工矿自动化

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孙继平, 张高敏

2019, 45(8): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17483

<摘要>(167) <HTML> (33) <PDF>(30)

摘要:
分析了现有矿用通信系统用作应急通信系统的可行性：漏泄通信、感应通信、多基站移动通信、广播通信和救灾通信系统不能用作应急通信系统；矿用有线调度通信系统可用作矿井应急通信系统；透地通信系统可用作应急通信系统，但事故会造成长达百余米的井下发射天线损坏，影响井下向地面通信。提出了无线中继矿井应急通信系统：采用多级无线中继，无线传输距离不小于10 km；井下电网停电或事故后，由备用电源供电；将基站、基站电源、基站电缆设置在机电硐室或加以防护；天线馈线埋入巷道，天线采用弧形或流线型结构紧贴巷帮或顶板；天线、基站及其电源、天线馈线、电缆等采用防水、防高温、防冲击设计；基站采用冗余布置。提出了无线+有线双链路矿井应急通信系统：具有有线和无线路由自动选择功能；有线网络结构宜选用抗故障能力强的星形结构、双树形结构或树形结构；双树形结构的电缆或光缆应设置在不同的巷道，或采用不同的电缆或光缆；基站与地面调度室之间没有需要供电的设备；采用树形或双树形结构的光缆时，应选用无源光网络。

基于6LowPAN的煤矿井下数据传输系统设计

田浩, 赵小虎, 张凯, 王宽, 李祎宸

2019, 45(8): 6-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040003

<摘要>(58) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿井下现有数据传输系统存在数据传输距离有限、节点部署不便、传感器地址有限、数据传输不及时等问题，设计了一种基于6LowPAN的煤矿井下数据传输系统。该系统采用以太网与6LowPAN协议组合，在数据采集节点预留SPI、RS485等接口实现传感器数据的采集。数据采集节点为无线网络节点，可通过路由系统选取合适的路由路径将传感器数据发送至数据汇聚节点;汇聚节点与边界路由构建有线连接，将数据经以太网上传至地面服务器，从而实现数据的稳定可靠传输。测试结果表明，该系统无论在传输时延、丢包率，还是吞吐量方面都明显优于传统的数据传输系统，可高效、可靠传输煤矿井下数据，具有良好的实时性、较高的通信速率和稳定性。

基于物联网的可融合性煤矿监控系统研究

贺耀宜, 王海波

2019, 45(8): 13-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17458

<摘要>(64) <HTML> (14) <PDF>(16)

摘要:
根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》中对监控系统多系统融合的要求，设计了一种基于物联网的可融合性煤矿监控系统，分别对井下数据融合与地面数据融合提出了解决方案：井下数据融合通过融合分站为区域内各类业务子系统提供相对独立的数据采集传输通道和业务处理单元、将各类数据进行融合后分发给相应的业务子系统，通过多业务融合网关调度多台融合分站来实现跨区域业务子系统数据融合；地面数据融合通过多系统融合软件平台实现数据分类存储、分析挖掘、综合利用和一体化展示。研究了主数据、消息服务总线、“一张图”模式展示等可融合性煤矿监控系统关键技术。该系统能为智慧矿山提供统一、一致的数据源支撑,从而实现监控系统一体化融合与应急联动。

深部冲击地压智能防控方法与发展路径

潘俊锋, 刘少虹, 马文涛, 冯美华, 王书文, 高家明

2019, 45(8): 19-24. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17469

<摘要>(74) <HTML> (13) <PDF>(13)

摘要:
为了解决冲击地压威胁深部智能开采与防控人员安全问题，提出了深部冲击地压智能防控方法。基于基础静载荷诱发冲击地压启动的关键作用，指出深部冲击地压智能防控的理论基础是自动探测采掘空间内围岩基础静载荷，并实现智能化、精准化降低其集中程度，以提高后期获取增量静载荷、动载荷的门槛，从而达到冲击地压防控目的。提出了未来深部冲击地压智能防控研究发展路径：冲击地压灾害多源信息主动调度理论与方法，多源信息融合的防灾治灾方案专家库，高速交互智慧机器人与信息化装备，冲击地压灾害智能治理与复合灾害自适应技术，重大灾害防控效能自评价技术。

煤与瓦斯突出预警技术研究现状及发展趋势

宁小亮

2019, 45(8): 25-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17464

<摘要>(132) <HTML> (10) <PDF>(14)

摘要:
从煤与瓦斯突出灾害预警理论、预警信息采集途径、预警指标与模型、预警软件系统4个方面对煤与瓦斯突出预警技术的研究成果进行了综合梳理和详细分析，指出了现有煤与瓦斯突出预警技术存在的问题：部分预警信息获取的时效性和可靠性有待进一步提高，预警模型未实现信息有效深度挖掘等；提出了煤与瓦斯突出预警技术的发展趋势：高自动化水平、高精度的突出预警信息监测采集技术及装备研发，基于大数据的突出预警指标与模型研究，基于云技术的突出预警软件系统开发。

矿用泥浆脉冲无线随钻测量信号发生装置设计

李泉新, 褚志伟

2019, 45(8): 32-37. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17466

<摘要>(57) <HTML> (9) <PDF>(12)

摘要:
针对煤矿井下定向钻进小泵量、低压力工况，研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置，分析了该装置的技术要求、结构组成、使用条件；重点阐述了该装置信号发生装置（矿用泥浆脉冲无线随钻测量信号发生装置）的设计方案，介绍了信号发生装置中防爆驱动短节及其电磁阀、脉冲发生器的结构设计，以及脉冲发生器中流道控制阀及其阀头参数设计。现场试验结果表明，信号发生装置能够稳定、可靠地产生泥浆压力脉冲信号，最大信号传输深度达2 570 m，泥浆压力脉冲衰减速率为5.8%/100 m，衰减速率低，具备向更深钻孔应用的能力。

煤矿巷道多源数据融合定位算法研究

包建军

2019, 45(8): 38-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17462

<摘要>(101) <HTML> (15) <PDF>(13)

摘要:
煤矿巷道非视距条件下单独使用飞行时间定位算法或接收信号强度算法存在方向判断不准确、定位误差较大等问题；飞行时间定位算法与接收信号强度算法联合定位，虽然在方向判断的准确率上较单独的飞行时间定位算法有所提高，但对于标签在非视距运动场景下的判断仍不够准确，定位轨迹不够平滑。针对上述问题，提出了一种基于飞行时间定位算法、接收信号强度及多项式插值方法的煤矿巷道多源数据融合定位算法。该算法首先测量标签与定位基站间的飞行时间，并计算接收信号强度，然后根据标签历史轨迹采用多项式插值方法拟合、预测当前时刻标签位置，根据预测位置、飞行时间和接收信号强度组合判定标签相对基站所在方向，最后通过加权数据融合优化定位结果，从而提高定位稳定性及准确度。实验结果表明，相比于单一飞行时间定位算法或接收信号强度算法，该算法有效提高了定位系统的精度和稳定性，可以更准确地判断标签相对基站的方向，方向判断准确率高达99%。

煤矿工业互联网信息安全风险评估

孟庆勇, 顾闯

2019, 45(8): 43-47. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17381

<摘要>(179) <HTML> (12) <PDF>(19)

摘要:
针对煤矿工业互联网信息安全防护手段多应用于较小区域、难以对整体信息安全风险进行评估的问题，提出了一种基于静态和动态2个维度的煤矿工业互联网信息安全风险评估方法。该方法根据《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》及GB/T 34679—2017《智慧矿山信息系统通用技术规范》，对煤矿信息系统已实施的安全防护条例进行特征化转换，建立各系统中安全防护要求的关联系数矩阵，进而计算出系统实际实施的安全防护条例数量；再结合威胁发生数和发生更高级风险的概率，建立安全风险评估模型，进而对煤矿工业互联网进行信息安全风险评估。测试结果表明，该方法能有效评估煤矿工业互联网信息安全状况，指导煤矿企业进行信息安全风险分析、安全防护规划设计及实施，从而降低煤矿工业互联网信息安全风险。

煤矿安全隐患风险评价研究

何桥, 许金, 陈清

2019, 45(8): 48-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100063

<摘要>(76) <HTML> (7) <PDF>(9)

摘要:
现有的煤矿安全隐患风险评级只是简单的隐患叠加，隐患风险评价没有考虑时间因素，不能达到实时预警目的，更不能反映不同时刻隐患的状态，且风险评价没有与隐患排查闭环管理流程紧密结合，不能反映风险的动态变化。针对以上问题，分析了煤矿安全隐患的形成、发展到事故发生的隐患生命周期，并结合隐患排查及预警管理流程，对单个隐患风险和区域隐患风险进行了综合评价，并建立相应的应急处理机制。采用评点法，从隐患排查辨识难度、隐患易发性、隐患可控性等方面对单个隐患风险进行评价，将隐患整改持续时间纳入到隐患风险评价中，实时反映出不同时刻隐患的状态，更加符合隐患的发展规律；根据煤矿安全隐患排查治理能力与动态显性隐患的制约关系对区域隐患风险进行综合评价，根据区域综合隐患风险值,结合区域实际可分别设置不同的预警等级，实现区域隐患综合预警，将隐患排查治理能力因素考虑在区域隐患风险评价中，更能准确反映出区域隐患的风险程度和风险趋势。

一种矿用音视频联动软件设计

杜志刚, 陈康, 王伟

2019, 45(8): 54-59. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090042

<摘要>(65) <HTML> (6) <PDF>(7)

摘要:
针对目前矿井融合调度通信系统中音频通信和视频通信缺乏有效联动，无法支撑调度员进行高效音视频联动通信的问题，设计了一种矿用音视频联动软件。软件中间件通过OCP协议实时获取调度通信主机终端状态，数据处理模块判断电话状态，并将联动视频信息通过消息队列RabbitMQ发送给客户端，客户端接收数据处理模块传送的合法指令，控制视频终端开启和关闭。测试结果表明，该软件运行稳定，安装简便;通过Web配置管理平台，用户可以方便地对电话、视频信息进行管理，同时对二者的对应关系进行配置;对每个客户端绑定的调度电话，当该电话主叫或者被叫时，均可在屏幕上显示对端电话绑定的摄像仪信息，视频信息显示流畅，可在1 s内响应，满足用户的实时性要求。

基于Hadoop的煤矿数据中心架构设计

韩安

2019, 45(8): 60-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17436

<摘要>(145) <HTML> (5) <PDF>(23)

摘要:
根据煤矿安全生产业务需求及智慧矿山发展要求，新型的煤矿数据中心需满足对同一时空坐标体系下煤矿海量、多元数据的高效处理、缓存、计算、存储与发布。针对传统煤矿数据中心各类数据离散存储，数据集成、业务应用及数据分析难度大等问题，设计了一种基于Hadoop的煤矿数据中心架构。采用Storm实时数据流引擎进行数据实时计算，并应用MapReduce、Spark实现批处理计算和内存计算，解决高频时序数据存储与海量数据计算问题；采用Hadoop分布式文件系统（HDFS）实现文件的可靠存储，并采用HBase分布式存储数据库实现历史数据的持久化存储，利用其无模式稀疏设计满足同一时空坐标体系下的数据分析需求；采用Redis作为实时数据库存储数据快照进行最新数据检索。基于Hadoop的煤矿数据中心充分利用大数据技术的高速数据存取和压缩性能，通过统一的云计算数据中心，有效降低了煤炭企业数据应用的复杂度及数据中心日常运维难度，可为智慧矿山建设奠定数据基础。

煤矿全断面掘进机捷联惯导曲线测量系统

刘宇, 陈根林, 刘永忠

2019, 45(8): 65-69.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120061

<摘要>(47) <HTML> (7) <PDF>(8)

摘要:
针对现有煤矿掘进巷道偏差曲线测量系统存在不通视和实时测量难的问题，设计了一种煤矿全断面掘进机捷联惯导曲线测量系统。捷联惯导系统通过捷联姿态更新算法实时采集掘进机推进的姿态角；行程传感器安装于掘进机上，用于测量每次截割部向前推进的行程值；将姿态角和行程值代入巷道实际曲线算法得到实际的掘进曲线，与巷道设计轴线进行比较后得到掘进偏差曲线，根据偏差曲线及时对掘进巷道进行纠偏，以保证工程质量。实验结果表明，该系统可实现快速、实时的高精度曲线监控，能够准确计算测量出煤矿全断面掘进机前进的曲线偏差，掘进5 m时，最大偏差约为23.2 mm，满足煤矿掘进曲线精度要求。

基于零速修正的掘进机惯性导航定位方法

田原

2019, 45(8): 70-73. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010033

<摘要>(73) <HTML> (10) <PDF>(8)

摘要:
针对掘进机定位采用光电导航存在环境适应性差、惯性导航存在长时定位精度低等问题，在分析掘进机运动特点的基础上，提出了一种基于零速修正的掘进机惯性导航定位方法。在较短的掘进机停车时间间隔内，利用二次曲线拟合惯性导航系统的速度误差曲线，经过积分得到位置误差曲线，从而修正惯性导航系统的位置测量值。试验结果表明，基于零速修正的掘进机惯性导航定位精度可达厘米级，定位误差波动范围小，定位累计误差随时间增加没有明显增大趋势，满足掘进机定位要求。

基于主元特征融合和SVM的轴承剩余寿命预测

马海龙

2019, 45(8): 74-78. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010085

<摘要>(85) <HTML> (9) <PDF>(9)

摘要:
为解决采用单一特征量预测轴承剩余寿命误差较大、有限数据样本条件下轴承剩余寿命难以估算的问题，提出了一种基于主元特征融合和支持向量机（SVM）的轴承剩余寿命预测方法。该方法采集振动加速度信号构建数据样本，提取有效值、峰值、小波熵等表征轴承退化趋势的特征指标；采用主元分析融合多个特征指标，消除特征间的冗余和相关性，构造出相对多特征的退化特征量；将退化特征量输入SVM模型中进行轴承剩余寿命预测。现场工程应用结果表明，基于主元特征融合和SVM的轴承剩余寿命预测方法可在小样本条件下筛选出包含信号绝大部分信息的主元，从而在保证预测精度的同时，减少了计算量。

矿用组合开关控制保护技术现状及发展趋势

杨帆, 陈江

2019, 45(8): 79-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17408

<摘要>(58) <HTML> (5) <PDF>(6)

摘要:
从短路保护、过载保护、漏电闭锁和漏电保护、暂态过电压保护、温度保护等方面介绍了矿用组合开关控制保护技术的现状；指出矿用组合开关控制保护技术存在继电保护不全面、保护误动作、控制方式繁琐、自诊断功能简单等问题；提出了矿用组合开关控制保护技术的发展趋势，包括继电保护方法完善、软件滤波方法改进、控制集约化、智能自诊断和远程诊断等。

煤矿井下深孔定向钻进瓦斯抽采技术及应用

马小敏

2019, 45(8): 83-87. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010058

<摘要>(120) <HTML> (10) <PDF>(13)

摘要:
为解决试验矿井采用传统抽采技术存在巷道掘进速度慢、采掘接替紧张的问题，提出采用深孔定向钻进瓦斯抽采技术施工定向长钻孔替代常规钻孔进行煤层瓦斯抽采的方案。定向钻进对煤层有效作用面积大，可以大范围改变煤体原始应力的分布，从而打破煤层瓦斯吸附-解吸的动态平衡，使大量吸附态瓦斯转化为游离态；在钻孔负压与煤体地应力和瓦斯压力形成的压力梯度作用下，游离态瓦斯源源不断地流向钻孔空间，使周围煤体瓦斯得到有效排放，煤体发生收缩变形，透气性系数大幅增加，地应力与瓦斯压力梯度减小，从而使得定向长钻孔抽采影响范围扩大，实现煤层瓦斯大面积有效抽采。试验结果表明：采用深孔定向钻进技术施工定向长钻孔成孔良好，试验钻孔总进尺为2 213 m，主孔最大孔深达523 m，日均抽采纯量为3 528 m3；钻孔平均瓦斯抽采体积分数高达88.3%，最高为98.0%；单孔平均瓦斯抽采纯量为1.23 m3/min，最大超过2 m3/min，瓦斯抽采效果显著；与常规钻孔抽采相比，定向钻孔单孔瓦斯抽采纯量提高了16倍多，单孔瓦斯抽采体积分数提高了2～4倍，巷道月均进尺提高了1倍多。

穿层瓦斯抽采钻孔用随钻式掏穴钻头设计

高晓亮, 张献振, 路前海

2019, 45(8): 88-91. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17453

<摘要>(77) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
为提高穿层钻孔瓦斯抽采效果，目前常采用掏穴钻进技术增大煤层段局部钻孔直径，避免了岩层孔段的无效进尺，但受掏穴钻头结构限制，一般需要在先导钻孔完成后提钻，然后重新下入掏穴钻头进行掏穴钻进，存在工序多、辅助作业时间长的问题。为解决以上问题，采用齿轮齿条结构形式设计了一种随钻式机械掏穴钻头。该钻头在岩层孔段钻进时翼片收回，进入煤层后，利用水力参数的改变推动带齿条的活塞轴向运动，活塞带动带齿轮的翼片旋转并张开，从而进行掏穴钻进；掏穴钻进完成后，翼片缩回，钻头顺利退出钻孔，进行封孔连抽。现场试验结果表明，该钻头能够在岩层段保持闭合时进行先导孔施工，进入煤层后增大泵量时可顺利张开并进行掏穴钻进，增大了煤层孔段钻孔直径，降低了穿层钻孔辅助作业时间，提高了穿层钻孔掏穴施工效率。

煤矿井下开孔定向仪寻北系统误差分析及补偿

燕斌, 程建远, 蔡远利, 李萍, 冯宏

2019, 45(8): 92-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019030034

<摘要>(85) <HTML> (10) <PDF>(7)

摘要:
针对现有钻机开孔定位装备在测量精度、成本及操作性上不能满足实际需求的问题，设计了一种将基于单轴光纤陀螺的寻北系统与基于微惯性测量单元的跟踪系统相结合的新型钻孔开孔定向仪。以四位置寻北方法为例，介绍了寻北系统的基本原理，并从光纤陀螺的输出误差、安装误差、倾斜角误差、转位误差、地球物理量误差等方面介绍了寻北系统的各种误差及来源。针对安装误差和倾斜角误差，建立了非线性加速度误差补偿模型；针对光纤陀螺的随机漂移误差，采用卡尔曼滤波方法进行修正。实验结果表明，减小倾斜角、光纤陀螺随机漂移误差、转动机构转位误差、安装误差均可有效提高开孔定向仪寻北精度，满足煤矿井下钻探需求。

顺煤层超长定向钻孔钻压传递规律研究

刘飞, 许超, 王鲜, 姜磊, 毕志琴

2019, 45(8): 97-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17456

<摘要>(108) <HTML> (8) <PDF>(6)

摘要:
为进一步增加顺煤层定向钻孔深度、提高超长定向钻孔钻进效率，分析了顺煤层超长定向钻孔钻压传递影响因素，包括钻孔轨迹、钻孔深度、孔内沉渣和钻遇地层；以保德煤矿2 570 m顺煤层超长定向钻孔为工程背景，对复合定向钻进状态下钻压传递规律进行了研究。研究结果表明：① 随着钻孔深度的增加，滑动定向钻进给进压力呈指数型上升，最终达到钻机额定给进压力，钻压传递效率降低；复合钻进状态下，随着钻孔深度的增加，复合钻进给进压力始终保持在较低水平，且远低于钻机额定给进压力，钻机回转压力近似呈线性增长，但低于钻机额定回转压力，钻压传递效率高。② 泥浆泵泵压和泵量越高，排渣效率越高，钻具摩擦阻力越小，钻压传递效率越高，反之钻压传递效率越低。

煤层气车载钻机电控系统设计

赵良

2019, 45(8): 101-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019020021

<摘要>(65) <HTML> (10) <PDF>(14)

摘要:
针对传统机械仪表及液控方式不能满足煤层气车载钻机安全、精准、高效的施工需求问题，设计了一种煤层气车载钻机电控系统。该系统由传感器、副控台、控制箱、主控台组成：副控台采集柴油机参数并实现柴油机启停、油门调节和油门切换等控制功能；控制箱通过驱动液压系统电磁阀进行逻辑控制；主控台用于司钻人员观察钻进参数和操作钻进作业。现场应用结果表明，该系统可实时、准确地监测并显示柴油机和钻机钻进参数，实现柴油机运行及钻机钻进逻辑控制，为辅助钻进施工及提升钻进质量提供了保障。

音频电穿透三维反演在含/导水陷落柱探查中的应用

王程, 鲁晶津

2019, 45(8): 105-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010028

<摘要>(95) <HTML> (6) <PDF>(6)

摘要:
为精确探查含/导水陷落柱，实现含/导水陷落柱的三维立体解释，基于含/导水陷落柱与围岩的电性差异，利用音频电穿透探查工作面底板岩层富水性，对音频电穿透观测数据进行三维反演成像，得到电阻率变化情况。结果表明，应用音频电穿透三维反演可准确识别含/导水陷落柱空间位置、展布范围等，为煤矿防治水工作提供可靠参考。

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2019年第45卷第8期

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