工矿自动化

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刘啸

2019, 45(12): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019100029

<摘要>(72) <HTML> (17) <PDF>(14)

摘要:
针对厚硬顶板工作面开采强矿压问题，以潘北矿11313工作面为工程背景，通过理论分析基本顶破断特性，制定了厚硬基本顶深孔预裂爆破方案，利用数值模拟研究了厚硬基本顶在不同深孔预裂爆破厚度下围岩应力演化规律及有效深孔预裂爆破厚度下超前支承压力分布。模拟结果表明；应力拱向运输巷侧旋移且应力拱拱高随爆破厚度的增大而增大，应力拱形态由勺状转变为椭圆状；当基本顶预裂爆破厚度为12 m时，工作面超前支承压力影响范围和超前支承压力峰值距工作面煤壁的距离与爆破前相比分别增大了8.5，18.8 m，超前支承压力集中系数由爆破前的1.67减小为爆破后的1.3。现场监测结果表明：厚硬基本顶预裂爆破后，工作面下部支架最大载荷和平均载荷降低，支架动载系数发生明显波动，煤壁片帮得到有效控制。

易自燃孤岛工作面安全推进速度研究

姜希印

2019, 45(12): 7-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050010

<摘要>(74) <HTML> (10) <PDF>(11)

摘要:
冲击地压危险性是孤岛工作面的一种自然属性，防冲减压会影响孤岛工作面正常推进速度，加大煤层自燃危险性，因而确定孤岛工作面安全推进速度时，必须要考虑防冲要求。针对以往孤岛工作面安全推进速度的确定较少考虑冲击地压危险性的问题，以济宁二号煤矿93下05工作面为研究对象，分析了终采线处上下邻近采空区的贫氧特性和工作面采空区的危险性区域分布规律，得出以下结论：当O2 体积分数为6%时，煤样由初始条件氧化至达到临界温度的时间为253 d，应保证工作面在253 d内回采完毕；考虑防火要求，安全推进速度应不小于为3.7 m/d；考虑防冲要求，优化后未保护区和保护区的安全推进速度范围分别为3.7～5 m/d和5.04～8 m/d。该推进速度不仅保证了93下05工作面回采期间三面采空区的煤自燃安全，而且不会给工作面带来新的冲击地压危险，确保了工作面生产周期内的安全回采。

基于定向钻进技术的综合立体瓦斯抽采模式

韩兵

2019, 45(12): 12-16. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040026

<摘要>(59) <HTML> (13) <PDF>(9)

摘要:
以成庄矿为例，分析了定向钻进技术在顺层钻孔抽采实体煤、高位钻孔抽采采空区、跨破碎带抽采待掘区域等方面的应用，研究了基于定向钻进技术的综合立体瓦斯抽采模式：针对实体煤层采用顺层递进模块式抽采技术，通过长时间、大范围抽采及预抽模块、掘进工作面、回采工作面的循环递进，实现回采煤量和抽采煤量的良性接替；针对“U”型通风上隅角瓦斯集聚区域采用顶板高位定向钻孔抽采技术，高位定向钻孔通过裂隙带与上隅角构成连通系统，采空区内瓦斯通过裂隙被钻孔抽出，从而降低采空区内瓦斯浓度；针对破碎煤层采用煤-岩-煤型顶板梳状定向钻孔技术，主孔布置于顶板中，钻孔跨越破碎煤体后施工梳状分支钻孔进入煤层，从而掩护下一阶段巷道掘进；针对煤层积水情况采用顶抽气-底排水组合式梳状定向钻孔技术，煤层中积水排采钻孔和顶板中瓦斯抽采钻孔在空间上实现水-气流场联通，煤层孔排水降压后利于顶板孔抽采瓦斯。采用该瓦斯抽采模式后，成庄矿瓦斯抽采率达60%以上。

矿井构造复杂程度定量评价与涌（突）水耦合分析

刘伟, 吴基文, 胡儒, 毕尧山, 翟晓荣, 徐峰

2019, 45(12): 17-22. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040102

<摘要>(35) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
多数矿井涌(突)水事故与矿井地质构造有着密切关系，准确评价矿井构造复杂程度对矿井水害防治具有重要意义。以徐庄煤矿为研究对象，选取断裂分维值、断层强度指数、褶皱平面变形系数作为影响矿井构造复杂程度的评价指标，采用独立性权系数法确定各评价指标所占权重，通过ArcGIS建立了矿井构造复杂程度定量评价模型，将研究区划分为复杂构造区、较复杂构造区、中等复杂构造区和简单构造区4个区域，并分析了矿井构造复杂程度与矿井涌（突）水的耦合关系。结果表明：研究区以复杂构造为主，构造复杂程度主要受控于大型断层和褶皱；断裂分维值、断层强度指数和褶皱平面变形系数越大，矿井构造复杂程度越大，涌（突）水点分布越密集，表明矿井构造对涌（突）水具有明显的控制作用。

基于云模型和组合赋权的煤矿安全风险评价

郜彤, 张瑞新, 郜赛超, 何谦, 刘贇

2019, 45(12): 23-28. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060020

<摘要>(69) <HTML> (15) <PDF>(13)

摘要:
针对我国煤矿安全风险评价基础薄弱、手段单一、客观性不强等问题，结合云模型理论和基于层次分析法主观赋权、灰关联分析客观赋权的组合赋权方法，构建了一种煤矿安全风险评价模型。建立了包含人员、设备、环境、管理和历史5个一级评价指标，29个二级评价指标的煤矿安全风险评价指标体系；确立了煤矿安全风险评价指标的云模型标尺；采用安全风险评价云模型计算煤矿安全风险评价指标体系中指标层、准则层、目标层的数字特征，得到煤矿安全风险评价云。将该模型应用于红庆梁煤矿安全风险评价，结果表明：该煤矿现阶段安全风险等级为中等风险，影响安全生产的主要因素为作业人员违章操作率、煤层顶底板稳定性等。该模型为煤矿安全管理及风险防控工作提供了一定参考。

基于容量增量法的防爆锂电池老化指标分析

陈继永, 吴兆宏, 李金喜

2019, 45(12): 29-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019080003

<摘要>(80) <HTML> (19) <PDF>(24)

摘要:
现有防爆锂电池矿用机车电池管理系统中电池健康状态仅用于预测电池剩余使用寿命，不对电池老化原因进行分析，对电池维护缺乏指导意义。针对该问题，首先分析了导致锂电池老化的内部因素，即锂离子损耗、活性物质溶解、内阻增加；然后基于容量增量法原理，提出了一种防爆锂电池老化指标分析方法，根据锂电池容量增量曲线高度和横向位置分别对锂离子损耗、活性物质溶解、内阻增加导致的锂电池老化进行量化分析，得出了相应的老化指标；最后介绍了电池管理系统中计算锂电池容量增量和确定容量增量曲线峰谷点的方法。采用电池充放电试验分析了充放电次数和充放电倍率对电池老化的影响：防爆锂电池以较小充放电倍率操作时，随着充放电次数增加，锂电池老化主要为锂离子损耗和活性物质溶解导致的老化；增大电池充放电倍率对内阻增加导致的电池老化影响最大。该方法有助于防爆锂电池管理系统更准确地估算电池健康状态，并为电池维护和电池管理系统的参数设定提供依据。

基于转矩电流的立井施工提升系统载荷测量方法

蔡雨盛, 邓世建, 许敬语, 高许

2019, 45(12): 35-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050047

<摘要>(36) <HTML> (8) <PDF>(9)

摘要:
目前矿山提升系统载荷测量方式主要是通过在井底加装称重传感器测量载荷，但该方法无法应用于立井施工提升系统。通过分析钢丝绳张力与载荷的函数关系来测量提升载荷的方法实现了载荷的动态测量，但传感器的安装和钢丝绳自身塑变导致的测量精度问题一直难以解决，带来安全隐患。为解决上述问题，针对提升系统的电气传动系统为异步电动机交-交变频传动矢量控制的情况，根据变频器可直接输出转矩电流这一特性，提出了一种以转矩电流为测量信号的提升载荷测量方法。通过建立提升系统数学模型和动力学分析，确定了转矩电流与提升载荷的相关性；在此基础上引入粒子群优化最小二乘支持向量机，建立转矩电流与提升载荷在加速、匀速和减速3个运行阶段的关系模型；在各运行阶段给载荷施加不同的扰动，通过Matlab仿真分析提升载荷与转矩电流的关系。仿真结果表明，提升载荷与转矩电流在各运行阶段都存在对应关系，通过转矩电流可以精确地还原出提升载荷及其波动情况。

自然和饱水煤样巴西劈裂过程声发射幅频特征试验

陈同庆, 沈荣喜, 李红儒, 侯振海, 张昕

2019, 45(12): 40-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019030045

<摘要>(40) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
为研究水对煤样拉伸破裂过程中力学及声发射特性的影响，对自然和饱水煤样进行巴西劈裂试验，利用频谱分析法对声发射波形信息进行研究。试验结果表明：拉伸破裂过程中，饱水煤样主频集中范围小于自然煤样；破坏阶段饱水煤样释放的能量比自然煤样少，其最大主频幅值低于自然煤样；自然煤样声发射信号以低频低幅值、中频低幅值和高频低幅值信号为主，煤样破裂时低频和高频信号有向中频带转移的趋势，饱水煤样声发射信号以低频低幅值信号为主，煤样破裂时低频高幅值和中频低幅值信号增加；低频高幅值信号对应煤样破裂过程中大尺度裂纹产生；饱水煤样破裂时低频高幅值信号数量多于自然煤样，反映了饱水煤样破裂时产生的大尺度裂纹更多。

矿用激光甲烷传感器工作稳定性加速试验

王小松

2019, 45(12): 45-49. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100034

<摘要>(78) <HTML> (12) <PDF>(10)

摘要:
针对现有传感器工作稳定性试验方法需将传感器连续运行和测试180 d、效率较低的问题，分析了矿用激光甲烷传感器工作稳定性加速试验的可行性；通过摸底试验分析得出温度是影响激光甲烷传感器长期测量误差稳定性的主要因素；根据激光甲烷传感器各部件及整机的温度极限，确定加速试验温度为75 ℃；使用阿列纽斯方程建立工作稳定性加速试验模型，并计算出加速因子为8.718 34；结合恒定失效率假设下失效率与平均无故障时间的验证试验方案，得出激光甲烷传感器工作稳定性加速试验方法，该方法可将试验时间从180 d缩短为12 d。结合第三方检测机构的检测结果，通过实验验证了加速试验方法的可行性。该加速试验方法可大幅提升检验工作效率，为制定激光甲烷传感器行业标准试验方法提供理论支撑。

典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律研究

张少华, 张玉臣, 刘一鸣

2019, 45(12): 50-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060026

<摘要>(96) <HTML> (14) <PDF>(9)

摘要:
针对目前对煤层支承压力的研究大多基于工作面上覆岩层结构均化处理展开，未充分考虑其内在结构影响的问题，基于岩层控制关键层理论，通过改变关键层位置、厚度等，对典型关键层结构下覆岩采动应力分布规律进行了数值模拟研究。研究结果表明：随着关键层与煤层间距增大，工作面超前支承压力峰值逐渐减小，关键层下方软岩层超前支承压力峰值先减小后趋于稳定，关键层上方软岩层超前支承压力峰值先增大后趋于稳定，应力集中区域范围减小；随着关键层厚度增大，工作面超前支承压力峰值先增大后趋于稳定，上覆岩层超前支承压力峰值逐渐增大，应力集中区域范围增大。

感应耦合电能传输系统最佳工作点跟踪研究

王琦婷, 魏业文, 周健飞, 李应智

2019, 45(12): 54-59. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050003

<摘要>(45) <HTML> (7) <PDF>(8)

摘要:
针对传统感应耦合电能传输(ICPT)系统的工作状态随负载变化而偏离最佳工作点的问题，在ICPT系统中引入H桥变流器取代传统补偿电容，通过改变其触发角实现补偿容量动态调节和最佳工作点跟踪。根据电路互感理论建立ICPT系统最佳工作点下的补偿容量-负载匹配数学模型，并以最大功率点为优化目标，给出了基于H桥变流器动态补偿的ICPT拓扑及阻抗匹配控制方法。Matlab仿真结果表明，H桥变流器触发角α的取值范围为α＜40°。实验结果表明，基于H桥变流器动态补偿的ICPT拓扑具有良好的动态补偿特性，能够在负载变化时自动跟踪系统最佳工作点。

井下柔性直流输电系统换流站设计

李山, 潘涛, 倪春明, 王颖杰, 王亚娟

2019, 45(12): 60-67. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17463

<摘要>(41) <HTML> (5) <PDF>(6)

摘要:
针对煤矿井下供电负荷、供电距离、供电系统有功损耗均较大，且负载侧存在电压偏低和闪变等问题的现状，将基于模块化多电平换流站的柔性直流输电（MMC-HVDC）系统应用到井下供电系统，重点介绍了该系统中换流站（MMC）的拓扑结构、数学模型、参数及控制器设计等。井下MMC-HVDC系统包含整流站和逆变站2个MMC，整流站采用快速电流内环控制和定直流电压、定无功功率外环控制的双闭环控制结构，逆变站采用定交流电压控制；MMC均采用载波移相脉宽调制和基于能量均分控制、电压平衡控制的均压策略。在PSCAD/EMTDC软件中对井下MMC-HVDC系统进行仿真实验，结果表明：井下MMC-HVDC系统在稳态运行时具有良好的动态响应，实现了有功和无功功率独立控制，提高了直流输电效率；系统受到因井下负荷变化引起的扰动时可以较快的速度调节有功和无功功率，快速稳定直流输电电压，同时将逆变站输出电压幅值和相位稳定在额定值。

煤矿安全监控分站模拟软件设计

邢少妹, 刘海峰

2019, 45(12): 68-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050083

<摘要>(93) <HTML> (5) <PDF>(9)

摘要:
传统的煤矿安全监控中心站监控系统测试方法是通过挂接多个分站设备对系统功能及性能进行检测，不仅需要投入大量的硬件设备成本，测试过程繁琐，而且不能有效发现系统潜在的缺陷。针对上述问题，设计了一款实用的煤矿安全监控分站模拟软件，该软件利用数据模拟技术、IO多路复用技术及WebSocket实时通信技术，可以实时模拟分站设备的工作模式，与中心站监控系统进行动态交互，能动态触发异常场景，并能模拟多分站的并发行为，对中心站监控系统的通信传输准确性、时效性、并发处理能力及连续可靠性等进行全方位的检验。测试结果表明，分站模拟软件能代替分站设备模拟绝大部分的实际应用场景，能从实时数据采集监测、网络传输稳定性、内存消耗情况、异常报警监控等方面快速、有效地诊断出中心站监控系统存在的问题,有效提高中心站监控系统的修复周期，为现场稳定运行提供保障。

边缘计算在采煤机控制系统中的应用

张阳, 杜志文

2019, 45(12): 75-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019090082

<摘要>(76) <HTML> (7) <PDF>(11)

摘要:
基于远端云计算的采煤机控制系统中大多数采煤机原始数据计算都是放在远端云平台中执行，存在数据传输可靠性低及延时长等问题，无法满足采煤机无人化控制中对实时计算的要求。针对上述问题，提出了一种基于KubeEdge边缘计算的采煤机控制系统。以采煤机高精度定位和机器视觉检测应用为例，介绍了基于KubeEdge的边缘计算架构在采煤机控制系统中的实现方法并进行了测试。测试结果表明，边缘计算在采煤机控制系统中的应用实现了采煤机相关数据在边缘侧的计算及计算结果在远端云平台的同步，实现了采煤机远端云平台的数据通信和同步，即边缘节点负责计算数据，远端云平台负责显示结果，解决了基于远端云计算的采煤机控制系统存在数据传输可靠性低、延时长的问题。边缘计算和远端云计算共同构建了新型采煤机控制系统网络应用平台，是采煤机控制系统无人化应用的研究方向。

煤矿安全生产标准化信息管理系统设计

张俭让, 黄玉鑫, 闫振国, 张磊, 霍小泉

2019, 45(12): 81-85. doi: ZHANG Jianrang1

<摘要>(3) <HTML> (2) <PDF>(9)

摘要:
针对目前煤矿安全生产信息管理系统存在的信息管理手段单一、信息输入输出延迟及缺少对业务数据的挖掘分析等问题，设计了一种煤矿安全生产标准化信息管理系统。该系统通过搭建虚拟专网，直接服务于安全生产管理的全体人员及专项业务；通过多种智能终端和计算机网络终端，对预定流程的各项业务进行协同处理，得到专网的精准信息支持，并由专网全面承担后续处理需求；将专网的关键功能延伸至多种智能终端，实现任何人在任何时间、任何地点采用任何终端的“4A”式信息管理模式。该系统运用Miracast协议，通过WiFi网络连接，在不同多媒体终端上进行多媒体内容的传输、解析、展示、控制等操作，从而实现多屏联动系统控制。同时系统引入关联分析Apriori算法，并根据事故隐患数据多维多层的特点对算法进行改进和优化，建立系统后台自动挖掘分析子系统，从而实现对事故隐患多维度、多层次的挖掘分析。实际应用结果表明，该系统提高了业务处理时效性，提升了煤矿安全生产管理水平及煤矿应急响应智能化处理水平。

煤矿井下精确定位系统研究

陈伟

2019, 45(12): 86-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17409

<摘要>(191) <HTML> (9) <PDF>(20)

摘要:
针对现有基于RFID,ZigBee,WiFi等技术的煤矿井下人员定位系统定位精度较低的问题，提出了融合可见光通信和惯性导航系统的煤矿井下精确定位系统。该系统以煤矿井下LED照明灯作为LED可见光定位基站，利用智能信息矿灯内置CMOS摄像头接收可见光信号进行定位，利用智能信息矿灯内置加速度传感器和陀螺仪数据进行时间积分得到井下人员运动轨迹和方向，并通过智能信息矿灯识别LED可见光定位基站的ID编码信息重新定位来修正惯性导航数据，从而实现精确定位。在煤矿井下布置8个LED可见光定位基站，通过5台智能信息矿灯以正常速度移动来测试系统定位精度，结果表明系统定位误差小于1 m，满足煤矿井下人员定位精度要求。

青龙煤矿高位定向钻孔瓦斯抽采实践

孟祥军, 陈功华, 阮国强, 张彬彬, 郭英

2019, 45(12): 91-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060073

<摘要>(48) <HTML> (8) <PDF>(9)

摘要:
针对高位钻孔瓦斯抽采存在钻孔数量多、单孔深度不足、钻孔轨迹不可控、瓦斯抽采浓度较低、抽采不连续等问题，为有效防治青龙煤矿21602工作面回采期间上隅角瓦斯浓度超限，利用高位定向钻孔技术对瓦斯进行抽采，介绍了高位定向钻孔设计施工方案，通过现场实践确定了最佳钻孔布置参数。结果表明：高位定向钻孔具有瓦斯抽采浓度高、抽采量大、抽采率高等特点，且高位定向钻孔瓦斯抽采效果随工作面回采距离的增加呈先稳定后下降的趋势；当高位定向钻孔终孔层位距离顶板39 m、距离回风巷右帮水平位移为55 m时，瓦斯抽采体积分数达30.5%，瓦斯抽采流量达18 m3/min，瓦斯抽采纯量达2.374 m3/min，瓦斯抽采效果最佳；上隅角瓦斯体积分数由抽采前的最大值0.72%降低至抽采期间的0.2%～0.4%，有效解决了上隅角瓦斯浓度超限问题。

矿用远距离供电高压变频器输出滤波装置设计

王谦, 曹娜

2019, 45(12): 97-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17487

<摘要>(93) <HTML> (13) <PDF>(10)

摘要:
针对矿用高压变频器远距离供电时变频器功率器件IGBT频报故障、电动机有啸叫声等问题，分析认为主要原因是高压变频器工作特性导致输出波形含有高次谐波及远距离供电传输。根据变频器输出波形特征，提出了一种矿用远距离供电高压变频器输出滤波装置的设计方案，介绍了该滤波装置电抗器、电容等参数的计算方法。仿真结果表明，矿用远距离供电高压变频器侧加装该滤波装置后，电动机端电压波形较平滑，无毛刺和尖峰。样机测试结果表明，加装该滤波装置后，电动机端高次谐波被消除，总谐波失真小于5%。

SAP型集成供液系统软件测试平台设计

郭资鉴, 李俊士

2019, 45(12): 101-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019080040

<摘要>(121) <HTML> (17) <PDF>(11)

摘要:
针对现有SAP型集成供液系统软件测试存在的输入信号模拟精度低且操作不便、输出信号检测通道少、点表参数校验耗时长、线路连接繁琐等问题，设计了一种SAP型集成供液系统软件测试平台。该测试平台通过上位机管理软件控制模块组模拟输入信号并传输至控制器，控制器采集到输入信号后，点表参数发生变化并传输至上位机管理软件，同时控制器根据输入信号执行相应的逻辑判断并输出控制信号，控制信号被模块组采集后传输至上位机管理软件，上位机管理软件根据控制信号是否与输入信号相匹配来自动判断测试结果。该测试平台的应用提升了测试效率和准确性。

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2019年第45卷第12期

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