【能源人都在看|首席科学家专题 | 任怀伟研究员：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用【能源人都在看

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为总结中国煤炭科工集团“十三五”期间的科技成果，展示中国煤炭科工集团在构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系方面做出的成就，并为“十四五”煤炭科技发展提供参考。《煤炭科学技术》2021年第4期特邀中国工程院院士、中国煤炭科工集团科学技术委员会主任康红普院士担任客座主编，中国煤科一级首席科学家吴拥政研究员担任客座编辑，策划了“中国煤科首席科学家成果”专题。
任怀伟研究员以中煤新集口孜东煤矿140502工作面地质条件为基础，针对该工作面俯采倾角变化大、矿压显现剧烈、顶板煤壁破碎所致的采场围岩稳定控制难、液压支护系统适应性降低等问题，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑。
个人简介

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任怀伟，男，河北廊坊人，博士，研究员，硕士生导师，中煤科工开采研究院有限公司科创中心副主任。中国自动化学会智慧矿山专委会秘书长，《煤炭科学技术》青年学术委员会委员， InternationalJournalofCoalScience&Technology评审专家，国家科技专家库专家。近年来主持、参与国家及省部级科研项目14项，其中主持国家自然科学基金1项、省部级课题2项；参与完成863、973计划课题2项、国家自然科学基金重点基金1项、国家重点研发计划1项，承担智能矿山建设重大项目（2000万元以上）3项，成果在多个矿区推广。获得国家科技进步二等奖一项，省部级一等奖9项。发表学术论文63篇，其中SCI/EI收录21篇。参与出版专著3部，总计22万字。授权国家发明专利11项。已完成国家标准制定3项。荣获杰出工程师青年奖、全国煤炭青年科技奖。
任怀伟研究员致力于煤矿综采装备系统、工作面智能化控制和智能矿山关键技术等研究与技术推广应用。
1、在液压支架结构设计优化方面，提出了基于液压支架高度分区及可靠性的概论有限元计算方法。
2、在液压支架与围岩耦合关系方面，提出了液压支架与围岩耦合定量分析与动态设计方法，发明了一种用于综采工作面围岩自适应支护的液压支架智能化控制方法和地下开采液压支护系统的群组自组织协同控制技术。
3、在智能开采技术方面，提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式，给出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等三项支持智能决策的关键技术。
4、在智能化矿山研究方面，构建了新的开采系统全局智能化控制架构，提出基于二阶行为模式分析的信息实体主动匹配与推送策略及基于深度学习的煤矿智慧逻辑模型进化机制；提出考虑随机误差的强耦合设备群空间坐标统一描述模型及各设备空间关联坐标系转换方法、开采环境-装备耦合作用规律、时变多因素影响下开采设备群全局最优规划和分布式协同控制方法；为实现更为复杂地质条件下的连续稳定开采提供基础理论支撑。（简介来源于中煤科工集团官网）
摘要
千米深井复杂条件煤层智能化开采是当前煤矿技术发展迫切需要解决的难题。以中煤新集口孜东煤矿140502工作面地质条件为基础，针对该工作面俯采倾角变化大、矿压显现剧烈、顶板煤壁破碎所致的采场围岩稳定控制难、液压支护系统适应性降低等问题，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑。研发了基于LORA的工作面液压支架(围岩)状态监测系统，同时获取立柱压力和支架姿态数据。提出了基于大数据分析的矿压分析预测方法，采用FLPEM和ARMA两种算法组合预测提升精度和效率，采用数据分布域适应迁移算法解决了支护过程中时变工况导致预测模型失准的问题，模型预测精度达到92%以上。研发了基于Unity3D的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，支撑复杂条件下的围岩控制和煤层跟随截割控制的智能决策。现场试验表明：工作面在试验期开采高度达到6.5m ，在14°～17°俯采、顶板相对破碎、煤层硬度1.6的条件下，月产达到31.5万t 。设备可靠性和适应性较之前该矿使用设备明显提升，工作面安全性大幅改善，实现了千米深井三软煤层的安全高效开采。