工矿自动化

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李敬兆, 秦晓伟, 汪磊

2021, 47(12): 1-7. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070023

<摘要>(323) <HTML> (26) <PDF>(45)

摘要:
目前煤矿井下智能视频监控主要采用云计算方式处理实时视频，视频传输占用的网络资源多，时延高，无法实时响应监控区域发生的紧急事件。针对该问题，提出了基于边云协同框架的煤矿井下实时视频处理系统，将实时性强的目标识别任务下放至边缘端，将计算量大且实时性弱的边缘设备整合等任务放至云端处理。在视频监控现场，利用部署在边缘设备上的神经网络模型对视频监控图像进行本地处理；通过井下异构融合网络将不同网络环境中边缘设备的处理结果和模型参数等信息发送给云服务器；云服务器针对性地对各场景中的边缘设备进行模型更新、推送，最终实现边云数据实时交互和边缘端服务的在线优化。针对目标检测模型Tiny-YOLOv3无法提取到图片的深层特征、易出现梯度消失和过拟合现象等问题，依据残差结构设计了下采样残差模块，对Tiny-YOLOv3进行改进，以提高模型的深度特征提取和泛化能力。在边云数据交互的基础上，对边缘设备上的目标检测模型进行针对性场景优化，以提高边缘设备端模型检测的准确率。测试结果表明：改进型Tiny-YOLOv3模型的稳定性与数据泛化能力优于YOLO和Tiny-YOLOv3；经过单一场景的特化训练后，改进型Tiny-YOLOv3模型的目标识别更加精准；与云计算相比，边云协同框架可显著降低监控视频处理时延。

煤矿5G通信系统安全应用技术研究

张立亚

2021, 47(12): 8-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17854

<摘要>(340) <HTML> (53) <PDF>(43)

摘要:
针对煤矿5G通信系统安全应用需求，研究了5G核心网侧和无线接入侧的安全应用技术。在核心网侧，采用专网技术和网络切片技术实现不同煤矿业务场景的物理隔离，采用比例公平算法优化切片组内的资源块分配，实现切片资源调度，保障煤矿业务数据安全可靠传输；在无线接入侧，设计天线隔离电路实现基站输出信号本安，并将5G基站的射频阈功率限制在6 W内，杜绝由辐射能量滋生的安全隐患，实现多种煤矿井下终端设备的安全接入。井下测试结果表明，5G基站无线覆盖半径为100 m，覆盖范围内信号强度不低于-100 dB，上传速率不低于520 Mbit/s，平均通信时延为18.56 ms，用户个数为200时用户业务性能提升52.8%，在保证通信系统安全可靠的基础上，满足煤矿业务数据多并发、大容量、高速率和低时延无线通信需求。

矿用防爆锂电源均流系统设计

李起伟, 陈伟, 张健, 邵甜甜

2021, 47(12): 13-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021110006

<摘要>(165) <HTML> (13) <PDF>(31)

摘要:
针对矿用防爆锂电源多台并联使用时放电不均流的问题，设计了一种矿用防爆锂电源均流系统。该系统由多台防爆锂电源并联组成，防爆锂电源采用166节60 A·h的磷酸铁锂电池串联在隔爆腔内；采用基于平均电流的数字均流策略，以均流控制器为电流调节部件，采用双闭环方式进行控制，系统内环为电流环，外环为电压环，在电压环的基础上增加一个均流补偿，通过电压偏差信号与均流补偿信号实现均流控制。测试结果表明：采用均流系统后，总负载电流为20 A时均流不平衡度为1%～2%，总负载电流大于30 A时均流不平衡度保持在1%以内；与无均流策略的电源相比，采用数字均流策略的电源并联均流效果更好，供电可靠性更高。

瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术

孔维一, 赵和平, 刘泉霖, 周鑫

2021, 47(12): 19-24. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021050022

<摘要>(179) <HTML> (16) <PDF>(16)

摘要:
瓦斯抽采钻孔封孔质量是影响瓦斯抽采及消突效果的关键因素。针对当前被动式封孔质量差、钻孔抽采瓦斯浓度低，主动式封孔过程繁琐等问题，提出了一种瓦斯抽采钻孔喷涂式封孔技术。钻孔施工完成后，将气动深孔离心喷杯式高转速喷头送入钻孔预设位置，同时启动封孔材料预热系统，待喷涂式封孔材料温度稳定在70～80 ℃时，打开气动式吸料泵，将封孔材料吸入并通过喷头混合喷出，使其固化于钻孔内壁；通过四象限位滑道结构系统引导喷头自孔底向孔口移动，完成喷涂式封孔作业；在钻孔口用聚氨酯发泡材料固定2.0～3.0 m的PVC堵头，而后连接抽采系统即可。现场应用效果表明：新型喷涂式封孔材料具有液态速凝、密封性好、黏结性强、阻燃、高韧性、高强度等优点，可在瓦斯抽放钻孔内快速反应、固化，并生成高强度、高韧性的阻燃密封薄膜；利用喷涂式封孔工艺及装置能实现煤层钻孔自动化密封；与聚氨酯封孔技术相比，采用喷涂式封孔技术后瓦斯抽采体积分数提高了19%，单孔封孔成本节约了53%，单孔封孔时间节省了50%。

煤矿井下双动力复合定向钻进轨迹调控研究

李泉新, 褚志伟, 许超, 杨冬冬

2021, 47(12): 25-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021060038

<摘要>(159) <HTML> (20) <PDF>(10)

摘要:
钻进轨迹调控是实现安全高效复合定向钻进的关键技术之一。因孔内钻具受力状况和分析模型构成不同，现有的地面石油与天然气钻探领域复合定向钻进轨迹调控理论不能直接应用于煤矿井下。在分析煤矿井下双动力复合定向钻进技术特性的基础上，对螺杆马达结构弯角和回转离心力进行了等效处理，依据准动力学原理建立了双动力复合定向钻进轨迹调控模型，分析了螺杆马达结构弯角、钻压和钻孔孔径扩大率对钻进轨迹调控的影响规律。结果表明：增大螺杆马达结构弯角有利于提高滑动造斜的造斜率，不利于回转稳斜钻进轨迹调控；增大钻压不利于提高滑动造斜的造斜率，有助于回转稳斜钻进轨迹调控；增大钻孔孔径扩大率不利于提高滑动造斜的造斜率，对回转稳斜钻进轨迹调控影响较小。基于钻进轨迹调控影响规律分析，提出了双动力复合定向钻进轨迹调控方法，给出了不同参数设置建议：螺杆马达结构弯角一般为1.25°，钻具级配较大时可设定为1.5°；考虑钻具安全性情况下可适当提高钻压，在坚固性系数较低的煤系地层中钻进时钻压设定不宜过大；回转速度一般为40～60 r/min；钻孔孔径扩大率一般为4%～6%；回转稳斜孔段比例≥80%。在保德煤矿大盘区瓦斯抽采3 000 m以上超深定向长钻孔试验中应用双动力复合定向钻进轨迹调控方法，结果表明钻进效率高，钻进轨迹调控能力强，满足深孔高效钻进要求。

厚硬顶板工作面采动影响下巷道群区域防冲卸压技术研究

窦桂东, 贾增林, 高永刚, 张营

2021, 47(12): 32-38. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021060036

<摘要>(109) <HTML> (17) <PDF>(7)

摘要:
在特殊地质与开采技术条件影响下，受冲击地压灾害威胁矿井的工作面附近巷道群区域往往处于高应力环境，具有较高的冲击危险性。针对厚硬顶板工作面采动影响条件下巷道群区域防冲卸压问题，以陕西彬长小庄矿业有限公司40309工作面为工程背景，通过分析现场监测获取的工作面回采末期微震、地音、应力数据，可知在工作面回采末期，外围联络巷、硐室及中央大巷等巷道群区域已处于工作面采动影响范围内，受采动影响，冲击危险性持续升高。理论分析认为，40309工作面采动影响下巷道群区域冲击危险性产生的原因是在厚硬顶板条件下，巷道群区域集中动静载荷叠加积聚。针对40309工作面不同巷道区域，提出深孔、超深孔顶板预裂爆破防冲卸压方案，并进行工程实践与效果检验，结果表明：采用防冲卸压方案后，40309工作面及附近巷道群区域微震频次、能量分别降低55%，60%，地音监测危险等级中c级和d级占比下降22.8%，巷道群区域应力集中程度明显降低，冲击危险性显著减小；工作面及附近硐室、联络巷、中央大巷区域巷道无变形及动力显现现象，防冲效果良好。

微震异常区CT反演监测预警技术应用

李允生, 徐德生, 马志锋, 周海军, 郭文豪

2021, 47(12): 39-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030074

<摘要>(154) <HTML> (17) <PDF>(19)

摘要:
针对微震监测仅能反映微震所在区域危险性、CT反演监测不能及时反映当前工作面危险程度等问题，以山东济宁东山古城煤矿3105工作面为工程研究背景，提出了微震-应力多维信息监测预警方法，将短期的微震监测和中长期震动波CT反演监测技术相结合对工作面冲击危险区域进行判识，并结合基于中长期CT反演的大范围监测结果，利用工作面周边的微震数据对其修正，实现对工作面中长期应力演变及短期微震集聚的实时、动态监测预警。针对3105工作面2019年8月近1个月微震事件的时空分布异常情况，判断工作面前方变窄的区段煤柱区域为应力异常区域，采用CT反演技术进行危险区域划分和预警：依据CT反演结果，给出强冲击和中等冲击危险区域范围，确定3105工作面高波速冲击危险区域位于工作面材料巷和运输巷超前100～200 m区域；根据CT反演结果，按照分区管理原则，对高波速冲击危险区域采取了相应的煤层大直径钻孔、煤体爆破和深孔爆破卸压相结合的卸压解危措施。应用结果表明，利用震动波CT反演技术能准确预测两巷高波速与压力异常区对应关系，有效预测冲击危险区域，且能够区分危险等级；在高波速危险区域实施卸压措施后，有效降低了该区域微震频次及能量，微震频次及能量分别由515、12×10⁵ J降低至338、5.98×10⁵ J，下降了34.4%、50.2%，卸压效果明显。

掘进机姿态参数测量及解算方法

郭伦锋, 郭一楠, 蒋康庆, 葛世荣

2021, 47(12): 46-54. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070010

<摘要>(211) <HTML> (13) <PDF>(35)

摘要:
针对现有掘进机姿态参数测量方法将双轴倾角仪输出角度直接作为掘进机的俯仰角和横滚角的现象，通过分析掘进机姿态参数测量及双轴倾角仪测量原理，得出不论是在水平巷道还是倾斜巷道中，单独使用双轴倾角仪均无法进行俯仰角和横滚角测量，需将双轴倾角仪与包含掘进机航向信息的定位方法进行融合，才能同时解算出掘进机全姿态参数。针对水平巷道和倾斜巷道2种典型掘进工况，给出了融合扇形激光和双轴倾角仪的姿态解算方法（方法1）、融合机身两点坐标和双轴倾角仪的姿态解算方法（方法2）。方法1根据扇形激光束光斑位置实时确定掘进机相对于巷道坐标系的偏航角，通过双轴倾角仪获得掘进机机身相对于巷道坐标系的俯仰角和翻滚角，从而解算出掘进机的偏航角、俯仰角和横滚角。方法2先测量掘进机机身上2个待测点在巷道坐标系下的三维坐标，然后根据双矢定姿原理，利用双轴倾角仪测量并解算出掘进机姿态参数。Matlab与Gazebo联合仿真结果表明，在水平巷道中和4种不同倾角的倾斜巷道中，将双轴倾角仪输出角度直接作为掘进机的俯仰角和横滚角的方法误差较大，难以满足掘进机姿态参数测量需要；方法1和方法2的误差都很小，在水平巷道中的最大角度误差均值为0.004 9°，在倾斜巷道中的最大角度误差均值为0.025°，验证了2种掘进机姿态解算方法的合理性。

基于混合IWO—PSO算法的掘进机截割轨迹规划方法

田劼, 银晓琦, 文艺成

2021, 47(12): 55-61. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021050018

<摘要>(133) <HTML> (15) <PDF>(15)

摘要:
针对掘进机截割轨迹规划方法准确度低、对掘进设备损耗大的问题，提出了一种基于混合IWO（杂草优化）-PSO（粒子群优化）算法的掘进机截割轨迹规划方法。将截割断面环境分为单夹矸、双夹矸和多夹矸3种，对相应断面进行栅格化并建立栅格地图，采用二值膨胀法对不规则夹矸进行膨胀化处理，并采用混合IWO-PSO算法在3种断面环境中进行轨迹规划。混合IWO-PSO算法以IWO算法中的种子扩散方式为基础，对初始群体进行扩散，在竞争排斥前允许所有个体自由繁殖，使寻优空间的多样化得到有效保障；同时采用PSO算法中的位置迭代更新方式对繁殖的种子位置进行迭代更新，利用群体经验和个体经验对粒子位置进行及时调整，有效提高了算法寻优深度和速度。仿真结果表明，基于混合IWO-PSO算法得到的掘进机截割轨迹长度、二次挖掘栅格数和截割能耗均小于标准PSO算法，对障碍夹矸的规避能力优于标准PSO算法。通过EBZ135型掘进机进行断面截割试验，结果表明，巷道断面成形左侧、右侧、两侧边界误差最大值分别为30，20，50 mm，相对误差分别在2%，1.4%，1.7%内，可满足不同巷道断面环境下的有效避障和成形要求。

智慧矿山5G网络上行速率增强算法

蒋建峰, 陈四华, 尤澜涛

2021, 47(12): 62-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080067

<摘要>(102) <HTML> (4) <PDF>(18)

摘要:
智慧矿山中远程控制、高清视频、无人矿车和无人机等5G应用场景对无线网络上行速率提出了新的要求，但目前5G网络上行速率不足导致智慧矿山业务受限，而现有5G网络上行速率增强算法提高上行速率的幅度有限。针对上述问题，提出了一种智慧矿山5G网络上行速率增强算法，通过采用上行辅助技术在C-Band高频段上叠加Sub-3 GHz低频段来实现频谱资源聚合，通过频域资源分配和时域资源调度提高网络上行速率。在中近点区域，基站进行上行数据调度时，用户设备在C-Band频段上行时隙使用3.5 GHz频段发送上行数据，在C-Band频段下行时隙使用1.8/2.1 GHz频段发送上行数据；在远点区域，3.5 GHz频段上行受限，用户设备只使用1.8/2.1 GHz频段发送上行数据。测试结果表明，该算法分别提升矿山近点区域、中点区域和远点区域上行速率17%，41%，213%，网络平均上行速率得到明显提升。

三维露天矿山场景中异构分簇组网协议研究

张洪光, 刘亭亭, 吕秀莎, 张莹, 聂剑红, 李青

2021, 47(12): 68-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070067

<摘要>(116) <HTML> (6) <PDF>(11)

摘要:
露天矿山组网是智慧矿山的基础关键技术之一，然而露天矿山通信环境复杂、多种异构节点移动性差异大，导致通信链路不稳定。针对该问题，提出了一种异构分簇组网协议（HCNP）。HCNP支持静止太阳能LoRa中继设备的随时接入，可以随采矿深度的变化进行灵活布置。HCNP应用最短路径树形成从静止设备和静止中继设备到基站的静止骨干网。HCNP按照节点是否移动、能量是否受限、到基站的跳数和距离划分优先级，基于节点的不同优先级完成簇头选择和成簇过程，形成静止骨干网和动态分簇的异构组网模式，实现数据的可靠转发。仿真结果表明：与按需平面距离向量路由协议（AODV）、优化链路状态路由协议（OLSR）、贪婪周边无状态路由协议（GPSR）、基于节点位置的三维地理路由协议（AB3D）相比，HCNP具有较高的成功传输率，较低的端到端时延和较低的能耗，当仿真时间和节点数量变化时，成功传输率始终高于83%，端到端时延低于20 ms，并且能量消耗不超过0.66 J。这说明静止骨干网和考虑节点优先级的分簇策略适用于环境复杂的三维露天矿山，满足矿山设备和人员数量动态变化适应性的需求。

融合轻量级网络和双重注意力机制的煤块检测方法

叶鸥, 窦晓熠, 付燕, 邓军

2021, 47(12): 75-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030075

<摘要>(182) <HTML> (23) <PDF>(27)

摘要:
针对现有煤矿井下带式输送机上煤块检测方法存在检测精度低、检测速度慢等问题，提出了一种融合轻量级网络和双重注意力机制的改进YOLOv4模型，并将其应用于带式输送机煤块检测。改进YOLOv4模型采用K-means聚类算法重新聚类先验框，使先验框更适应检测目标尺寸；通过引入MobileNet轻量级网络模型改进主干网络结构，以减少模型的参数量和计算量，提高检测速度；嵌入具有双重注意力机制的卷积块注意模块，用于提高模型对目标特征的敏感度，抑制干扰信息，提高目标检测精度。实验结果表明，改进YOLOv4模型能准确检测出不同尺寸的煤块；相较于YOLOv4模型，改进YOLOv4模型权重文件减少了36.46%，精确率提高了2.16%，召回率提高了20.4%，平均精度均值提高了14.37%，漏检率降低了16%，检测速度提升了19帧/s，处理单张图像耗时减少了1.31 s，提高了煤块检测精度和检测速度。

矿井带式输送机多电动机同步控制技术

程国栋, 吴玮

2021, 47(12): 81-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17831

<摘要>(155) <HTML> (15) <PDF>(25)

摘要:
矿井长距离带式输送机采用多点驱动方式时，对距离较远的驱动点之间采用多电动机同步控制，基于传统偏差耦合控制的多电动机同步控制策略在各电动机转动惯量不同时，无法满足启动过程同步要求，且稳态受扰时的同步精度不高。针对上述问题，提出了一种改进偏差耦合控制方法。在传统偏差耦合控制的基础上增加结构简单易实现的转矩补偿器，将各电动机实际转速与所有电动机平均转速的偏差送至比例控制器进行调节，再将比例控制器输出结果作为所需的转矩补偿信号；为保证多电动机传动系统安全运行，对补偿后的各电动机输出转矩进行相同的限幅。仿真和实验结果表明，带转矩补偿器的改进偏差耦合控制在不影响系统动态响应速度的情况下，实现了不同转动惯量下多电动机在启动阶段的转速同步，稳态运行时的抗扰性能好且受到扰动后的同步精度高。

耿村煤矿微震信号时频特征及冲击地压前兆特征研究

张国华, 陈栋, 林松

2021, 47(12): 87-92. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080038

<摘要>(186) <HTML> (11) <PDF>(31)

摘要:
基于微震监测数据，利用快速傅里叶变换、小波包变换和希尔伯特黄变换等方法，对河南能源化工集团有限公司耿村煤矿13200工作面采动诱发的冲击地压事件及冲击地压发生前微震事件进行了时频特征分析，结果表明：冲击地压发生时主频在10 Hz以内，而冲击地压发生前微震事件波形的主频在100 Hz以内；冲击地压发生时最高能量分布频带在5以内，在冲击地压发生前的3次微震事件波形最高能量分布频带在10左右；冲击地压发生前的6次微震事件波形瞬时能量不高，表明冲击地压发生前存在能量的静默期。基于工作面冲击地压事件及冲击地压发生前微震事件的时频特征，得到了冲击地压前兆特征：微震事件波形主频在100 Hz以内，最高能量分布频带在10以内，且瞬时能量小于1.5。

面向煤矸识别的近红外反射光谱数据预处理方法

丁震, 常博深

2021, 47(12): 93-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17853

<摘要>(276) <HTML> (52) <PDF>(26)

摘要:
利用近红外反射光谱进行煤矸识别时，光谱采集装置距工作面的探测距离变化及粉尘干扰会对近红外反射光谱产生影响。为选取最佳的煤矸近红外反射光谱预处理方法，收集了外观相近的无烟煤和矸石样本，在实验室搭建了由近红外光谱仪、准直镜、卤素灯等组成的光谱采集装置，采集了不同探测距离（1.2，1.5，1.8 m）和粉尘浓度（200，500，800 mg/m³）下的煤矸近红外反射光谱。通过对煤矸近红外反射光谱特征分析，发现探测距离和粉尘浓度变化对煤矸近红外反射光谱曲线波形和吸收谷位置无明显影响，即不会改变光谱特征吸收波长点，但对煤矸近红外反射光谱的反射率产生明显影响，即光谱反射率随着探测距离和粉尘浓度的增大而减小，会造成煤矸近红外反射光谱漂移。为增强煤矸近红外反射光谱吸收特征，利用微分、标准正态变量变换和多项式平滑3种方法对光谱数据进行预处理，并将经过预处理的煤矸近红外反射光谱数据输入至粒子群优化BP神经网络模型进行煤矸识别。实验结果表明，微分预处理方法对探测距离和粉尘浓度变化下采集的煤矸近红外反射光谱数据的优化效果最佳，能有效消除探测距离和粉尘浓度变化对光谱反射率的影响。

基于条件变分自编码器的井下配电室巡检行为检测

党伟超, 史云龙, 白尚旺, 高改梅, 刘春霞

2021, 47(12): 98-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030087

<摘要>(155) <HTML> (17) <PDF>(16)

摘要:
现有井下配电室巡检行为检测方法的研究重点在于视频动作的分类，但在实际应用中，对于端到端的视频检测任务，不仅需要识别巡检动作的类别，还需要预测巡检动作发生的开始时间和结束时间。且现有基于监督学习的研究方法训练网络时需要标注视频的每一帧，存在数据集制作繁琐、训练时间较长等问题，基于弱监督学习的研究方法也依赖视频分类模型，导致在没有视频帧级别标注的条件下很难区分动作帧和背景帧。针对以上问题，提出了一种基于条件变分自编码器的弱监督井下配电室巡检行为检测模型。该模型主要由判别注意力模型和生成注意力模型2个部分组成，将井下配电室巡检行为检测分为巡检动作的分类和定位2种任务。首先利用特征提取模型分别提取出井下配电室监控视频的RGB特征与光流特征；然后将获取到的RGB特征与光流特征输入注意力模块中进行训练，得到特征帧的注意力，通过判别注意力模型得到软分类，根据注意力的得分情况判断出动作帧和背景帧；最后对判别注意力模型的输出进行后处理，输出视频中包含巡检动作的时间区间、动作标签及置信度，即完成了巡检动作的分类及定位。为了提高定位任务的精度，加入基于条件变分自编码器的生成注意力模型，利用条件变分自编码器与解码器的生成对抗对视频的潜在特征进行学习。利用井下配电室监控视频，将巡检行为分为站立检测、下蹲检测、来回走动、站立记录和坐下记录，制作了巡检行为数据集进行实验，结果表明：基于条件变分自编码器的巡检行为检测模型可同时完成巡检行为分类和定位任务，在THUMOS14数据集上mAP@0.5达到17.0%，在自制的巡检行为数据集上mAP@0.5达到24.0%，满足井下配电室巡检行为检测要求。

基于Park—WPT和WOA—LSSVM的异步电动机故障诊断方法

恵阿丽, 鹿伟强, 荣相, 魏礼鹏, 陈雯雅

2021, 47(12): 106-113. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070035

<摘要>(228) <HTML> (39) <PDF>(22)

摘要:
针对现有电动机多故障诊断技术诊断精度较差、成本高等问题，基于三相定子电流信号对异步电动机转子断条、气隙偏心及其混合故障进行研究，提出了一种基于Park-WPT（Park矢量变换融合小波包变换）和WOA-LSSVM（鲸鱼优化的最小二乘支持向量机）的异步电动机故障诊断方法。通过Park矢量变换对采集到的三相电流信号进行预处理，根据椭圆轨迹的畸变率提取信号特征，作为第1类特征量；对Park矢量模平方谱进行WPT，求取其分解系数的能量值，作为第2类特征量；采用WOA的收缩包围猎物和螺旋更新猎物位置的机制优化LSSVM 中的正则化参数和核宽度，根据提取的2类特征信号建立以WOA-LSSVM为基础的故障诊断模型。实验结果表明，基于Park矢量变换或WPT的单一特征提取算法对混合故障的识别效果较差，故障特征识别率分别为73.75%和88.33%，将2类特征组合后，故障识别率提高到97.08%；WOA-LSSVM的寻优速度较快，故障诊断正确率较高，综合性能优于PSO（粒子群优化）算法、GWO（灰狼优化）算法和GA（遗传算法）优化的LSSVM。

极薄煤层综采工作面智能充填系统设计与应用

张兆海

2021, 47(12): 114-120. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030091

<摘要>(151) <HTML> (14) <PDF>(16)

摘要:
目前通常采用原矸、风动泵送等充填技术对极薄煤层采空区进行充填，充填系统设计功能较为单一，缺乏多系统之间的联动，无法实现矸石的智能分选与工作面连续充填。针对上述问题，以内蒙古鄂尔多斯市新矿集团长城煤矿1901N综采工作面为研究背景，设计了极薄煤层综采工作面智能充填系统。该系统包括煤矸智能分离破碎与长距离连续运输系统、连续泵送充填系统，并配套与连续泵送充填系统相适应的充填模板支架。开采后井下的煤矸石首先通过带式输送机运送至煤矸智能分离破碎系统进行分离、破碎与筛选，然后通过管状带式输送机运送至搅拌机混合成充填用混凝土，最后通过高压管路输送至充填口进行充填。通过试验得到了适合长城煤矿极薄煤层综采工作面沿空留巷及架后采空区的充填材料的最佳配比及相应各龄期的抗压强度标准值，确定了以沿空留巷充填为主、架后采空区充填为辅的充填方案。现场实测结果表明：该系统可同时对沿空留巷及架后采空区实施精准充填，提高了充填工效和充填面推进速度，降低了动载对巷道围岩产生的影响，可有效控制巷道变形，充填留巷两帮收敛和顶底板最大移近量分别为133.5、178.2 mm，均在合理控制范围内，满足现场应用需求。

基于Hadoop生态圈的选煤数据中台设计

赵鑫, 王然风, 付翔

2021, 47(12): 121-127. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021040004

<摘要>(142) <HTML> (20) <PDF>(16)

摘要:
针对现有选煤厂信息管理系统采用的接口不规范，导致数据重复采集，且各系统相互独立，对多源异构数据处理能力弱等问题，基于Hadoop生态圈大数据技术，提出了一种基于Hadoop生态圈的选煤数据中台设计方案。通过主数据管理系统、企业服务总线定义数据标准实现系统集成；设计归一化、相关系数矩阵和噪声异常点检测程序实现数据处理；结合D-S（Dempster-Shafer）证据理论、Hadoop与Hive数据仓库设计多源异构数据融合子系统，实现数据融合；利用Highcharts数据可视化组件实现数据交互式的可视化展示。实际应用结果表明，该数据中台实现了主数据定义标准与系统集成接口规范化，提高了选煤数据处理能力，实现了多源异构选煤数据融合共享、数据实时交互式的可视化展示。

基于Fast_YOLOv3算法的煤矿胶带运输异物检测

任国强, 韩洪勇, 李成江, 尹燕芳

2021, 47(12): 128-133. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030021

<摘要>(341) <HTML> (61) <PDF>(28)

摘要:
现有煤矿胶带运输异物检测方法检测精度较低、检测速度较慢，YOLOv3算法有较快的检测速度和较高的检测精度，但其用于煤矿胶带运输异物检测时存在对小目标检测效果不佳、容易出现漏检和正负样本不均衡等情况。针对上述问题，设计了Fast_YOLOv3算法：通过改进先验框及边界框，以适应煤矿胶带运输小目标异物检测场景；增加反卷积网络，以提高小目标异物检测能力；引入Focal Loss改进损失函数中负样本置信度的交叉熵，解决正负样本数量不均衡问题，提高检测精度。设计了StiPic数据增强方法，对煤矿胶带运输图像进行预处理，以提高Fast_YOLOv3模型训练效率及对小目标异物的检测精度。实验及现场测试结果表明，Fast_YOLOv3算法对于胶带运输异物的平均检测精度达90.12%，平均检测时间为35 ms，对小目标异物的检出率达93.50%，满足胶带运输现场对异物检测精度和实时性的要求。

《工矿自动化》杂志2021年分类总目次

2021, 47(12): 134-136.

<摘要>(46) <HTML> (7) <PDF>(12)

摘要:

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2021年第47卷第12期

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