工矿自动化

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丁恩杰, 施卫祖, 张申, 赵小虎

2017, 43(9): 1-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.001

<摘要>(227) <HTML> (101) <PDF>(35)

摘要:
介绍了矿山物联网技术发展现状和产业发展模式，指出矿山物联网顶层设计的目的是从国家安全生产监管的全局进行感知矿山总体设计，实现矿山物联网物与物相联，并明确矿山物联网的服务本质。探讨了矿山物联网的发展趋势：关键技术不断突破，服务承载模式逐步显现，政府与企业共促发展。阐述了矿山物联网发展重点领域：核心关键技术突破，包括微型化智能装置及能量捕获技术，矿山覆盖网络、通信与灾后重建技术，云计算、大数据及安全生产管理技术，矿山语义与虚拟化技术，安全、隐私与可信网络技术；5S应用，即感知人员、感知灾害、感知设备、感知矿区、感知管理；云服务体系构建；标准化建设。提出了矿山物联网保障措施及建设路线。

智慧矿山定义探讨

何敏

2017, 43(9): 12-16. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.002

<摘要>(146) <HTML> (9) <PDF>(12)

摘要:
分析了现有文献中智慧矿山定义存在的问题。根据种差加属的下定义方法，通过对比分析智慧矿山与自动化矿山、信息化矿山、数字化矿山之间的联系与区别，总结了8项共有属性及4项智慧矿山独有属性，据此形成了智慧矿山的定义：智慧矿山是基于空间信息、物联网、云计算、大数据、人工智能、数据仓库、数据通信、真三维地质模型、虚拟现实、智慧采煤等技术，集成应用各类传感器、自动控制系统、组件式软件，具备自动运行、智能决策、自学习功能的矿山。

智慧矿山评价指标体系及架构探讨

贺耀宜

2017, 43(9): 16-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.003

<摘要>(116) <HTML> (9) <PDF>(18)

摘要:
针对智慧矿山建设水平差异大、缺乏统一行业标准的现状，从智慧矿山的定义出发，提出了智慧矿山评价指标，在此基础上制定了智慧矿山分级评价方法，旨在为智慧矿山建设提供评判标准和依据；从物联感知层、协同管控层、矿端智能决策支持层、云端智能决策支持层4个层级阐述了智慧矿山架构，并针对各层级涵盖内容及层级之间关系提出了相关规范制定要求，使其对智慧矿山有一个统一的度量。

智慧矿山智能决策支持技术架构设计

高文

2017, 43(9): 21-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.004

<摘要>(123) <HTML> (17) <PDF>(19)

摘要:
在分析矿山决策支持系统应用现状的基础上，提出基于新一代大数据技术和云计算技术的智慧矿山智能决策支持技术架构。该架构采用Hadoop等大数据技术解决传统决策支持系统存在的无法水平扩展计算资源、响应时间长及无法把离散的管理信息数据与自动化测控数据相结合进行数据分析等问题，通过引入流式计算解决传统决策支持系统无法有效处理无界数据的问题。该架构具有可承载矿山专业业务分析模型和常规管理信息化业务分析模型的能力，可全面融合“人”、“机”、“环”、“管”相关数据，形成综合性较强的决策支持信息，为实现矿山“智慧化”提供核心技术支持。

采煤机记忆割煤数学分析及实现方法

孙卓

2017, 43(9): 26-31. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.005

<摘要>(79) <HTML> (15) <PDF>(7)

摘要:
现有采煤机自动化割煤方法缺乏合适的数学模型及算法，无法实现长期、连续自动化割煤，制约了工作面自动化水平的提高。针对该问题，在三维坐标系中分析了采煤机姿态、位置与截割高度之间的函数关系，建立了基于静止坐标系和运动坐标系的采煤机运动方程，并提出了基于运动坐标系的双示范刀、单示范刀记忆割煤算法及具体实现方法。在锦界煤矿31112工作面应用单示范刀记忆割煤算法进行长期自动化割煤，实现了包括三角区在内的全工作面区域自动化割煤，证明了算法的正确性、可行性及鲁棒性。

主运煤流线协同控制系统的故障诊断设计

孔维社

2017, 43(9): 32-36. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.006

<摘要>(76) <HTML> (10) <PDF>(9)

摘要:
针对主运煤流线协同控制系统存在维护困难的问题，开发了一种主运煤流线协同控制系统故障诊断模块，从设备级诊断、系统级诊断、远程诊断3个方面介绍了系统故障诊断原理：设备级诊断记录相关传感器、本安电源等重要事件并传输给协同控制器；系统级诊断对系统各设备统一授时，由协同控制器运行故障诊断算法分析故障原因，并将分析结果推送至地面集控室；远程诊断是由地面集控室工程师或装备制造企业研发人员分析并确认故障原因，并通知巡检人员排除故障。

基于任务网络计划技术的煤矿企业应急管理方法

彭武良, 任宏潇

2017, 43(9): 36-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.007

<摘要>(54) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
为提高煤矿企业应急管理的规范性和自动化程度，解决应急预案和应急决策的衔接问题，提出了一种基于网络计划技术的煤矿企业应急管理方法。该方法首先以应急预案的可重构性为基础，对应急预案进行规范化处理，采用任务网络计划技术将各个应急措施作为任务形成应急预案计划，然后将应急预案计划作为应急处置计划的模板，综合考虑突发事件的类型、具体情况、应急处置的资源条件及适度的个人偏好，在应急预案计划的基础上进行修正，迅速形成完整、规范的应急处置计划。实际应用表明，该方法可提高应急预案和应急执行计划的结构化和数字化水平，能够实现应急预案和应急执行计划的无缝衔接。

矿井钻孔救援通信技术的研究进展及趋势

郑学召, 王虎, 文虎, 郭军

2017, 43(9): 41-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.008

<摘要>(105) <HTML> (10) <PDF>(8)

摘要:
阐述了矿井钻孔救援通信技术原理，详细介绍了钻孔救援通信技术即钻孔救援探测技术、矿井救援指挥系统及可视化技术、钻孔救援高速传输及交换技术的国内外研究进展，指出了矿井救援通信技术亟需解决的问题及发展趋势：钻孔救援通信系统各功能组成上应相互独立又有机统一，使系统在功能升级过程中不影响其他功能的正常使用；钻孔救援通信技术在进行音、视频图像采集，灾难现场环境监测，通信和存储等环节上应有更高的准确性；进一步提高数据通信系统的可靠性，使钻孔救援通信系统本身具有自检及恢复功能，为矿井救援方案的制定提供有效参考；完善与救援通信设备配套的应用软件，确保救援中信息实时交互传输，具有逼真的现场感，便于指挥人员后续的决策；研究数据采集系统错误及误差的判定及预警技术，使探测到的救援信息准确无误，提高救援效率及成功率。

无线透地通信理论与关键技术研究

孙彦景, 吴天琦, 施文娟, 徐胜, 王晓琳, 牛洪海

2017, 43(9): 46-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.009

<摘要>(90) <HTML> (11) <PDF>(14)

摘要:
综合分析了现有无线透地通信研究现状，比较了地电极、弹性波及磁感应透地通信的性能，得出磁感应透地通信性能优于其他2种透地通信方式；重点阐述了磁感应透地通信信道模型，提出了磁感应透地通信亟待解决的关键技术问题和可行的解决方法；同时，综述了现有的磁感应透地通信发射机与接收机设计方案。结合当前研究和应用热点，提出了透地通信今后的重点研究方向：磁信号本身衰落较大是制约磁感应透地通信进一步发展的关键因素；磁感应透地通信的发射机、接收机及传输机制都需要完善；应用在矿井下的透地通信系统不仅要将发射功率控制在安全范围内，考虑通信距离与发射功率的折中关系，还要考虑如何抑制复杂的井下电磁干扰。

王庄煤矿墩柱充填开采参数优化的数值模拟研究

于胜超, 朱卫兵, 徐敬民, 沙猛猛, 齐祥瑞, 杨伟名

2017, 43(9): 54-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.010

<摘要>(82) <HTML> (10) <PDF>(7)

摘要:
针对王庄煤矿七采区4号薄煤层采用的墩柱充填采煤法，运用FLAC3D数值模拟方法优化研究了墩柱充填开采的关键技术参数，分析了墩柱间排距、埋深、采高等技术参数对墩柱充填体长期稳定性的影响，得出了墩柱充填体稳定性随间排距、埋深、采高的增大均呈现下降趋势的结论；结合王庄煤矿七采区试验工作面条件，以弹性核区比例界定临界安全值，通过垂直应力变化进行检验，优化确定了该矿墩柱充填开采方案：墩柱充填尺寸为6 m×6 m，墩柱间排距为4 m。实际应用结果表明，该墩柱充填开采方案使采空区充填率降低至30%，而地表最大下沉量仅为48 mm，能够有效控制地表沉降，实现了安全开采。

随钻测斜系统离线式数据同步方法研究

刘宗伟, 宋建成

2017, 43(9): 59-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.011

<摘要>(33) <HTML> (8) <PDF>(5)

摘要:
针对煤矿用普通中小型回转钻机的随钻测斜系统姿态数据无法在线上传的问题，提出了一种离线式数据同步方法。该方法是在打钻过程中,孔口同步仪和孔底探管分别对钻杆数据和钻孔测点姿态数据进行实时采集，打钻完成后，同步仪统一读取全部探管数据，同时采用同步方法进行有效测点筛选，最终实现钻孔轨迹绘制。试验结果表明，该离线式数据同步方法使钻杆数据和姿态数据实现了同步，能够在不改动钻机结构的前提下充分满足普通中小型回转钻机的随钻测斜需求。

基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法

张坤, 廉自生, 谢嘉成, 吕凯波, 廖瑶瑶

2017, 43(9): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.012

<摘要>(39) <HTML> (8) <PDF>(7)

摘要:
针对综采工作面液压支架高度测量困难和测量结果不准确等问题，以两柱掩护式液压支架为例，推导了利用倾角传感器所测液压支架姿态角度计算液压支架高度的表达式。为减小倾角传感器角度测量误差造成的液压支架高度测量累积误差，提出了一种基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法，即利用分批估计算法和自适应加权算法将分别通过掩护梁和前连杆处倾角传感器所测角度计算得到的液压支架高度数据进行融合。实验结果表明，该方法对于623.2 mm高液压支架样机的高度测量误差不大于0.3 mm，与单一倾角传感器测高相比，精度提高了1 mm。

改进型遗传算法在煤矿配电网规划中的优化应用

周孟然, 吴雷明

2017, 43(9): 70-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.013

<摘要>(36) <HTML> (10) <PDF>(9)

摘要:
针对传统遗传算法应用在矿区配电网规划中易发生早熟收敛从而影响规划的准确度问题，提出了一种多种群模拟退火遗传算法。该算法以年规划费用最小为目标函数，结合模拟退火算法的优点，同时加入多种群的特征，解决了配电网规划中易发生早熟收敛问题，提高了搜索效率，方便获得规划中全局最优解。实验结果表明，利用多种群模拟退火遗传算法对矿区配电网优化后，规划成本、种群迭代次数都有明显降低，运行时间比原有算法降低约6%，误差率降低约3%，更加实用高效。

基于时空信息融合的矿用变压器绝缘状态评估方法

张玉振, 吉兴全, 于永进, 梁永亮, 樊淑娴

2017, 43(9): 75-82. doi: 1671-251X(2017)09-0075-08DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.014

<摘要>(80) <HTML> (17) <PDF>(16)

摘要:
现有矿用变压器状态评估方法大多侧重评估模型及理论的研究，而忽视各评估指标时域和空域的关联性分析。针对该问题，提出了一种基于时空信息融合的矿用变压器绝缘状态评估方法。针对矿用变压器绝缘状态评估中数据信息的随机性、模糊性等特点，建立多层次状态评估体系；引入关联规则和变权重理论，确定评估模型中因素层的变权重系数，构建因素层指标的模糊隶属度函数，并计算其原始基本概率赋值；基于D-S证据理论对评估模型中各因素及各周期的基本概率赋值进行融合，首先将因素层评估得到的各因素基本概率赋值与其权重系数进行时域信息融合，然后对其时域融合信息进行空域融合，最后结合信度准则判断矿用变压器绝缘状态。实例验证结果表明，所提方法可对矿用变压器绝缘状态进行准确有效评估。

基于特征原子测度的配电网故障选线方法

赵亮, 周挪英, 王晓卫

2017, 43(9): 83-89. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.015

<摘要>(57) <HTML> (10) <PDF>(7)

摘要:
针对现有配电网故障选线方法存在故障特征提取不够全面、故障选线判据需要样本且训练时间长等问题，提出了一种基于特征原子测度的配电网故障选线方法。利用余弦包和db10小波分别构建暂态零序电流稳态分量原子库与暂态分量原子库，从而形成混合原子库，采用匹配追踪算法提取各线路特征原子；在能量方面，采用能谱熵对各特征原子进行测度，在波形相似性方面，通过计算特征原子与原始暂态零序电流的相关系数进行测度，进而得出各线路的修正原子能谱熵；通过对修正原子能谱熵进行差分运算，得出表征各线路物理特性的综合原子能谱熵，将综合原子能谱熵最大的线路判定为故障线路。仿真结果表明，该方法不受故障过渡电阻、迭代次数、数据窗长度、消弧线圈补偿度、电容器投切等影响，选线准确、有效，具有较强的抗噪声干扰能力。

变线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统

王亚檬, 武兴华, 吝伶艳, 宋建成

2017, 43(9): 89-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.016

<摘要>(43) <HTML> (15) <PDF>(6)

摘要:
针对传统单一线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统存在传输效率受限于传输距离的问题，设计了一种变线圈结构的磁耦合谐振式无线电能传输系统。建立了系统的等效电路模型；分析了系统分别采用两线圈结构和四线圈结构时的传输效率与传输距离之间的关系；根据两线圈结构时系统传输效率随着传输距离的增大而逐渐减小、四线圈结构时系统传输效率随着传输距离的增大先增后减的结论，提出了传输距离小于线圈半径时采用两线圈结构、传输距离大于线圈半径时采用四线圈结构的变线圈结构谐振耦合方式，以实现不同传输距离时传输效率的最大化。仿真和实验结果验证了该系统的有效性和可行性。

基于GMapping算法与指纹地图构建的井下定位方法

蒋磊, 杨柳铭, 武方达, 韩会杰, 周雪

2017, 43(9): 96-101. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.017

<摘要>(44) <HTML> (9) <PDF>(13)

摘要:
针对现有井下定位算法定位精度差和依赖信号源坐标的问题，提出一种基于GMapping算法与指纹地图构建的井下定位方法。将待定位的位置信号特征与信号分布图进行匹配，选择最优定位坐标，从而提高井下定位精度；通过与GMapping算法相结合，避免了指纹地图构建过程维护成本高的问题，优化了算法的搜索与匹配效率。实际测试结果表明，该方法平均定位误差为57.7 cm，可以满足井下定位要求。

基于信息融合和神经网络的煤岩识别方法

雷静, 余斌

2017, 43(9): 102-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.018

<摘要>(54) <HTML> (9) <PDF>(16)

摘要:
针对煤岩识别系统多采用单一传感器进行监测，存在识别精度、可靠度与稳定性均非常低的问题，提出一种基于信息融合和神经网络的煤岩识别方法。在现有采煤机上增加多种必要的传感器，采集采煤机不同工况下的电流、压力、振动频率、加速度等信号，采用小波包对采集的信号进行特征提取，并通过BP神经网络进行数据融合，从而实现对煤层和岩层的识别。真机实测结果表明，所提方法的识别误差在±0.5范围内，验证了其有效性。

提升机自动控制系统在梧桐庄矿主井的应用

孟晓兰

2017, 43(9): 106-110. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.019

<摘要>(42) <HTML> (10) <PDF>(9)

摘要:
针对梧桐庄矿原提升机电控系统存在运载能力不足、安全可靠性不高、自动化控制程度较低等问题，提出了一种提升机自动控制系统改进方案，介绍了该方案中电动机变频调速系统、基于现场总线的通信系统和安全监控系统等的关键技术原理。应用结果表明，改进后的系统与原系统相比，电动机定子平均温度下降约10 ℃，转子平均温度下降约20 ℃，且定子绕组中的测温元件和水冷单元都有助于降低电动机运行故障率；运行速度可达10 m/s，单钩运行时间约为135 s，提升载荷达到设计要求的25 t；采用Profibus和多层次体系构架设计，各功能模块、通信接口、系统服务和系统监控等隶属不同层级，保障了系统的可靠性和扩展性。

矿井通风安全智能监测监控系统研制

杨战旗, 郝天轩

2017, 43(9): 110-114. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.09.020

<摘要>(42) <HTML> (4) <PDF>(13)

摘要:
为实现矿井正常生产或救灾时风量自动调节与控制，研制了一种矿井通风安全智能监测监控系统，介绍了该系统的结构、硬件配置及软件开发。该系统实现了通风安全参数——风速、瓦斯浓度、温度、风压和风量的实时监测和显示，为灾害预警及控制提供了依据；在风量不足或富余时可自动调节风门开闭状态和开启程度，以满足用风地点的供风需求和救灾需要。

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2017年第43卷第9期

投审稿系统

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