2026年中国矿业大学采矿工程(智能开采方向)试题及答案

2026年中国矿业大学采矿工程(智能开采方向)试题及答案一、单项选择题（每题1分，共10分）1.在智能开采技术体系中，实现采煤机、液压支架和刮板输送机协同运行的核心技术是（）A.惯性导航技术B.工作面直线度控制技术C.综采工作面三机协同控制技术D.煤岩识别技术答案：C2.下列传感器中，最常用于井下综采工作面人员精确定位的是（）A.红外传感器B.压力传感器C.UWB（超宽带）传感器D.温度传感器答案：C3.在智能掘进系统中，用于实现巷道断面自动成形控制的关键技术是（）A.激光指向技术B.惯性导航技术C.远程遥控技术D.断面自动扫描与控制系统答案：D4.下列不属于数字孪生技术在智能矿山中主要应用场景的是（）A.设备故障预测与健康管理B.开采工艺模拟与优化C.井下通风网络实时解算D.矿工生物信息监测答案：D5.对于厚煤层智能放顶煤开采，实现放煤过程智能化的基础是（）A.提高液压支架工作阻力B.准确识别顶煤放出状态C.增加放煤口尺寸D.提高采煤机牵引速度答案：B6.矿用5G通信网络相较于传统矿用无线通信系统，在智能开采应用中最突出的优势是（）A.通信距离更远B.设备成本更低C.低时延与高可靠D.抗干扰能力更强答案：C7.在智能通风系统中，用于根据工作面推进和瓦斯涌出动态调节风量的核心是（）A.大型通风机变频技术B.风门风窗自动调节装置C.基于多源信息融合的通风决策模型D.风速传感器网络答案：C8.下列岩石物理力学参数中，对采煤机滚筒智能调高和切割载荷预测影响最为直接的是（）A.岩石密度B.岩石单轴抗压强度C.岩石孔隙率D.岩石弹性模量答案：B9.实现刮板输送机智能调速，主要依据的传感信息不包括（）A.煤流量监测信息B.电机电流与功率信息C.链条张紧力信息D.工作面环境湿度信息答案：D10.在智能矿山数据平台架构中，负责对海量异构数据进行清洗、融合与标准化处理的部分通常是（）A.边缘计算层B.网络传输层C.数据中台D.应用展示层答案：C二、多项选择题（每题2分，共10分，多选、少选、错选均不得分）1.智能工作面“透明地质”保障技术主要依赖以下哪些地质数据的精准获取与建模？（）A.煤层厚度与起伏形态B.煤层顶底板岩性及强度C.地质构造（断层、褶曲）分布D.水文地质条件E.矿区地面建筑物分布答案：ABCD2.下列技术中，属于煤岩界面识别主要技术路径的有（）A.基于采煤机截割振动信号分析B.基于红外热成像温度差异C.基于自然γ射线辐射强度差异D.基于采煤机电流与功率特征分析E.基于机器视觉的图像纹理识别答案：ABCDE3.液压支架电液控制系统的主要智能化功能包括（）A.邻架/隔架程序自动控制B.基于压力监测的自动补压C.支架姿态（倾角）监测与防倾倒控制D.跟随采煤机位置的自动跟机移架E.支架动作数据上传与远程干预答案：ABCDE4.井下智能运输系统可能包含的关键技术有（）A.带式输送机智能调速与巡检机器人B.无人驾驶矿用防爆车辆C.基于RFID的物料智能配送管理D.辅助运输连续化装备E.运输大巷交通信号智能调度答案：ABCDE5.智能矿山建设中对“信息孤岛”问题的解决，通常涉及以下哪些层面的工作？（）A.制定统一的数据编码与接口标准B.建设矿山工业互联网平台C.部署更多的自动化子系统D.构建矿山数据中台E.采用统一的通信协议答案：ABDE三、填空题（每空1分，共10分）1.综采工作面智能化的核心目标是实现“______、______、______”的少人化或无人化开采。答案：采煤机自动割煤，液压支架自动跟机，运输设备智能联动2.矿山高精度定位技术主要分为______定位（如UWB）和______定位（如惯性导航、里程计组合）两大类。答案：绝对，相对3.智能掘进机的自主导航主要解决______、______和______三个关键问题。答案：位姿感知，路径规划，运动控制4.数字孪生矿山是物理矿山的虚拟映射，其核心要素包括______、______、______与交互。答案：数据，模型，算法5.智能通风系统中，利用______算法对海量监测数据进行挖掘，可实现瓦斯涌出与火灾风险的超前预警。答案：大数据或机器学习（答出一个即可）四、简答题（每题5分，共30分）1.简述智能开采中“远程干预型无人开采”模式的基本内涵及其适用条件。答案：“远程干预型无人开采”模式是指采煤工作面生产过程中，采煤机、液压支架、刮板输送机等主要设备在预设程序和自动控制下完成绝大部分工艺动作，操作人员无需在井下工作面跟机作业，而是在地面调度中心或远程控制台进行监控，仅在设备出现故障、自动程序无法处理复杂工况或需要调整工艺参数时才进行远程人工干预。其适用条件包括：煤层地质条件相对稳定，构造简单；工作面装备具备完善的感知、通信与自动执行能力；具备高可靠的矿井通信网络与远程控制平台；有完善的应急保障机制。2.列举并简要说明三种用于采煤机滚筒自动调高的感知技术原理。答案：（1）记忆截割技术：基于学习示范刀割煤轨迹，结合采煤机位置编码器信息，在后续截割中复现调高动作，适用于煤层厚度稳定、起伏变化缓慢的条件。（2）基于煤层地质模型的调高技术：利用钻孔、槽波地震等勘探数据构建工作面煤层顶底板数字模型，采煤机根据自身定位坐标从模型中获取理论截割高度进行调高，实现基于透明地质的预控制。（3）基于近程探测的调高技术：在采煤机滚筒前方安装雷达、超声波或激光测距传感器，实时探测滚筒至顶底板的距离，形成反馈控制回路实现自动调高，能应对地质变化，但对传感器可靠性要求高。3.什么是矿山“云-边-端”协同计算架构？请说明各层级的主要功能。答案：矿山“云-边-端”协同计算架构是智能矿山数据处理与计算的新型分层体系。“端”指部署在井下设备侧的智能传感终端与控制终端，负责原始数据采集、简单预处理与本地快速响应控制。“边”指部署在井口或井下变电所等关键位置的边缘计算服务器，负责汇聚一定区域内的“端”数据，进行数据清洗、融合、协议转换及需要快速响应的复杂分析（如设备故障实时诊断），减轻云端压力，降低传输时延。“云”指地面数据中心或私有云/公有云平台，负责海量历史数据的存储、深度挖掘、复杂模型训练（如产能预测、灾害模拟）、全矿级业务应用与决策支持。三者协同，实现数据处理的优化分配与高效利用。4.简述智能矿山建设中工业互联网平台的作用。答案：智能矿山工业互联网平台是连接矿山人、机、料、法、环全要素的神经中枢。其主要作用包括：（1）实现异构设备与系统的互联互通，通过协议解析与适配，打破信息孤岛。（2）提供海量数据采集、存储、管理与分析服务，是矿山数据资产化的基础。（3）支撑工业APP的快速开发与部署，将专业知识、工艺模型封装成可复用的微服务，如设备健康管理APP、生产优化APP。（4）实现资源的优化配置与协同，如生产任务智能调度、能源协同管理。（5）保障网络安全与数据安全，提供统一的访问控制与安全防护能力。5.在智能放顶煤过程中，如何利用多种传感信息综合判断放煤结束点？答案：综合判断放煤结束点通常采用多源信息融合方法，主要依据包括：（1）视觉信息：通过安装在支架后部的摄像头观察放煤口流出物颜色、粒度及含矸率变化，当出现大量矸石时提示结束。（2）声音信息：通过麦克风采集放煤过程中矿石撞击溜槽的声音特征，利用音频分析技术识别煤流减弱和矸石增多的特征。（3）振动信息：在放煤溜槽或后部输送机上安装振动传感器，分析煤流冲击产生的振动信号幅值与频率特征变化。（4）煤量计量信息：通过核子秤、雷达料位计等估算已放出煤量，与根据煤层厚度和放煤步距计算的理论放煤量进行比对。通过融合上述多种传感信息，利用模糊逻辑、神经网络等算法进行决策，可提高放煤结束点判断的准确性与可靠性。6.说明数字孪生技术在智能通风动态调控中的应用方式。答案：数字孪生技术在智能通风动态调控中的应用主要体现在：首先，基于矿井三维地理信息系统、通风网络解算模型及实时传感器数据（风量、风压、瓦斯浓度、温度等），构建与物理通风系统同步运行的虚拟孪生体。其次，利用孪生体进行仿真模拟与预测，例如：模拟工作面推进、密闭墙构筑等生产活动变化对通风网络的影响；预测未来一段时间瓦斯涌出规律及所需风量；模拟火灾、瓦斯突出等灾变时期的风流状态与烟流蔓延。最后，基于仿真与预测结果，在虚拟空间中对风机变频调速、风门风窗开度调整等调控方案进行预演与优化，将最优方案下发至物理通风系统执行，实现通风系统的超前预警、动态优化与智能决策，保障通风安全与经济运行。五、计算分析题（每题10分，共20分）1.某智能综采工作面采用记忆截割为主、人工远程干预为辅的割煤模式。已知工作面长度L=300m，采煤机双向割煤，平均牵引速度v=6m/min，端头斜切进刀等工艺耗时总计T_t=25min/刀。在8小时生产班内，因地质变化（如薄煤带）需人工远程干预调整滚筒高度，统计平均干预次数为n=3次/班，每次干预导致的停机及处理时间平均为Δt=5min/次。试计算：（1）理论循环割煤时间T_c（不计干预）。（2）考虑人工干预影响后的每班实际可割煤刀数N。（3）该工作面的自动化率η（以割煤时间计）。答案：（1）理论循环割煤时间T_c：采煤机割一刀煤需走行工作面长度两倍（往返），故理论循环时间T_c=2L/v+T_t=(2*300)/6+25=100+25=125min/刀。（2）每班实际可割煤刀数N：一个生产班时间T_shift=8*60=480min。考虑干预后，每班用于干预的总时间T_i=n*Δt=3*5=15min。实际可用于割煤的时间T_avail=T_shift-T_i=480-15=465min。实际割煤刀数N=T_avail/T_c=465/125=3.72刀，取整数为3刀（因最后一刀时间不足）。（3）自动化率η：自动化割煤时间指无需人工干预的割煤时间。每班理论总割煤时间（按3.72刀计）为3.72*125=465min。其中人工干预导致停机15min，故纯自动运行时间为465-15=450min（此处将干预处理时间视为非自动时间）。自动化率η=(自动运行时间/总割煤时间)*100%=(450/465)*100%≈96.77%。或按另一种理解，总班时480min，干预占用15min，自动化率=(480-15)/480*100%=96.875%。两种算法结果接近。2.某矿计划在智能掘进工作面应用超宽带（UWB）精确定位系统。已知定位区域为一段长度800m的直巷道，要求在巷道内实现优于0.3m的二维定位精度。现设计采用基站部署方案，基站安装于巷道两帮。UWB信号在井下巷道中的视距传播距离约为80m（保证高精度）。为保证整个区域覆盖且满足精度要求，请分析计算：（1）至少需要部署多少个定位基站？并简述部署原则。（2）若考虑巷道拐弯或分叉，部署方案应如何调整？（3）除了基站部署，还有哪些因素会影响最终的定位精度？答案：（1）基站数量计算与部署原则：要求覆盖800m长直巷道，每个基站有效覆盖半径（保证高精度）约为80m。为减少盲区并实现冗余定位，基站通常需交错布置于巷道两帮，间距应小于有效覆盖直径。若按单侧部署，间距80m，需800/80+1=11个。但更常见的双侧交错部署能提高精度和可靠性，双侧部署时，同侧基站间距可设为100-120m，对侧基站交错布置。此时，覆盖800m至少需要一侧部署基站数：800/120≈6.7，取整7个，两侧共14个。但考虑到起点和终点需覆盖，以及精度要求高（0.3m），可能需要更密集部署。一个保守估计是双侧交错，间距60-80m，则单侧需要800/70≈11.4，取整12个，两侧共24个。实际工程中需根据现场电磁环境测试确定。部署原则：基站应安装在视距条件良好的位置，避开大型金属障碍物；高度适宜，与标签高度相当；供电与通信线路可靠；在区域起点、终点及关键点位需重点保障。（2）巷道拐弯或分叉调整方案：在拐弯处，内侧基站信号可能被遮挡，需在拐弯外侧或拐点后方增设基站，确保拐弯前后区域都能被至少三个基站同时覆盖。在分叉口，需在分叉的每个支路入口附近部署基站，确保标签进入任一分支后能迅速被该支路的基站群捕获，实现无缝定位区域切换。整体网络需统一规划基站ID与坐标，由定位解算服务器管理。（3）影响定位精度的其他因素：包括但不限于：非视距传播（NLOS）导致信号传播时间增长；多径效应引起信号干扰；基站自身时钟同步误差；标签与基站的天线方向性及安装姿态；巷道内设备、车辆、人员移动造成的动态遮挡；环境温湿度对射频信号的轻微影响；定位算法的优劣（如对NLOS的识别与抑制能力）。六、综合应用题（每题10分，共20分）1.现欲为某新建千万吨级智能化示范矿井设计其智能生产管控系统总体架构。该矿井包含2个智能综采工作面、3个智能掘进工作面，并配有智能主运、辅助运输、通风、供电、排水等系统。请绘制其系统逻辑架构框图（文字描述即可），并阐述各主要层级（如现场设备层、控制层、生产执行层、经营管理层）的核心功能与关键技术支持。答案：系统总体逻辑架构采用分层设计，自下而上包括：（1）现场设备层：由各类智能传感器（振动、温度、压力、视觉、位置、气体等）、智能执行器（变频器、电液控阀组、伺服驱动器等）、智能设备（采煤机、掘进机、液压支架、机器人等）构成。关键技术支持：设备嵌入式智能、工业总线（如CAN、PROFINET）、工业以太网、本安防爆技术。（2）控制层：包括工作面集控中心、掘进面集控站、运输系统PLC控制站、机电硐室分控站等。负责接收设备层数据，执行本地逻辑控制、闭锁保护、单机自动化和子系统的协同联动控制（如三机联动）。关键技术支持：可编程逻辑控制器（PLC）、分布式控制系统（DCS）、工业实时控制网络、边缘计算网关。（3）生产执行层（MES层）：部署矿井综合自动化平台与生产执行系统。核心功能：汇聚全矿各子系统实时数据，进行生产全流程（采、掘、机、运、通）的集中监控与调度指挥；生产计划分解与下发；设备运行状态管理与故障报警；生产数据（产量、进尺、能耗等）统计与分析；安全监测监控信息集成与联动。关键技术支持：SCADA系统、实时历史数据库、数据集成与融合平台、工业互联网平台（部分功能）、数字孪生可视化引擎。（4）经营管理层（ERP/决策层）：与企业资源计划系统对接。核心功能：基于生产执行层数据，进行生产成本核算、物资需求计划、设备全生命周期管理、销售管理、经营决策分析等。关键技术支持：企业级数据库、商业智能分析工具、大数据分析平台、云计算资源。此外，贯穿各层的还有统一的网络通信层（工业环网、5G/WiFi6无线网络）、数据资源层（数据湖/数据中台）以及信息安全防护体系。各层级之间通过标准数据接口和服务总线进行信息交互，实现从设备控制到经营决策的纵向集成与各生产环节的横向协同。2.针对智能开采中广泛应用的液压支架电液控制系统，请分析其可能面临的主要网络安全风险，并提出相应的纵深防御策略。答案：主要网络安全风险：（1）非法接入与访问控制风险：未经授权的设备接入控制系统网络，或低权限人员越权访问高权限控制指令。（2）数据篡改与伪造风险：在传输过程中，传感器数据、控制指令被恶意篡改或伪造，导致支架误动作（如突然卸压、错误推移），引发顶板事故。（3）恶意代码与病毒攻击：通过移动存储介质、维护笔记本或网络漏洞植入病毒、木马，破坏控制程序或窃取数据。（4）拒绝服务攻击：攻击者向控制器发