工矿自动化

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孙继平, 程继杰

2022, 48(1): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17881

<摘要>(244) <HTML> (128) <PDF>(53)

摘要:
提出了基于温度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法：使用红外热像仪等监测物体温度，使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度；当物体温度高于煤矿井下环境温度和已暴露煤岩温度，并且高于环境温度和已暴露煤岩温度的物体数量较多、体积和面积较大，则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出、矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故；进一步判别高温物体温度，若大于设定阈值，则判定发生矿井火灾或瓦斯和煤尘爆炸事故，反之，则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故；进一步分析甲烷浓度变化，若甲烷浓度迅速升高，则判定发生煤与瓦斯突出事故，反之，则判定发生冲击地压事故。提出了基于速度的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法：使用激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、双目视觉摄像机等监测物体移动速度，使用甲烷传感器监测环境甲烷浓度；当物体移动速度不小于设定阈值时，则判定发生冲击地压、煤与瓦斯突出或瓦斯和煤尘爆炸事故；进一步判别速度异常物体的数量、体积和面积，若速度异常物体的数量较少、体积和面积较小，则判定发生瓦斯和煤尘爆炸事故，若速度异常物体的数量较多、体积和面积较大，则判定发生冲击地压或煤与瓦斯突出事故；进一步分析甲烷浓度变化，若甲烷浓度迅速升高，则判定发生煤与瓦斯突出事故，反之，则判定发生冲击地压事故。提出了多信息融合的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警及灾源判定方法：监测并融合温度、速度、加速度、掩埋深度、声音、气压、风速、风向、粉尘、甲烷浓度、设备状态、微震、地音、应力、红外辐射、电磁辐射、图像等多种信息，感知冲击地压和煤与瓦斯突出；通过不同位置参数变化的幅度、先后时序关系及传感器损坏情况，判定灾源。

交替测量式掘进机定位系统误差建模与分析

李志海, 刘治翔, 谢苗, 李玉岐, 王帅

2022, 48(1): 7-15. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021060015

<摘要>(1424) <HTML> (59) <PDF>(30)

摘要:
交替测量式掘进机定位技术在多次交替测量过程中会产生累计测量误差，从而影响掘进机定位精度。目前主要围绕单次测量误差产生原因、误差分布规律及误差减小方法展开研究，未有针对多次交替测量误差分布规律的研究成果。通过分析交替测量式掘进机定位系统工作原理及定位过程，构建了掘进机定位误差模型。采用作图法验证误差模型的正确性，结果表明作图法与误差模型得到的定位误差基本一致，二者仅存在10⁻³数量级误差。通过误差模型研究了角度测量误差、测距误差、推移步长及掘进机与测量平台间距对掘进机定位误差的影响，结果表明：角度测量误差越大，定位误差曲线的曲率越大，即误差增大越快，且Y_T轴定位误差增大速度远大于X_T轴；测距误差对X_T轴定位误差影响较大，测距误差越小，初始X_T轴定位误差越小，但误差变化速度不受影响；随着推移步长增大，Y_T轴定位误差曲线曲率增大，即Y_T轴定位误差增大速度加快；掘进机与测量平台间距和推移步长对掘进机定位误差的影响基本是等效的。采用正交试验方法分析了各因素对掘进机定位误差的影响程度，结果表明：测距误差对X_T轴定位误差影响最大，其次为角度测量误差，推移步长和掘进机与测量平台间距影响最小且二者影响程度一致；角度测量误差对Y_T轴定位误差影响最大，其次为推移步长和掘进机与测量平台间距且二者影响程度一致，测距误差影响最小。通过极差分析方法得到了降低定位误差的最优参数组合。

基于音频识别的采煤机滚筒载荷识别方法

庄德玉

2022, 48(1): 16-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070027

<摘要>(216) <HTML> (66) <PDF>(39)

摘要:
针对现有采煤机滚筒载荷识别方法相关算法实施难度大、工程实现方式复杂、应用难度高等问题，通过分析采煤机工作时音频信号的特征，提出一种基于音频识别的采煤机滚筒载荷识别方法。为确保每个分析周期内的音频信号具有同一运行标准下的负载工况，将截割电流与牵引速度作为变量引入到动态能量计算中，采用动态能量归一化算法(DENA)对采煤机原始音频信号进行归一化处理；将归一化后的信号与标准工况库中的信号进行对比分析，通过最大相异系数判断两者之间的差异性，从而确定滚筒载荷特征，实现滚筒载荷识别判断。试验结果表明：DENA可有效抑制音频信号中的噪声能量，提升音频信号中关键特征值的分辨率，采煤机在截割煤、岩时的音频信号特征参数界限明显，未出现交叉混叠现象；在理想情况下，即最大相异系数小于0.189时，总的煤岩界面识别率可达到78.6%。

煤层原生CO钻孔探测试验

秦汝祥, 徐少伟, 侯树宏, 田文雄, 杨志华, 傅师贵

2022, 48(1): 21-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070043

<摘要>(120) <HTML> (71) <PDF>(25)

摘要:
当前不少研究均得出煤层赋存原生CO气体的结论，但是未考虑钻孔施工过程中产生CO后被煤体吸附的可能。为探究西北地区易自燃煤层是否存在原生CO的问题，采用原始煤层原位钻孔探测方法进行原生CO探测试验。在未受采动影响的实体煤区域沿巷帮一字排开布置3个测试钻孔，钻孔密封后采用高纯N₂置换密闭气室内气体，采用专用抽气泵抽取钻孔内气体，消除原位探测钻孔施工过程中煤体氧化产生CO对试验结果的影响。在分析煤层原生CO来源可能性及其涌出理论的基础上，探讨了密闭钻孔内气体浓度随时间变化特征，结果表明：密封后钻孔内O₂和CO体积分数随密封时间的延长而迅速降低，12 d后O₂体积分数稳定在2%以下；12 d后CO体积分数低于10⁻¹²，气相色谱仪未检测到CO气体；钻孔内气体主要为N₂。由此推断，待测煤层中无原生CO气体。N₂环境破煤试验和煤样常温恒温氧化试验结果表明，封孔初期检出的CO气体来源于钻孔施工破煤作业。

基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制研究

薛旭升, 任众孚, 毛清华, 张旭辉, 马宏伟, 王悦

2022, 48(1): 26-32. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100006

<摘要>(1812) <HTML> (143) <PDF>(75)

摘要:
针对复杂巷道环境下掘进机器人自主纠偏控制难题，通过分析掘进机器人偏移原因，明确了掘进机器人纠偏控制功能需求，提出了一种基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统，介绍了系统组成；以掘进机器人对中纠偏为例，分析了系统纠偏控制机理，提出了基于双目视觉图像信息的掘进机器人纠偏控制方法，以双目视觉检测的巷道图像为基础数据，通过提取巷道图像特征及分析巷道坐标系与掘进机器人坐标系关系，解算出掘进机器人相对于巷道空间的位姿参数，根据解算结果对掘进机器人进行纠偏控制；构建了掘进机器人和巷道数字模型及定位定向参数数据库，通过虚实映射关系，实现了掘进机器人虚拟远程纠偏控制。实验结果表明，基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统在不同工况下均可有效补偿掘进机器人偏航角和偏移距离，纠偏过程可实时显示在监测监控界面，且纠偏路径规划仿真结果与实际工况一致。

基于LSTM个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法

郭倩倩, 崔丽珍, 杨勇, 赫佳星, 史明泉

2022, 48(1): 33-39. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070052

<摘要>(266) <HTML> (157) <PDF>(44)

摘要:
针对传统的行人航位推算(PDR)算法由于步长和航向累积误差导致定位精度较低，不能满足井下人员精准定位需求的问题，提出了一种基于长短时间记忆网络(LSTM)个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法。首先采集井下人员运动中的加速度、陀螺仪惯性信息，解算每一步运动距离构建步长数据，通过离线训练获得井下人员个性化步长估计LSTM模型；然后在在线预测阶段通过矿用本安智能手机实时采集加速度、陀螺仪、地磁等井下人员运动数据，分别采用步伐检测算法、个性化步长估计模型获得井下人员运动步伐及每一步的步长，利用卡尔曼滤波融合航向估计算法获得航向角；最后根据步长估计和航向角预测井下人员当前位置。在内蒙古鄂尔多斯市高头窑煤矿采集井下人员运动数据进行试验，结果表明：基于LSTM个性化步长估计的井下人员精准定位PDR算法对井下人员运动中的步伐检测精度为96.5%，步长预测精度为90%；在井下真实环境中的相对定位误差为2.33%，提高了煤矿井下人员定位的精度。

基于TOF深度图像修复的输送带煤流检测方法

汪心悦, 乔铁柱, 庞宇松, 阎高伟

2022, 48(1): 40-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080018

<摘要>(310) <HTML> (105) <PDF>(34)

摘要:
传统的带式输送机煤流检测装置中，核子胶带秤存在一定安全和环保隐患，电子胶带秤检测精度易受输送带张力、刚度等因素的影响；而基于超声波、线激光条纹、双目视觉等技术的非接触式检测方法存在实时性差、测量误差较大等问题。提出了一种基于飞行时间(TOF)深度图像修复的输送带煤流检测方法。通过TOF相机获取输送带运煤图像；对TOF图像进行均衡化处理，采用帧差法和边界跟随算法去除背景噪声，获得感兴趣的煤料区域；针对TOF深度图像因边缘处存在飞行像素噪声与多径误差噪声而导致的边缘信息不准确问题，提出强度图像引导的深度图像修复算法，通过Canny边缘检测算法寻找深度图像和强度图像的相似边缘，基于强度图像的有效边缘信息对深度图像边缘处的不可靠数据进行校正，并进一步基于Navier−Stokes方程和中值滤波器得到高精度深度图像；对煤料区域进行像素级分割，并建立煤料体积计算模型，结合输送带速度得出输送带煤流。实验结果表明，该方法的检测误差不超过3.78%，标准差不超过0.491，平均处理时间为83 ms，满足实际生产要求。

一种适用于图像信号的压缩感知测量矩阵

李文宗, 华钢

2022, 48(1): 45-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070048

<摘要>(120) <HTML> (37) <PDF>(21)

摘要:
矿井无人工作区监控图像信息量较大，在图像的传输、存储阶段对硬件性能要求较高，造成传感器节点耗能增大、寿命骤减等问题，目前Gause、Bernoulli等压缩感知测量矩阵在重建矿井监控图像信号时精度较低。针对上述问题，设计了一种新的基于帕斯卡矩阵的块状压缩感知测量(BPCSM)矩阵。BPCSM矩阵利用时域非均匀采样与分块思想，将多个相同的小尺寸帕斯卡矩阵以对角线方式排列，同时结合联合正交匹配追踪算法实现井下监控图像信号的压缩采样与重建，利用帕斯卡矩阵行元素有序排列的特点加强对图像信号低频段的采样，提高重建精度。实验结果表明：BPCSM矩阵对矿井监控图像信号的重建精度远高于Gause、Bernoulli等常用测量矩阵，当采样率为0.3时，基于BPCSM矩阵重建的矿工图像的峰值信噪比(PSNR)约为26 dB，矿工面部轮廓较为清晰；当采样率为0.5时，基于BPCSM矩阵重建的矿工图像的PSNR已达30 dB，几乎可以恢复矿工图像的全部细节，表明BPCSM矩阵具有较好的重建性能；通过选择合适的帕斯卡矩阵尺寸能够进一步提高图像信号的重建性能，满足矿井环境应用要求。

基于改进CNN−SVM的甲烷传感器数显识别方法

唐守锋, 史经灿, 周楠, 赵仁慈, 仝光明, 黄洁

2022, 48(1): 53-57. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070033

<摘要>(128) <HTML> (48) <PDF>(21)

摘要:
甲烷传感器材质存在光反射，显示面板上有附着物，造成甲烷传感器自动检定系统采集的传感器数值图像质量较差，对字符识别困难。而现有的基于机器学习的仪表字符识别方法识别率较低、算法运行速度较慢。针对上述问题，提出了一种基于改进卷积神经网络(CNN)−支持向量机(SVM)的甲烷传感器数显识别方法。通过图像增强、数值区域图像提取、图像分割、小数点定位等4个步骤对甲烷传感器数值图像进行预处理，并将处理后的数字图像作为自定义数据集。针对CNN−SVM模型运行时间较长的问题，使用PCA算法对CNN全连接层提取的图像特征进行降维处理，用最主要数据特征代替原始数据作为SVM分类器的样本进行分类识别。在自建数据集上的验证结果表明，与传统CNN模型和CNN−SVM模型相比，改进CNN−SVM模型的准确率更高，运行时间更短。在经典MNIST数据集上的验证结果表明，综合考虑精度和实时性要求，改进CNN−SVM模型的综合性能优于CRNN，SSD，YOLOv3，Faster R−CNN等模型。采用微型高清USB摄像头采集甲烷传感器数值图像，将训练好的改进CNN−SVM模型移植到树莓派中进行图像处理和识别，结果表明，基于改进CNN−SVM的甲烷传感器数显识别方法的识别成功率为99%，与仿真分析结果一致。

强噪声背景下钢丝绳损伤信号降噪方法

吴东, 张宝金, 刘伟新, 李光, 宫涛, 杨建华

2022, 48(1): 58-63. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070012

<摘要>(193) <HTML> (60) <PDF>(15)

摘要:
钢丝绳损伤信号是一种非平稳无周期性的冲击信号，其特征信号的降噪处理和特征提取成为亟待解决的难题。小波变换方法若小波基或者分解层数不适合，会在信号降噪的同时引入其他噪声干扰，影响信号处理与特征提取的效果。相较于小波变换方法，移位平均法只需要选择一定的移位窗宽即可实现对信号的有效降噪，但移位窗宽需要人为选择，盲目性大。针对上述问题，提出一种强噪声背景下钢丝绳损伤信号降噪方法。利用钢丝绳漏磁检测传感器采集不同类型的断丝数据，向信号中加入强高斯白噪声，以模拟强噪声背景；采用自适应移位平均法对钢丝绳损伤信号进行降噪，利用量子粒子群优化(QPSO)算法优化移位平均法的窗宽；将损伤信号的信噪比(SNR)作为适应度函数，通过QPSO算法使得损伤特征信号SNR最大化，从而实现最优信号降噪效果。实验结果表明，对于强噪声背景下的钢丝绳平稳和波动信号，相较于小波变换，自适应移位平均法的降噪效果更明显，信噪比更高，信号更为平滑。实测结果表明，对于现场采集的噪声相对弱一些的钢丝绳损伤信号，自适应移位平均法的降噪效果也比小波变换好，验证了自适应移位平均法具有较好的通用性。

煤矿主要工种本体构建及安全规则推理

吴攀鑫, 刘鹏, 舒雅, 余钱坤, 丁恩杰

2022, 48(1): 64-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021080053

<摘要>(109) <HTML> (48) <PDF>(14)

摘要:
目前煤矿领域本体侧重于对事故的预测，尚无针对煤矿作业人员操作安全性的本体研究。为及时发现作业人员的危险操作来为作业人员提供安全预警，提出了一种煤矿主要工种本体构建及安全规则推理方法。根据煤矿实际生产状况，将煤矿生产中的作业人员、操作设备、操作方法、地点、环境、事故和状态等信息形式化表示，利用本体语言构建了覆盖采煤系统、掘进系统、机电运输、地质测量、通风瓦斯、综合防尘和选煤厂等生产系统的煤矿主要工种本体。根据煤矿领域专业文献中的安全生产规定，基于Jena自定义规则语法制定了安全规则，并基于安全规则实现对煤矿主要工种本体中作业人员操作安全性的推理。实验结果表明，基于煤矿主要工种本体及安全规则来判断作业人员安全状态有效可行，为煤矿安全生产提供了一种辅助保障手段。

基于IWOA−SVM的煤矿突水预测模型

秋兴国, 李靖

2022, 48(1): 71-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021050043

<摘要>(153) <HTML> (86) <PDF>(18)

摘要:
针对传统煤矿突水预测算法易陷入局部最优、预测结果准确率低及速度慢等问题，提出一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)−支持向量机(SVM)的煤矿突水预测模型。IWOA从鲸鱼种群初始化、调节因子非线性化及随机差分进化(DE)3个方面入手对鲸鱼优化算法(WOA)进行改进：使用Tent映射初始化鲸鱼种群，提高鲸鱼种群寻找到最优猎物的可能性；通过调节因子非线性变化策略，提升算法在迭代前期的全局搜索能力及迭代后期的局部搜索能力，从而加快收敛速度；引入DE算法的变异、交叉、选择操作，以增强WOA的全局搜索能力。利用IWOA对SVM模型进行参数优化，将影响煤矿突水的水压、隔水层厚度、煤层倾角、断层落差、断层与工作面距离、采高共6个影响因素作为模型的输入特征向量，突水与安全2种突水结果作为模型的输出向量，以突水预测结果与实际结果间的误差最小化为目标建立目标函数，得到基于IWOA−SVM的煤矿突水预测模型。实验结果表明：与粒子群优化算法、DE算法、WOA相比，IWOA的预测准确率最高，标准误差最小，且收敛速度快，鲁棒性好；IWOA−SVM的突水预测准确率达到100%，与传统的突水系数法、SVM、WOA−SVM相比，IWOA−SVM表现出更高的准确率和稳定性。

厚松散含水层失水沉降相似模拟实验研究

陈芳, 张劲满, 徐良骥, 李杰卫, 徐瑞瑞, 张坤

2022, 48(1): 78-84. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030080

<摘要>(103) <HTML> (105) <PDF>(13)

摘要:
目前缺乏对厚松散含水层地质采矿条件下覆岩破断及变形规律的深入研究。以淮南矿区潘四东煤矿11111工作面为工程背景，构建相似材料模型，采用数字摄影测量提取位移法记录模型开挖过程中覆岩破断过程及覆岩变形情况。分析了含水层失水沉降原因：覆岩在W型剪切应力拱作用下形成2条纵向的主导水裂隙带，导水裂隙带的进一步发育引起含水层失水固结，在厚松散层重力作用下进一步压实，随着覆岩破断运动的加剧，在弯曲带和覆岩共同挤压下形成О型剪切应力拱，压缩薄层空间，导致地表下沉量增大。分析了失水状态下覆岩损伤情况：工作面开采工作完成且覆岩达到稳态后，前垮落角为57°，后垮落角为62°，导水裂隙带高度为63 m，开切眼及终采线上方覆岩在应力集中作用下断裂，产生纵向裂隙，开切眼及终采线上方垮落带区域内覆岩产生横向离层裂隙，纵向裂隙和横向离层裂隙加剧了覆岩与含水层间的水力联系。给出了失水状态下覆岩动态运动规律：随着开采工作面的推进，各观测线覆岩下沉量逐渐增大，接近开采工作面的观测线覆岩下沉量最大，工作面上方覆岩的观测线下沉量曲线走势基本类似且跳变一致，含水层上方的观测线下沉量曲线走势基本吻合且跳变同步，工作面上方与含水层上方的观测线下沉量跳变异步，表明含水层对覆岩移动变形具有重要作用。

基于时空关联分析的采煤工作面顶板压力预测方法

罗香玉, 刘俊豹, 罗颖骁, 解盘石, 伍永平

2022, 48(1): 85-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100012

<摘要>(125) <HTML> (85) <PDF>(21)

摘要:
顶板压力一般通过液压支架工作阻力进行度量，基于深度学习的顶板压力预测方法效果受训练样本集影响极大，而训练样本集的构建依赖于时间窗口的选择和紧密关联液压支架群的识别，但现有方法依靠人工经验来确定时间窗口，且忽略了不同液压支架之间的关联性，严重阻碍了顶板压力预测精度的提高。针对上述问题，提出了一种基于时空关联分析的采煤工作面顶板压力预测方法。首先，通过计算同一液压支架工作阻力序列在时间维度上的灰色关联度，选择最优时间窗口。然后，通过计算不同液压支架工作阻力序列在空间维度上的灰色关联度，获得最优辅助矩阵，识别出紧密关联液压支架群。最后，基于最优时间窗口和最优辅助矩阵，确定每个训练样本的标签和对应特征，完成训练样本集构建，以对长短时记忆(LSTM)模型进行训练来预测顶板压力。实验结果表明，与依赖人工经验构建训练样本集完成LSTM模型训练的方法相比，本文方法有效降低了顶板压力预测误差。

基于GRU和XGBoost的矿压显现规律预测

柴敬, 刘义龙, 王安义, 屈世甲, 欧阳一博

2022, 48(1): 91-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021070062

<摘要>(112) <HTML> (36) <PDF>(18)

摘要:
采用光纤传感器监测的光纤频移值对矿压显现规律进行表征的过程中，传感器采集的数据存在缺失现象，无法准确预测矿压显现规律。针对该问题，以千秋煤矿为工程背景，在假设光纤下半部分数据丢失的前提下，引入GRU(门控循环单元)和LSTM(长短期记忆网络)2种预测模型，对缺失的光纤频移值进行对比预测，得出GRU模型的收敛速度优于LSTM模型的收敛速度，说明基于GRU模型的缺失值处理方法较优。将原始完整的光纤频移值转换为可表征矿压显现位置的光纤平均频移变化度，引入XGBoost(极端梯度提升)模型和BP神经网络模型进行对比预测，XGBoost模型能准确预测出测试集中所有出现“尖峰”的位置，而BP神经网络模型只预测出2处“尖峰”位置，说明XGBoost模型的预测效果优于BP神经网络模型的预测效果。将预测出的光纤频移缺失值替换至缺失位置，形成“完整”光纤频移值数据，将该数据转换为光纤平均频移变化度后，采用XGBoost模型进行预测。验证结果表明：LSTM模型及GRU模型均可准确预测出光纤下半部分的数据，且GRU模型准确性较LSTM模型准确性高；使用XGBoost可准确预测出测试集中出现的周期来压；通过GRU模型预测出的缺失数据经整合至缺失位置后，使用XGBoost模型仍可进行有效的矿压预测。

基于WiFi的语音矿灯设计

王飞

2022, 48(1): 98-102. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010077

<摘要>(182) <HTML> (64) <PDF>(26)

摘要:
针对现有矿灯大多只具有照明、定位、环境感知等功能，没有语音对讲功能的问题，设计了一种基于WiFi的具有语音对讲功能的语音矿灯。该语音矿灯以工业以太环网和WiFi网络为传输平台，采用VoIP语音通信技术实现语音播放、音频采集、与调度台对讲功能；通过音频编解码芯片实现语音模拟信号与数字信号的转换，采用UDP协议将信号传输至调度台，完成语音数据的双向传输，实现语音对讲和矿灯照明一体化。详细介绍了语音对讲功能实现的关键技术：音频数据的编码格式和缓存管理、语音数据的可靠传输机制，用于确保语音播放的准确性；WiFi模块与微控制器STM32L151的低功耗休眠技术，用于降低语音矿灯平均电流，延长工作时间。测试结果表明：该语音矿灯能够满足调度台与井下工作人员之间的语音对讲需求，与WiFi基站通信距离可达400 m，与调度台之间的对讲传输时延小于1 s，语音矿灯之间的组播传输时延小于3 s；语音矿灯对讲时平均电流小于70 mA、空闲时平均电流小于5 mA。

井下精确人员定位系统定位重测机制研究

唐丽均, 吴畏, 刘世森

2022, 48(1): 103-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090077

<摘要>(201) <HTML> (80) <PDF>(33)

摘要:
无线信号在井下传输过程中由于信号强度衰减和干扰导致读卡器与标志卡之间测距失败，当测距失败后，标志卡只能等到下一超帧内的固定测距时隙再次与读卡器进行测距，由于标志卡与读卡器进行重新测距的间隔时间较长，不利于及时掌控井下人员实时动态分布情况。针对该问题，提出了一种井下精确人员定位系统定位重测机制。当标志卡测距失败时，该定位重测机制利用空闲时隙，重新对标志卡进行测距。在出现多张标志卡竞争空闲时隙进行重测的情况下，采用层次分析法，根据标志卡的累计重测次数、信号强度、运动速度，确定标志卡抢占空闲时隙的重测优先级，定位读卡器根据重测优先级为测距失败的标志卡优先进行重测。测试结果表明，当标志卡数量少于70张时，定位重测机制能提高精确人员定位系统的平均测距成功率、降低平均重测延时、提升平均时隙利用率，从而能实时监测到不间断的标志卡运动轨迹。

煤矿机电设备事故知识图谱构建及应用

李哲, 周斌, 李文慧, 李晓蕴, 周友, 冯占科, 赵涵

2022, 48(1): 109-112. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021100009

<摘要>(330) <HTML> (148) <PDF>(71)

摘要:
针对难以从煤矿机电设备事故表象和部分监控数据判断设备事故根本原因，以及缺少能够利用历史数据、经验知识的有效手段来提高设备事故处理效率等问题，构建了煤矿机电设备事故知识图谱。首先设计四组元本体模型的数据关系，确定本体及本体之间的关系类型；然后根据设计的数据关系，采用机器学习和规则模板相结合的方法从数据库、文本中抽取实体、关系和属性；最后基于Python语言，通过py2neo库用Cypher语句对实体、关系和属性进行创建并存入Neo4j图数据库，实现知识图谱的构建和更新。煤矿机电设备事故知识图谱在煤矿机电设备事故诊断、风险管理和智能问答等方面的应用可使用户高效利用煤矿机电设备事故相关知识，帮助设备维护人员快速查找事故链条、定位事故原因并提出维修方案，达到降低事故率、减少事故处理时间的目的。

矿区遥感图像去噪方法研究

车守全, 李涛, 包从望, 江伟

2022, 48(1): 113-118. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021090086

<摘要>(149) <HTML> (67) <PDF>(17)

摘要:
去噪是矿区遥感图像得以有效应用的重要预处理步骤。现有的基于统计、基于域变换、基于学习等遥感图像去噪方法普遍存在细节过度平滑、纹理保持不足等问题。基于引导滤波良好的边缘保持特性，提出了迭代引导滤波方法，通过对残差信息进行引导映射，并迭代进行引导滤波及超参数收缩，增强了遥感图像边缘特征提取效果；将迭代引导滤波与传统的小波软阈值、非局部均值(NLM)滤波、三维块匹配 (BM3D)滤波等去噪方法结合，有效提高了传统方法的峰值信噪比，其中NLM滤波、BM3D滤波的去噪性能提升效果最明显；将迭代引导滤波与BM3D滤波融合，通过BM3D滤波初步获取去噪图像，得到残差数据，然后采用迭代引导滤波对残差数据进行处理，在提升图像去噪效果的同时，很好地保持了图像细节特征；将迭代引导滤波与BM3D滤波融合方法用于矿区遥感图像的煤矸石场识别及滑坡区域边缘识别，取得了较好的效果。

深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术

马文涛, 马小辉, 吕大钊, 王冰, 朱刚亮

2022, 48(1): 119-124. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021030088

<摘要>(277) <HTML> (74) <PDF>(34)

摘要:
针对深部掘进巷道采用大直径钻孔卸压防治冲击地压存在卸压强度低、卸压不及时、劳动强度大等问题，以陕西彬长矿区孟村煤矿401103回撤通道为工程背景，分析了冲击地压发生主控因素，认为煤岩层强冲击倾向性、大埋深、断层构造是诱发冲击地压的主要原因：煤岩层具有强冲击倾向性使得煤岩系统具备发生冲击地压的能力；工作面埋深大导致集中静载荷水平处于高位，降低了冲击地压发生门槛；主承载区高集中静载荷叠加断层能量积聚释放的集中动载荷，极易诱发冲击启动，进而导致冲击地压显现。利用爆破卸压防治冲击地压作用表现为结构重建、应力释放及能量消耗：对掘进巷道围岩支承压力峰值区域实施爆破致裂可在巷道围岩内形成卸压保护带，从而降低煤岩冲击倾向性、削弱高集中应力、增加冲击能量消耗，达到降低冲击地压风险的目的。针对401103回撤通道提出了顶板、掘进工作面、帮部爆破卸压方案，并采用震波CT探测及微震监测对卸压防冲效果进行检验，结果表明：采用爆破卸压方案后，高应力区面积减少了50%，应力集中程度明显降低；微震事件平均能量显著下降，均小于10⁴ J，且微震事件能量无急剧变化，卸压效果良好。

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