(2025年)智能化綜采試題附答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.智能化綜采工作面中，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓支架姿態(tài)的核心傳感器是（）。A.溫度傳感器B.傾角傳感器C.壓力傳感器D.振動(dòng)傳感器2.采煤機(jī)記憶截割功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是（）。A.高精度慣導(dǎo)定位B.人工示教軌跡存儲(chǔ)與復(fù)現(xiàn)C.煤巖硬度在線識(shí)別D.刮板輸送機(jī)直線度控制3.下列不屬于智能化綜采“三機(jī)協(xié)同”控制對(duì)象的是（）。A.采煤機(jī)B.液壓支架C.乳化液泵D.刮板輸送機(jī)4.5G技術(shù)在智能化綜采中的核心應(yīng)用是（）。A.降低設(shè)備功耗B.實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)低延遲數(shù)據(jù)傳輸C.替代工業(yè)環(huán)網(wǎng)D.提升傳感器精度5.智能煤巖識(shí)別系統(tǒng)中，基于多光譜分析的技術(shù)主要利用（）。A.煤巖反射光譜差異B.截割振動(dòng)頻率差異C.電磁輻射強(qiáng)度差異D.紅外熱成像特征6.智能化綜采工作面工業(yè)環(huán)網(wǎng)的典型冗余設(shè)計(jì)方式是（）。A.單環(huán)網(wǎng)+備用電源B.雙環(huán)網(wǎng)耦合+環(huán)網(wǎng)冗余協(xié)議C.星型拓?fù)?光纖直連D.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)+有線備份7.液壓支架電液控制系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間需控制在（）以內(nèi)，以滿足跟機(jī)自動(dòng)化要求。A.500msB.200msC.1sD.300ms8.智能化綜采工作面數(shù)字孿生系統(tǒng)的核心功能是（）。A.設(shè)備故障實(shí)時(shí)報(bào)警B.物理實(shí)體的動(dòng)態(tài)映射與仿真C.歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)D.人員定位管理9.下列關(guān)于智能泵站系統(tǒng)的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.需根據(jù)支架動(dòng)作需求自動(dòng)調(diào)節(jié)供液壓力B.乳化液濃度需維持在3%-5%C.可通過流量傳感器監(jiān)測漏液故障D.必須采用恒壓控制模式10.智能化綜采工作面安全預(yù)警系統(tǒng)的輸入不包括（）。A.瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)B.設(shè)備運(yùn)行電流數(shù)據(jù)C.人員定位軌跡數(shù)據(jù)D.地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)二、填空題（每題2分，共20分）1.智能化綜采工作面的“感知層”主要由各類傳感器、（）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。2.采煤機(jī)智能調(diào)速的依據(jù)通常包括煤巖硬度、（）和刮板輸送機(jī)負(fù)載。3.液壓支架自動(dòng)跟機(jī)時(shí)，需通過（）傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測與采煤機(jī)的相對(duì)位置。4.工業(yè)環(huán)網(wǎng)的典型延遲需控制在（）ms以內(nèi)，以滿足設(shè)備協(xié)同控制需求。5.煤巖識(shí)別技術(shù)中，（）方法通過分析截齒受力波動(dòng)特征實(shí)現(xiàn)識(shí)別，適用于中硬煤層。6.智能化綜采工作面的“決策層”核心設(shè)備是（），負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)融合與控制策略提供。7.5G基站在井下的覆蓋距離通常為（）米，需結(jié)合漏泄電纜擴(kuò)展信號(hào)。8.慣導(dǎo)系統(tǒng)用于采煤機(jī)定位時(shí)，需定期通過（）進(jìn)行誤差修正，避免累積偏差。9.智能乳化液配比系統(tǒng)需實(shí)時(shí)監(jiān)測（）和電導(dǎo)率，確保濃度符合要求。10.數(shù)字孿生系統(tǒng)中，（）模型需動(dòng)態(tài)映射液壓支架的姿態(tài)、受力等物理狀態(tài)。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述智能化綜采工作面“三層架構(gòu)”的具體組成及各層功能。2.說明多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)在智能化綜采中的應(yīng)用場景及關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。3.對(duì)比分析基于雷達(dá)探測和基于截割電流的煤巖識(shí)別方法的優(yōu)缺點(diǎn)。4.列舉液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟機(jī)的必要條件（至少5項(xiàng)）。5.闡述智能化綜采工作面設(shè)備健康管理系統(tǒng)的核心功能模塊及技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某智能化綜采工作面采用慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行定位，已知慣導(dǎo)系統(tǒng)的加速度計(jì)誤差為0.05m/s2（隨機(jī)誤差），陀螺儀漂移率為0.1°/h。若采煤機(jī)以3m/min的速度沿直線運(yùn)行2小時(shí)，忽略初始誤差，計(jì)算定位系統(tǒng)的累積位置誤差（提示：位置誤差由加速度計(jì)積分誤差和陀螺儀漂移引起的方向誤差共同決定，方向誤差導(dǎo)致的位置偏差≈運(yùn)行距離×sinθ，θ為方向偏差角）。2.某工作面工業(yè)環(huán)網(wǎng)采用雙環(huán)冗余設(shè)計(jì)，單環(huán)網(wǎng)傳輸延遲為8ms，環(huán)網(wǎng)切換時(shí)間為15ms。若主環(huán)網(wǎng)發(fā)生故障，計(jì)算從故障檢測到備用環(huán)網(wǎng)接管控制的總延遲（假設(shè)故障檢測時(shí)間為5ms，切換后數(shù)據(jù)同步時(shí)間為3ms）。五、案例分析題（20分）某智能化綜采工作面在推進(jìn)至1200m時(shí)，瓦斯傳感器顯示局部區(qū)域濃度達(dá)到0.8%（臨界值為1.0%），同時(shí)采煤機(jī)截割電流突然升高15%，液壓支架壓力監(jiān)測顯示3支架立柱壓力下降20%。結(jié)合智能化綜采系統(tǒng)功能，分析可能的故障原因及應(yīng)采取的智能決策流程。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.C4.B5.A6.B7.B8.B9.D10.D二、填空題1.數(shù)據(jù)采集模塊2.刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力3.激光測距（或雷達(dá)測距）4.205.截割載荷分析6.集控中心服務(wù)器（或智能決策平臺(tái)）7.100-1508.差分GPS（或全站儀定位）9.乳化油添加量10.物理實(shí)體映射三、簡答題1.智能化綜采“三層架構(gòu)”包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、決策層。感知層：由傳感器（如傾角、壓力、位移傳感器）、攝像頭、數(shù)據(jù)采集模塊組成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)獲取設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)（如瓦斯、溫度）及煤巖特征數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層：由工業(yè)環(huán)網(wǎng)（光纖+5G）、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，承擔(dān)數(shù)據(jù)高速傳輸與本地預(yù)處理功能，確保低延遲（<20ms）、高可靠（冗余設(shè)計(jì)）的數(shù)據(jù)交互。決策層：以集控中心服務(wù)器為核心，集成AI算法、數(shù)字孿生模型，通過多源數(shù)據(jù)融合實(shí)現(xiàn)設(shè)備協(xié)同控制（如采煤機(jī)調(diào)速、支架跟機(jī)）、安全預(yù)警（如瓦斯超限）及生產(chǎn)優(yōu)化（如割煤路徑規(guī)劃）。2.應(yīng)用場景：煤巖識(shí)別（融合截割電流、振動(dòng)、多光譜數(shù)據(jù)）、設(shè)備協(xié)同控制（融合采煤機(jī)位置、支架姿態(tài)、刮板機(jī)負(fù)載數(shù)據(jù)）、安全預(yù)警（融合瓦斯?jié)舛?、設(shè)備溫度、人員定位數(shù)據(jù)）。關(guān)鍵難點(diǎn)：①數(shù)據(jù)異質(zhì)性（傳感器類型多、采樣頻率差異大）；②噪聲干擾（井下強(qiáng)電磁環(huán)境導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真）；③實(shí)時(shí)性要求（控制指令需在50ms內(nèi)提供）；④融合模型泛化性（不同煤層條件下的特征差異）。3.雷達(dá)探測法：優(yōu)點(diǎn)是可提前探測煤巖界面（超前3-5m），非接觸式測量，不影響正常截割；缺點(diǎn)是受煤層含水量、介電常數(shù)影響大，復(fù)雜地質(zhì)條件下精度下降（誤差±200mm）。截割電流法：優(yōu)點(diǎn)是成本低（利用現(xiàn)有電流傳感器），實(shí)時(shí)性高（響應(yīng)時(shí)間<100ms）；缺點(diǎn)是依賴截割工況（如截割速度、截齒磨損），僅能識(shí)別當(dāng)前截割位置的煤巖，無法超前預(yù)測，硬巖截割時(shí)易誤報(bào)。4.必要條件：①采煤機(jī)精確定位（誤差<100mm）；②液壓支架姿態(tài)監(jiān)測（傾角傳感器精度±0.5°）；③電液控制系統(tǒng)快速響應(yīng)（動(dòng)作時(shí)間<200ms）；④工業(yè)環(huán)網(wǎng)低延遲（數(shù)據(jù)傳輸延遲<20ms）；⑤跟機(jī)邏輯算法（包含推溜、移架順序控制策略）；⑥故障自診斷功能（如閥組卡阻檢測）。5.核心功能模塊：①狀態(tài)監(jiān)測：通過振動(dòng)、溫度、電流傳感器實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電機(jī)軸承溫度、減速器振動(dòng)頻率）。②故障診斷：基于機(jī)器學(xué)習(xí)（如隨機(jī)森林、LSTM）建立故障特征庫，識(shí)別軸承磨損、齒輪點(diǎn)蝕等早期故障。③壽命預(yù)測：結(jié)合設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與應(yīng)力分析模型（如Miner累積損傷理論），預(yù)測關(guān)鍵部件（如截齒、液壓油缸）剩余壽命。④維護(hù)決策：根據(jù)故障等級(jí)（緊急/一般）提供維修工單，優(yōu)化檢修計(jì)劃（如避峰檢修）。技術(shù)路徑：采用邊緣計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理（濾波、特征提?。ㄟ^工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳至集控中心，利用數(shù)字孿生模型模擬故障演化過程，結(jié)合專家知識(shí)庫輸出決策。四、計(jì)算題1.①加速度計(jì)誤差引起的位置誤差：加速度誤差a=0.05m/s2，運(yùn)行時(shí)間t=2h=7200s，采煤機(jī)速度v=3m/min=0.05m/s，運(yùn)行距離S=v×t=0.05×7200=360m。加速度積分誤差導(dǎo)致的位移偏差ΔS1=?×a×t2=0.5×0.05×72002=1,296,000m（此結(jié)果顯然不合理，實(shí)際應(yīng)為隨機(jī)誤差的均方根累積，正確計(jì)算應(yīng)為：隨機(jī)誤差的位置誤差與時(shí)間平方根成正比，ΔS1≈a×t2/√3=0.05×72002/1.732≈1,491m，此處可能題目設(shè)定簡化，需按題意調(diào)整）。②陀螺儀漂移引起的方向誤差：漂移率ω=0.1°/h，2小時(shí)漂移角度θ=0.2°=0.00349rad。方向誤差導(dǎo)致的位置偏差ΔS2=S×sinθ≈360×0.00349≈1.256m?？偫鄯e誤差≈ΔS1+ΔS2（注：實(shí)際工程中加速度計(jì)隨機(jī)誤差的累積需用均方根計(jì)算，此處簡化為ΔS1≈a×t2/6=0.05×72002/6=43,200m，顯然超出現(xiàn)實(shí)，可能題目意圖為考察方法，正確步驟應(yīng)為：加速度計(jì)誤差導(dǎo)致的速度誤差Δv=a×t=0.05×7200=360m/s（不合理，說明題目參數(shù)需調(diào)整，實(shí)際慣導(dǎo)加速度計(jì)誤差通常為μg級(jí)，此處可能為假設(shè)值）。最終答案需根據(jù)題目設(shè)定，合理給出步驟即可。2.總延遲=故障檢測時(shí)間（5ms）+環(huán)網(wǎng)切換時(shí)間（15ms）+數(shù)據(jù)同步時(shí)間（3ms）=23ms。五、案例分析題可能故障原因：①瓦斯?jié)舛壬仙嚎赡芤蛎簩油笟庑宰兓?、局部地質(zhì)構(gòu)造（如小斷層）導(dǎo)致瓦斯涌出量增加；②采煤機(jī)截割電流升高：可能遇到夾矸層（煤巖硬度增加）或截齒磨損嚴(yán)重；③3支架壓力下降：可能因支架與頂板接觸不良（如頂板下沉）、立柱密封失效漏液。智能決策流程：1.數(shù)據(jù)融合與預(yù)警觸發(fā)：集控中心接收瓦斯（0.8%）、截割電流（+15%）、支架壓力（-20%）數(shù)據(jù)，通過閾值判斷（瓦斯<1.0%為預(yù)警級(jí)，截割電流>10%為異常，支架壓力<25%額定值為故障），觸發(fā)三級(jí)預(yù)警。2.原因排查：調(diào)用數(shù)字孿生模型模擬當(dāng)前工況，分析瓦斯涌出與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)聯(lián)（查詢地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)），對(duì)比截割電流歷史曲線判斷是否為夾矸（若相鄰采樣點(diǎn)持續(xù)升高則確認(rèn)），檢查3支架電液閥組狀態(tài)（是否有動(dòng)作指令未執(zhí)行）。3.控制策略提供：-采煤機(jī)：自動(dòng)降低截割速度（由3m/min降至2m/min），減少截割載荷；-液壓支架：對(duì)3支架發(fā)出補(bǔ)壓指令（電液閥組開啟，立柱升壓至額定壓力的85%），同時(shí)監(jiān)測