工矿自动化

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芦楠楠, 陈永珩, 马占国, 孙彦景, 靖洪文

2019, 45(6): 1-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17406

<摘要>(87) <HTML> (14) <PDF>(7)

摘要:
在地下矿山开采过程中，巷道围岩结构变化具有显著的非线性特征，易引发较大的煤岩动力灾害。现有深部地下巷道围岩监测技术基于单一物理量的数据采集，缺乏多物理量的联合监测与分析，无法准确判断围岩结构变形状态。针对上述问题，基于对钻屑法、岩饼法、应力测量法、围岩变形监测法、电磁辐射法、声发射法、微震监测法、震动层析成像法等现有深部地下巷道围岩监测技术的分析，提出了采用深部地下巷道围岩结构监测信息化技术构建多源、多场的深部地下巷道围岩结构监测体系的设想，从数据感知、采集、传输、分析等方面阐述了深部地下巷道围岩结构监测信息化关键技术，并讨论了深部地下巷道围岩结构监测信息化面临的受限环境下传感节点供能、异构传感设备统一交互、时延敏感网络数据传输等挑战。

面向应急救援的多输入单输出磁感应透地通信

王艳芬, 王亮, 孙彦景, 张亮, 徐华, 潘东跃

2019, 45(6): 10-15. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17412

<摘要>(72) <HTML> (10) <PDF>(16)

摘要:
为提高磁感应透地通信系统的传输性能，扩大磁感应透地通信系统的传输距离，研究了多输入单输出（MISO）磁感应透地通信系统：建立了MISO模型，并根据基尔霍夫定律建立KCL方程，获得了MISO模型的收发功率，分析了MISO磁感应透地通信系统的路径损耗；研究了MISO模型磁感应强度分布特性，得出了MISO磁感应透地通信系统的信号传输特点。研究结果表明：当发射线圈具有相同电流时，MISO模型较单输入单输出（SISO）模型的路径损耗明显降低，发射线圈越多，则路径损耗越小；当发射功率相同时，接收功率近似与发射线圈个数呈正比，接收端磁感应强度随发射线圈个数的增加而增大；MISO模型能够有效提高磁感应透地通信系统的传输距离，当各发射线圈通有相同电流时，MISO(1,2)模型的传输距离约为SISO模型的1.11倍，MISO(2,2)模型的传输距离约为SISO模型的1.26倍。

水下环境安全监测无线磁感应通信技术研究

李松, 潘东跃, 孙彦景, 徐华, 王斌

2019, 45(6): 16-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17425

<摘要>(109) <HTML> (15) <PDF>(23)

摘要:
针对复杂水下环境中安全监测的应用需求，采用无线磁感应通信技术作为信息传输技术；介绍了水下无线磁感应通信原理，阐述了基于FSK调制方式的水下无线磁感应通信平台设计方案，并在模拟水下环境中进行了通信试验。试验结果表明：水下无线磁感应通信平台能够实现在水下环境中的无线信息传输；采用单向天线的水下无线磁感应通信平台在接收天线位置、角度变化情况下会出现通信中断现象，而采用全向天线的水下无线磁感应通信平台在接收天线位置、角度变化过程中能正常通信，提高了通信可靠性。

基于IEEE 802.11ah的井下安全监测传感网性能分析

王倩玉, 陈岩, 杨俊秋, 李松, 孙彦景

2019, 45(6): 21-26. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17424

<摘要>(64) <HTML> (9) <PDF>(10)

摘要:
针对煤矿井下特殊通信环境对安全监测无线传感网的需求及现有安全监测无线传感网存在接入设备数量和传输距离受限等不足，提出了将IEEE 802.11ah应用于煤矿安全监测无线传感网，并利用NS-3仿真平台对其传输距离、吞吐量、时延、能耗等性能进行了分析。分析结果表明，IEEE 802.11ah的传输距离远大于传统WiFi通信技术，其传输距离为600 m时丢包率仍为0；当节点数较少、网络未饱和时，节点竞争信道冲突和碰撞情况并不严重，IEEE 802.11ah在吞吐量、时延、能耗等方面的性能优势并不明显，但在接入节点数众多时，IEEE 802.11ah能很好保证网络的吞吐量、时延、能耗等性能，网络饱和后随着接入节点数的增加，相比传统WiFi通信技术网络性能的持续大幅下降，其网络性能下降幅度更小且渐趋稳定；IEEE 802.11ah网络上行链路数据传输性能与受限访问窗口参数选取有关，准确选取受限访问窗口参数可以更好地发挥基于IEEE 802.11ah的煤矿安全监测无线传感网的性能优势。

基于混合现实的矿用设备维修指导系统

张旭辉, 张雨萌, 王妙云, 杜昱阳, 谢楠, 鞠佳杉

2019, 45(6): 27-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010076

<摘要>(137) <HTML> (14) <PDF>(8)

摘要:
针对矿用设备现场维修知识和专业指导不足导致维修效率低、周期长,虚拟现实和增强现实技术实现平台一般为头戴式设备、手机等，设备的移动性很好，但用户只能依赖交互手柄、触摸屏进行交互，视觉体验缺乏真实性，设计了一种基于混合现实的矿用设备维修指导系统。该系统基于Unity3D虚拟现实平台，采用混合现实设备HoloLens实时显示维修指导方案，实现了矿用设备原理虚拟仿真、基于二维码的设备管理、设备维修指导和远程专家协作等功能。HoloLens通过虚拟文字、虚拟设备模型、动画及语音提示等方式将维修指导信息直观地呈现给维修人员，维修人员可通过视线跟踪、语音交互、手势识别等方式与HoloLens交互。采煤机齿轮磨损故障维修指导应用实例验证了该系统的实用性和有效性。

基于霍尔传感的煤矿人员定位精度验证系统

叶国庆, 包建军, 李亚斌, 罗克, 王军

2019, 45(6): 32-36. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010053

<摘要>(82) <HTML> (6) <PDF>(8)

摘要:
针对煤矿人员定位精度静态测试方法自动化程度较低、时间和人力成本较高的问题，提出了基于霍尔传感的煤矿人员定位精度验证系统。该系统采用公共UDP接口对接不同厂家不同型号的定位基站，采用私有UDP接口传输霍尔传感设备的相关测距报文，采用生产-消费模型进行通信数据的采集、解析和入库；以霍尔测距结果作为基准数据，与定位基站采集的节点定位距离信息进行实时对比，从而验证定位系统的精度。测试结果表明，该系统自身最小测距误差率为0.80%，最大误差率为3.30%，平均误差率为1.38%，大大低于人员定位精度验证系统所允许的误差率5%。精度验证应用实例分析结果表明，该系统能够有效验证人员定位系统的精度。

用于煤矿设备信息化升级的无线数据传输节点

万雪芬, 崔剑, 杨义, SARDAR Muhammad Sohail

2019, 45(6): 37-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019030037

<摘要>(97) <HTML> (8) <PDF>(6)

摘要:
针对现有煤矿无线数据传输技术存在多径效应显著、传输距离短、耐噪特性较差和灵敏度较低等不足，以及煤炭行业大规模设备信息互联互通的需求，设计了用于煤矿设备信息化升级的无线数据传输节点。该节点通过LoRa-CSS技术建立设备间的可靠无线数据通道，利用基于IP核结构的可编程片上系统PSoC灵活适配各种煤矿设备的数据接口，并采用统一规格化数据格式进行指令和数据信息交互。电磁隔离特性测试结果表明，该节点具有较强的隔离特性，不受冲击电压影响，可以有效地将短时高强度浪涌信号降到设备容限值以下。实际应用结果表明，各无线数据传输节点与上位机和煤矿设备之间的数据通信效果较为理想，可以有效地构建由中心站到设备的稳定数据传输通道。

煤矿巷道支护领域知识图谱构建

吴雪峰, 赵志凯, 王莉, 翟勃, 王卫龙

2019, 45(6): 42-46. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019030013

<摘要>(110) <HTML> (14) <PDF>(19)

摘要:
针对煤矿巷道支护专家系统知识内容有限、知识难以融合共享、无法从非结构化数据中挖掘相关知识等问题，构建了煤矿巷道支护领域知识图谱。首先通过设计领域概念、关系及属性对煤矿巷道支护领域知识建模；然后从煤矿巷道支护领域结构化、半结构化、非结构化数据源获取知识，并基于深度学习模型BI-LSTM-CRF进行实体识别；最后利用图数据库Neo4j存储煤矿巷道支护领域知识，形成煤矿巷道支护领域知识图谱。煤矿巷道支护领域知识图谱可进一步提升煤矿巷道支护设计和管理效率，为煤矿巷道支护智能化管理提供知识支持。

基于信息融合的矿用电缆状态检修方法

胡媛媛, 李乐乐

2019, 45(6): 47-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010064

<摘要>(65) <HTML> (7) <PDF>(5)

摘要:
针对矿用电缆单一参数在线监测方法准确度低、多参数监测方法未根据专家经验进行权重分配并进行信息融合等问题，提出了基于信息融合的矿用电缆状态检修方法。通过多个分布式传感器实时监测电缆运行时的表面温度、护套接地电流、局部放电量，根据模糊理论对多源信息进行初步融合诊断，将融合结果作为D-S证据理论的识别框架和证据体；根据专家经验确定各运行参数的权重，结合初步诊断结果，确定证据理论的合理信度函数分配值，根据信度最大准则判断被测电缆的工作状态。实例分析结果验证了该方法能有效融合处理矿用电缆的多源信息，提高故障诊断的准确性。

薄煤层综采工作面采煤机组合定位方法研究

周开平

2019, 45(6): 52-57. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010096

<摘要>(109) <HTML> (8) <PDF>(7)

摘要:
为解决采煤机实时定位与自动导航问题，针对单独使用某一种定位技术难以满足采煤机快速、实时、精准定位要求，提出了一种薄煤层综采工作面采煤机组合定位方法。以加速度计和陀螺仪组成惯性导航参数解算系统，用于测量采煤机的三轴线加速度和三轴角速度数据，这些数据经传感器采集后，通过串口线路传输到设置在进风巷内的防爆计算机，经过数学求解运算解出姿态矩阵，通过姿态矩阵将采集的信息转换为坐标系中的角速度值和加速度值，由积分计算获得采煤机的位置、速度及姿态等导航信息；为了降低惯性导航产生的累积误差，建立了综采工作面精准地理模型，形成采煤机运行轨迹的参考数字地图，利用地图匹配技术进一步提高采煤机自主定位精度。仿真分析结果证明了该方法的可靠性。

平行钻孔有效抽采半径及合理钻孔间距研究

桑乃文, 杨胜强, 宋亚伟

2019, 45(6): 58-62. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010048

<摘要>(63) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
为确定平行钻孔瓦斯抽采合理钻孔间距，通过推导煤层瓦斯运移方程、煤岩体变形方程及渗流场与应力场耦合方程，建立了瓦斯抽采流固耦合模型；根据某矿21219工作面实际地质条件，利用COMSOL Multiphysics软件对平行钻孔间抽采叠加效应影响下瓦斯压力、有效抽采半径的变化规律进行了数值模拟研究，并结合钻孔有效抽采半径，得出了合理的钻孔间距。数值模拟结果表明，随着钻孔间距的增大，抽采后煤体瓦斯压力增大；随着煤体距钻孔距离减小，煤体瓦斯压力呈先缓慢减小、后快速下降的趋势；随着抽采时间的增加，瓦斯压力不断降低，钻孔有效抽采半径变大。现场应用结果验证了钻孔间距布置的合理性。

应用于矿用电机车的并联交错DC/DC变换器研究

祝龙记, 吴忠岚, 郑昌陆

2019, 45(6): 63-68. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010089

<摘要>(59) <HTML> (8) <PDF>(7)

摘要:
针对目前应用于矿用电机车的非隔离型变换器转换效率低、易损坏开关器件、不适用于超级电容等问题，介绍了一种应用于矿用电机车的并联交错DC/DC变换器。在低压侧采用并联交错结构对电容充电，并减小电流纹波；在高压侧通过增加一个开关管使2个电容串联放电，以提高升降压增益。介绍了该变换器在升压驱动模式和降压充电模式下的工作过程，并设计了电压/电流双闭环升压和恒流限压充电控制器。实验结果表明，并联交错DC/DC变换器能够有效提高电机车在直流变换环节的性能。

基于无线访问节点选择的煤矿井下定位方法

季鹏, 赵培培, 宋明智, 张柯楠

2019, 45(6): 69-72. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120057

<摘要>(46) <HTML> (5) <PDF>(7)

摘要:
针对量子粒子群优化-基于阶次序列定位（QPSO-SBL）方法定位精度较低的问题，采用基于信息增益的无线访问节点(AP)选择算法对其进行优化，由此提出了一种基于无线AP选择的煤矿井下定位方法。该方法根据AP的综合可辨识性按照降序对所有AP进行排列，选取前k个AP组成可用AP集合，将可用AP集合作为QPSO-SBL方法的输入量，通过QPSO-SBL方法得出定位结果。试验结果表明，基于无线AP选择的煤矿井下定位方法较QPSO-SBL方法的平均定位误差降低了约10.2%，整体稳定性较强，定位效果较好。

煤巷底鼓破坏特征及支护技术研究

张宇旭, 王科

2019, 45(6): 73-79. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120025

<摘要>(134) <HTML> (42) <PDF>(8)

摘要:
针对煤层巷道底鼓破坏问题，以某矿53082巷为研究对象，采用UDEC离散元模拟软件对该巷道掘进期间的围岩应力状态、位移分布及破坏模式进行了分析研究，结果表明：在较大的水平构造应力下，53082巷底板软弱煤层成为应力释放的主要区域，破坏特征主要表现为浅部拉伸破坏和深部的剪切破坏。针对53082巷原有支护方案无法控制底板位移，造成底鼓比较严重的问题，通过对不同底板支护方案进行支护效果模拟分析，提出了底板注浆与锚杆锚索联合支护方式，试验结果表明：底板注浆与锚杆锚索联合支护方式优于单一的锚杆锚索支护方式，大大改善了底板应力状态，抑制了底板深部的剪切破坏，顶底板位移量控制在150 mm以内，两帮位移量控制在60 mm以内，巷道围岩的控制效果较好。

综采工作面瓦斯数据时间序列预测方法研究

赵美成, 贺安民, 屈世甲

2019, 45(6): 80-85. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17421

<摘要>(63) <HTML> (4) <PDF>(8)

摘要:
针对现有基于时间序列的瓦斯浓度预测方法存在算法复杂、预测步长较短等问题，根据瓦斯浓度历史监测数据的随机性与时序性，提出了一种基于ARIMA+GARCH组合模型的综采工作面瓦斯数据时间序列预测方法。首先建立ARIMA预测模型，对瓦斯浓度数据进行平稳化处理，并确定模型的参数估计；然后在预测模型的可靠性通过检验后，针对ARIMA模型在预测过程中存在的均值回归问题，采用GARCH模型模拟ARIMA产生的拟合残差，并将模拟出的结果作为ARIMA模型中预测的噪声项，以此优化预测结果。测试结果表明，基于ARIMA+GARCH组合模型的瓦斯浓度预测方法能够反映瓦斯浓度真实值的变化趋势，平均绝对误差、相对百分误差绝对值、标准差、均方误差4项判断指标都很小，具有较高的预测精度。

基于复杂网络分析的煤矿安全隐患管理研究

谭章禄, 陈孝慈

2019, 45(6): 86-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010017

<摘要>(80) <HTML> (6) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿安全隐患要素繁多、不同隐患要素之间关系复杂的问题，以潞安集团司马煤业有限公司2009—2015年煤矿安全隐患数据为基础，将作业单位、隐患地点和隐患类型等安全隐患要素视为独立的节点，以隐患日期为依据划分时间区间，从而将特定时间区间内隐患类型与隐患地点、隐患类型与作业单位之间的联系以复杂网络方式展示；利用网络密度、中心势、中心度等复杂网络指标分析网络整体结构及网络中节点的动态变化，从而明确需要重点关注的核心隐患类型及相关隐患地点和作业单位，为煤矿安全管理提供有效指导。

基于模糊Petri网的矿井提升机减速系统故障诊断

孟宪刚, 于晓, 李晓静

2019, 45(6): 91-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120059

<摘要>(63) <HTML> (12) <PDF>(6)

摘要:
针对现有矿井提升机故障诊断方法存在诊断过程复杂且模型不直观,不能全面体现矿井提升机故障的模糊性和传递性问题，提出了一种基于模糊Petri网的矿井提升机减速系统故障诊断方法。该方法通过建立提升机故障的模糊Petri网模型，利用与其对应的递推状态方程，结合矩阵运算，找出系统中的故障可能性模糊值排序，按照故障可能性排序依次进行故障排查。该方法可以同时兼顾故障的传递性和模糊性，且模型清晰，结构直观，可以快速找出故障原因，有效提高矿井提升机减速系统故障诊断的效率。实例分析结果证明了该方法的可行性。

基于SSD-MobileNet的矿工安保穿戴设备检测系统

张春堂, 管利聪

2019, 45(6): 96-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019010071

<摘要>(121) <HTML> (10) <PDF>(8)

摘要:
针对因矿山人员流动复杂性导致监管困难及因下井人员安全意识不强导致不能有效穿戴安保设备等问题，设计了基于SSD-MobileNet的矿工安保穿戴设备检测系统。将SSD算法的特征提取网络VGG16替换成MobileNet网络，构建了SSD-MobileNet算法模型；按照VOC2007数据集标准制作矿工安保穿戴设备的照片数据集，对SSD-MobileNet算法模型进行训练；采用SSD-MobileNet算法识别矿工8件安保穿戴设备（安全帽、防尘面具、工作服、工作靴、手电筒、自救器、定位卡、防砸背夹），根据矿工多张不同角度的照片的最高置信度结果综合判定是否穿戴了某件安保设备，并将最高置信度阈值设置为75%。测试结果表明，该系统能够实时、准确地检测出矿工安保设备的穿戴情况，且具有良好的稳定性和抗干扰性。

综放工作面过空巷泵送支柱技术

郝玉辉, 康官先

2019, 45(6): 101-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018120076

<摘要>(61) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对现有工作面过空巷基于传统支护方法，不能较好地适应多变的地质条件的问题，以大同煤矿集团永定庄煤业有限责任公司8103综放工作面为研究背景，通过理论分析综放工作面过空巷基本顶变形特征，提出了综放工作面过空巷泵送支柱技术。数值模拟结果表明，随着工作面距空巷距离减小,利用泵送支柱支护的空巷围岩垂直应力呈“双峰”-“孤峰”-“双峰”变化，围岩移近量先增大、后趋于稳定，说明泵送支柱能够承受工作面超前支承应力，保证工作面安全通过空巷。该技术在现场得到成功应用，空巷顶底板最大移近量为282 mm，两帮最大移近量为152 mm，围岩稳定性较好。

煤层气车载钻机远程监控系统设计

赵良

2019, 45(6): 105-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019030036

<摘要>(83) <HTML> (9) <PDF>(6)

摘要:
针对现有钻机远程监控系统存在通用性不强、安装不便、通信抗干扰能力弱等问题，设计了一种煤层气车载钻机远程监控系统。该系统由车载终端、后台服务器和监控管理平台组成，车载终端通过CAN总线实时采集钻机运行状态数据，并通过TCP/IP协议将数据上传至后台服务器，监控管理平台采用B/S架构，通过HTTP协议访问后台服务器数据并显示钻机运行状态。应用结果验证了该系统的有效性。

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2019年第45卷第6期

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