工矿自动化

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范京道

2018, 44(12): 1-8. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17377

<摘要>(89) <HTML> (19) <PDF>(25)

摘要:
为了解决大采高综采工作面用人多、劳动强度大等问题，针对陕西陕煤黄陵矿业有限公司二号煤矿实际情况，分析了大采高工作面智能化综采存在的片帮精准控制难、底软拉架难及装备可靠性、感知精准度、协同性差等技术难题；选用可视化远程干预型技术路线来实现大采高综采工作面智能常态化开采；重点研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术。通过采煤工艺革新，三角煤截割效率提高了30％；在煤壁发生片帮的不同阶段采用不同的控制手段，实现了护帮板精准控制；通过液压支架多次降架模拟人工操作的方式完成底板软弱条件下的智能化处理，解决了架前堆煤问题；通过液压支架超前拉架的方式完成工作面顶板破碎条件下的智能化处理，确保顶板破碎区域可以智能开采。二号煤矿实践表明，采用智能化综采技术后，实现了以工作面设备智能运行为主、现场干预控制为辅的智能化生产模式，以及井下7人作业、地面2人监控的“7+2”作业模式，达到了减员提效的目的。

煤矿井下安全监控多系统融合方法研究

齐笑笑, 郭佑民, 齐金平

2018, 44(12): 9-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018040064

<摘要>(77) <HTML> (12) <PDF>(12)

摘要:
根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》对井下多系统融合的要求，针对煤矿井下安全监控系统融合程度不高的现状，设计出了一种具有多种通信接口和多种传感器接口的新型融合分站，并基于该新型融合分站提出了煤矿井下安全监控多系统融合方法。根据不同系统现场设备采集接口、通信接口及融合程度，可实现链路级融合、设备级融合及共享数据级融合。链路级融合可实现多种传感器采集接口融合，设备级融合可实现不同系统的设备融合，共享数据级融合可实现不同系统间的数据共享。

煤矿多业务联动通信平台设计

杜志刚

2018, 44(12): 14-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080065

<摘要>(62) <HTML> (8) <PDF>(10)

摘要:
针对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求，提出了多业务联动通信平台的设计方案，重点阐述了平台架构、工作原理、关键技术。该平台基于信令交换技术，将现有无线通信系统、有线通信系统、IP应急广播系统、局部扩播系统等进行有效整合，实现多种异构通信系统的互联互通和集中调度指挥，在紧急情况下能够实现对各系统的统一调度、一键呼叫等。实际应用表明，该平台实现了生产调度、实时指挥、紧急救援一体化协同控制目标，为煤矿应急救援和通信联络提供了有效手段。

矿山救护保障系统设计

张立亚

2018, 44(12): 19-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17372

<摘要>(114) <HTML> (5) <PDF>(12)

摘要:
针对矿山事故快速高效的应急处理和救援需求，通过分析灾害现场的环境信息与救护人员生命体征信息，设计了一种矿山救护保障系统，介绍了该系统的组成及井下超前环境侦测设备、救护人员穿戴式生命体征设备2种检测设备的设计方案，阐述了基于救护人员生命体征信息和井下环境信息融合分析的救护保障检测方法。试验结果表明，该系统能够对救援人员在救护过程中的状态和井下灾害现场的环境状况进行实时监测和报警，保障了救援队员的自身安全，提高了救援效率。

矿用带式输送机安全性能检测仪设计

李曼, 申俊杰, 赵坤

2018, 44(12): 24-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030032

<摘要>(47) <HTML> (9) <PDF>(10)

摘要:
针对现有矿用带式输送机安全性能检测装置检测类型单一、数据处理和复杂功能实现能力有限等问题，采用LabVIEW虚拟仪器技术，设计了一种基于PXI总线的矿用带式输送机安全性能检测仪，阐述了该检测仪对于带式输送机带速及启动/制动加速度、电动机功率及转速、温度、运行环境、制动盘偏摆量、闸瓦间隙、液压油压力等参数的检测原理及相应传感器选型和设置，介绍了该检测仪的软硬件设计方案。测试结果表明，该检测仪能够实现带式输送机主要性能参数的实时检测，且具有较高的准确度。

矿井通风系统分级控制研究

魏引尚, 贾玉泉, 王奕博, 董丁稳

2018, 44(12): 30-33. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050017

<摘要>(108) <HTML> (9) <PDF>(15)

摘要:
针对现有矿井通风系统控制未从通风系统整体角度考虑的问题，基于矿井通风系统结构及风量分布特征，提出了一种矿井通风系统分级控制方法。首先，通过比较通风状况参数的实时采集值和安全设定值，得出各用风地点通风状况参数偏差量；然后，利用自动纠偏控制器对偏差量进行在线整定和修改，并通过PID控制器获得通风状态调整参数；最后，智能控制模块根据通风状态调整参数，分别控制主要通风机供电模块的变频器、电动风门、压风管路末端的充气式气囊，实现全矿风量控制、采区风量控制、工作面风量控制3个层次的风量动态调节。该控制方法满足通风系统内风量循序、系统、连贯地调控要求。

基于大数据的液压支架电液控制系统故障诊断

张雪梅

2018, 44(12): 34-38. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070016

<摘要>(89) <HTML> (13) <PDF>(16)

摘要:
针对液压支架电液控制系统故障人工排查方式无法准确定位某些随机故障或个别系统故障的问题，对传统电液控制系统硬件设备进行智能化改造：增加了对系统核心关键部件电气参数的采集传输功能；从大数据采集、传输、处理等方面，阐述了基于Hadoop的大数据决策分析服务平台的构建；设计了大数据故障诊断引擎，以并行算法为核心对各类故障进行识别和诊断，基于MapReduce对C4.5决策树分类算法进行改进，并通过后剪枝技术解决算法容易过度拟合且不稳定的问题，通过多分类器融合技术提高算法准确性。测试结果表明，通过C4.5决策树分类预测引擎提取的电磁先导阀、控制器、压力传感器及行程传感器故障特征曲线存在较大差异性，通过动态比较匹配，依据故障特征曲线变化规律可识别出故障类型。

自动化放煤控制系统研究

崔志芳, 牛剑峰

2018, 44(12): 39-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17337

<摘要>(100) <HTML> (22) <PDF>(9)

摘要:
针对综采放顶煤工作面后端的综放工作面采用人工放煤控制方式，与综采放顶煤工作面前端的综采工作面自动化水平差距较大的问题，研究了一种自动化放煤控制系统。根据放顶煤液压支架上安装的倾角传感器和前后部刮板输送机千斤顶中的行程传感器，控制液压支架放煤机构位姿，实现放煤量精准控制；通过在液压支架尾梁上安装云台摄像仪和红外发射器，对放煤全过程进行实时视频监视，实现后部刮板输送机运煤量和直线度的检测与控制；利用图像灰度识别技术进行煤矸识别，检测采出顶煤的含矸率。该系统提高了放煤效率和质量，为实现综采放顶煤工作面无人化提供了思路。

采煤工作面降温系统布置方式优化研究

汪杰, 毛国勇, 陈海琴

2018, 44(12): 43-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010012

<摘要>(109) <HTML> (5) <PDF>(9)

摘要:
针对长距离矿井采煤工作面存在热害严重、局部高温及温度分布不均匀等问题，以某矿采煤工作面为研究背景，在对该矿热源进行分析的基础上，提出了一种工作面冷量分流的降温布置方式，即在冷量不变的情况下，将空冷器安装于进风巷内，同时匹配1台通风机，通风机与空冷器通过风筒进行连接，利用风筒将部分冷量直接输送至工作面，以起到降温的作用。通过运用CFD软件建立三维模型，分别对常规降温布置和冷量分流布置2种布置方式进行数值模拟，结果表明，采用冷量分流布置方式后，温度场分布更匀称，低温区域面积更广，能有效改善工作面的降温效果。

煤矿综采工作面瓦斯浓度预测模型

李欢, 贾佳, 杨秀宇, 宋春儒

2018, 44(12): 48-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17364

<摘要>(76) <HTML> (9) <PDF>(12)

摘要:
针对基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的瓦斯浓度预测方法进行参数优化时存在的易陷入局部最优解、搜索效率较低、易产生早熟收敛等问题，提出了一种基于改进蚁群算法-最小二乘支持向量机(ACO-LS-SVM)的瓦斯浓度预测模型。首先，对采集的大量煤矿综采工作面瓦斯数据进行k-means聚类分析，以降低数据维数；然后，采用改进蚁群算法对LS-SVM的惩罚参数和核函数参数进行寻优，再代入LS-SVM模型中进行回归预测。仿真结果表明，当瓦斯体积分数绝对误差阈值分别为0.03%，0.04%，0.05%时，基于ACO-LS-SVM的瓦斯浓度预测模型的预测准确度都在95%左右，比SVM模型和LS-SVM模型表现更好。

矿震波速反演模型空间降维方法

陈卿, 刘晓文

2018, 44(12): 54-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090054

<摘要>(117) <HTML> (8) <PDF>(7)

摘要:
针对矿震波速非线性反演方法收敛速度慢、计算量大等问题，提出了一种基于二维快速傅里叶变换的矿震波速反演模型空间降维方法。该方法通过二维快速傅里叶变换及高频截断，可在损失部分高频信息的前提下降低矿震波速反演模型空间维数，从而提高波速反演速度。实验结果表明，采用该方法可将50×50网格的矿震波速反演模型空间维数降为原来的1/100，在此基础上采用粒子群优化算法对矿震波速进行反演时可快速收敛，并稳定地获得与理论值较为接近的反演值。

基于小波变换的煤矸石自动分选方法

陈立, 杜文华, 曾志强, 王俊元, 王日俊

2018, 44(12): 60-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018020047

<摘要>(80) <HTML> (5) <PDF>(9)

摘要:
针对现有基于图像处理的煤矸石识别分选方法存在识别准确度较低、提取参数多、实时处理效率不高等问题，提出了一种基于小波变换的煤矸石自动分选方法。利用小波分析对采集到的煤与矸石图像进行降噪处理，并通过构造小波矩对煤和矸石进行特征提取分析，计算得到特征值，找出煤与矸石特征参数的明显差异，将其作为煤和矸石识别分选的依据。实验结果表明，该方法提高了煤与矸石在线识别分选的工作效率，准确度高。

矿用统一电能质量调节器控制策略研究

钟宁帆, 翟艳强, 张振海, 冯展华, 王小婧

2018, 44(12): 65-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018040059

<摘要>(70) <HTML> (15) <PDF>(8)

摘要:
针对传统的矿用统一电能质量调节器在跟踪补偿电流和电压时存在开关损耗大、相间干扰严重和直流侧电压利用率低的问题，提出了一种基于空间电压矢量的恒频双滞环控制策略。通过跟踪分析单相电流、电压滞环得到固定开关频率时滞环宽度与网侧电压的函数关系，然后根据网侧电压的变化动态调节双滞环宽度，以保证开关频率的恒定，实现在跟踪补偿电流、电压的同时有效减小开关损耗；将恒频双滞环控制与空间电压矢量相结合，可以消除相间干扰，提高电压利用率，在保证电流响应速度的同时，减小电流谐波。仿真结果表明，在电压跌落和电流波形发生畸变时，采用该控制策略的电能质量调节器能够及时有效地对电网电压、电流进行补偿，补偿后的电压、电流谐波畸变率较低，保证了煤矿电网的安全运行。

煤矿电网不对称故障辨识与定位方法

王清亮, 秦洁, 刘新茹

2018, 44(12): 71-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070061

<摘要>(45) <HTML> (8) <PDF>(10)

摘要:
针对煤矿电网单相接地、单相断线和铁磁谐振这3类不对称故障极易发生误判，现有方法无法准确辨识这3类故障等问题，分析了单相接地、单相断线、工频铁磁谐振故障序特性，得出了序电流在煤矿电网中的分布规律：负序电流只在故障线路和上级电网中流过，非故障线路负序电流为零；发生铁磁谐振故障时电网中不产生负序电流，只有微弱的零序电流。在此基础上提出了一种煤矿电网不对称故障辨识与定位方法：根据负序电流判定铁磁谐振故障、零序电流区分单相接地与单相断线故障，根据负序电流分布系数进行故障定位。仿真结果表明，该方法可准确、可靠地实现煤矿电网单相接地、单相断线和铁磁谐振3种不对称故障的辨识与定位。

基于网格划分的井下充电装置部署算法

郭雨, 刘晓明, 冯凯, 丁恩杰, 赵端

2018, 44(12): 78-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17366

<摘要>(66) <HTML> (5) <PDF>(7)

摘要:
针对利用无线充电装置为井下无线可充电传感器网络进行能量传输的场景，将充电装置的部署转化为充电覆盖问题，并结合充电模型建立了最优充电覆盖模型。为求得最优充电覆盖模型的近似最优解，提出了一种基于网格划分的无线充电装置部署算法。该算法通过网格划分及扫描的方式确定充电装置的最优位置，在满足所有传感器节点充电覆盖的同时，最小化充电装置的数量。仿真结果表明，传感器节点数量较少时，网格大小对充电覆盖的影响不大，但充电半径对充电装置数量的影响较大；传感器节点数量较多时，网格大小对充电覆盖有一定的影响，但充电半径对充电装置数量的影响不大，当充电半径超过一定范围时，所需充电装置数量几乎不变。

渗流—应力耦合作用下露天矿边坡稳定性研究

李柱, 谢锋

2018, 44(12): 83-88. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17368

<摘要>(74) <HTML> (6) <PDF>(9)

摘要:
为了研究渗流场与应力场耦合作用对露天矿边坡稳定性的影响，采用ABAQUS有限元分析软件，建立了渗流-应力耦合控制方程和露天矿边坡有限元模型，对渗流-应力耦合作用下露天矿边坡稳定性进行了研究。结果表明：随着浸水时间的延长，岩石强度逐渐减小，当岩石达到饱和状态时，强度趋于稳定；渗流-应力耦合作用下，边坡位移大于无渗流时，边坡安全系数随坡体渗透系数的下降而减小。在露天矿现场采用以喷射混凝土、预应力锚索为主的支护方案后，监测点深部位移较支护前减小，表明该方案能有效控制边坡位移，降低渗流-应力耦合作用对边坡稳定性的不利影响。

大型煤炭企业总部集成监控系统设计

陈汉章, 王继生, 吴浩

2018, 44(12): 89-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17359

<摘要>(79) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
针对大型煤炭企业下属煤矿数量大、分布跨地域、管理层级多等问题，为了有效提升精细化管理水平，设计了大型煤炭企业总部集成监控系统。采用数据库访问、文件、OPC等方式实现各类异构系统数据采集；采用弦切数据压缩算法对煤矿现场大量原始数据进行压缩处理；基于NoSQL技术建立分布式部署的煤矿实时数据库，实现数据的存储和共享；结合GIS分析展现平台和组态技术，直观展现井下生产环境状况、人员分布情况、设备运行状态等信息，为煤炭企业安全生产调度提供辅助决策支持。实际应用结果表明，该系统实现了整个企业各下属矿井井下、井上各生产区域的安全生产状况实时监测，可满足煤矿数据实时大数据量安全存储共享需求；基于GIS矿图方式进行数据展示与查询，提升了数据的可视化效果和显示效率。

煤矿多人协同应急演练系统设计

马义如, 张骐, 潘涛

2018, 44(12): 93-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17358

<摘要>(77) <HTML> (12) <PDF>(7)

摘要:
针对传统的煤矿现场应急演练受环境限制、成本高、存在安全隐患，现有煤矿应急演练系统未考虑多人协同等问题，结合多人协同在煤矿应急演练中的应用需求，从表示层、服务层、存储层3层架构设计了一种煤矿多人协同应急演练系统。该系统通过模拟再现真实的矿井环境、灾害事故场景，组织多部门多人员在同一空间和时间维度下进行协同演练。测试结果表明，该系统可满足煤矿近百人同时在线协同应急演练，有效提高了参演人员应对灾害的处置能力和协同配合能力。

煤矿井下远程监控终端设计

张新

2018, 44(12): 97-101. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060044

<摘要>(71) <HTML> (9) <PDF>(12)

摘要:
针对煤矿井下监控终端现有通信方式存在布置不灵活、成本高、维护困难、通信距离短、功耗大等问题，提出了一种煤矿井下远程监控终端设计方案。基于核心处理器STM32F103ZET和无线射频芯片SX1278进行低功耗和无线通信设计；利用信噪比检测信道状态，并采用随机时间退后检测方法避免信道碰撞；通过设计应用层自定义通信协议，保障数据收发的安全性。测试结果表明，监控终端在1.8 km通信距离内丢包率不大于4%，平均工作电流约为0.058 mA，适用于煤矿远距离、低功耗的数据组网传输。

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2018年第44卷第12期

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