工矿自动化

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孙继平

2015, 41(2): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.001

<摘要>(79) <PDF>(10)

摘要:
分析了2009—2013年全国煤矿较大及以上瓦斯、水害和顶板事故特点：发生在采掘工作面事故最多，事故起数和死亡人数分别占78.54%和78.80%。提出移动通信、广播通信、救灾通信系统不宜用作矿井应急通信系统；矿井透地通信系统可用作矿井应急通信系统，但性价比低。提出将矿用有线调度通信系统用作矿井应急通信系统，具有性价比高的优点：将电缆埋入巷帮与底板夹角处；将井下电话机设置在硐室内，并加强防护；减少电缆接头，提高电缆接续的防水性能。分析了煤矿井下“智慧线”通信存在的问题：无中继传输距离短；本质安全型防爆制约供电距离；不能用于大容量主干传输；易发生短路等故障；外护套不耐爆等。

矿用移动安全管理系统设计

罗克, 杜志刚, 包建军, 王伟

2015, 41(2): 6-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.002

<摘要>(95) <PDF>(5)

摘要:
针对煤矿现有应用系统的主要功能局限在PC端的问题，提出了一种基于Android操作系统的矿用移动安全管理系统设计方案，重点阐述了其主要架构、功能设计和数据库设计。该系统可以很好地接入人员定位、监测监控、视频监控、OA办公等系统。试运行结果表明，该系统运行稳定，功能完善，操作简便，极大地方便了企业办公，符合用户需求。

综采工作面液压支架集中控制系统设计

赵龙, 宋建成, 田慕琴, 许春雨, 杨世华, 于亚运, 董光拽, 尹卫兵, 赵旭东

2015, 41(2): 9-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.003

<摘要>(59) <PDF>(5)

摘要:
针对现有液压支架电液控制系统存在自动化程度低等问题，设计了一种综采工作面液压支架集中控制系统，详细介绍了该系统的硬件组成和软件设计，阐述了液压支架集中控制的实现过程。试验结果表明，该系统可实现液压支架的集中控制，通信稳定，实时性高，能满足煤矿生产实际需求。

面向煤矿装备再制造的绿色清洗系统

曾庆良, 苏兴明, 王成龙, 李圣文, 任燕

2015, 41(2): 14-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.004

<摘要>(64) <PDF>(6)

摘要:
针对煤矿装备再制造工艺流程中的清洗工艺，提出了一种面向煤矿装备零部件的特定清洗工艺流程，构建了以PLC为控制核心、基于超声清洗方式的绿色清洗系统，并对触摸屏操作界面进行了组态设计；以乳化液泵曲轴清洗工艺为例，介绍了该系统的现场应用情况。实践表明，该系统清洗可靠性高，去污效果显著，清洗成本较低，降低了对环境的污染。

一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统设计

秦玉鑫, 杜翠洁, 王红旗, 王裕清

2015, 41(2): 17-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.005

<摘要>(77) <PDF>(4)

摘要:
针对现有救灾机器人难以适应煤矿井下灾害现场环境的问题，提出了一种新型煤矿灾害信息探测机器人系统，介绍了该系统在煤矿井下的布置、总体结构及控制系统设计，分析了机器人爬坡性能。该系统中机器人运行在煤矿井下已有的单轨吊工字钢轨道上，可在发生煤矿灾害时及时行进到灾害现场，采集现场图像信息和环境参数并发送至地面指挥中心。在煤矿巷道仿真实验室对系统进行测试，结果表明该系统运行稳定，图像传输清晰连续，机器人爬坡角度为18.5°。

煤矿灾后环境下机器人能耗模型研究

方海峰, 张礼华, 李允旺, 蔡李花

2015, 41(2): 21-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.006

<摘要>(88) <PDF>(4)

摘要:
针对缺乏煤矿救灾机器人能耗模型及能耗效率影响因素研究成果的现状，分析了煤矿灾后环境下机器人的行走阻力，建立了机器人能耗模型，并以某型号救灾机器人样机为例对机器人能耗模型进行了验证，求取了机器人续航能力与路面状态、电池输出电流等因素之间的关系，得出结论：机器人在加速和转向时消耗的能量较大；在煤泥路面上行走时需要消耗更多的能量，约为在混泥土路面上的2倍。

绞车变频调速尖峰电压吸收装置设计

吕凤新, 杜朋, 苏良成, 于月森

2015, 41(2): 25-28. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.007

<摘要>(81) <PDF>(3)

摘要:
为了减少电动机接线端尖峰电压对电动机对地绝缘的影响，保证变频绞车安全稳定运行，基于均匀传输线过电压模型及吸收电路原理，设计了绞车变频调速尖峰电压吸收装置。该装置采用电容充放电原理，可以有效降低电动机端尖峰电压，防止电动机绝缘击穿。试验结果表明，该装置减小了变频器输出电压变化率，降低了电动机接线端瞬时峰值，峰值由2 820 V降到2 330 V，输出尖峰电压得到有效治理。

本质安全型无线压力传感器天线设计

刘鑫, 常青

2015, 41(2): 29-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.008

<摘要>(119) <PDF>(8)

摘要:
提出了一种煤矿井下本质安全型无线压力传感器天线结构的设计方案，研究了金属外壳一侧开口时其参数及天线位置对天线增益的影响。仿真与实测结果表明，天线增益随金属外壳的开口长度和宽度的增大而增加，且增加幅度逐渐减小；天线增益随天线距开口的距离减少而增加；开口侧的金属外壳厚度每减少1 mm，天线增益增加约2 dB；金属外壳空间高度毫米级变化引起的天线增益变化基本可以忽略；当金属外壳的开口长度和宽度分别为天线波长的1/4与1/8，厚度为2 mm，空间高度为41 mm，天线位置距开口为1.4 mm时，天线辐射增益达到最佳，天线的传播距离约为14 m。

协同通信在煤矿井下的应用研究

王婷婷, 徐钊, 张晓光

2015, 41(2): 32-35. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.009

<摘要>(61) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿内复杂的电磁波传播环境和突出的多径效应，分析了矿井无线通信抗多径干扰主要方法。根据协同通信技术的特点，提出将协同通信方式应用于矿井无线Mesh网络通信系统，并给出了基于协同的无线Mesh通信系统架构。围绕几种典型的矿井环境的几何结构特点，分析了基于协同的无线Mesh系统子网在相应环境下的协同中继方式。

矿用低压开关柜可靠性增长预测

夏浩瑄, 刘子胥, 王景芹, 杨春稳, 王丽

2015, 41(2): 36-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.010

<摘要>(32) <PDF>(3)

摘要:
以某矿用低压开关柜为研究对象，研究其在煤矿井下试运行阶段的可靠性增长过程。根据Laplace检验理论和Bayes统计理论，阐明矿用低压开关柜试运行过程中伴随维修的失效次数服从非齐次Poisson过程；在无信息先验下，讨论其平均故障间隔时间和故障强度的Bayes点估计与区间估计；并用试运行阶段获得的实际数据预测出该矿用低压开关柜的平均故障间隔时间，验证Bayes方法的有效性，为及早发现设备运行中的安全隐患提供了依据。

矿用湿式除尘器变频调速性能试验研究

郭振新, 赵中太, 谭强, 尹震飚

2015, 41(2): 39-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.011

<摘要>(36) <PDF>(4)

摘要:
针对由于掘进工作面的不断推进导致掘进巷道的压、抽风量比值减小，从而影响湿式除尘器控尘、除尘效果的问题，介绍了通风机变频调速原理，并通过试验的手段得到湿式除尘器风量与频率、风量与功率及除尘效率与频率的关系，为湿式除尘器的风量控制、变频调速区间的确定等提供了依据。

煤矿电能质量综合量化评价研究

王清亮, 姚苗

2015, 41(2): 42-46. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.012

<摘要>(55) <PDF>(4)

摘要:
根据煤矿用电负荷的特殊要求，定义了以最大负荷电流为基准的电流总畸变率，以及考虑负荷电流波形非正弦性的畸变功率因数；从电压质量、电流质量和功率因数3个方面确定电能质量分项指标，采用最小均方差法对电能分项指标进行筛选，建立了适用于煤矿供电系统的电能质量综合评价指标体系。运用熵权法计算不同指标的相对重要性，通过概率统计与模糊数学相结合的方法构建电能质量综合量化评价模型，实现对煤矿电网电能质量的分项计算和综合评价。实测数据分析结果验证了所构建的煤矿电能质量综合评价指标体系的合理性和评价方法的实用性。

矿山井下低压IT接地系统设计规范探讨

关恒祝

2015, 41(2): 47-49. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.013

<摘要>(52) <PDF>(5)

摘要:
介绍了矿山井下低压IT接地系统第一次接地故障的原理，指出GB 50070—2009《矿山电力设计规范》要求“配电系统相导体和外露可导电部分之间第一次出现阻抗可忽略的故障时，故障电流不应大于5 A”的规定是没有实际意义的；通过计算比较IT系统和TN系统单相接地故障时的触电电压和电流，可知在采用IT系统时直接触电的人身触电电流与采用TN系统时基本相同，而在间接触电的情况下IT系统优于TN系统。

基于图像多小波变换的煤岩界面识别

郝清玉, 朱元忠, 陈健

2015, 41(2): 50-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.014

<摘要>(56) <PDF>(4)

摘要:
针对现有煤岩界面识别方法存在普适性差、可靠性差等问题，提出了一种基于图像多小波变换的煤岩界面识别方法。对煤岩图像进行多小波变换，提取不同频带多小波系数在固定窗口大小下的标准差作为纹理测度并生成归一化多频带特征向量，利用朴素贝叶斯分类器对纹理特征进行识别。实验结果表明，对于分辨率为128×128的图像，当窗口大小为9，选择频带F5—F16构造特征向量时，识别率可达96.14%。

基于Hough变换的煤岩界面识别方案

彭静, 李新颖, 贾君霞

2015, 41(2): 54-56. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.015

<摘要>(28) <PDF>(2)

摘要:
根据煤层与岩石层分界明显且呈线状的煤岩图像特征，提出一种基于Hough变换的煤岩界面识别方案。首先对煤岩图像进行去噪与增强预处理，然后去除煤与岩石边缘的孤立点与虚假边缘，最后采用Hough变换识别煤岩分界线。实验结果表明，该方案能够较快、较准确地检测出煤岩分界线。

基于滑模控制的刮板输送机链条张力控制

龚尚福, 杨娜

2015, 41(2): 57-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.016

<摘要>(39) <PDF>(2)

摘要:
针对煤矿井下刮板输送机链条张力控制的非线性、随机性和时变性特点，提出了一种基于滑模控制的刮板输送机链条张力控制方法来改善张力控制系统的动态性能。该方法采用指数趋近律，使系统在一定特性下沿规定状态轨迹运动。仿真结果表明，采用该方法的控制系统动态特性好，鲁棒性及抗干扰能力强。

改进可拓识别方法及其在突水水源判别中的应用

冯琳, 李凤莲, 张雪英, 王子中

2015, 41(2): 61-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.017

<摘要>(52) <PDF>(2)

摘要:
针对已有可拓识别方法用于矿井突水水源判别时易造成误判的问题，提出了一种改进的可拓识别方法。首先对已有方法中经典域、节域量值范围以及待判物元的量值进行了归一化处理，并优化了最优值的选取，然后提出了新的位值计算方法。实验结果表明，将改进后的可拓识别方法应用到煤矿突水水源判别，提高了待判物元正确归属于某个含水层的程度，从而提高了水源判别的准确率。

压力和温度对瓦斯扩散规律的影响研究

苏恒, 杨勇, 陈莲芳, 赵军

2015, 41(2): 65-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.018

<摘要>(33) <PDF>(3)

摘要:
针对瓦斯吸附解吸法测定瓦斯扩散系数时局限于颗粒煤、无法施加围压且气体压力不能任意设定等问题，采用规则块煤结合气相色谱分析法测定瓦斯在块煤中的扩散系数，分析了不同气体压力、温度下块煤瓦斯扩散规律。实验结果表明，随着气体压力的增大，煤基质吸附气体增加且发生膨胀变形，从而孔隙减小，扩散阻力增大，扩散系数减小；随着温度的升高，气体分子运动速度增大，扩散动力增强，扩散系数变大。

用于井下精确人员定位的单基站方向识别技术

唐丽均, 吴畏

2015, 41(2): 68-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.019

<摘要>(70) <PDF>(4)

摘要:
针对现有精确人员定位系统必须由2个基站才能完成方向识别功能，导致系统成本高和施工难度较大的问题，在精确人员定位系统中引入了一种由单个基站来实现方向识别的技术：由单个基站采用2个定向天线接收同一信号，根据2个天线接收到的信号强度差异来实现定位人员的方向识别。将该技术应用于井下工作人员所在位置的方向识别，能有效降低系统的成本和施工难度，加速推动精确人员定位系统在煤矿井下的普及。

基于单次反射的井下单基站DOA和TOA定位方法

黄凯, 翟彦蓉, 张鹏程, 朱梦影

2015, 41(2): 71-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.020

<摘要>(52) <PDF>(3)

摘要:
针对井下巷道单基站定位系统中无线信号受多径效应、非视距传播影响导致定位误差较大的问题，提出了一种基于单次反射的到达方向（DOA）和到达时间（TOA）的联合估计定位方法。该方法利用视距路径和多条单次反射路径的TOA估计值构建以基站原点和单次反射点为焦点的双曲线，利用DOA估计值构建直线，从而建立含有连续位置信息的二元多次估计方程组，通过计算直线与双曲线的交点得到移动目标的精确位置。仿真结果表明，该方法较视距直接定位方法的定位精度有较大提高，且当单次反射路径为3条时即可达到较高的定位精度。

一种线型结构无线传感器网络的时间同步算法

卑璐璐, 张然, 韩丽娜, 李菲菲

2015, 41(2): 75-78. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.021

<摘要>(36) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿井下液压支架模糊控制监测系统网络拓扑，提出了一种适用于线型结构无线传感器网络的时间同步算法。该算法同步过程分为簇间同步和簇内同步，簇间同步采用双向同步机制修正时间偏移的方法减少同步误差，簇内同步通过最小平方线性拟合方法构造逻辑时钟函数，从而得到簇内任一节点与簇首节点的频偏和相偏估计值，以提高同步精度。仿真结果表明，该算法能有效减少时间同步误差和能量消耗。

矿用设备检测实验室智慧服务体系

陈峤鹰

2015, 41(2): 79-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.022

<摘要>(34) <PDF>(3)

摘要:
针对矿用设备检测实验室管理及服务对象特征，提出了一种符合实验室信息化特色的智慧服务体系；在明确智慧服务体系建设目标与功能的基础上，采用物联网、数据仓库、数据挖掘、知识库等技术搭建了以数据平台为核心的体系架构。试运行结果表明，该智慧服务体系实现了检测资源和客户服务的高度融合，提高了矿用设备检测实验室的信息化管理水平和质量。

基于PLC的混凝剂投加控制系统设计

崔东锋, 周如禄

2015, 41(2): 83-85. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.023

<摘要>(57) <PDF>(9)

摘要:
详细介绍了一种基于PLC的混凝剂投加控制系统的原理、控制策略、硬件构成和软件设计。该控制系统以透光率脉动检测值作为控制因子，采用双PID控制器的串级控制方式实现了混凝剂最佳投加量的控制，并引入流量比例前馈控制，保证了系统出水浊度的稳定。

矿产资源开发远程综合监管系统设计

陈跃辉

2015, 41(2): 86-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.024

<摘要>(66) <PDF>(4)

摘要:
以矿产资源开发监管为目的，设计了一种矿产资源开发远程综合监管系统；介绍了该系统的工作原理和特点，重点阐述了系统各个子系统的设计。该系统结合地理信息系统和物联网技术，以地理信息系统为管理平台，实现了矿山矿界管理、井下采掘监控、矿山视频监控、储量动态管理等功能，提高了矿产资源科学化、信息化管理水平，达到了科技管矿的目的。

刮板输送机用变频电动机研究

李世旭, 姚立权, 鞠鹏

2015, 41(2): 90-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.025

<摘要>(48) <PDF>(4)

摘要:
为改善工作面刮板输送机的整机性能，采用变频电动机作为刮板输送机的驱动装置实现软启动，介绍了变频电动机的机械结构、电气结构及控制系统的设计，并根据使用经验提出了应用变频电动机的注意事项。

采煤机截割部振动信号提取与故障诊断研究

华伟, 吉晓冬, 董烁昶, 吴淼

2015, 41(2): 94-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.026

<摘要>(62) <PDF>(5)

摘要:
针对煤矿井下机电设备振动信号难以提取、故障诊断难以开展的问题，应用本质安全型矿用便携式测振记录仪采集采煤机截割部的振动信号，并采用频谱分析与Hilbert解调技术解调出振动信号的故障特征频率，从而判断出故障位置，为采煤机的故障诊断与维护提供了可靠依据。

煤矿抗灾潜水泵自动控制系统设计

孙丙科

2015, 41(2): 97-99. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.027

<摘要>(62) <PDF>(9)

摘要:
针对煤矿井下排水系统使用防水闸门存在不能密封及突水时不能关闭的问题，提出了煤矿抗灾潜水泵自动控制系统设计方案。该系统采用PLC作为控制器，通过高压配电柜、软启动柜、电动阀门配电柜和各种传感器等实现了抗灾潜水泵的自动控制。实际应用结果验证了系统的有效性。

露天矿山卡车防撞预警系统设计

赵立厂

2015, 41(2): 100-102. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.028

<摘要>(53) <PDF>(4)

摘要:
针对露天矿山采用公路开拓方式存在的大型运输卡车体量巨大、司机视角差、易发生危险事故的问题，设计了基于飞行时差技术的露天矿山卡车防撞预警系统。该系统采用具有测距功能的WSN模块，通过无线测距方法和三角定位法确定大型车辆、辅助车辆和人员的位置，并进行方位显示和报警提示。测试结果表明，该系统测距距离不低于200 m，误差不大于4 m，能够满足防撞预警系统的要求，同时降低了系统成本和功耗。

基于以太网和CAN总线的煤矿语音广播系统设计

卫文慧, 魏免

2015, 41(2): 103-106. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.029

<摘要>(43) <PDF>(3)

摘要:
针对传统定压广播、局部扩音电话及小灵通等广播系统的局限性，提出了一种基于以太网和CAN总线的煤矿语音广播系统设计方案，介绍了该系统的结构、软硬件设计及关键技术。该系统采用PCM和Ogg Vorbis音频编解码方式，通过以太网和CAN总线传输数据，可实现远程低速率语音通信和流媒体在线播放。

钻孔救援高速调制解调器设计

秋兴国, 房屹松, 刘峥

2015, 41(2): 107-110. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.02.030

<摘要>(24) <PDF>(2)

摘要:
针对钻孔救援中铠装电缆作为通信线路存在通信速率低的问题，设计了一种高速调制解调器。该高速调制解调器以DSP芯片TMS320F2812为核心，结合可编程逻辑器件FPGA进行信号的采样与捕获，并运用二进制振幅键控调制解调方式，对传输的基带信号进行载波调制与解调。测试结果表明，在1 000 m长的救援通信线路中，该高速调制解调器可有效提升信号的传输速率及抗干扰性，数据传输速率高于1 Mbit/s。

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