工矿自动化

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黄三, 张法全, 叶金才, 王国富, 王小红

2017, 43(3): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.001

<摘要>(65) <HTML> (8) <PDF>(6)

摘要:
为实现槽波地震数据采集系统中各个采集终端之间及同一采集终端2个通道之间的同步，设计了一种分布式的双通道槽波地震数据同步采集系统。该系统采用弱信号调理电路提高地震信号的信噪比，采用八通道同步采样芯片实现了同一采集终端上2个通道的同步采样，构建了由GPS接收机、数字锁相环及STM32主控制器组成的时钟同步系统，并采用自适应恒温晶振模型驯服算法对恒温晶振的温漂特性和老化特性进行预测和校准，使得各采集终端在矿井中仍可保持长期的时钟同步和时间同步。测试结果表明，该系统实现了分布式多通道地震信号的同步采集，在井下连续工作8 h，各个数据采集终端之间的同步精度优于10 μs。

重型刮板输送机张力检测系统设计

任威, 卢明立, 杨志明, 闵令江, 杨善国

2017, 43(3): 6-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.002

<摘要>(73) <HTML> (14) <PDF>(7)

摘要:
针对刮板输送机运行过程中张力难以有效监测的问题，设计了一种基于有限元分析的刮板输送机张力检测系统。通过分析刮板与刮板链之间的受力关系，寻找刮板与刮板链之间的张力敏感点，在若干刮板输送机刮板上嵌入应变传感器,测量刮板和链条之间弱耦合点的张力,进而获取刮板链张力分布，实现刮板输送机链条张力的动态监测。

基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统

陈园园, 刘玉春

2017, 43(3): 10-15. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.003

<摘要>(132) <HTML> (8) <PDF>(6)

摘要:
针对恒温晶振长期稳定性差和GPS易受干扰、短期稳定性差等问题，设计了基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统。该系统采用“ARM+CPLD”的模式作为核心处理单元，以GPS的秒脉冲信号为基准，采用频率偏差测量模块在2个相邻的秒脉冲之间对高频信号的晶振频率进行检测，并采用自适应PID控制器实现对恒温晶振输出频率的调节，有效地解决了因单个频率偏差过大而影响恒温晶振控制电压精度的问题，提高了系统的稳定性；以秒脉冲信号为计时器，定时对分频器进行复位操作，实现了恒温晶振累积误差的自动消除，保证了输出信号相位的同步。测试结果表明，该系统实现了瞬变电磁发射机和接收机的高精度同步，在GPS信号正常的情况下，同步精度约为270 ns；在GPS信号丢失的情况下，同步精度约为350 ns。目前该系统已成功应用到瞬变电磁探测系统中，大量应用结果表明，该系统稳定性好，同步精度高。

矿山大型机电设备协同控制

李敬兆, 高之翔, 杨大禹, 张晓明, 万露, 方泉

2017, 43(3): 15-19. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.004

<摘要>(81) <HTML> (14) <PDF>(16)

摘要:
根据矿山大型机电设备能量耗散强度对矿山生产系统进行了分类，给出了各子系统的主耗能设备。根据某煤矿资料得出了矿山大型机电设备耗电量，总结了矿山大型机电设备能耗影响因素。详细推导了矿山大型机电设备能耗公式，并采用最佳平方逼近方法优化设备工作效率，根据优化结果计算机电设备能耗。介绍了基于物联网的矿山大型机电设备协同控制系统设计方案，并通过实例验证了基于效率优化的矿山大型机电设备协同控制方法可有效降低煤矿生产能耗。

中国煤炭矿井物探技术现状及展望

张鹏

2017, 43(3): 20-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.005

<摘要>(110) <HTML> (9) <PDF>(9)

摘要:
在总结以槽波地震法、矿井瞬变电磁法、井下钻孔测斜为代表的煤炭矿井物探技术发展历程的基础上，指出在全空间、多场耦合、正反演等方面加强矿井物探方法理论基础研究，从不同物性联合反演、多参数对比识别等方面提高矿井物探精细探查水平，研发满足防爆要求的智能化、轻便化矿井物探装备是矿井物探技术的发展方向。

煤炭勘探及救援机器人最优路径规划研究

李晓静, 余东满

2017, 43(3): 24-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.006

<摘要>(70) <HTML> (15) <PDF>(11)

摘要:
为了解决三维环境中的煤炭勘探及救援机器人路径规划问题，提出了一种基于改进蚁群算法的煤炭勘探及救援机器人最优路径规划方法。利用栅格法创建了三维空间环境模型，建立了煤炭勘探及救援机器人的路径规划目标函数；通过引入新的启发函数因子、节点随机选择机制、局部更新和全局更新相结合的策略分别对算法的节点转移概率设计、节点选择策略和信息素更新策略进行了优化改进。Matlab仿真结果表明，在三维空间环境模型中，传统蚁群算法和改进蚁群算法均能为煤炭勘探及救援机器人搜索出一条最优路径；在不同任务要求下，改进蚁群算法能有效缩短搜索路径长度和降低路径搜索时间，且具有较强的决策能力和较好的收敛性能。

综采工作面过上覆房采区煤柱爆破应力演化规律研究

唐胜利, 孟庄涵, 徐拴海, 刘小平

2017, 43(3): 30-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.007

<摘要>(109) <HTML> (21) <PDF>(5)

摘要:
为解决下煤层采动时工作面顶板压力大、支架压死等问题，以韩家湾煤矿为工程背景，从多煤柱相互影响的角度出发，采用UDEC模拟软件对残留煤柱爆破前后的应力演化规律、顶板活动规律进行了研究。研究结果表明，下煤层采前对上层煤柱进行爆破，能够有效消除巷道围岩应力集中的问题；长壁工作面位于煤柱的正下方时，顶板垂直应力达到最大，易出现因载荷集中造成支架压死的现象。该研究成果对类似条件矿井安全开采的顶板控制具有一定的指导意义。

冷却净化水箱对防爆柴油机的影响研究

李强强, 张翠平, 张瑞亮, 孙秀全, 张钰栋, 孙丹丹

2017, 43(3): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.008

<摘要>(41) <HTML> (8) <PDF>(4)

摘要:
对加装冷却净化水箱前后的井下防爆柴油机进行了十一工况和外特性试验，分别测得不同工况下防爆柴油机排气口温度、排放废气及颗粒物含量、输出转矩、输出功率及油耗率，进而得到冷却净化水箱对防爆柴油机排放特性、动力性及经济性的影响。结果表明：防爆柴油机加装冷却净化水箱后，排气降温效果明显，废气温度不高于50 °C；NOx排放有很大的改善，最大排放降幅为39.3%；CO排放量在高负荷工况下有所增加，最大增幅为22.2%；HC排放量变化不大；颗粒物排放量在高负荷工况下稍有增加；动力性有所降低，在最大转矩处，输出转矩和输出功率均下降2.5%；经济性有所下降，油耗率最多增加了3.2%。

液压支架疲劳寿命近似估算

王京涛, 陆金桂, 朱正权, 钱鹏, 林晓川, 王邦祥

2017, 43(3): 39-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.009

<摘要>(87) <HTML> (15) <PDF>(8)

摘要:
针对常规的液压支架寿命近似分析方法需对危险点进行循环加载和获取，导致计算机负载增加的问题，提出了一种基于遗传算法与BP神经网络的寿命估算模型。利用遗传算法的全局搜索性优化BP神经网络，使其不易陷入局部最小点；利用优化后的BP神经网络建立危险点结构参量到疲劳寿命的网络映射模型。针对样本容量和隐含层节点数进行了测试，测试结果表明，样本容量为40、隐含层节点数为7时，模型估算精度较高；液压支架平均寿命估算值为36 456次，与理论值的最大相对误差为5.27%。

摩擦因数对钢丝绳应力和疲劳寿命的影响分析

杜文正, 马保珠, 曹大志, 付光磊, 谢政

2017, 43(3): 43-47. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.010

<摘要>(52) <HTML> (13) <PDF>(6)

摘要:
以6×36+WS结构钢丝绳为研究对象，在SolidWorks中建立了其三维模型，并导入ABAQUS中，通过定义接触对、设置边界条件，建立了钢丝绳有限元模型。在相同的轴向载荷下，仿真分析了不同摩擦因数对钢丝绳应力分布和疲劳寿命的影响。结果表明，钢丝绳在拉伸状态下，绳股外侧钢丝应力较大，且绳股与绳股接触处钢丝应力最大；随着摩擦因数的增大，钢丝绳应力逐渐增大，疲劳寿命逐渐减小，钢丝绳在应力最大处疲劳寿命最小。

一种矿井图像增强算法

王星, 白尚旺, 潘理虎, 陈立潮

2017, 43(3): 48-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.011

<摘要>(109) <HTML> (14) <PDF>(17)

摘要:
针对煤矿井下视频监控系统采集图像对比度低、光照不均、伴有大量噪声等问题，提出一种基于加权引导滤波同步去噪的单尺度Retinex算法对矿井图像进行增强。该算法首先采用加权引导滤波代替单尺度Retinex算法的高斯滤波对图像的低频分量进行照度估计，然后采用加权引导滤波对图像的高频分量进行去噪处理，最后由对数域转换到实数域得到增强后的图像。通过主观视觉效果和客观质量评价对该算法进行验证，结果表明该算法较传统图像增强算法可获得更好的图像视觉效果，且图像处理速度更快。

一种适用于井下人脸跟踪的改进主动形状模型

张秀琴, 王蓉, 张英俊

2017, 43(3): 53-56. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.012

<摘要>(35) <HTML> (6) <PDF>(4)

摘要:
针对煤矿井下光照变化较大、矿工脸部受污染及遮挡等情况下主动形状模型（ASM）应用于井下人脸跟踪精度低的问题，提出了一种改进ASM。首先选用专用的训练样本集，通过定义镜像图像形成镜像样本集，然后对镜像样本集进行对数尺度化处理，并用相关块模型作为ASM的学习模型进行训练。实验结果表明，改进ASM能有效提高煤矿井下人脸跟踪精度。

金属粉尘浓度检测技术研究

张所容, 陈建阁

2017, 43(3): 57-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.013

<摘要>(117) <HTML> (18) <PDF>(16)

摘要:
针对称重法无法实现金属粉尘浓度的实时、在线检测问题，分析了光散射法和电荷感应法应用于金属粉尘浓度检测技术的基本原理，设计了基于光散射法和基于电荷感应法的金属粉尘浓度信号采集及处理电路。实验结果表明：在检测初期，光散射法和电荷感应法检测误差均较小；但在长时间连续检测后，光散射法检测误差增大且检测值均偏高，而电荷感应法检测精度仍较高。

基于机器视觉的工矿现场粉尘实时监测

谢鹏程, 陈青山, 李响

2017, 43(3): 61-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.014

<摘要>(93) <HTML> (8) <PDF>(19)

摘要:
针对传统粉尘监测方法实时性差、覆盖面不全的问题，提出了2种基于机器视觉的工矿现场粉尘实时监测系统设计方案，即基于单目视觉的粉尘监测系统和基于双目视觉的粉尘监测系统。基于单目视觉的粉尘监测系统采用帧差法、腐蚀膨胀算法等实现对视场内粉尘目标的快速识别；基于双目视觉的粉尘监测系统在单目视觉粉尘监测系统的基础上，利用标定靶，通过空间三维重建实现粉尘定位。实验结果表明，基于单目视觉的粉尘监测系统可以捕捉粉尘团生成的过程，实时处理速率为4帧/s；而基于双目视觉的粉尘监测系统可以进一步测量粉尘团位置信息，定位误差在10%以内。

煤矿无线传感器网络可靠数据传输协议

王晴晴, 汪正东, 左羽, 崔忠伟, 郭龙

2017, 43(3): 65-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.015

<摘要>(45) <HTML> (8) <PDF>(6)

摘要:
针对煤矿无线传感器网络数据流特点，设计了一种基于节点地理位置信息、集成MAC和路由的无线传感器网络可靠数据传输协议。该协议采用概率性唤醒工作方式，根据本地节点的连通度、节点自身的剩余能量信息和区域事件发生概率选择转发节点，同时引入备用节点,在主节点发生故障时自动转换为主节点进行数据转发，保证数据可靠传输。仿真结果表明，该协议能够降低无线传感器网络节点能量消耗，保证数据传输的实时性，提高数据传输的可靠性。

一种适用于井下的ZigBee路由算法

王凤瑛, 吴琳杨, 梁泉泉, 卫阿盈, 刘思琳, 朱永乾, 殷立杰

2017, 43(3): 71-73. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.016

<摘要>(31) <HTML> (6) <PDF>(4)

摘要:
针对煤矿井下ZigBee无线传感器网络中节点能量补充不便的问题，提出了一种适用于井下的ZigBee路由算法。该算法通过引入邻居表，减少节点间数据传输的跳数；采用动态控制节点剩余能量阈值的方法，充分使用网络中节点的剩余能量。仿真结果表明，该算法减少了节点在路由过程中消耗的能量，延长了网络的运行时间。

煤矿安全监控系统便捷检查分析装备设计

刘传安, 刘建, 都永正

2017, 43(3): 74-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.017

<摘要>(52) <HTML> (5) <PDF>(8)

摘要:
为提高对煤矿安全监控系统检查分析的智能化水平，设计了一种可对不同厂家的安全监控系统进行便捷检查分析的信息化装备。根据数据对接标准规范要求，对不同厂家的煤矿安全监控系统的历史数据进行初步处理，然后用加密锁验证；通过验证后，将数据采集到加密存储区；通过数据分析软件对采集的数据进行一键式统计分析，从而实现对煤矿安全监控系统的检查和分析。

基于编码树法的煤矿事故分析

杨帆

2017, 43(3): 77-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.018

<摘要>(28) <HTML> (8) <PDF>(4)

摘要:
采用编码树法对17起典型的煤矿事故进行了分析及原因统计，结果表明，煤矿组织管理失误是导致煤矿事故发生的最主要原因，影响程度最为严重。对煤矿组织管理失误进行了分类，提出了煤矿组织管理失误行为的改进措施，包括发挥煤矿组织领导的示范作用、改善煤矿组织沟通、加强煤矿组织安全学习。

一种用于高压大电流脉冲放电的晶闸管间接强触发电路

董招辉, 孙崭鹏, 黄嘉琪, 陈文光

2017, 43(3): 81-85. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.019

<摘要>(70) <HTML> (6) <PDF>(13)

摘要:
高压大电流放电技术普遍采用晶闸管串联作为电路放电的主开关,放电时如果晶闸管的导通过程较慢，则会导致芯片内部产生大量焦耳热，使晶闸管损坏；同时晶闸管在串联模式下，导通时间不一致也会导致导通较慢的晶闸管受到高电压而被击穿。针对该种复杂苛刻的工况，提出了一种可以用于高压大电流脉冲放电的晶闸管间接强触发电路，该电路利用间接光触发方式，在触发回路中，串联的晶闸管触发信号由同一个控制信号通过光纤进行控制，经过光电转换后产生强触发脉冲电流，使晶闸管同步快速可靠导通。实验结果表明，该电路可实现串联晶闸管可靠触发，晶闸管触发脉宽时间可调，放电电压为9 kV，放电电流高达32 kA，满足脉冲放电电源模块的应用要求。

基于X射线和机器视觉的煤与矸石分选系统设计

杨慧刚, 乔志敏

2017, 43(3): 85-89. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.03.020

<摘要>(56) <HTML> (9) <PDF>(10)

摘要:
针对传统煤与矸石分选方法存在效率低、污染环境、成本高等问题，设计了一种基于X射线和机器视觉的煤与矸石识别分选系统。该系统首先利用机器视觉技术获取煤和矸石图像，用图像处理算法得到煤和矸石的厚度信息；然后采用X射线扫描并获取煤和矸石图像，经处理后得到图像的灰度值信息；最后综合灰度值信息和厚度信息确定煤和矸石的分离阈值，实现煤和矸石的分离。实验结果表明，该系统利用分离阈值能有效识别煤和矸石，且识别率高，识别精度满足工业生产要求。

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2017年第43卷第3期

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