工矿自动化

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孙继平

2015, 41(4): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.001

<摘要>(163) <PDF>(34)

摘要:
分析了2004—2013年全国煤矿百万吨事故率、百万吨死亡率、亿吨重特大事故率和亿吨重特大事故死亡率。提出融合机器视觉、激光测距、雷达测距和测速、人工智能等的胶轮车和电机车智能无人驾驶方法及矿用机器人与救灾机器人自动导航控制方法。探讨了矿用机器视觉的特点及其在煤矿井下的应用。提出煤矿井下移动通信主要是4G和WiFi技术；5G移动通信传输速度更快、工作频率更高，更适用于煤矿井下。指出较大辐射功率的无线电波不但会引爆瓦斯和电雷管，还会造成人身伤害；较大发射功率和增益的天线，应尽量布置在巷道顶部，远离固定岗位作业人员，避免长时间辐射。提出矿用机器人与救灾机器人宜选用锂电池大马力微电机旋翼无人机，需研究煤矿井下机器人远程无线控制和自动导航控制技术。提出基于气体和温度遥测传感器的采空区火灾监测预警方法。提出了防煤炭盗采监测技术需求。分析了可见光通信用于煤矿井下的优点和不足。

煤矿分布式突水监测系统设计

闫广, 王昕, 纵鑫, 赵端

2015, 41(4): 5-8. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.002

<摘要>(46) <PDF>(5)

摘要:
针对现有集中式煤矿突水监测系统人员劳动强度大、数据采集效率低等问题，基于ZigBee无线传感器网络架构，开发了分布式水文与围岩应力采集节点、路由节点和汇聚节点的硬件及软件，设计了一套煤矿分布式突水监测系统。该系统将矿井水文、应力监测集成在统一的网络中，通过上位机对采集数据进行集中处理，可实时在线获取矿井水文与围岩应力的动态变化。测试结果表明，该系统监测精度较高。

基于数传电台的无线远程监控系统设计

谭长森

2015, 41(4): 9-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.003

<摘要>(97) <PDF>(6)

摘要:
针对现有水源井供水、污水处理等监控系统采用有线通信方式存在投资成本高、通信距离长、数据传输速率低、传输量小等缺点，设计了一种基于数传电台的无线远程监控系统。该系统采用数传电台作为监控数据、视频和语音信号的传输介质，保证了数据传输的可靠性和实时性；采用组态软件作为远程监控软件，实现了系统的稳定运行。

液压支架电液控制系统急停控制方案研究

柴文, 田慕琴, 宋建成, 许春雨, 蒋春悦, 杨世华, 尹卫兵, 田卫东, 赵旭东

2015, 41(4): 13-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.004

<摘要>(74) <PDF>(8)

摘要:
针对现有液压支架电液控制设备在急停控制方面存在的可靠性低、解停不方便等问题，提出了一种基于C8051F020单片机的液压支架电液控制系统急停控制方案，制定了以专用RS485总线为急停通信通道的传输方式以及急停与复位功能互锁的具体实施方案，并采用软件方式实现了支架控制器急停故障定位与诊断以及断电时的急停状态记忆功能。基于该急停控制方案的液压支架电液控制系统已应用于某煤矿，取得了良好的效果。

工矿企业供应商协同管理平台设计

杜楠, 段玉萍, 胡兵

2015, 41(4): 17-21. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.005

<摘要>(77) <PDF>(4)

摘要:
为解决传统工矿企业供应商管理系统功能不完善、耦合度高、稳定性差、维护及使用成本较高等问题，提出了基于Silverlight 及模型-视图-视图模型的工矿企业供应商协同管理平台解决方案，详细阐述了平台结构、主要功能模块设计及基于模型-视图-视图模型的平台实现。实际应用表明，该平台运行效果良好，有效降低了使用成本，提高了管理效率。

井下分布式对等通信技术研究

顾俊, 李正东, 包建军, 顾义东

2015, 41(4): 22-26. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.006

<摘要>(42) <PDF>(7)

摘要:
针对现有井下通信装备应急通信能力薄弱的问题，通过分析分布式通信技术在井下应用的要求以及比较目前4种分布式对等网络模型的各项性能，提出了一种结合SIP协议与全分布式对等网络技术的井下分布式对等通信技术方案，详细阐述了该方案的信令流程、主被叫呼叫处理、分布式交互机制与数据报文设计。测试结果表明，该方案是一种较好的井下终端脱网通信方案。

矿井物流管理和人员定位系统数据库设计

肖林京, 文艺成, 孙传余, 温彦, 武慧

2015, 41(4): 26-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.007

<摘要>(46) <PDF>(4)

摘要:
针对矿井物流管理系统与矿井人员定位系统独立运行导致的成本高、维护困难等问题，提出将2个系统进行相互融合、统一管理的方式，并采用射频识别技术和Microsoft SQL Server 2008数据库软件，设计了一种矿井物流管理和人员定位系统，着重介绍了需求分析及逻辑结构设计阶段的系统数据库设计方案，并给出了主要运输流程数据库表的映射关系。该数据库逻辑结构简单、清晰，具有良好的存储结构、数据共享性和一致性。实际应用表明，该数据库具有较高的实用性和可靠性。

遥控型电液控制系统操作人员精确定位技术

赵文生

2015, 41(4): 30-32. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.008

<摘要>(103) <PDF>(5)

摘要:
针对遥控型电液控制系统操作人员在控制支架动作时易产生误动作的问题，结合煤矿综采工作面实际情况，研究了遥控型电液控制系统操作人员精确定位技术，通过RSSI信息归一化、场强区域划分、传感器优化分布等措施将定位精度提高到1.5 m，满足了遥控型电液控制系统的要求。

ZigBee精确定位标志卡倒F天线设计

孙二华, 吴畏

2015, 41(4): 33-35. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.009

<摘要>(54) <PDF>(4)

摘要:
根据ZigBee精确定位标志卡对天线的需求，设计了一种尺寸小、带宽高、辐射效率高的倒F天线。通过电磁场全波仿真软件对倒F天线进行仿真和性能评估，仿真结果表明，该倒F天线工作在2.405～2.484 GHz的ZigBee频段内, 天线回波损耗小于－10 dB；在2.45 GHz中心频率下,最大增益达2.5 dB，且天线具有全向性。在煤矿巷道中的实际测试结果表明，该倒F天线能满足精确定位标志卡的实用需求。

故障诊断技术在煤矿机械设备中的应用

普亚松, 郭德伟, 张文斌

2015, 41(4): 36-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.010

<摘要>(49) <PDF>(2)

摘要:
介绍了煤矿机械设备维修、维护的类型，指出以故障诊断技术为基础的预知性维修和主动预防性维护是煤矿机械设备维护、维修的发展主流，阐述了常用的几种煤矿机械设备故障诊断方法，概述了煤矿机械设备故障诊断技术的研究热点与发展趋势。

煤矿培训云资源服务平台研究

李顺峰, 赵作鹏, 宋国娟

2015, 41(4): 40-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.011

<摘要>(52) <PDF>(5)

摘要:
基于煤矿企业对培训资源的需求分析，阐述了煤矿培训云资源服务平台特征，设计了平台的体系结构，给出了平台资源管理层和应用服务层的设计方法，介绍了理事会、会员制和公司化模式相结合的平台运行机制。煤矿培训云资源服务平台可为煤矿企业提供丰富的煤矿培训资源，增强各煤矿企业间的资源共享和信息交流。

矿井通风系统抗灾能力评价研究

刘业娇, 田志超, 刘红, 任玉辉

2015, 41(4): 44-47. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.012

<摘要>(41) <PDF>(3)

摘要:
从通风系统环境、通风防火设备设施、通风防火安全管理、防火抗灾系统情况和避灾救灾能力5个方面构建出火灾时期矿井通风系统抗灾能力评价指标体系，应用层次分析法确定各个评价指标的权重，制定评分标准，并采用评分法对火灾时期矿井通风系统抗灾能力进行评价，为提高矿井通风系统的可靠性、稳定性及其应变能力提供了理论依据和保障。

煤矿瓦斯灾害危险性评价方法研究

疏礼春

2015, 41(4): 48-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.013

<摘要>(26) <PDF>(4)

摘要:
针对瓦斯灾害对煤矿安全生产造成严重危害的问题，通过应用层次分析法确立了瓦斯灾害评价指标体系的4个层次及其影响因素和权重，建立了瓦斯事故的灾害评价模型；提出了影响瓦斯灾害的4个主要因素及3个后果严重性指标，并基于层次分析法对这些因素的量化方法及影响权重进行了研究，从而定量地揭示出瓦斯灾害的主要原因，对防止煤矿瓦斯事故的发生具有重要意义。

基于有限元分析的复杂隔爆外壳优化设计

孙宇, 刘荔

2015, 41(4): 52-54. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.014

<摘要>(57) <PDF>(3)

摘要:
根据GB/T 3836.2—2010对隔爆箱体的要求，用三维设计软件对复杂隔爆外壳进行建模；根据箱体制造工艺，对箱体模型进行简化，并验证简化方法对结果的影响；用有限元分析软件对模型进行有限元分析，得出箱体最大变形数据，用于提高箱体的强度。

煤矿井下LANDMARC定位算法改进

韩涛, 黄友锐, 徐善永, 曲立国

2015, 41(4): 55-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.015

<摘要>(48) <PDF>(5)

摘要:
针对煤矿井下非视距误差、多径效应和标签碰撞影响LANDMARC定位精度的问题，从接收信号强度值的测量、接收信号的选取和标签防碰撞算法3个方面对LANDMARC定位算法进行了改进：通过直接测量接收信号强度值判断最近参考标签；对接收信号进行高斯滤波舍弃误差信号；根据标签数量设置合理的信号发送时隙，当发生标签碰撞时重新划分信号发送时隙。仿真结果验证了该改进LADMARC定位算法的有效性。

MIT无线输电系统电磁辐射特性研究

田子建, 林越, 王文清, 陈健, 李玮祥

2015, 41(4): 59-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.016

<摘要>(28) <PDF>(4)

摘要:
采用全波矩量法及两步准静态算法研究了MIT无线输电系统取得最大传输效率时谐振线圈的磁场和电场分布，并通过HFSS有限元仿真软件定量分析了人脑对该系统电磁辐射的吸收情况。研究结果表明，系统输入功率为400 W时，谐振线圈的最大磁场和最大电场分别为9.376 3×10-3 A/m，1.52×102 V/m，磁场强度符合国际非电离辐射保护委员会规定的标准值，电场强度则大于规定标准值；在距发射线圈100 mm处，人脑局部吸收辐射率最大值为7.038 9×10-6 W/kg，小于国际非电离辐射保护委员会规定的标准值。

煤矿旋转机电设备的量子神经网络故障诊断技术

张永强, 马宪民, 徐美惠

2015, 41(4): 64-68. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.017

<摘要>(37) <PDF>(2)

摘要:
针对煤矿旋转机电设备故障模式相互干扰的问题，基于量子神经网络理论，提出了一种量子神经网络故障诊断算法。以量子学中的相移门和受控非门为基本计算单元，构造出3层量子神经网络故障诊断模型，采用梯度下降法作为该模型的学习算法，对刮板输送机减速器的多种故障进行识别诊断。初步研究结果表明，所提出的量子神经网络故障诊断技术是可行的，有助于提高煤矿旋转机电设备的故障诊断率。

煤矿考勤系统中人脸识别算法的研究

陈立潮, 张秀琴, 潘理虎, 李博

2015, 41(4): 69-73. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.018

<摘要>(42) <PDF>(3)

摘要:
针对传统的人脸识别算法存在识别率低甚至无法识别的缺点，提出了一种基于SURF和双向FLANN的人脸识别算法。该算法首先用SURF算法中的快速Hessian矩阵检测特征点，并生成SURF特征的描述符；然后通过Hessian矩阵迹的正负性和双向FLANN匹配的搜索算法对图像SURF描述符进行匹配，以实现人脸的识别，从而达到考勤的目的。实验结果表明，该算法在剔除匹配识别中误匹配点对的同时提高了SURF算法识别速率与正确率，保证了算法在考勤系统中的实时性。

基于Mean shift算法的煤岩分界识别

江静, 朱元忠

2015, 41(4): 74-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.019

<摘要>(85) <PDF>(6)

摘要:
提出了一种基于Mean shift算法的煤岩分界识别方案。首先介绍了Mean shift算法原理，通过关联图像的像素位置向量和灰度值构建了一个空间联合域；然后给出了适用于煤岩图像分割的带宽参数选择方法，以去除虚假孤立区域和杂散边界；最后利用煤岩图像的人造边界和真实边界进行仿真，结果表明Mean shift算法较K-means算法能更准确地获得煤岩分界线。

矿井监控图像自动快速拼接算法研究

姜代红, 华钢, 王永星

2015, 41(4): 78-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.020

<摘要>(30) <PDF>(5)

摘要:
针对煤矿井下环境的复杂性及图像拼接算法本身的局限性，提出了一种矿井监控图像自动快速拼接算法。该算法在结合Harris算法和SIFT算法优点的基础上，利用改进的RANSAC算法对提取出来的特征点进行提纯匹配以及模型参数估计，使算法抗尺度变化能力和抗噪性能得到很大改善，同时采用位置敏感散列算法，提高了图像拼接的成功率与实时性。实验结果表明，该算法具有很好的鲁棒性和快速拼接能力，能够应用于矿井监控图像的自动拼接。

独立成分分析在瓦斯浓度预测中的应用研究

龚星宇, 常心坦, 贾澎涛

2015, 41(4): 82-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.021

<摘要>(29) <PDF>(2)

摘要:
为提高含噪声瓦斯浓度数据的预测精度，提出了一种基于独立成分分析（ICA）和k-最近邻（k-NN）法的反向传播人工神经网络（BP-ANN）预测模型。利用滑动时间窗算法产生训练样本矩阵，采用ICA方法估计训练样本矩阵中的独立成分，用不含噪声的独立成分重新构建训练集；运用k-NN法减小训练集规模，引入混合距离测度函数降低训练过程的计算复杂度。实验结果表明，该预测模型较普通BP-ANN模型有效减小了瓦斯浓度预测误差和训练时间。

投影寻踪在瓦斯涌出量预测中的应用

王江荣, 罗资琴, 赵睿

2015, 41(4): 87-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.022

<摘要>(29) <PDF>(2)

摘要:
针对瓦斯涌出量预测时常用的瓦斯监测数据降维方法会不同程度地造成数据信息丢失、导致预测精度降低的问题，利用投影寻踪原理并结合差分进化算法将高维样本数据转化成1维投影数据，运用Matlab曲线拟合工具箱建立了一种正弦和函数瓦斯涌出量预测模型。实验结果表明，该模型具有较高的预测精度和可操作性。

煤矿电网三相五柱式消弧线圈改进型调谐方法

侯文宝, 李德路, 罗艳芳, 李波

2015, 41(4): 90-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.023

<摘要>(27) <PDF>(2)

摘要:
针对煤矿电网中三相五柱式消弧线圈采用谐振法调谐时存在谐振点难以确定导致电容电流测量存在误差的问题，提出了一种改进型调谐方法。根据调谐过程中阻尼率不变、脱谐度改变的特点，以总对地电导为导纳三角形固定边，可变总对地电纳和总对地导纳作为导纳三角形可变边，利用导纳角的变化计算电容电流。仿真与实验结果表明，改进型调谐方法较谐振法测量精度更高，且测量误差随着阻尼率的增大而减小。

基于CAN网络的嵌入式软PLC系统环形缓冲研究

刘晓文, 陈春旭, 张靖, 张雷, 胡延军, 周兴

2015, 41(4): 94-98. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.024

<摘要>(28) <PDF>(2)

摘要:
为降低嵌入式软PLC系统传输数据的误码率和丢包率，设计了嵌入式软PLC系统的环形缓冲区，建立了环形缓冲区数学模型，分析得到了环形缓冲区的状态方程、状态转移概率及其容量和被充满的概率通式。利用仿真得到不同条件下影响缓冲区容量大小的因素，得出在无数据丢失的前提下，缓冲区大小与数据输入流和输出流两者差值的关系：在其他条件不变的情况下，输入流速率与输出流速率的差值越大，所需要的环形缓冲区容量就越大。

监控分站频率信号采集电路抗干扰设计

张加易

2015, 41(4): 99-101. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.025

<摘要>(36) <PDF>(3)

摘要:
分析了煤矿井下传感器的频率信号在传输过程中受干扰的主要原因，重点阐述了井下监控分站频率信号采集电路的抗干扰设计方案。该方案在硬件上采用动态阈值和静态阈值相结合的方法去除干扰信号，在软件上采用滑动滤波算法筛选异常信号。实际应用结果验证了该方案的可行性及有效性。

基于Quest3D的采煤机虚拟培训系统设计

刘海洋, 王大虎, 王敬冲

2015, 41(4): 102-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.026

<摘要>(26) <PDF>(2)

摘要:
针对目前采煤机培训方式不能立体化多角度地展示采煤机操作过程的问题,设计了基于Quest3D的采煤机虚拟培训系统。该系统由下位机和上位机组成，二者通过RS232协议通信。下位机用来模拟采煤机的控制平台，以STC89C52单片机为核心的控制电路实现对外部操作信号的接收、处理和传输。上位机使用3DMax建模软件创建虚拟场景所需的模型，通过Quest3D三维引擎开发平台完成虚拟场景搭建，并依据下位机的命令对模型进行控制。该系统实现了采煤机虚拟培训功能，缩短了培训周期，降低了培训成本。

“一网一站”无线通信系统在煤矿的应用

王海军, 任泽

2015, 41(4): 106-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.027

<摘要>(20) <PDF>(4)

摘要:
针对神东煤矿信息化各个分系统管理分散、维护困难，发生事故后多系统难以恢复、应急救援不便等问题，提出一种集3G无线通信、人员定位、视频监控、语音扩播、调度指挥等多系统统一接入、统一承载、统一管理、统一联动的“一网一站”无线通信系统。该系统在神东煤矿大柳塔矿、上湾矿的应用表明，“一网一站”模式很好地实现了煤矿指挥调度一体化、远程监控、多种调度终端与视频联动等功能。

用于瓦斯抽放钻场的液压钻机牵引移动装置

杨威

2015, 41(4): 109-111. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.028

<摘要>(37) <PDF>(3)

摘要:
针对目前瓦斯抽放钻场设备人力移运方式存在人员劳动强度大、效率低、安全性差等问题，介绍了一种液压钻机牵引移动装置的整体结构、液压系统及电控系统的设计方案。该装置采用模块化设计方法，利用钻机油泵提供的动力，通过液压油缸牵引钻场设备向目标地点移动，具有遥控功能。该装置在车集煤矿的应用表明其降低了人员劳动强度，提高了钻场设备移运效率和安全性，具有很高的经济和社会效益。

基于钢轨的应急通信系统设计

郭勇, 林偌黠, 刘小洪, 向玉玲

2015, 41(4): 111-114. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.029

<摘要>(47) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿、在建隧道坍塌后通信中断、内外失联的问题，设计了基于钢轨的应急通信系统。该系统采用单片机控制产生振动信号，通过未彻底损坏的钢轨传输信号，并采用振动传感器拾取信号，最终实现应急通信。实验结果表明，该系统可以有效地实现信息的传递，能够达到灾后救援应急通信的目的。

基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统设计

吕一磊, 何小刚

2015, 41(4): 115-118. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.04.030

<摘要>(41) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿巷道顶板安全监测采用有线网络采集数据存在布线工作繁琐、操作不方便、成本高和效率低等问题，设计了基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统。该系统通过无线应力计自动测量煤矿巷道顶板应力，利用计算机分析煤矿巷道顶板的应力应变参数，评估煤矿巷道的安全性。测试结果表明，该系统具有误差小、操作方便、成本低、效率高等优点。

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