工矿自动化

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郭清华

2018, 44(8): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030088

<摘要>(61) <HTML> (8) <PDF>(11)

摘要:
为消除外界振动对分布式激光甲烷检测系统的影响，在分析振动对光纤物理特性及甲烷检测的影响、振动波形频率特征的基础上，提出一种基于实时采样信号和设定频率信号的振动波形辨识算法。该算法通过傅里叶变换、互相关运算、最大相似系数判定和甲烷浓度解算等步骤，有效识别出不同频率的外界振动波形，进而可准确删除振动波形，消除外界振动对甲烷浓度测量值的影响。实验室测试及工业性测试结果表明，该算法能有效识别出不同频率的振动干扰，避免振动信号引入的测量误差。

煤矿井下全景影像采集系统设计

殷大发

2018, 44(8): 6-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17331

<摘要>(59) <HTML> (6) <PDF>(8)

摘要:
针对现有全景影像采集装置因体积较大而不便在井下应用，且因采用点光源导致采集图像存在光照不均现象等问题，设计了一种煤矿井下全景影像采集系统，详细介绍了该系统本质安全型LED照明装置、本质安全型全景图像采集装置、智能车载里程记录仪、图像采集同步控制器等关键硬件设计方案及图像采集同步控制流程。测试结果表明，该系统能够快速、便捷地采集井下全景图像，图像质量较好。

增强现实技术在矿井通风系统中的应用前景分析

成董浩, 浑宝炬, 靳凯

2018, 44(8): 10-14. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010021

<摘要>(40) <HTML> (9) <PDF>(9)

摘要:
介绍了增强现实技术的基本概念及其特征，结合我国智慧矿山的发展趋势，提出了将增强现实技术应用到矿井通风系统的理念，从数据模型的3D可视化、方位识别和引导、通风巷道的现实增强3个方面分析了增强现实技术在矿井通风系统中的应用前景。分析结果表明，采用增强现实技术可实现通风巷道数据的可视化，可实时获取所处巷道的环境信息，方位识别和引导更加精准和人性化，为矿井通风系统智能化管理提供了一种新的技术手段。

基于公有云的企业安健环管控平台建设

韩安

2018, 44(8): 15-19. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17333

<摘要>(116) <HTML> (12) <PDF>(11)

摘要:
针对现有企业在安全管控、职业健康、环境保护等方面存在的安全管控无标准、监管手段落后等问题，提出了基于公有云的企业安健环管控平台建设方案，介绍了平台物理架构和功能架构设计，分析了平台建设的关键点、关键技术和平台的优势。该平台结合计划、执行、检查、行动（PDCA）管控体系，将实时动态监测与日常静态业务管理相结合，应用事件/事故驱动实现快速响应，通过应急管理与应急响应实现灾变情况下的辅助应急救援；融合指标计划、执行效率、管控效果等多方面因素，实现安健环总体动态评估及管控指标与执行过程的不断优化，提升管控力度与深度。该平台充分应用了云计算与物联网的技术优势和运维模式，降低了安健环项目的建设成本与运维难度，提高了监管效率及监管深度。

区域瓦斯治理方案及效果分析

胡智芳

2018, 44(8): 19-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018020043

<摘要>(108) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
以平煤十二矿为研究对象，针对其己15-17220工作面由于深部开采导致突出煤层瓦斯压力大、透气性差、区域瓦斯治理的消突效果不理想及煤巷掘进速度缓慢、回采工作面接替紧张等问题，提出了“穿层钻孔+水力冲孔”的区域瓦斯治理方案，并对区域瓦斯治理效果进行了检验分析与指标验证，得出如下结论：残余瓦斯含量和压力分别降低至5.57 m3/t和0.40 MPa，均低于防突规定的临界值，达到了煤矿安全开采的防突标准；钻屑量与钻孔瓦斯涌出初速度分别降至3.5 kg/m和2.18 L/min，指标均未超标，消除了煤层的突出危险性；煤巷月进尺稳步提升，提升了10%，有效缓解了工作面接替紧张问题。治理效果验证了该方案的合理性。

提高矿用X射线核子秤计量稳定性的研究

任凤国, 刘学红, 任安祥, 王文清

2018, 44(8): 24-27. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010058

<摘要>(70) <HTML> (11) <PDF>(8)

摘要:
为提高矿用X射线核子秤的计量稳定性，从防爆型X射线源和计量零点2个方面给出了具体方法：利用X射线探测器监测X射线源输出的X射线能量和强度，通过在X射线源内加装监控网络模块接收X射线探测器监测的X射线参数，并与设定的X射线参数进行比较，从而反馈控制防爆型X射线源的管电压和管电流，保持X射线源输出的X射线参数稳定；用防爆型X射线源的管电压、管电流的平均值来定义源强零点，通过X射线探测器实时采集X射线参数并与计量零点、源强零点进行比较，从而反馈调整计量零点和源强零点，克服输送机工况变化及X射线管老化对矿用X射线核子秤计量零点的影响。测试结果表明，该方法能有效提高X射线的稳定性，保证矿用X射线核子秤的计量稳定性。

矿用高压防爆开关微机保护装置现状与展望

卢东贵, 荣相, 曾苛

2018, 44(8): 28-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050038

<摘要>(136) <HTML> (10) <PDF>(9)

摘要:
从硬件结构、基本功能等方面介绍了矿用高压防爆开关微机保护装置的现状；指出矿用高压防爆开关微机保护装置存在缺乏统一的标准、选择性漏电保护准确率低、防越级跳闸性能不全面、缺乏故障诊断功能、通信可靠性差等问题；提出了矿用高压防爆开关微机保护装置的发展趋势，包括技术标准统一、多判据融合的选择性漏电保护、基于智能变电站的防越级跳闸、矿用高压防爆开关故障诊断、多种通信方式组合等。

煤矿井下节点合作加权质心定位算法

赵彤, 李先圣, 张雷, 丁恩杰, 胡延军

2018, 44(8): 32-38. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010007

<摘要>(59) <HTML> (5) <PDF>(13)

摘要:
针对煤矿井下长距离巷道内人员定位信号存在衰减大、定位精度低的问题，提出了一种节点合作加权质心定位算法。该算法在ZigBee通信环境下，通过参数寻优思想在长距离巷道内人员定位时选择近距离虚拟参考节点（已定位的未知节点）与参考节点合作使用，利用改进的小区域三角形加权质心定位算法对未知节点进行初始定位，然后通过坐标修正确定未知节点的位置。仿真与实验结果表明，利用参考节点与虚拟参考节点合作定位，减少了远距离参考节点的使用，可以解决因距离远导致的信号衰减大的问题，提高了井下人员定位的精度；该算法的平均定位误差为1.5 m，可满足煤矿井下长距离巷道内人员定位精度的要求。

基于节点协作的煤矿井下无线精确定位算法

高莉, 胡延军, 张雷, 赵彤

2018, 44(8): 39-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030086

<摘要>(100) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
针对现有多边定位算法在定位基站布置稀疏的情况下定位精度低、鲁棒性差的问题，提出了基于节点协作的无线精确定位算法，给出了未知节点误差和最小的加权非凸定位模型，并提出相应的非迭代式定位算法。仿真和实验结果表明，在典型巷道定位布置、未知节点均匀随机的情景中，采用所提算法得到的未知节点平均定位误差随节点数增加而降低，且下降趋势随节点数增加变缓；该定位算法可实现总体上的定位鲁棒性和定位精度的提高，其代价为个别节点定位精度的降低及定位时间复杂度的上升。

截割头载荷对掘进机机身偏向角的影响规律分析

宗凯, 符世琛, 李一鸣, 张敏骏, 王鹏江, 王志龙

2018, 44(8): 46-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030002

<摘要>(54) <HTML> (4) <PDF>(10)

摘要:
为研究悬臂式掘进机截割过程中截割头载荷对机身偏向角的影响规律，建立了掘进机机身偏向角动力学模型，根据模型求解的输入问题，提出了一种截割头载荷计算方法，并通过仿真计算得到截割头载荷与驱动油缸压力及悬臂截割位置之间的关系。对掘进机截割过程中机身偏向角的变化进行了仿真分析，得到了不同工况下和不同悬臂截割位置时截割头载荷对掘进机机身偏向角的影响规律：横向截割工况下，机身偏向角随截割头载荷的增大而增大，且在悬臂水平摆角为14°时达到最大值；纵向截割工况下，机身偏向角随截割头载荷的增大而减小，且悬臂垂直摆角越大，机身偏向角越小。

刮板输送机水平面形态检测方法

乔春光, 王学文, 谢嘉成, 李祥, 杨兆建

2018, 44(8): 52-57. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060004

<摘要>(77) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
针对现有刮板输送机水平面形态检测方法测量结果不准确的问题，提出了一种基于采煤机与刮板输送机协同位姿解算的刮板输送机水平面形态检测方法。该方法首先根据采煤机与刮板输送机在运行过程中的耦合关系，利用Rodrigues参数法对捷联惯导系统信息进行解算，获得采煤机在刮板输送机上运行时的位姿信息；然后将解算的采煤机位姿信息、已知的刮板输送机中部槽航向角代入建立的刮板输送机水平面形态检测数学模型，计算出刮板输送机各中部槽航向角，从而得到刮板输送机在水平面的工作形态。试验结果表明，该方法对刮板输送机中部槽航向角的检测误差为0~1.5°，对刮板输送机水平面形态的最大检测误差为30.70 mm，满足刮板输送机水平面形态检测要求。

一种矿用电缆剩余寿命预测方法

李磊, 马宪民, 范文玲

2018, 44(8): 57-62. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010044

<摘要>(83) <HTML> (8) <PDF>(5)

摘要:
针对现有矿用电缆剩余寿命预测方法建模繁琐、失效数据采集困难、预测精度低等问题，提出了一种基于灰色预测和多尺度量子谐振子优化算法的矿用电缆剩余寿命预测方法。首先采集电缆加速湿热老化试验中不同温度下的介质损耗因数和老化时间；然后采用灰色预测GM(1，1)模型，以介质损耗因数为5%作为电缆寿命终点的判据，根据采集数据建立矿用电缆剩余寿命预测模型；最后采用多尺度量子谐振子优化算法对GM(1，1)模型参数进行优化，以提高模型的预测精度。试验结果表明，基于灰色预测和多尺度量子谐振子优化算法的矿用电缆剩余寿命预测方法试验时长短,具有较高的准确度。

矿用悬臂式掘进机截割头姿态视觉测量系统

张旭辉, 刘永伟, 杨文娟, 毛清华, 王冬曼, 周颖

2018, 44(8): 63-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010067

<摘要>(127) <HTML> (8) <PDF>(8)

摘要:
针对目前悬臂式掘进机截割头姿态测量方法需要改变掘进机结构且测量稳定性不高的问题，采用单目视觉测量技术，设计了一种矿用悬臂式掘进机截割头姿态视觉测量系统。首先，在安装于截割臂靠近回转台处的红外标靶上采用多点状红外光源组成正方形，通过摄像机定时采集红外标靶图像；然后，通过提取光斑中心计算正方形顶点在像素坐标系中的坐标，再利用四点透视方法得到红外标靶在摄像机坐标系中的坐标；最后，利用建立的截割头姿态测量模型计算出截割头姿态角。实验结果表明，该系统测得的垂直摆角误差在±0.8°以内，水平摆角误差在±0.5°以内。

基于压缩感知的区域离散化矿井目标定位方法

徐志明, 田子建, 王文清, 刘真真, 刘婷, 黄蕾

2018, 44(8): 67-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018020005

<摘要>(85) <HTML> (12) <PDF>(5)

摘要:
针对电磁波测距定位方法受井下电磁干扰导致定位精度低，指纹定位方法离线构建指纹特征库面临海量离线数据连续测量和存储的问题，提出了基于压缩感知的区域离散化矿井目标定位方法。首先对定位区域划分网格进行离散化处理，离线测量网格处信号强度，构建指纹特征库；然后将在线采样的少量信号强度通过压缩感知得到包含目标位置信息的稀疏位置矩阵，从而估计目标可能存在的位置；最后通过网格质心法对目标精确定位。实验结果表明，该方法提高了定位精度、缩短了定位时间，实现了矿井目标精确定位。

巨厚松散层下煤层开采薄基岩变形及矿压显现研究

翟新献, 吕超, 唐世界, 于春生

2018, 44(8): 71-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018020007

<摘要>(140) <HTML> (15) <PDF>(9)

摘要:
以赵固一矿12051综采工作面为研究对象，采用UDEC数值模拟软件对巨厚松散层条件下煤层开采薄基岩变形及矿压显现进行了研究。结果表明：① 工作面初次来压步距为55 m，周期来压步距为15 m；开采后上覆薄基岩出现垮落带和裂隙带，垮落带高度为12.4 m，垮采比为3.54，裂隙带高度为36.7 m，裂采比为10.48。② 随着工作面推进距离的不断增加，工作面前方支承压力影响区范围、支承压力峰值和塑性区范围均增加；当基本顶初次来压后，工作面前方支承压力处于稳定状态，主要表现为最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。研究结果可为类似地质条件下综采工作面围岩控制提供依据。

基于小波包和BP神经网络的刚性罐道故障诊断

马天兵, 王孝东, 杜菲, 陈南南

2018, 44(8): 76-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010051

<摘要>(65) <HTML> (11) <PDF>(7)

摘要:
针对现有刚性罐道故障诊断方法不能消除环境因素影响、接头故障识别率较低等问题，以提高罐道故障种类识别精度为目标，提出了基于小波包和BP神经网络的刚性罐道故障诊断方法。搭建了立井提升系统实验台，模拟台阶突起故障和罐道接头故障这2种典型的罐道故障，采集提升容器振动加速度信号；运用小波包分解对采集的信号进行能量分析并提取故障特征参数，将故障特征参数作为BP神经网络的输入，并选取新的测试样本检测神经网络的诊断效果。测试结果表明，基于小波包分析和BP神经网络的刚性罐道故障诊断方法具有较高的故障识别精度,置信度达到了0.91。

高压绕线电动机转子变频调速技术研究

程国栋, 王华平, 夏晶晶

2018, 44(8): 81-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17330

<摘要>(64) <HTML> (8) <PDF>(13)

摘要:
针对目前高压绕线电动机采用定子侧高压变频器进行变频调速存在的技术难度较大、对电力电子器件耐压值要求高、成本较高等问题，提出了一种高压绕线电动机转子变频调速技术。该技术利用转子侧电压等级低的优点，将功率变换由定子侧转移到转子侧，通过通用变频器实现对高压绕线电动机的变频调速。推导了转子变频矢量控制系统数学模型，设计了自适应全阶状态定子磁链观测器，并根据定子磁链观测值实现了转速辨识。Matlab仿真及实验结果验证了转子变频调速技术的正确性及可行性。

基于MEMS传感器的煤矿井下人员定位系统设计

赵悦, 兰英, 屈贤

2018, 44(8): 87-91. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17326

<摘要>(114) <HTML> (5) <PDF>(11)

摘要:
针对现有井下人员定位系统存在定位精度低及成本高等问题，设计了基于MEMS传感器的煤矿井下人员定位系统。该系统采用MPU9150惯性传感器获取测量数据，以CC2530为主控芯片实现数据的采集、处理；通过井下已有的WiFi基站，并结合行人航迹推算算法实现井下人员的精确定位：利用融合了行走频率和加速度方差的表达式来确定步长，采用四元数法估计行人方向角，并根据扩展卡尔曼滤波对方向角的原始数据进行修正，从而获得井下人员的具体位置。实验结果表明，在100 m距离内，该系统的定位误差小于2.2 m，能够实现煤矿井下人员的高精度定位。

煤与矸石分选系统设计

杨慧刚, 乔志敏, 高绘彦, 刘宇, 赵一丁

2018, 44(8): 91-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018020004

<摘要>(59) <HTML> (12) <PDF>(6)

摘要:
针对常见选煤方法存在成本高、自然资源消耗大、环境污染严重，X射线选煤法对于不同厚度的煤和矸石容易出现识别错误等问题，设计了一种基于X射线和光纤传感器的煤与矸石分选系统。该系统首先利用X射线扫描获取煤和矸石X射线图像，经处理后得到图像灰度值；然后采用光纤传感器检测煤和矸石的厚度；最后综合灰度值和厚度确定煤矸识别阈值，实现煤和矸石的分选。实验结果表明，该系统利用煤矸识别阈值能有效识别煤和矸石。

煤矿井下人员安全可穿戴装置研究

马裕静, 白东梅, 刘雨田, 马程然, 吴明哲

2018, 44(8): 96-99. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030079

<摘要>(75) <HTML> (18) <PDF>(7)

摘要:
针对井下人员定位系统定位精度较低、井下人员生命体征监测系统功能不全面的问题，研究了一种具有人员定位、摔倒或躺下姿态监测及心率监测功能的可穿戴装置。该装置采用RSSI测距与步距计算相结合的方法提高人员定位精度，采用三轴加速度传感器监测人员的异常动作，采用心率传感器获取心率数据。测试结果表明，该装置可以实现井下人员精确定位，能够准确判断井下人员是否摔倒、躺下，并对异常状态进行报警。

多通道微震信号采集系统设计

蔡建羡, 缪杰, 姚振静, 李亚南, 韩智明

2018, 44(8): 100-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010002

<摘要>(60) <HTML> (6) <PDF>(9)

摘要:
针对现有矿山微震信号采集系统存在价格昂贵且通用性不强等问题，设计了一种多通道微震信号采集系统。该系统采用地震计拾取微震信号，利用采集电路实现对微震信号的放大、数模转换及数字滤波，利用STM32将滤波后的信号通过USART实时发送给上位机进行分析处理。测试结果表明，该系统可以准确采集、记录地震计拾取的3个通道的微震信号，稳定性好、可靠性高、成本低。

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2018年第44卷第8期

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