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主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

“葛世榮院士學術思想”專題

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葛世榮,男,1963年4月出生,浙江天臺人,博士,教授,博士生導師,國家973計劃項目首席科學家,國家杰出青年科學基金獲得者。1983年7月畢業于黑龍江礦業學院,1989年獲得中國礦業大學工學博士學位。1994年10月起任中國礦業大學校長助理,1997年3月起任中國礦業大學副校長,2007年8月起任中國礦業大學校長,2017年4月起任中國礦業大學校長、黨委副書記,2018年10月起任中國礦業大學(北京)校長、黨委副書記。兼任中國煤炭學會副理事長,受聘為教育部第七屆科技委學部委員、世界摩擦學理事會副主席、清華大學摩擦學國家重點實驗室、中國科學院固體潤滑國家重點實驗室學術委員會副主任等。榮獲“中國青年科技獎”、“國家有突出貢獻的中青年技術專家”、“全國優秀科技工作者”、“何梁何利基金科技進步獎”、“世界能源論壇技術創新獎”、“孫越崎能源科技大獎”等榮譽稱號。2012年當選為俄羅斯工程院外籍院士。2021年當選為中國工程院院士。

研究方向:礦山智能裝備與摩擦學理論

主要成果:致力于煤礦井下無人化采掘裝備、礦山機械可靠性、摩擦學理論等領域的科學技術研究,主持了我國《煤礦安全規程》提升運輸條款修訂,領銜制定了煤礦機器人重點研發目錄,取得了多項創新性科技成果,獲得國家技術發明二等獎2項、國家科技進步二等獎1項(均排名第一)和三等獎1項,發表學術論文240多篇,授權發明專利70余件,出版《采礦運輸技術與裝備》、《卓越采礦工程師》、《摩擦學的分形》等著作4部,培養博、碩士研究生100余名。

2021年當選為中國工程院院士。

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院士

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專家

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  • 作者(Author): 楊健健, 葛世榮, 王飛躍, 羅文杰, 張雨晨, 胡興濤, 朱濤, 吳淼

    摘要:雖然智能掘進技術已取得了一些進步,提出了護盾式、掘錨式等掘-支-錨多裝備的樣機設計,但從設備適用性及裝備配套性角度,仍存在個體裝備設計不嚴謹、樣機改型成本高、裝備控制不精準、巷道場景多樣不適應、群體設備難一致協同等諸多問題。造成上述問題的首要原因是缺少煤礦特殊生產環境下群體設備聯動協同控制的基礎理論研究,主要表現為對智能掘進所需的設備模型、場景實驗、數據驅動等基礎理論缺少研究。針對掘進復雜系統難以建模與實驗不足等問題,提出了平行掘進系統的研究思想,試圖用一種適合復雜系統的計算理論與方法解決智能化掘進現存問題,主要利用大型計算模型、預測并誘發引導復雜系統現象,通過整合人工社會、計算實驗和平行系統等方法,形成新的計算研究體系。以智能掘進復雜系統為研究對象,重點考慮掘-支-錨系統的整體控制理論與方法,結合智能化掘進相關研究基礎和方法,融入當前國內外復雜系統研究的最新科研進展,基于平行控制基礎理論及ACP(Artificial,Computing,Parallel)方法框架,運用代理控制理念及自適應動態規劃多智能體研究方法,開展智能掘進復雜系統的掘-支-錨平行控制基礎理論與方法研究。針對巷道復雜環境下的群體設備離散控制現狀,運用整體系統論的方法,完成掘進系統的掘進、支護、鉆錨群體設備代理模型的構建,根據多場景下復雜系統的計算實驗克服掘進巷道環境復雜、惡劣的工程驗證難題,最終實現智能掘進平行控制方法的理論創新與方法驗證。
  • 作者(Author): 葛世榮, 郝雪弟, 田凱, 高傳, 勒立坤

    摘要:深部煤層構造較為復雜,實現采煤機無人駕駛開采更加困難。在總結采煤機結構和截割調控技術演變歷程基礎上,提出了采煤機截割調控技術在經歷了人工目測截割、機載探測截割、示教記憶截割三個發展階段后,已經進入到自主導航截的第四階段,并提出了適用于深部煤層采煤機自動駕駛的導航截割理論與技術框架,包括導航地圖、位姿感知、路徑規劃、姿態控制4項技術內涵,和精細化煤層截割定位地圖、精準化煤層截割導航地圖、動態化煤層截割導控地圖、采煤機融合定位方法、定位精度提升、智采機組全位姿參數矩陣建立、物理-虛擬模型驅動與交互、無人駕駛防沖撞路徑規劃、截割作業智能調高調直九項關鍵技術。系統闡述了采煤機自主導航截割技術相關核心技術基本原理:首先,構建煤層智能化開采導航地圖,從精細化煤層截割定位、精準化煤層截割導航和動態化煤層截割導控3個關鍵步驟實現地圖構建及更新;其次,通過融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤機位姿精確感知;再次,創建智采機組全位姿參數矩陣,并結合物理-虛擬模型驅動與交互技術構建出導航截割數字孿生系統;最后,基于實時綜采裝備位姿狀態和煤層導航地圖信息,實現了無人駕駛防干涉防沖撞路徑規劃、截割滾筒自適應調高控制以及行走路徑自動調直控制。從而實現了深部煤層采煤機智能導航截割控制,為智采工作面實現無人作業提供了新的理論技術支撐。
  • 作者(Author): 葛世榮

    摘要:煤炭開采業的發展加速了歐洲的第一次工業革命,而這次工業革命也催生了一批采煤機制造商,為歐洲煤炭產量快速增長提供了關鍵設備。20世紀50年代之前,全球絕大部分采煤機制造商分布在歐洲國家和美國,亞洲僅有日本小松公司涉足采礦設備,而在我國只有1933年設立的雞寧機械制作所(雞西煤礦機械廠前身)。新中國成立之后,我國在東北、華北和西北建立了一批采煤機及相關裝備制造廠,使我國采煤機制造能力從無到有、從弱到強。進入20世紀90年代,由于國外煤礦煤炭開采量下降以及煤礦井型增大,采煤機需求量逐漸萎縮,迫使采煤機制造商走上了并購重組之路,目前的全球五大采煤機制造集團是美國卡特彼勒、日本小松、德國艾柯夫、瑞典山特維克、波蘭法姆爾。近10年來,我國采煤機制造企業加快了重組步伐,目前采煤機制造能力聚集到七大煤機集團,它們是中煤裝備公司、天地科技公司、太重煤機公司、西安重裝集團、鄭煤機集團、山能重裝集團、晉能裝備集團??v觀采煤機150多年的發展歷程,高截割性、高可靠性、高智能性一直是采煤機技術創新的核心出發點,采煤機產能與其機能、智能緊密相關,機器人化將是未來采煤機的重要創新方向。
  • 作者(Author): 胡而已, 葛世榮

    摘要:介紹了煤礦機器人技術的基礎研究概況,從文獻檢索分析來看,煤礦機器人已成為現代煤機裝備領域的研究熱點,2020年國家科學技術部和國家自然科學基金委分別設立專項支持技術攻關和裝備研發,社會各界通力合作打造形式多樣的煤礦機器人人才培養和研發創新平臺,在世界上最先提出并構建了首個完整的煤礦機器人技術體系,規劃了5大類38種煤礦機器人的重點研發方向。綜述了當前我國各類煤礦機器人研發的最新進展,目前煤礦盾構機器人、掘進工作面機器人群、采煤工作面機器人群、選矸機器人、工作面巡檢機器人、礦井救援機器人等19種煤礦機器人已在現場實現了不同程度的應用;另外,臨時支護機器人、充填支護機器人、水倉清理機器人、井下無人駕駛運輸車等13種煤礦機器人已有企業正在研發;但仍有6種機器人研發難度較大,目前進展相對緩慢。未來需要繼續加強基礎科學研究,突破關鍵核心技術,加快工程實踐應用,逐步形成個性化、智慧化、共融化、重載化、標準化的煤礦機器人發展格局。
  • 作者(Author): 鮑久圣, 鄒學耀, 陳超, 葛世榮, 趙亮, 馬馳, 陰妍

  • 作者(Author): 葛世榮

    摘要:采煤機實現自動化或智能化運行,必須能夠準確獲取作業位置、周圍環境、煤層狀態等信息.重點介紹了采煤機運行過程中的空間障礙、瓦斯濃度、行走位置、軌跡直線度等感知技術發展。在采煤機空間避障和防撞保護方面,基于毫米波雷達、激光雷達、圖像識別的機器視覺感知技術具有優勢,但目前在采煤機上尚未成熟應用,亟需深入研究.在機載瓦斯監測方面,差分吸收激光雷達探測技術和可調諧二極管激光吸收光譜探測技術是具有應用前景的瓦斯探測技術,目前尚少相關研究報道。在采煤機行進軌跡定位和直線度檢測方面,基于捷聯慣導的多傳感器定位技術成為研究和應用熱點,國內技術已漸進成熟和實用化。此外,基于激光雷達的SLAM 機器視覺技術值得關注,可以把空間建模、避障防撞、行走定位、軌跡跟蹤、姿態監測等多項任務融為一體,為構建采煤機數字孿生運行模型奠定感知技術基礎。
  • 作者(Author): 葛世榮

    摘要:采煤機在煤礦惡劣環境中運行,其可靠性制約著采煤機高截割性、高智能性的發揮程度,對煤炭產量、成本甚至安全生產都有至關重要的影響,因此要從可靠性設計、可靠性增強、可靠性材料、可靠性運維4個方面提高采煤機產品可靠性。從國內外采煤機研發經驗來看,可靠性設計的重點是部件可靠性、摩擦可靠性、結構冗余性、環境適應性、功能模塊化、安全保護裝置的設計創新;可靠性增強的措施是結構可靠性、牽引可靠性、驅動可靠性、供電可靠性的改進創新;材料可靠性的關鍵是齒輪材料、行走輪材料、滑靴材料、截齒材料、搖臂材料、滾筒材料的選優配強;可靠性運維的質量在于過載保護技術、故障監測診斷、預測性維修的有效實施。從定量分析看,目前國產采煤機整機可靠度與國外同類產品還存在較大差距,以上4個方面的可靠性改進有助于我國采煤機可靠性快速提升。
  • 作者(Author): 葛世榮

    摘要:截割機構是采煤機自動化、智能化切削煤層的關鍵裝置,必須具備高截割性、高可靠性、高智能性的“三高”能力。由于截割機構的功耗約占采煤機裝機功率的80%以上,故障率占到采煤機故障率的50%以上,近百年來國內外對采煤機截割機構進行了不斷的改進和創新,包括截割滾筒構型、截齒構型、耐磨截齒、截割滾筒降塵技術等,截割機構也從鏈條截齒式發展為滾筒截齒式。截割滾筒從鼓形滾筒誕生之后,經歷了自裝載滾筒、螺旋滾筒、自切入滾筒、強力滾筒的發展變革。截齒構型發展經歷了5個階段,分別是刀形截齒、鎬形截齒、強力截齒、尖頭鎬形截齒、大截深刀齒。截齒耐磨壽命對于采煤機可靠性影響很大,目前已發展了三代耐磨截齒,第一代是硬質合金截齒,第二代是復合耐磨截齒,第三代是聚晶金剛石截齒。由于滾筒采煤機的應用增大了工作面粉塵生成量,因此研發出截割工藝減塵、滾筒噴霧降塵、吸塵滾筒除塵等抑塵技術;目前多采用外噴霧和二次負壓聯合降塵技術。首次從虎爪結構仿生角度探討了截齒及截割機構的發展路徑,認為未來采煤機截割機構的仿生設計是實現高截割性、高可靠性、高智能性的新路徑。
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