工矿自动化

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孙继平, 靳春海

2019, 45(4): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17416

<摘要>(58) <HTML> (7) <PDF>(9)

摘要:
在分析水质监测法、涌水量监测法、水温监测法、气温监测法、湿度监测法、水位监测法、电阻率监测法、应力监测法、微震监测法、水文钻孔法等矿井水灾感知方法原理和特点的基础上，提出了基于图像监测的矿井水灾感知方法和基于图像的大数据矿井水灾感知与水源判定方法，得出以下结论：① 水质监测法不但可感知矿井水灾，还可判定引发水灾的水源，该方法感知地表水和老空水引发的矿井水灾准确率较高。② 基于时间的涌水量监测法具有准确率高的优点，但部署复杂、实时性差；基于流速的涌水量监测法具有操作简单、实时性好等优点，但测量误差较大。③ 水温监测法不但可感知矿井水灾，还可判定引发水灾的水源，但不适用于矿井水灾水源温度与正常矿井涌水温度差异较小的水灾感知。④ 气温监测法具有简单、方便等优点，但受煤炭自燃等矿井火灾、瓦斯与煤尘爆炸、地面气温、矿井通风量、井下设备开停、井下作业人员数量等影响，不适用于矿井水灾水源温度与正常矿井涌水温度差异较小的水灾感知。⑤ 湿度监测法具有简单、方便等优点，但受地面空气湿度和温度、矿井通风量、煤炭自燃等矿井火灾等影响。⑥ 通过水位监测法可及时掌握地表水和地下水水源变化，但需探明老空水位置等。⑦ 电阻率监测法具有响应快、灵敏度高等优点，但准确率受采掘环境影响大，电极布置困难。⑧ 应力监测法和微震监测法具有实时性好的优点，但受煤与瓦斯突出、冲击地压等影响，需与其他矿井水灾感知方法配合使用。⑨ 水文钻孔法具有信息量大的优点，但需与其他矿井水灾感知方法配合使用。⑩ 基于图像监测的矿井水灾感知方法具有非接触、实时快速、监测范围广、部署与安装简单、成本低、使用维护方便等优点。基于图像的大数据矿井水灾感知与水源判定方法同时监测矿井水、导水通道和水源，不但可感知矿井水灾，还可判定引发水灾的水源，具有可靠性高的优点。

面向监控的井下无人机集群系统与关键技术

杨维, 单春艳, 刘俊波

2019, 45(4): 6-12. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100056

<摘要>(109) <HTML> (9) <PDF>(12)

摘要:
井下监控系统通常是固定布设且布设范围有限，难以完全满足井下安全生产的动态监控需求，且井下单架无人机因无线通信距离有限，导致其监控能力较弱。针对上述问题，提出了一种面向监控的井下无人机集群系统，并从井下无人机集群飞行与规避协同控制、数据链组网、矿井巷道环境地图创建、井下无人机姿态与位置估计、动态障碍物检测、路径规划等方面详细介绍了系统实现的关键技术。地面调度中心通过设置在井下监控分站的网关节点向井下无人机集群发布调度命令，井下无人机编队采用“一”字形队列沿矿井巷道集群飞行，在进入指定区域后通过所搭载的视频传感器与环境监测传感器对井下指定区域进行监控，并通过多无人机协作方式将所监测的视频信息与环境参数传输到井下监控分站，实现对井下目标区域的自主动态监控。井下无人机集群系统具有覆盖范围广、监测能力强等优点，通过协同控制多架井下无人机提高了监控效率，通过无线多跳的方式解决了井下无人机单架平台无线通信距离受限的问题，有利于监测与控制信息的传递。

立井多绳摩擦提升系统启动控制方式研究

钱壮壮, 张安宁

2019, 45(4): 13-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110063

<摘要>(131) <HTML> (18) <PDF>(10)

摘要:
为了研究不同启动控制方式对立井多绳摩擦提升系统的影响，建立了提升系统数学模型；以某矿主井提升系统为例，确立了矩形、抛物线形、正弦形、三角形和梯形5种不同启动加速度控制曲线；利用Matlab/Simulink对不同启动加速度控制曲线下的钢丝绳动张力变化情况及提升系统防滑安全性能进行了仿真分析。分析结果表明,该矿主井提升系统启动加速阶段采用矩形加速度控制曲线形式，虽然满足防滑要求，但钢丝绳受到的动张力较大；通过对各启动加速度控制曲线的比较发现，对于同一提升系统，在相同的启动加速时间内，合理的梯形加速度控制曲线形式要优于其他加速度控制曲线形式；梯形启动加速度控制曲线的第1段加速度时间的合理取值范围为1～1.5 s，在该范围内钢丝绳的受力情况得到改善且满足提升系统的防滑安全要求。

刮板输送机中部槽冲击特性研究

王沅, 李军霞, 王季鑫

2019, 45(4): 19-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120073

<摘要>(63) <HTML> (9) <PDF>(11)

摘要:
为了研究煤料、刮板及刮板链对刮板输送机中部槽的冲击特性，首先基于赫兹接触理论，对煤料冲击中部槽过程中的法向冲击载荷和冲击能量进行了理论分析；然后采用EDEM仿真软件模拟了采煤工况下煤料对中部槽的冲击过程，得到了不同链速、不同采煤高度下中部槽所受的法向冲击载荷曲线，以及中部槽中板所受的冲击力分布；最后在空载工况下对刮板及刮板链对中部槽中板的冲击载荷进行了现场试验。研究结果表明：在不同链速和采煤高度下，煤料对刮板输送机中部槽的法向冲击载荷均先迅速增大，然后减小至一定区间内波动，且法向冲击载荷随链速和采煤高度的增大而增大；煤料对中部槽中板的冲击力主要集中在两链道处；刮板及刮板链对中部槽的冲击载荷呈周期性阶跃变化，且采煤侧链道处、采空侧链道处、非链道处的冲击载荷依次减小。

淋涌水型煤泥岩顶板巷道破坏机制与控制技术

赵云佩, 贾靖

2019, 45(4): 24-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17379

<摘要>(113) <HTML> (13) <PDF>(8)

摘要:
针对华亿五一煤业淋涌水型煤泥岩顶板巷道变形破坏问题，以该煤矿11101工作面运输巷为例，采用现场观测与室内试验方法，对巷道破坏特征及机制展开了研究。结果表明：11101工作面运输巷煤泥岩顶板下沉变形显著，最大下沉量达700 mm，锚杆索和工字钢支架损坏现象严重；顶板泥岩含有大量高岭石和蒙脱石成分，遇水易发生泥化、软化和膨胀变形；巷道破坏失稳是围岩强度低、泥岩遇水易泥化、未采取防水措施、支护方式不合理等因素综合作用的结果。提出了顶板全锚索支护+防水型锚固剂+泄水孔排水的淋涌水型煤泥岩顶板巷道破坏控制措施，并应用于11101工作面回风巷。实践表明，回风巷掘出约30 d后，巷道变形趋于平稳，顶板最大下沉量约为112 mm，巷道断面满足生产需求。

综采工作面供液系统负载流阻理论分析及试验

周如林

2019, 45(4): 30-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120023

<摘要>(84) <HTML> (17) <PDF>(12)

摘要:
通过理论分析推导了环形供液模式下综采工作面供液系统负载流阻损失计算公式，并以黄陵煤矿1号工作面供液系统为例，得出了工作面不同液压支架处负载流阻损失分布；在工作面每隔20架支架安装1个压力传感器来测试供液系统管路压力，得到的压差与理论计算结果接近，验证了负载流阻损失计算公式的正确性；分别在采煤机速度为8，12 m/min，单泵供液及双泵供液模式下，通过试验得出了供液系统泵站出口压力分布，并统计了系统卸载时间比与加载时间比，为后续跟机自动化过程中供液系统智能控制和优化提供了参考。

基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法研究

马宏伟, 张璞, 毛清华, 周颖

2019, 45(4): 35-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100054

<摘要>(57) <HTML> (6) <PDF>(14)

摘要:
针对现有煤矿井下移动机器人定位方法存在定位难、精度低的问题，提出了一种基于捷联惯导和里程计的井下机器人定位方法。该方法利用卡尔曼滤波对捷联惯导进行初始对准，以此确定定位的初始坐标，得到初始姿态转换矩阵；利用捷联惯导独立完成机器人位置解算，同时利用里程计输出的速度信息与捷联惯导输出的实时姿态转换矩阵进行航位推算解算，再次得到机器人的位置信息；为了减少累积误差对捷联惯导的影响，使用里程计和捷联惯导构成航位推算系统，采用Sage-Husa自适应滤波设计组合定位算法，选择误差作为系统状态，经过滤波计算和校正，可获得机器人的精确位置信息。实验结果表明，该方法可实现机器人实时定位，有效减少捷联惯导累积误差的影响;定位精度较高，机器人在Y向运动4.3 m，Z向运动0.25 m后，Y向定位误差为0.25 m，Z向定位误差为0.005 m。

基于聚类和K近邻算法的井下人员定位算法

莫树培, 唐琎, 汪郁, 赖普坚, 金礼模

2019, 45(4): 43-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110072

<摘要>(55) <HTML> (8) <PDF>(10)

摘要:
针对现有基于指纹模的井下定位算法存在的计算量大、实时性低、定位精度较低的问题，提出了基于聚类和K近邻算法的井下人员定位算法。用二分k-means聚类算法对采集的RSSI数据进行分类，建立离线指纹数据库；无线移动终端和动态修正器实时采集RSSI值，分别存储到在线定位数据库和动态修正数据库；根据待测点和动态修正器的离线数据和实时数据，采用软硬件动态修正加权K近邻算法计算权重值，结合离线指纹数据库中待测点的物理位置信息估算其实时位置。实验分析结果表明，所提定位算法的最小标准误差为0.46 m，最大标准误差为3.26 m，平均误差为1.62 m。对比分析结果表明，与未进行聚类分析的算法相比，本文算法的精度更高，实时性更好；与未动态修正权重值的算法相比，本文算法的运算时间略有增加，但定位精度提高了37.21%。

矿井链式静止同步补偿器电流跟踪控制策略

田旭, 马越

2019, 45(4): 49-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110002

<摘要>(55) <HTML> (7) <PDF>(5)

摘要:
针对弱电网条件下静止同步补偿器与电网间存在较强的相互影响，电网电压前馈控制策略因存在延时导致抗电网电压畸变效果不佳的问题，提出了一种考虑控制延时的矿井链式静止同步补偿器电流跟踪控制策略。该控制策略以传统的比例谐振控制策略为基础，在电网电压前馈环节中加入补偿环节，该补偿环节等于采样延时传递函数与控制延时传递函数乘积的倒数，采用麦克劳林展开式对补偿环节进行化简，可得到满足要求的补偿环节的近似表达式。加入补偿环节后的控制策略可以消除控制延时及电网电压畸变所造成的影响，使静止同步补偿器在电网电压谐波较大时仍可正常工作。仿真结果表明，该控制策略具有较强的抗电网电压扰动能力和良好的电流跟踪控制效果。

长距离带式输送机三点驱动控制系统研究

高润东, 熊晓燕, 郭浩

2019, 45(4): 54-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110073

<摘要>(74) <HTML> (4) <PDF>(6)

摘要:
针对目前带式输送机驱动控制研究忽略了输送带的黏弹性对启动过程的影响、不能较好地模拟带式输送机启动过程的问题，分析了输送带的力学特性及黏弹性模型，并选用Voigt模型对输送带进行建模；利用Simulink与AMESim联合仿真平台，分别对带式输送机的机械部分和电动机控制部分进行建模。根据直接转矩控制原理和协同控制思想设计了长距离带式输送机三点驱动控制系统。该系统采用主从控制策略，以头部驱动电动机为主驱动，其余为从驱动，控制带式输送机头部、中部、尾部3个驱动的输出转速和转矩，使得带式输送机以预设速度曲线平稳启动并运行。仿真结果表明，由于输送带的黏弹性作用及带式输送机加速度不断变化，导致带式输送机的负载转矩不断变化，但带式输送机头部、中部、尾部3个驱动均能很好地跟踪预设的启动速度，说明三点驱动控制系统能够很好地控制带式输送机的启动和运行过程。

矿用卷缆装置三级调速液压系统研究

李朋朋, 张丹, 孟祥强, 曹连民, 孙宝海

2019, 45(4): 59-62. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120003

<摘要>(41) <HTML> (6) <PDF>(6)

摘要:
针对电缆卷放速度与连续采煤机行进速度不能同步的问题，在分析卷缆装置三级调速液压系统原理的基础上，建立了三级调速液压系统仿真模型。该系统利用节流阀与压力补偿阀组合设计降低了设计复杂性，避免了压力补偿阀不工作时带来的能量损耗；实现了液压马达110，80，50 r/min三级转速变化，从而实现了卷缆装置变速调节功能，保证了电缆卷放速度与连续采煤机行进速度的同步性。仿真和测试结果表明，节流阀控制较灵敏，回路流量变化较稳定；虽然在节流阀导通和截止瞬间管道流量存在轻微波动，但不影响整体控制效果；在压力补偿阀的作用下，系统管道压力基本稳定在14 MPa，达到了较好的稳压、控压效果；测试得到的液压马达转速和转矩变化趋势与仿真结果基本吻合，三级调速效果较为明显。

基于改进模型参考自适应法的矿用电机车调速

张倩, 桂振钊

2019, 45(4): 63-66. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17393

<摘要>(49) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对矿用电机车永磁同步电动机调速采用无传感器控制时存在转子位置角估计精度低、计算量大、稳定性和抗扰动性差等问题，提出了一种改进模型参考自适应法。该方法根据直轴电流为零简化自适应律，降低计算复杂程度；采用滑模控制器替代PI调节器来控制转速环，减少扰动影响。仿真和试验结果表明，该方法能准确估计转子位置角，减小转速波动，具有很好的稳定性和抗扰动能力。

矿用乙丙橡胶电缆绝缘电热老化状态评估

门汝佳, 雷志鹏, 吝伶艳, 张国栋, 赵瑞雪, 朱剑飞, 许春雨, 宋建成, 田慕琴

2019, 45(4): 67-71. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010038

<摘要>(64) <HTML> (7) <PDF>(9)

摘要:
针对乙丙橡胶电缆在电热作用下的绝缘老化特性研究较少的问题，对矿用乙丙橡胶电缆进行了电热联合老化试验，分析了乙丙橡胶电缆绝缘在不同老化时间下的极化/去极化电流特性，提出了反映绝缘老化程度的特征参量——老化指数和去极化电量。结果表明，随着老化时间的增加，乙丙橡胶电缆绝缘表面颜色由白色逐渐加深变为棕色，老化后期绝缘外层生成白色粉末状物质，绝缘内形成较多孔洞；绝缘的极化电流和去极化电流均随老化时间的增加逐渐增大，其中去极化电流在老化前期变化明显，在老化后期变化较小；分别根据极化电流和去极化电流计算得到的老化指数和去极化电量均随老化时间的增加而增大，可作为评估乙丙橡胶电缆绝缘老化状态的特征参量。

输送带煤流量短时预测方法研究

冯梅, 乔铁柱

2019, 45(4): 72-76. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100075

<摘要>(86) <HTML> (14) <PDF>(14)

摘要:
对煤流量短时间内的趋势进行预测，是实现带速与运量匹配的前提条件，而现有输送带煤流量短时预测方法存在实时性不好和精度不高的问题。针对上述问题，提出了一种基于支持向量机的输送带煤流量短时预测方法。该方法首先利用支持向量机算法选择实时煤流量作为因变量、统计数据时间作为自变量，然后对实际采集到的煤流量数据进行归一化处理，利用交叉验证方法选择出最优的参数，利用最优参数训练支持向量机，拟合出理想的短时间内煤流量预测曲线，最后通过进一步对比拟合均方误差、相关系数等预测指标来分析煤流量预测曲线与原始数据曲线的拟合程度，得到最佳预测曲线。Matlab仿真结果表明，该方法能够较好地预测输送带短时间内的煤流量，预测数据与真实值之间的偏差很小，均方误差为0.000 152 563，相关系数为99.784 8%。

矿井富水区陷落柱成像研究

田丰, 焦翠翠, 韩晓冰

2019, 45(4): 77-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019020034

<摘要>(51) <HTML> (6) <PDF>(6)

摘要:
针对目前矿井富水区超前探测瞬变电磁法常用的时域有限差分（FDTD）方法时间步长选取受限于Courant-Friedrich-Lewy稳定性条件的问题，同时为进一步提高电磁计算效率和富水区成像分辨率，提出将逆时偏移成像算法和Crank-Nicolson时域有限差分（CN-FDTD）方法应用于矿井富水区陷落柱成像研究。首先介绍了逆时偏移成像算法和CN-FDTD方法基本原理；然后建立了矿井富水区陷落柱三维空间模型，研究了激励源线圈频率和角度对成像分辨率的影响，并得出了矿井富水区陷落柱成像结果；最后分析了CN-FDTD方法的计算效率。试验结果表明：当激励源线圈峰值频率为65 MHz且激励源线圈平行于xoz平面时，富水区陷落柱成像分辨率较高；基于CN-FDTD逆时偏移成像算法的矿井富水区陷落柱成像与实际模型相符；CN-FDTD方法较传统FDTD方法计算效率高，内存占比小。

低功耗刮板输送机张力无线监测系统设计

翟岩, 武兵, 牛蔺楷, 梁义维, 熊晓燕

2019, 45(4): 83-88. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120039

<摘要>(80) <HTML> (15) <PDF>(14)

摘要:
针对现有刮板输送机刮板链张力监测系统存在易损坏、数据无法实时传输、精度较差和功耗过大等问题，设计了一套低功耗刮板输送机张力无线监测系统及适用于该系统的无线通信布置方案。该系统封装于刮板和中板内部，不会受到矿石的冲击和矿水的侵蚀，封装的同时加工出可供电磁波通过的信号溢出口，使张力数据通过无线方式传输。封装在下压板内的张力采集装置通过粘贴在刮板链上的应变片获取张力信息，张力信息通过无线方式发送给封装在中板内的数据接收装置，数据接收装置再将数据上传至上位机或LCD显示器，实现张力的实时监测。实验结果表明，该系统通过与改造过的刮板输送机部件配合，可避免矿石、矿水的冲击、侵蚀和井下电磁的干扰，完成在恶劣环境下刮板链张力的实时监测任务，有效解决了现有刮板链张力监测系统在恶劣环境下易失效、张力数据不能实时上传等问题；引入接近开关和休眠机制的张力采集装置的能耗可降至最低，休眠状态下的功耗约为工作状态的1/40，大大延长了系统使用寿命。

锚杆预紧扭矩闭环控制装置研究

王坤, 赵澜

2019, 45(4): 89-94. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100080

<摘要>(78) <HTML> (13) <PDF>(8)

摘要:
针对现有煤矿锚杆预紧扭矩控制装置存在结构复杂、可操作性较差及控制精度较低的问题，设计了一种机械式锚杆预紧扭矩闭环控制装置。该装置通过充液波纹管液体压力的变化来测量齿圈扭矩,并将该压力作用于滑阀，当扭矩达到控制值时滑阀动作，使锚杆预紧回路断开，一个锚杆预紧过程结束。仿真与井下试验结果表明，该装置能有效控制扭矩在480~510 N·m内,响应速度快，可靠性高，控制精度达90%以上；温度、角度对测量结果不产生影响；扭矩倍增器传动效率、减磨垫摩擦因数分别导致控制结果误差为6.2%、10%，应使用摩擦因数较小的减磨垫并定期对扭矩倍增器进行维护。

某矿区电网进线段雷击事故分析及改造措施

潘欢, 沈璟, 陈锦麟

2019, 45(4): 95-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120008

<摘要>(40) <HTML> (4) <PDF>(6)

摘要:
针对屯兰变电站进线段杆塔遭受雷击导致主变压器被打坏的事故，着重对事故中进线段防雷保护措施所暴露出的问题进行剖析研究。研究结果显示，进线段防雷保护存在杆塔接地电阻超标、线路绝缘水平过高、避雷器的动作值与线路绝缘水平不匹配等问题。针对所存在的问题及隐患，提出了以下改造措施：利用树枝状放射接地体优化进线段杆塔冲击接地；采用可调式过电压保护间隙配合终端杆塔线路避雷器，形成进线段精细化综合保护；在进线段终端杆塔上装设无间隙的氧化锌避雷器。ATP-EMTP仿真结果表明，3种改造措施的综合作用能够有效降低雷电侵入波的幅值和陡度，保证矿区电网安全运行。

基于物联网的煤矿机电设备智能管理平台设计

刘振华, 徐绪堪

2019, 45(4): 101-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17394

<摘要>(66) <HTML> (13) <PDF>(14)

摘要:
针对目前煤矿机电设备人工登记管理效率低、协同控制性差等问题，设计了基于物联网的煤矿机电设备智能管理平台。该平台通过实时采集煤矿机电设备运行数据，实现设备运行状况实时展示、故障分级报警、故障快速定位及设备间协同控制；通过管理机电设备巡检过程，实现巡检计划编制、工单管理、日常巡检及故障处理；通过融合分析实时监测数据和日常巡检数据，实现设备故障诊断、设备使用率分析、人员到岗履职考核、维检计算编制及能效分析。该平台的应用可提高机电设备间协同效率，有效降低设备故障发生概率，提升设备精细化管理水平，实现设备全生命周期管理。

采煤机创新设计服务平台

杨怀宇, 丁华, 杨琨

2019, 45(4): 105-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010006

<摘要>(80) <HTML> (11) <PDF>(8)

摘要:
针对目前采煤机设计存在设计资料分散、知识共享困难等问题，开发了采煤机创新设计服务平台。该平台利用基于Python的专用型网络爬虫、基于WebGL的三维模型网页显示、基于组件技术的参数化CAD/CAE集成设计等关键技术，为设计人员提供特定的创新设计信息抓取、采煤机零部件三维模型网页显示、远程参数化CAD建模与远程参数化CAE分析等功能。该平台提供了大量创新知识与创新资源服务，有助于打破采煤机设计人员的思维定式，有效提高采煤机设计人员的创新设计能力，缩短采煤机设计周期。

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