工矿自动化

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董丁稳, 屈世甲, 王红刚

2015, 41(6): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.001

<摘要>(59) <PDF>(6)

摘要:
提出了一种基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法。以矿井瓦斯监测数据为研究对象，分析其统计特征，利用灰色关联分析方法研究瓦斯监测数据构成的时间序列的内在关联特征，并在此基础上确定基于实时监测数据的瓦斯浓度预警指标及其预警阈值，进而分析瓦斯浓度异常情况，划分预警等级，实现动态、量化预警。实例分析表明该方法对于现场的单一测点瓦斯浓度预警具有较好的适用性，可为煤矿日常安全管理提供有效的决策依据。

工作面瓦斯涌出量数据处理程序设计及应用

王蔚, 高卫国

2015, 41(6): 5-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.002

<摘要>(37) <PDF>(7)

摘要:
针对瓦斯地质统计法中涌出量数据繁杂、处理困难等问题，分析了瓦斯涌出量数据来源，建立了瓦斯涌出量数据库，采用百分位数方法对涌出量数据进行筛选，找出能够反映矿井真实瓦斯涌出量规律的数据。采用C语言编程和CAD二次开发工具，建立了瓦斯涌出量数据筛选模块，并将其应用于平煤十二矿，结果表明采用瓦斯涌出量数据筛选模块可提高数据处理速度，节省了大量的人力、物力，并提高了瓦斯地质图的编制效率。

基于蚁群算法的开采沉陷计算参数反演

贾新果

2015, 41(6): 10-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.003

<摘要>(88) <PDF>(4)

摘要:
针对开采沉陷计算参数反演方法存在早熟收敛现象、容易陷入局部最优解的问题，提出将蚁群算法运用于开采沉陷计算参数反演：首先对反演参数的搜索空间进行离散，将参数反演问题转化为组合优化问题，然后建立了基于最大-最小蚁群算法的概率积分法计算参数反演流程。应用实例表明，蚁群算法对观测站测点缺失具有较强的抗干扰能力，较最小二乘法和模矢法有较好的拟合效果。

基于DM642的多目标运动状态感知系统设计

华钢, 任荣, 徐永刚, 方士兵

2015, 41(6): 14-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.004

<摘要>(98) <PDF>(5)

摘要:
针对现有煤矿动目标视频监控采用人工监控方式存在误报和漏报等问题，提出了一种基于DM642的多目标运动状态感知系统的设计方案。该系统以DM642为控制核心，以监控视频为输入，使用多阈值分割法、帧间差分法、边缘检测法实现对多目标监控对象运动状态的感知；感知结果以Modbus/TCP协议标准输出到工控组态软件，进行显示、报警、处理等。测试结果表明，该系统利用视频图像能很好地实现多目标运动状态的感知，可代替传统监控中每个运动状态所需的专用传感器。

矿井物流管理和人员定位系统的信息采集

肖林京, 文艺成, 孙传余, 武慧

2015, 41(6): 18-21. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.005

<摘要>(85) <PDF>(6)

摘要:
针对矿井物流管理系统和人员定位系统独立运行造成的资源浪费问题，提出将2个系统融合，建立矿井物流管理和人员定位系统；分析了该系统的功能需求，着重介绍了系统中智能终端的设计以及信息采集实现方案。该系统中智能终端采用RFID技术采集物料、设备运输信息及人员定位信息，通过无线WiFi网络上传至服务器的SQL Server数据库中。应用表明，智能终端能够实时上传物料、设备的运输信息及人员定位信息，满足系统融合后的功能需求，可靠性高。

一种新型煤矿救援机器人履带行走机构设计

孙国栋, 李雨潭, 朱华

2015, 41(6): 21-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.006

<摘要>(62) <PDF>(7)

摘要:
从履带机构的结构复杂度、越障性能、可操作性以及履带的接地比压4个方面分析了现有煤矿救援机器人履带行走机构的优缺点，针对现有履带结构的优缺点设计了一种新型履带行走机构的结构；结合煤矿救援机器人的相关要求，给出了该新型结构主要尺寸的优化计算公式；根据所提出的计算公式，设计了CUMT-5型煤矿救援机器人。CUMT-5机器人的实际运行结果表明，该新型履带行走机构结构简单，越障性能好，具有良好的可操作性。

煤矿井下防爆电气标准和技术发展概述

高鹏, 侯原亮, 刘俊杰, 林伟通

2015, 41(6): 26-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.007

<摘要>(228) <PDF>(12)

摘要:
概述了煤矿井下防爆电气技术及其发展现状，重点介绍了煤矿井下防爆电气标准的现状及其发展趋势，分析研究了国内外两大电气标准IEC 60079与GB 3836的不同，最后指出了本质安全型防爆型式将是未来煤矿井下电气设备防爆的主要型式。

基于主成分聚类分析的煤矿安全评价模型

王金凤, 秦颖, 翟雪琪, 冯立杰

2015, 41(6): 29-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.008

<摘要>(65) <PDF>(4)

摘要:
首先从人的行为、安全管理、装备设施、自然条件、安全技术与监管机制5个方面建立了煤矿安全评价指标体系；然后运用主成分分析和聚类分析建立了煤矿安全评价模型，通过主成分分析选取综合指标，减少了评价指标的个数, 通过聚类分析对各煤矿企业的安全状态进行分类评价，分析其相似性和差异性；最后通过对某省40个煤矿企业的安全状况进行评价，介绍了该煤矿安全评价模型的应用步骤。应用结果表明，该煤矿安全评价模型得出的评价结果简单、直观地反映了煤矿的安全状态。

动力煤选煤厂分级重选产品结构优化

李科, 朱云峰, 王章国, 李云飞, 桑凯, 孙磊

2015, 41(6): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.009

<摘要>(82) <PDF>(4)

摘要:
通过分析多工艺动力煤选煤厂各分选系统，建立了产品结构优化模型；通过平移分配曲线，求得在不同分选密度下的产品结构公式；改变原煤的入洗方案，在不同的原煤入洗率情况下，预测各初级产品的产率和灰分，进而计算吨原煤经济效益；采用差分进化算法求解在取得最大经济效益时的各分选密度及入洗率，得到最优产品结构。应用结果表明，基于差分进化算法的动力煤选煤厂分级重选产品结构优化模型的计算结果符合实际情况。

掘进自动截割成形控制系统动态特性分析

田劼, 王红尧, 吴淼

2015, 41(6): 40-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.010

<摘要>(41) <PDF>(7)

摘要:
提出了基于传递函数模型的掘进自动截割成形控制系统动态特性分析方法，阐述了系统组成及主体结构，得出了系统中每一个基本元件组成环节的传递函数模型。对掘进机截割头水平运动时系统的动态特性进行了仿真实验，结果表明，系统传递函数是由比例、积分和二阶振荡环节组成的开环传递函数，为Ⅰ型系统；设计可调增益Kp=14时，系统输出响应效果较好，无超调，曲线平滑，且上升时间较短，为0.428 s，调节时间为0.797 s；系统不存在零点，其特征根都在S平面左半平面，具有正的幅值裕量和相位裕量，稳定性较好。对系统进行了现场试验，结果表明截割头垂直截割误差小于40 mm，巷道截割断面单边定位精度小于50 mm，巷道截割断面重复精度小于20 mm。

防爆电驱动无轨胶轮车永磁电动机回馈制动研究

武瑞兵

2015, 41(6): 44-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.011

<摘要>(39) <PDF>(7)

摘要:
以防爆电驱动无轨胶轮车为研究对象，分析了由三相桥式逆变器驱动的永磁无刷直流牵引电动机回馈制动的方式及制动微观状态, 提出了回馈制动控制策略。该控制策略采用PWM升压斩波方法，通过闭环调节器PI调节器，合理分配每个PWM周期中的续流与充电时间，实现回馈制动。仿真结果表明，该控制策略安全可靠，能有效实现能量回收，提高了车辆的能量利用率；当车辆的驱动电动机转速降到约300 r/min时，整车动能已经明显降低，此时能量回收已经不再起作用。该结论对防爆电驱动无轨胶轮车回馈制动踏板的开度设计具有重要意义。

基于PID自动控制的压缩氧供氧系统实验研究

周松, 蒋曙光, 王凯

2015, 41(6): 49-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.012

<摘要>(46) <PDF>(2)

摘要:
针对现有压缩氧供氧系统采用常规自动控制供氧技术而导致压缩氧气利用率低的现状，设计了基于PID自动控制的压缩氧供氧系统，并在密闭实验舱中对系统进行了实验研究。实验结果表明，与常规自动控制供氧系统相比，该系统利用PID自动控制压缩氧气的释放，实现了精确供氧，提高了压缩氧气的利用率。

基于分布参数的煤矿井下直流杂散电流研究

赵猛, 吝伶艳, 耿蒲龙, 李永学

2015, 41(6): 53-57. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.013

<摘要>(41) <PDF>(2)

摘要:
直流杂散电流是引起井下瓦斯爆炸的重要原因之一，对煤矿安全生产具有很大威胁。针对这一问题，从杂散电流的产生机理着手，建立了井下直流杂散电流的分布参数模型；在该模型的基础上，仿真分析了各个参数对杂散电流的影响，得出了如下结论：随着机车电流的增加、供电区间的延长及轨道电阻的增大，杂散电流也会线性增加，可通过减小机车电流、缩短供电区间长度及减小轨道电阻来减小杂散电流；轨道与大地间过渡电阻低于安全值时会造成杂散电流急剧增大，保证轨道与地之间的绝缘是限制杂散电流的一种有效措施。

煤与瓦斯突出信号挖掘方法研究

李圣普, 王小辉

2015, 41(6): 58-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.014

<摘要>(32) <PDF>(2)

摘要:
针对传统关联聚类算法因难以捕捉异常信号非线性随机变化而造成采煤作业中特征信号检测不准确的问题，提出一种基于特征关联挖掘算法的煤与瓦斯突出信号挖掘方法。该方法利用小波变换提取煤矿井下作业区状态信号特征，为煤与瓦斯突出信号挖掘提供依据；计算煤矿井下作业区状态信号特征之间的关联度，实现煤与瓦斯突出特征信号挖掘。实验结果表明，该方法可提高煤与瓦斯突出信号挖掘的准确性。

矿用输送带双目视觉检测自适应标定方法

刘改叶, 武喜艳

2015, 41(6): 61-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.015

<摘要>(50) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿输送带纵向撕裂视觉检测中，传统的摄像机标定方法复杂、精度低等问题，提出了一种高效的双目视觉检测自适应标定方法。分析了摄像机数学模型与双目视觉基本原理，在线性模型的基础上引入非线性畸变参数，将输送带图像与7×7矩阵模型融合提取出的关键特征角点坐标值代入矩阵约束方程，求解出摄像机内外参数及结构参数、畸变参数，并对其进行非线性优化，得到精确值，最后采用贝叶斯误差估计方法对计算出的参数与Faugeras自标定方法所得结果进行对比分析。实验结果表明该方法精度高，可靠性好。

煤矿视频监控图像的改进非局部均值滤波算法

李新年

2015, 41(6): 66-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.016

<摘要>(33) <PDF>(2)

摘要:
针对井下光线较差、粉尘大而导致视频监控图像清晰度不佳的问题，提出了一种改进非局部均值滤波算法。首先采用Log边缘检测算子对图像进行边缘提取，获得边缘和非边缘图像；然后分别从相似图像块获取方法以及权重值计算方法2个方面对非局部均值滤波算法进行改进，用于去除非边缘图像中的噪声点；最后将边缘图像与滤波后的非边缘图像进行融合。分别采用该算法与中值滤波算法、均值滤波算法、非局部均值滤波算法对现场采集的图像进行测试，结果表明该算法的图像处理效果明显优于其他算法。

样品测试条件对近红外煤炭品质分析结果的影响

徐志彬, 马敬环, 李翠, 陈凡

2015, 41(6): 70-73. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.017

<摘要>(32) <PDF>(8)

摘要:
针对样品堆积造成的近红外光谱散射、吸光度与噪声干扰差异，使得光谱的信噪比发生改变而产生分析误差的问题，研究了样品状态和测试条件对近红外分析结果的影响。采集了样品在不同装样厚度、装样次数和不同装样松紧程度条件下的近红外光谱，采用主成分分析压缩数据，建立遗传算法BP神经网络模型。通过比较不同样品状态模型的预测性能，确立了最佳的样品测试条件。实验表明重复装样和样品松紧程度不会明显改善模型预测性；在装样厚度为0.5 mm时，水分、灰分、挥发分和发热量预测模型的决定系数分别为0.936 6，0.791 6，0.894 9，0.857 5, 模型预测性能较好。

煤中水含量对瓦斯吸附与解吸特性影响规律研究

李耀谦, 刘国磊

2015, 41(6): 74-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.018

<摘要>(103) <PDF>(5)

摘要:
为了验证煤中水含量对瓦斯的吸附与解吸特性的影响，分别对煤样在不同平衡压力条件、不同水含量状态下的瓦斯吸附与解吸进行了实验。实验结果表明，煤对瓦斯的吸附能力随着煤中水含量的增加而减小，实际应用中可近似用水含量对煤吸附瓦斯影响系数进行修正；煤中水含量越大，瓦斯的解吸就越慢，残存瓦斯量越大，水充填在煤样空隙中后对瓦斯的吸附和解吸均有一定抑制作用。

非视距误差抑制方法在矿井目标定位中的应用

田子建, 朱元忠, 张向阳, 刘雨洋

2015, 41(6): 78-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.019

<摘要>(59) <PDF>(4)

摘要:
分析并指出电磁波非视距传播时延造成的测距误差是影响矿井定位精度的主要原因，针对基于到达时间的矿井目标定位方法，提出了一种能量检测非视距误差抑制方法。该方法通过实测矿井巷道信道特征，统计分析得出直达路径的门限值和信号截取的时间长度，构造相应的鉴别参量，在截取的信号段中提取直达路径能量块的到达时间，以此鉴别出非视距信号。测试结果表明，该方法能够达到较高的测距和定位精度。

煤矿应急救援中无线Mesh网络多信道分配算法

张立亚, 孟庆勇, 温良

2015, 41(6): 83-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.020

<摘要>(41) <PDF>(4)

摘要:
针对现有的无线Mesh网络多信道分配算法无法解决煤矿应急救援中无线Mesh网络因传输干扰导致的信道分配抖动问题，结合无线Mesh网络连通性以及干扰模型，提出了一种基于拓扑分层和干扰避免的多信道分配算法，即对网络拓扑分层，在确定第1层节点与边的基础上，继续对其他层进行拓扑分配，然后根据干扰情况对各层进行信道分配。设计了仿真模型：无线Mesh节点发射距离为200 m，干扰距离为500 m，拓扑范围为1 000 m×1 000 m。随机选取20个节点，在可用信道变化和网关变化2种情况下对该算法进行仿真分析，结果表明该算法较常用的拓扑结构算法提高了网络的吞吐量，降低了信道分配中的传输干扰。

基于Turbo码的联合网络信道编码设计与性能分析

李世银, 刘云玲, 艾丹萍

2015, 41(6): 87-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.021

<摘要>(44) <PDF>(2)

摘要:
结合联合网络信道编码的思想设计了一种应用于多址接入中继信道环境中的基于Turbo码的联合网络信道编码方案，详细介绍了方案中继节点编码和基站处译码的实现。将该方案与点对点传输方案、异或操作网络编码传输方案进行仿真比较，仿真结果表明，该方案能更加有效地利用中继信道传输的额外冗余信息，明显改善了无线通信系统的性能。

后备电池远程监控及自动维护系统设计

林引

2015, 41(6): 91-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.022

<摘要>(32) <PDF>(3)

摘要:
针对维护人员无法获得矿用后备电池实时工作状态的问题，设计了后备电池远程监控及自动维护系统。该系统将井下电源箱后备电池的运行信息上传至地面中心站进行实时监控；通过中心站向电源箱发送放电维护指令，实现自动维护功能。该系统的应用可降低企业维护成本，提高后备电池管理水平。

一种新型煤矿电能质量评估方法

史丽萍, 杜刚

2015, 41(6): 94-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.023

<摘要>(36) <PDF>(2)

摘要:
提出了一种新型煤矿电能质量评估方法。该方法将基于粗糙集理论确定的客观权重和由层次分析法得到的主观权重进行线性加权，计算出电能质量各指标综合权重；采用动态时间规整算法计算加权化后的电能质量指标序列与理想参考指标序列的匹配系数，得到电能质量评估等级区间，实现对煤矿电能质量的综合评估。实际应用结果验证了该方法的可行性和有效性。

基于Modbus RTU协议的矿用语音通信主机设计

成占军

2015, 41(6): 97-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.024

<摘要>(26) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿井下采煤工作面使用的语音通信系统存在语音失真、漏报、功能单一、与其他系统难以融合等问题，提出了一种基于Modbus RTU协议的矿用语音通信主机的软硬件设计方案。该主机既可通过兼容有源和无源方式输入的开关量控制内部预存语音的播报，也可通过Modbus RTU协议命令控制语音合成芯片及功放电路播放语音；同时可接入外部音频信号，当音频检测电路检测到有外部音频输入时，打开功放电路及时播放，满足井下现场不同系统间的语音通信需求。

综采工作面自动化控制系统设计

苏正飞, 张现余, 丁从师, 吕磊, 彭庆国, 张先胜, 郑家宋

2015, 41(6): 101-103. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.025

<摘要>(41) <PDF>(5)

摘要:
为了实现综采工作面设备的协同自动化运行，设计了一种综采工作面自动化控制系统，介绍了工作面“三机”控制系统、带式输送机控制系统、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统、泵站控制系统的构成和功能实现。该综采工作面自动化控制系统的应用实现了工作面各子系统内部全面的信息集成，通过工作面集控系统可有效对综采工作面设备进行集中控制。

基于nRF24L01和STM32的定量装车站无线控制系统

刘婷

2015, 41(6): 104-106. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2015.06.026

<摘要>(31) <PDF>(5)

摘要:
针对常规的自动化快速定量装车站操作人员在装车时存在视觉盲区的问题，设计了一种基于nRF24L01和STM32的定量装车站无线控制系统。该系统通过无线手持控制终端将控制指令发送到装车站接收端，实现了对装车站装载情况的控制。试验结果表明，在有遮挡物的情况下，定量装车站无线控制系统可以实现20 m范围内数据的有效传输，从而可对装车站的装载情况进行实时控制。

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2015年第41卷第6期

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