工矿自动化

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翟成, 徐吉钊

2020, 46(10): 1-8.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17669

<摘要>(105) <HTML> (15) <PDF>(11)

摘要:
水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用，但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题，难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术，通过改变液氮单次注入方式，提出了液氮循环致裂技术，并对该技术用于强化煤层气抽采进行了展望。该技术采用液氮循环注入方式，使得液氮持续充填不断扩展的裂隙空间，形成复杂的裂隙网络。其致裂煤岩机理为循环累积损伤、低温致裂及气体致裂三者耦合作用机制：① 在液氮循环注入过程中，不同类型组配颗粒间出现不同程度的变形响应，不断累积的颗粒间损伤在一定程度上劣化煤体局部区域的抗压强度，导致新生裂隙的衍生及原生孔隙扩容。② 液氮对煤岩的冷冲击导致煤岩内部结构发生断裂，产生大量微裂隙，并使其随着液氮循环注入不断扩展和导通，同时液氮的低温作用导致的水冰相变过程能进一步破坏煤岩内部结构。③ 液氮汽化产生的高压气体使得煤岩体积重复性地扩展-收缩，进一步促使裂隙发育和导通。液氮循环致裂技术以液氮为压裂介质，极大缓解了对水资源的依赖，对环境无污染，可用于煤层气抽采等领域。

煤矿坑道智能化钻探技术发展框架分析

李泉新, 刘飞, 方俊

2020, 46(10): 9-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17662

<摘要>(112) <HTML> (12) <PDF>(11)

摘要:
坑道智能化钻探的显著特征在于智能钻具的研发与应用和钻探数据的获取与分析，但现阶段我国煤矿坑道智能化钻探的研究基础较为薄弱，坑道智能化钻探缺乏科学化、精细化的技术手段，且缺乏系统性发展框架。针对该问题，阐述了我国煤矿坑道智能化钻探技术研究现状，从自动化钻机、导向钻进技术、孔内多参数获取、智能分析决策等方面总结了煤矿坑道智能化钻探发展成果与不足；在此基础上提出了煤矿坑道智能化钻探技术发展框架，指出应围绕精准导向系统、数据测量系统、数据传输系统、智能决策系统和自动控制系统，打造从孔底到孔口、从井下到地面的一体化坑道智能化钻探平台，构建“参数测量-智能决策-控制执行”坑道钻进过程闭环控制系统：通过数据传输系统将孔底随钻测量参数实时传输至地面远程数据支持中心，采用人工智能算法对地质参数、几何参数和工程参数进行协同分析，并实时更新三维可视化地质模型，制定钻进工艺参数和钻孔轨迹智能调控策略，控制井下智能钻机工作。

碎软煤层气动定向钻进技术在青龙煤矿的应用

孔庆军, 褚志伟

2020, 46(10): 14-18.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020070056

<摘要>(110) <HTML> (11) <PDF>(9)

摘要:
针对现有碎软煤层回转钻进技术存在成孔深度浅、钻孔轨迹不可控、钻进效率低和瓦斯抽采效果差等问题，提出采用气动定向钻进技术进行碎软煤层瓦斯抽采钻孔施工。气动定向钻进技术以井下防爆空气压缩机输出压风为钻进动力和排渣介质；利用有线随钻测量装置随钻获取钻孔轨迹参数；应用压风监控装置实时监测供风压力、温度和流量等参数，为孔内工况判断提供依据；应用压风除尘装置对孔口煤尘进行分级净化以实现煤尘高效处理。在兖矿贵州能化有限公司青龙煤矿21608运输巷南段钻场开展了现场试验，在普氏系数为0.37的碎软煤层中采用气动定向钻进技术施工定向钻孔，最大孔深为345 m，单班平均有效进尺比普通回转钻孔提高了30%以上；单孔平均瓦斯抽采体积分数保持在70%左右，与普通回转钻孔相比提高了60%左右；钻场主管路平均瓦斯抽采体积分数为71.2%，平均瓦斯抽采纯量达4.0 m3/min，累计抽采瓦斯11.5万m3，有效覆盖了300 m待掘巷道瓦斯抽采区域。气动定向钻进技术具有钻孔轨迹可控、成孔深度大、钻进效率高和瓦斯抽采效果好的优势，可应用于碎软煤层瓦斯区域抽采和采前预抽，为碎软煤层瓦斯治理提供了新的技术途径。

钻孔水射流冲击对瓦斯抽采的影响特性研究

高亚斌, 韩培壮, 郭晓亚, 向鑫, 王飞

2020, 46(10): 19-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17651

<摘要>(96) <HTML> (13) <PDF>(9)

摘要:
基于水射流的钻孔增透技术是增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率的有效途径，然而目前关于钻孔水射流冲击对瓦斯抽采的影响特性尚不明确。针对该问题，采用数值模拟方法，研究了水射流在钻孔壁面的流场特性和压力特性，分析了水射流冲击对钻孔周围煤体应力的影响，并对普通钻孔和水射流冲击钻孔的瓦斯抽采特性进行了对比。研究结果表明：钻孔内水射流喷出后，以较小的发散角进行发散流动，轴心速度为速度峰值，冲击到钻孔壁面后形成一个“圆台”区，该区域水流速度较低；水射流冲击钻孔过程中，存在出口压力集中区、接触面压力集中区、壁面压力集中区3个压力集中区域，钻孔壁面压力随水射流冲击压力增大而增大；水射流冲击钻孔对周围煤体应力分布影响存在应力骤减阶段和应力增强、恢复阶段，且煤体应力变化程度与冲击压力呈正相关关系；水射流冲击钻孔与普通钻孔抽采时，钻孔周围煤体内瓦斯压力均随时间推移由钻孔向煤体内部逐渐减小，但水射流冲击钻孔可显著提高钻孔抽采范围和抽采率，且水射流冲击压力越大，对钻孔抽采的影响越明显。

煤矿井下长钻孔钻进减阻技术研究

王四一, 赵江鹏, 杨冬冬

2020, 46(10): 26-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020020025

<摘要>(91) <HTML> (15) <PDF>(12)

摘要:
针对煤矿井下长钻孔钻进中钻杆柱与钻孔壁之间的摩擦阻力严重影响钻压传递、阻碍钻孔深度进一步增加的问题，对长钻孔钻进减阻技术进行了研究。分析了目前复合定向钻进技术存在的技术瓶颈，即复合钻进时无法定向，深孔滑动定向钻进时效率低，导致钻孔较深时无法开分支和纠偏；提出了水力振荡器减阻技术、滚轮扶正器减阻技术、冲击振动减阻技术及旋转导向技术等解决方案，分析了各方案的原理、技术优势及局限性，指出相关技术的地层适应性及对钻进设备的要求，并给出了相关技术的实际应用结果：淮南矿业集团张集矿使用水力振荡器后，平均给进表压为4 MPa左右，比使用前降低了33%，平均钻进效率比使用前提高了126%，压降消耗为2 MPa左右，泥浆泵压力虽升高1.7~2.5 MPa，但仍可满足目前煤矿井下钻进系统泥浆泵、定向钻具深孔钻进需要；采用单弯螺杆马达与液动冲击器复合钻具在唐家会煤矿现场共完成了2个定向试验钻孔，钻孔深度分别为546 m和564 m，使用该钻具组合施工进尺分别为411 m和429 m，用时分别为8 230 min和8 570 min，机械钻速约为3 m/h，而相同地层常规定向钻进的机械钻速为0.83 m/h，复合钻具的机械钻速提高了约260%；在晋煤集团寺河矿使用冲击螺杆马达钻进累计进尺1 743 m，累计时长为200 h，平均机械转速相较常规螺杆马达提高了20%~30%，可达8.34 m/h。提出开发小直径旋转导向技术是目前煤矿井下钻具突破的新方向。

基于改进ResNet网络的井下钻杆计数方法

高瑞, 郝乐, 刘宝, 文静怡, 陈宇航

2020, 46(10): 32-37.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020040054

<摘要>(132) <HTML> (21) <PDF>(13)

摘要:
针对现有井下钻杆数量统计方式精度较低、受环境变化影响大等问题，结合卷积神经网络、信号滤波等技术，提出了一种基于改进ResNet网络的井下钻杆计数方法。根据视频图像中卸杆动作与非卸杆动作的差异，采用ResNet-50网络模型对样本集进行分类训练，判断视频中每一帧图像是否包含卸杆动作；结合线性学习率预热和基于Logistic曲线的学习率衰减策略进行学习率更新，以提高模型分类准确率；通过积分法对视频分类置信度进行滤波，并统计置信度曲线下降沿数量，实现钻杆计数。实验结果表明，预热+衰减的学习率更新策略能够有效提高图像分类模型的分类精度，模型分类检测准确率为89%。实际应用结果表明，基于改进ResNet网络的井下钻杆计数方法可以高效识别视频中的卸杆图像，平均钻杆计数精度为97%，满足实际应用需求。

高瓦斯工作面隅角新型组合封堵气囊研究

乔磊, 范富槐, 黄晓昇

2020, 46(10): 38-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17660

<摘要>(84) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
隅角封堵是解决工作面隅角漏风、瓦斯超限问题的有效方法。针对现有垛双抗袋、风筒布封堵技术及气垛充填技术难以实现全断面封堵，轻型柔性气囊极限承载压力较小且无法回收利用等问题，设计了一种隅角新型组合封堵气囊，将该气囊制作成大小组合式结构，以适应不同巷道封堵断面的需要。对该气囊进行了抗压和抗冲击物理试验，结果表明：气囊变形速率在抗压物理试验初始阶段较大，随着施加泵压增大逐渐减小，达到额定工作压力（0.05 MPa）后气囊形状趋于稳定；随着冲击气囊的矸石质量增大，气囊变形量增大，矸石回弹高度减小，矸石动能吸收效果更佳。在余吾煤业N1101工作面对新型组合封堵气囊进行了现场试验，结果表明：采用组合封堵气囊封堵上隅角后，采空区平均瓦斯体积分数较采用传统风筒布封堵时上升了13.85%，上隅角和回风巷平均瓦斯体积分数分别下降了16.04%和8.69%，且瓦斯体积分数变化平稳、波动小，有效解决了采空区局部漏风及上隅角瓦斯超限问题；新型组合封堵气囊可回收利用，降低了隅角封堵成本。

矿用智能巡检机器人关键技术研究

潘祥生, 陈晓晶

2020, 46(10): 43-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020080042

<摘要>(255) <HTML> (9) <PDF>(41)

摘要:
介绍了矿用智能巡检机器人研究现状，针对目前矿用智能巡检机器人的特点，从移动平台、定位与导航、图像识别、自主充电、后台管理及诊断等方面详细分析了矿用智能巡检机器人的关键技术：移动平台是矿用智能巡检机器人的重要组成部分，不同的移动平台工作方式不同，应根据巡检场所的环境特点选择轮式、履带式或者轨道式移动平台，平台设计时还需考虑防爆、防潮、防振、防尘等问题；定位与导航技术是矿用智能巡检机器人实现智能化和完全自主移动最关键的技术，从目前井下使用情况来看，轮式和履带式矿用智能巡检机器人定位与导航可采用激光雷达+SLAM技术，轨道式矿用智能巡检机器人由于巡检线路固定，定位与导航适合采用RFID技术；图像识别技术是矿用智能巡检机器人使用比较普遍的一项重要技术，通过拍摄设备图像，判别设备运行状况，根据矿用智能巡检机器人结构及组网方式不同，图像识别的数据处理分为后台处理和就地处理；自主充电技术是矿用智能巡检机器人长期自主工作后补充电能的重要手段，在电池设计时不仅要考虑增大电池容量，还要考虑电池的自主充电能力，才能实现机器人无人值守智能化巡检，体积小、质量轻、储量大的电池本安化是目前研究的难点；矿用智能巡检机器人在巡检过程中会采集到大量数据，其必须具备后台管理和数据分析诊断功能，但目前矿用智能巡检机器人受供电、网络传输技术等因素的影响，无法对采集的数据进行实时处理或上传，需要进一步研制出更加高效的后台管理及在线故障诊断系统。指出了数据分析智能化、移动平台轻量化、功能模块化、巡检定位精确化是矿用智能巡检机器人的发展趋势，为矿用智能巡检机器人关键技术的进一步研究提供参考。

智慧煤矿数据驱动检测技术研究

潘红光, 裴嘉宝, 侯媛彬

2020, 46(10): 49-54. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17606

<摘要>(150) <HTML> (13) <PDF>(25)

摘要:
数据驱动检测技术是智慧煤矿发展的有效组成部分，其在无需知道智慧煤矿大数据系统精确解析模型的情况下完成对未来对象系统行为的预测。针对智慧煤矿的生产运行智能化、安全生产本质化、运营模式科学化等难题，分析了数据驱动检测技术在煤矿设备故障诊断、胶带运输异物检测、煤矸检测辨识等3个方面的应用现状。展望了数据驱动检测技术在这3个方面的发展趋势：① 模糊数学与人工神经网络应更加有效融入煤矿设备故障诊断中；② 视频防抖、图像分割及目标检测技术应更加有效融入胶带运输异物检测中；③ 分拣机器人、计算机视觉及图像识别技术应更加有效融入煤矸检测辨识中，提高算法普适性将是煤矸图像识别发展的方向之一。

一种智慧矿山信息交互方法

胡文涛, 卓敏敏, 赵立厂, 张晓光

2020, 46(10): 55-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17585

<摘要>(114) <HTML> (14) <PDF>(17)

摘要:
针对目前煤矿普遍存在的“信息孤岛”问题，从实践角度出发，提出一种基于资源模型和受限应用协议（CoAP）的智慧矿山信息交互方法。分析了实现信息交互要解决的2个关键问题：数据建模和表示问题，即信息源如何展示自己能提供的信息和服务；交互协议问题，即信息消费者和生产者之间如何通信。针对数据建模和表示问题，定义了一种资源模型，通过资源模型定义文件可获取传感器提供的信息、对应的操作权限和数据类型等。针对交互协议问题，分析对比了声明式协议和命令式协议的特点，并选用更符合煤矿物联网开放性和易扩展性需求的CoAP作为信息交互协议。实验结果表明，该方法可在保持接口稳定的基础上，通过选项和资源提高灵活性，能够方便快速地实现创建、查询、修改、删除、通知等信息交互操作；只需对现有设备软件进行修改即可实现统一的信息交互，为实现智慧矿山打下基础。

生产视角下的智能化矿山建设及关键技术探讨

罗明坤, 李胜, 范超军

2020, 46(10): 61-68.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020030033

<摘要>(107) <HTML> (9) <PDF>(14)

摘要:
针对当前我国煤矿智能工作面建设存在的开采煤层厚度薄、普氏系数大、截割轨迹以记忆截割为主、对复杂地质条件适应性较差等问题，结合煤炭企业现场生产的大量经验和应用需求，提出了智能化矿山的层级化设计理念，将智能化矿山系统划分成感知控制层、通信层、数据层、应用层4个层级，明确了各层级的作用和建设内容，各层级彼此独立、相互依托。探讨了智能化矿山建设的关键技术，指出多源传感器体系搭建、井下复杂条件信息传输、智能化矿山云平台开发、安全生产系统构建、矿井设备智能联动控制、矿井智能应急处置等关键技术是智能化矿山建设的根本，尤其是云平台开发和安全生产系统构建是智能化矿山建设的核心。针对传统观念、资金筹集、人才队伍、技术难题等方面存在的问题，提出了相应的应对策略，倡导智能化矿山建设宜遵循“统筹兼顾、主次分明、模块建设、分步实施、基地示范”的建设思路，为煤矿智能化建设提供了参考。

基于机器视觉的矿井输煤系统优化节能控制

郭伟东, 李明, 亢俊明, 雷萌, 朱美强

2020, 46(10): 69-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17625

<摘要>(180) <HTML> (29) <PDF>(19)

摘要:
矿井输煤系统要实现优化节能控制，关键是带式输送机煤流量的实时检测和依据煤流量进行变频调速控制。目前多数矿井带式输送机采用变频驱动方式，但变频器在稳定运行阶段并不进行调速，一直保持在工频电源频率下运行，无法实现输煤系统的优化节能。针对上述问题，提出了一种基于机器视觉的矿井输煤系统优化节能控制方法。利用激光发射器辅助数字摄像头获取带式输送机实时煤流图像，通过图像预处理去除异常高亮光斑噪声干扰，采用方向模板法提取图像中激光条纹中心线并利用线性插值法进行中心线断线修补，将带式输送机空载状态下胶带激光基线中心线和带式输送机有载状态下煤流激光轮廓中心线进行叠加形成封闭的包络曲线，计算该曲线所围成截面内瞬时煤流量；根据煤流量计算期望带速，PLC模糊控制器根据期望带速和速度传感器采集的当前带速控制变频器输出频率，进而调节电动机转速，从而实现带式输送机运行速度依据煤流量自动调节；地面控制中心信息处理平台负责数据收集、处理及显示，实现矿井输煤系统的可视化监控和智能管理。该方法能快速、有效进行煤流量检测并根据煤流量实时调整带式输送机运行速度，实现矿井输煤系统节能降耗、经济运行的目标。

基于Gabor域时空泛化建模的矿井水灾感知方法

曹玉超

2020, 46(10): 76-79. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17666

<摘要>(147) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
矿井突涌水图像中突涌水纹理与煤岩图像相比具有时空域变化性强的特点，现有基于图像纹理特征的矿井水灾识别方法对于复杂突涌水纹理特征的提取能力有限、识别率较低。针对该问题，提出了一种基于Gabor域时空泛化建模的矿井水灾感知方法。该方法分别对训练样本图像和待测样本图像进行不同感受野、不同方向下的Gabor分解，将各子带的期望与标准差组合，构成本方向的学习特征向量和待测特征向量；根据最小熵原理对特征向量进行时空泛化建模，以去除时空域敏感性；采用特征向量各分量之间的夹角作为相似性测度，对学习特征向量和待测特征向量进行相似性比较，实现突涌水识别。实验结果表明，该方法识别率达89.4%，识别时间为136 ms，基本满足井下水灾实时感知需求。

深部复合顶板巷道变形破坏特征及支护技术

秦海忠, 付玉凯, 王涛

2020, 46(10): 80-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020020009

<摘要>(77) <HTML> (11) <PDF>(9)

摘要:
针对深部复合顶板巷道易冒顶、大变形、难支护等问题，以晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿53182巷为研究对象，分析了深部复合顶板巷道变形破坏特征：顶板变形以浅部离层为主，离层主要出现在不同岩层分界面处；顶角和顶板两侧锚杆主要在煤岩分界面处出现明显剪切变形，顶板中部锚杆在弱胶结岩层和锚杆锚固段与自由段分界面处剪切变形较大；顶板岩层经历了巷道初掘时原岩状态及巷道掘出后稳定状态、临界失稳状态、失稳状态的过程。数值模拟结果表明：随着锚杆预紧力的增加，顶板塑性区范围和垂直位移明显减小，锚杆对顶板离层和下沉的抑制作用更好；高预应力锚杆发挥了主动支护作用，同时大幅度提高了围岩的自承载能力。提出了高预应力长短锚索相结合、配合钢筋网和W钢带的深部复合顶板巷道支护对策，可大幅度提高复合顶板支护刚度，对顶板下沉和离层形成约束，增强复合顶板岩层整体稳定性。工程实践表明：高预应力支护有效控制了复合顶板离层和下沉，浅部离层值控制在30 mm以内，深部离层值控制在10 mm以内，两帮移近量控制在80 mm以内，顶板下沉量控制在43 mm以内，巷道围岩稳定性、完整性良好。

钢丝绳断丝损伤漏磁场计算与仿真研究

窦连城, 战卫侠

2020, 46(10): 87-91. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019120048

<摘要>(146) <HTML> (15) <PDF>(14)

摘要:
针对钢丝绳缺陷状态及特征具有随机性、对不同形态损伤进行物理计算难度太大等问题，采用二维磁荷模型对钢丝绳断丝漏磁场进行分析，得出钢丝绳断丝轴向漏磁场计算公式与磁场分布形态；通过Ansoft Maxwell软件对钢丝绳断丝轴向漏磁场进行有限元仿真分析，以验证基于磁荷模型的理论分析结果的正确性。分析结果表明：用2种方法得出的漏磁强度变化大体一致，能反映单根断丝钢丝绳轴向漏磁分量的变化规律；在一定范围内，随着断口宽度增加，缺陷轴向漏磁强度呈现非线性减小的变化趋势，并且单一峰值逐渐分化为2个峰值。

基于Apriori算法的煤矿双重预防信息系统

黄玉鑫, 闫振国, 范京道, 李川

2020, 46(10): 92-98. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020040095

<摘要>(102) <HTML> (29) <PDF>(19)

摘要:
现有煤矿信息系统功能较为单一，大多还停留在简单数理统计与信息上报功能阶段，且多数系统将风险管控与事故隐患排查分割成2个不同体系进行管理，未将二者进行整合，较难实现闭合式管理，导致管理过程中出现较多漏洞；同时，系统在煤矿日常安全生产过程中所采集的大量数据也未能得到有效利用，较难发现隐含在数据当中的深层规律及数据间的关联规则，导致数据的大量浪费。针对以上问题，设计了一种基于Apriori算法的煤矿双重预防信息系统，详细介绍了系统架构和系统功能的实现。该系统以Apriori算法与煤矿双重预防机制基本理论为基础，对事故隐患和风险管控进行整合，在实现二者闭合式管理的同时，利用Apriori算法对事故隐患数据进行深度分析，挖掘其潜在的关联规则，并通过对潜在的关联规则分析制定相关的日常防范措施，实现对事故风险源的辨识、管控和隐患排查治理。应用结果表明：该系统实现了对事故隐患和风险管控的全生命周期管理，通过深度分析得到了事故隐患的发生规律，实现了对煤矿事故的预防、预警、预控，提高了煤矿安全生产管理水平。

煤矿井下超宽带信号路径损耗测量与分析

窦学丽, 牛永刚, 殷鹏, 李京生, 栾良良, 蓝祥

2020, 46(10): 99-103. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17667

<摘要>(111) <HTML> (12) <PDF>(13)

摘要:
针对目前高精度超宽带（UWB）信号井下路径损耗特征研究多采用理论建模与仿真实验手段，对井下UWB信号的实际测量研究较少的问题，选取在矿井中巷道尺寸、巷道墙壁材质、管道设施等环境条件比较普遍的架空乘人装置（猴车）运行巷道及环境恶劣、煤尘浓度高、地面积水严重的掘进工作面2个典型场景对UWB信号进行路径损耗测量与分析。结果表明：① 2种巷道环境内的UWB信号路径损耗指数均小于２，巷道的波导效应导致了UWB信号比自由空间有更好的传播特性;巷道内UWB定位系统的定位基站部署间隔可比地面自由空间传播场景的定位基站部署间隔更大。② 同一矿井内，巷道环境不同，路径损耗特征也不一样;掘进工作面路径损耗指数、阴影衰落方差均与猴车运行巷道的路径损耗指数、阴影衰落方差有较大差异。③ 从掘进工作面巷道内单个测试点位对比看，非视线传输NLOS环境比视线传输LOS环境的路径损耗大,NLOS环境的巷道内需要部署更密集的定位基站。所得结果可用于指导矿井UWB精确定位系统部署方案设计。

综放工作面煤柱周围应力分布特征研究

刘明, 曹民远, 李波

2020, 46(10): 104-108. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17533

<摘要>(56) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
对高瓦斯及断层赋存的综放工作面来说，合理宽度的留设煤柱不仅可以起到支撑上覆岩层压力的作用，还能隔绝采空区瓦斯，减少瓦斯扩散。但目前缺乏对不同煤柱合理留设宽度条件下围岩应力分布特征的研究，同时不同矿井影响煤柱宽度的因素各异，造成煤柱留设宽度的计算依据难以准确确定。针对上述问题，以屯宝煤矿综放工作面M9 -10煤层为工程背景，采用理论计算方式得到煤柱留设宽度的最小值，采用数值模拟方式对M9 -10煤层不同宽度的煤柱周围应力分布特征进行研究。研究结果表明：煤柱的合理留设宽度为30~40 m；煤柱内的水平应力随着煤柱宽度加大趋向于采空区侧，说明加大煤柱宽度可以转移水平应力对巷道的影响，从而提高巷道稳定性；煤柱垂直应力具有双波峰特征，巷道侧和采空区侧垂直应力峰值与应力集中系数均随煤柱宽度的加大而降低；巷道侧应力峰值在距巷道2.5 m处，之后随着距巷道距离的增加，垂直应力先急速减小，然后缓慢增加，在采空区侧出现应力峰值后缓慢减小。为验证40 m煤柱宽度的合理性，在该综放工作面进行钻孔应力及瓦斯浓度现场监测，结果表明，40 m煤柱留设宽度能够满足巷道支护强度和瓦斯扩散实际要求。

基于Redis的煤矿大型机电设备联网架构

陈清

2020, 46(10): 109-113. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020050019

<摘要>(108) <HTML> (15) <PDF>(9)

摘要:
针对基于FTP的煤矿大型机电设备联网架构存在数据交换协议复杂、数据库读写压力大、服务器磁盘易损坏、网络阻塞后易引起读取文本文件失败等问题，根据煤矿大型机电设备数据特征，提出了一种基于Redis的煤矿大型机电设备联网架构。将采集的煤矿大型机电设备数据以Redis发布/订阅模式从Redis客户端传输到Redis服务端，减少了数据流转环节，提高了数据传输效率；Redis服务端将接收到的数据推送给数据解析程序，由数据解析程序完成数据逆向解析，并将解析的实时数据缓存到Redis内存数据库中，提高了实时数据访问速度，减轻了关系数据库读写压力；利用数据传输中断缓存机制，实现数据中断续传，避免了数据丢失；利用Redis集群功能实现Redis服务端和数据解析程序分布式部署，提高了数据解析效率。实际应用结果表明，该架构具有实时数据延时低、实时数据查询速度快等特点，能够满足煤矿上级监管部门对煤矿大型机电设备在线、快速、有效管控的需求。

基于无线多跳网络的矿井工作面视频监控系统

梁宏

2020, 46(10): 114-118. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17413

<摘要>(67) <HTML> (13) <PDF>(11)

摘要:
针对井下有线传输方式线缆部署难度大、线缆极易受到损坏及传统无线局域网通信距离较短、无法适应煤矿井下工作面狭长环境等问题，设计了基于无线多跳网络的矿井工作面视频监控系统。该系统由视频采集节点、无线多跳网络（含网关节点、传输节点及网络交换机）、客户端等组成。视频采集节点完成视频信息采集、编码和封装，并通过推流软件MJPG -streamer将采集到的视频以数据流形式发送出去；无线多跳网络通过最优链路状态路由（OLSR）协议进行自组网，实现采集节点与网关节点的连接；客户端接收来自各路监控的视频流，实现多路视频实时显示、远程监控、保存及回放功能。实测结果表明，经过3跳传输后，系统吞吐量为10.1 Mbit/s，丢包率为2.2%，平均时延抖动和系统端到端传输时延等指标优于基于传统无线局域网的视频传输系统。实际应用结果表明，当工作面中各节点之间距离在70 m以内时，系统运行效果较好；基于无线多跳网络的视频监控系统与基于有线传输的视频监控系统采集到的画面质量基本一致。

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