引入溶质扩散平移方程和Fick扩散定理来模拟瓦斯的流动扩散行为,应用N-S方程和Brinkman方程构建工作面和采空区气体流动模型,并将两个模型有机地联系在一个统一的流动场中,基于质量守恒和压力平衡,建立出采煤工作面瓦斯流动的物理模型。进风巷道、回风巷道、工作面以及采空区瓦斯涌出和扩散被有效地联系在了一起,应用COMSOL Multiphysics多物理耦合分析工具求解该物理模型。模型计算结果表明:该模型能够模拟工作面和采空区瓦斯浓度分布,并能对瓦斯专排巷的位置布置、工作面通风方式优劣进行对比判断,对于采煤工作面有一定的适用性。

按照滤膜质量浓度法对开滦林南仓矿1186综采工作面粉尘浓度进行了现场实测。在建立工作面粉尘浓度分布模型的基础上,采用Fluent软件进行数值模拟计算,将计算结果与现场实测数据进行对比分析,结果表明,数值模拟与现场实测数据基本吻合。

为了进一步提高煤矿井下智能化采煤工作面系统自主运行和人机交互能力，达到真正的无人化开采境界，本文提出数字孪生智采工作面系统（Digital Twin Smart Mining Workface）的概念、架构及构建方法，融合应用5G通信技术、物联网技术和仿生智能技术，从而搭建一个智采工作面的数字孪生远程操作平台。首次定义数字孪生智采工作面是一个数据可视化、人机强交互、工艺自优化的高逼真采煤工作面三维镜像场景，它由物理工作面、数字工作面和数据信息三个部分组成。文中介绍了DTSMW系统涉及的物理工作面、虚拟工作面、孪生数据、信息交互、模型驱动、边缘计算、沉浸式体验、云端服务、信息物理系统、智能终端等10项关键技术。新的DTSMW系统具有开采过程仿真、优化和监控功能，可以实现开采工艺数字孪生、开采过程数字孪生、设备性能数字孪生、生产管理数字孪生和生产安控数字孪生。研究了智采工作面的仿生智能特性，阐述了物理模块（躯干）、信息模块（大脑）、通信模块（神经）、控制模块（脑肌）、孪生模块（映像）的基本功能特征，特别描述了采煤机、液压支架和刮板输送机的仿生智能要素。针对DTSMW系统数据的高度依赖性，首