和调控精度。 6. **Unity3D虚拟模型**：用于构建系统虚拟模型，实现物理实体与虚拟模型的映射交互，便于可视化操作和理解系统的运行状态。 7. **智能调控与虚实融合**：通过数字孪生技术，系统能够根据实时数据进行智能决策，并将决策应用于实际通风系统，改善风流状态，减少瓦斯积聚和粉尘污染。 通过实验测试平台，该系统展示了实时监测、决策评价、智能调控和虚实融合等功能的可行性。实际应用案例显示，系统能有效提高司机位置的风速，降低上隅角瓦斯体积分数和粉尘质量浓度，显著改善了掘进工作面的通风条件和安全环境。 总结来说，这个数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统是通过集成先进的通信技术、预测模型、优化算法和虚拟现实技术，实现对矿井通风系统的智能化管理，提升了作业安全性、效率和环境质量。这一系统的应用对于促进我国煤炭行业的现代化和智能化发展具有重要意义。