煤矿安全与环保

煤矿钻机数字孪生系统建模设计

孙 宏强

石家庄学院 机电学院

赵 晓琛

石家庄学院 机电学院

张 有弛

河北科技大学 电气工程学院

丁 梓炫

石家庄学院 机电学院

赵 郑涛

石家庄学院 机电学院

张 庆一

石家庄学院 机电学院

王 凯

石家庄学院 机电学院

DOI: https://doi.org/10.59429/mkaqhb.v8i3.15423

Keywords: 数字孪生；煤矿钻机；三维建模；钻机智能化；煤矿少人化

---

Abstract

煤炭作为我国主体能源，其高效安全开采对保障能源安全具有重要意义。针对煤矿开采环境复杂、劳动力短 缺及安全风险高等问题，将数字孪生技术应用于煤矿钻机，构建虚实映射、实时交互的煤矿钻机数字孪生系统。通 过传感器网络采集钻机运行数据，结合三维建模与仿真技术，实现钻机状态监控、故障预测、远程操控与智能决策。 详细阐述了钻机结构组成、工作原理、关键机构设计及建模过程，并基于 SolidWorks 平台完成了钻机模型的构建与 装配验证，以提升钻机智能化水平，助力煤矿实现少人化、高效化与安全生产。

---

References

[1] 国家能源局. 新时代的中国能源发展白皮书[R]. 北京 : 国务院新闻办公室，2020.

[2] Tao F, Zhang H, Liu A, et al. Digital Twin in Industry: State-of-the-Art[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019, 15(4): 2405-2415.

[3] 王国法，任怀伟，赵国瑞等. 智慧煤矿数字孪生技术架构与实现方法[J]. 煤炭学报，2022, 47(1): 1-15.

[4] 曹艳丽，王俊澎，徐兴强等. 基于 Map1eSim 的液压支架数字孪生体建模与分析[J]. 机械设计与研究，2025,8.

[5] 自健华，袁逸萍，肖鹿等．基于数字孪生的矿用带式输送机智能监测，平台研究与实现[J/OL]．机床与液压，网络首发日期：2025-10-29.

[6] 刘永，王海舰，李首滨. 基于数字孪生的液压支架群虚拟监测系统研究[J]. 煤炭科学技术，2021, 49(6): 200-207.

[7] 张旭刚，张强，王学文等. 基于 SolidWorks 与 Unity3D 的采煤机数字孪生系统研究[J]. 机械设计与制造，2023(3): 1-5.