工矿自动化

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刘统玉, 王纪强, 孟祥军, 李伟, 金光贤, 胡杰, 魏玉宾, 王振平, 胡宾鑫, 宋广东, 马俊鹏, 王金玉, 宋成祥, 张婷婷, 李艳芳, 王风雪

2018, 44(3): 1-7. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17315

<摘要>(133) <HTML> (5) <PDF>(21)

摘要:
针对矿山安全监测系统中传统电子传感器存在的精度低、可靠性差、维护工作量大、有监控盲区等问题，提出采用光纤传感器与无线传感器构建煤矿人、机、环多维度、多参数、大容量监测系统；介绍了光纤传感器在矿山安全监测系统中的应用优势，重点介绍了激光光谱分析气体传感器、光纤光栅物理量传感器、光纤分布式温度传感器等矿用传感器的工作原理；以煤矿安全监控系统中的激光甲烷传感器、矿山微震监测系统中的光纤加速度传感器及采空区火灾监测预警系统中的光纤分布式温度传感器为例，介绍了矿用光纤传感器在矿山安全物联网中的应用情况。

采煤机视频压缩感知跟踪方法

孙继平, 邵子佩, 刘毅

2018, 44(3): 8-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17313

<摘要>(82) <HTML> (15) <PDF>(8)

摘要:
针对工作面光照强度低且不均匀、煤尘浓度大等问题，提出了一种采煤机视频压缩感知跟踪方法。该方法首先采用矩形滤波器对图像进行归一化处理，获取特征向量；然后依据压缩感知理论对目标样本和背景样本的Haar-like特征向量进行压缩处理，并基于压缩后的Haar-like特征向量建立目标模型并训练朴素贝叶斯分类器；最后采用朴素贝叶斯分类器识别目标图像和背景图像，实现采煤机动态跟踪。试验结果表明，该方法在采煤机移动、遮挡及环境照度不均匀、快速变化等情况下都能实现有效跟踪，平均跟踪帧速率达22 帧/s。

全矿井融合通信系统研究

张立亚

2018, 44(3): 12-16. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17264

<摘要>(86) <HTML> (8) <PDF>(13)

摘要:
针对煤矿井下各系统独立运行、基站数量多且无线数据传输带宽不足等问题，采用LTE技术设计了一种全矿井融合通信系统。该系统通过综合基站对井下无线通信、人车精确定位、IP 电话、语音广播等多业务进行统一接入、承载和管理，并可与现有业务平台对接。测试结果表明，该系统的综合基站覆盖半径为400 m，信号接收强度不低于-105 dB，基站间无线通信切换时间为21.67 ms，无线通话质量较好。

内注式单体支柱耐久性能试验自动加载装置研究

张悦, 姚玉维, 沙宝银, 赵越

2018, 44(3): 16-20. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017060060

<摘要>(94) <HTML> (13) <PDF>(10)

摘要:
为解决内注式单体支柱耐久性能试验过程中人工加载和卸载存在劳动强度大、效率低等问题，研制了一套内注式单体支柱耐久性能试验自动加载装置。该装置利用工控机测控软件控制伺服电动机及减速器驱动加载工装旋转，通过伺服电动机驱动器实现内注式单体支柱的升柱及降柱操作，自动控制支柱的加载过程；通过伺服电动机驱动卸载手柄实现支柱卸载、降柱动作；并对电动机加载速度、扭矩、位置等进行精确控制，防止加载机构过载、堵转等情况发生。测试结果表明，该装置控制精度高、加载速度快、性能稳定可靠，提升了内注式单体支柱耐久性能试验的自动化水平。

避难硐室自动供氧系统设计

张明, 李素静, 李玮

2018, 44(3): 21-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017090074

<摘要>(38) <HTML> (8) <PDF>(11)

摘要:
针对现有避难硐室供氧系统大多采用多级防护体系，各级供氧系统相互独立，系统之间无法自动切换而不能持续稳定供氧等问题，设计了一套基于 PLC和PID控制技术的避难硐室自动供氧系统。该系统通过环形光纤系统将多级供氧系统和硐室环境参数监控系统集为一体，基于实时检测的环境参数，利用PLC和PID控制技术，实现了各级供氧系统之间的智能化调节和井下硐室的自动连续供氧，并能在某一级供氧系统出现故障时自动切换至下一级供氧系统，从而提高了避难硐室供氧的稳定性和安全性。现场测试结果验证了该系统的可靠性。

液压支架无线控制装置动态关联技术

牛一村

2018, 44(3): 26-30. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017100071

<摘要>(64) <HTML> (11) <PDF>(9)

摘要:
为解决液压支架无线控制装置的运行安全问题，分析了液压支架无线控制装置的工作原理，并基于红外热释电人体感应技术，提出了液压支架无线控制装置动态关联技术方案。研制了工作面人体感应装置，实现了无线手持控制器与支架驱动器的动态关联，提高了液压支架无线控制装置运行的安全性。测试结果表明，人体感应装置检测角度为110°，检测距离为10.6 m，动态关联动作的通信连接延时约为1.1 s，闭锁动作延时约为0.3 s，可以满足使用要求。

智慧矿山重要特征与实现途径

何敏

2018, 44(3): 31-35. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017100061

<摘要>(67) <HTML> (11) <PDF>(12)

摘要:
分析了矿山信息化建设现状和存在的问题，总结了智慧矿山区别于自动化矿山、信息化矿山、数字化矿山等矿山概念的重要特征：透彻感知、深度互联、高度智能；提出了智慧矿山的实现途径：制定智慧矿山技术规范和标准，实行矿山信息的全面数字化，研发和推广先进智能化技术与装备，开发智慧决策应用。

煤矿事故案例本体知识库的构建及推理研究

张宝隆, 王向前, 李慧宗, 何叶荣

2018, 44(3): 35-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017110017

<摘要>(62) <HTML> (11) <PDF>(10)

摘要:
针对煤矿事故案例知识组织、共享和再利用不足等问题，将本体引入事故案例知识管理中，研究基于本体的事故案例知识库的构建和推理技术。通过分析事故案例知识构建了事故知识表示元组和事故案例元本体。在此基础上，按照知识库模型和构建方法分别构建了事故案例本体库和规则库，从而完成知识库的构建。以瓦斯事故为例实现了基于煤矿事故案例知识库的知识推理应用。研究结果表明，利用所构建的煤矿事故案例知识库能够较好地进行知识组织和知识的自动推理，提高了煤矿事故案例知识的共享和重用。

煤矿安全本体研究

史秦甫, 刘秀磊, 刘旭红, 盛立国, 黄秩先

2018, 44(3): 42-49. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017100007

<摘要>(53) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
总结了目前常用的本体语言、本体构建原则及构建方法，经比较认为构建煤矿安全本体宜采用OWL-DL语言，以循环获取法或七步法作为构建方法；从煤矿挖掘与煤矿灾害事件本体、煤矿安全数据库查询本体、煤矿安全知识概念本体的角度分析了煤矿安全本体研究现状，总结了3种煤矿安全本体的优缺点、应用场景和构建流程，并针对3种煤矿安全本体提出了本体集成策略。

煤炭大数据研究及发展方向

谭章禄, 马营营

2018, 44(3): 49-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017110059

<摘要>(110) <HTML> (10) <PDF>(13)

摘要:
介绍了煤炭大数据的来源及特征，分析了当前煤炭大数据应用现状；阐述了煤炭大数据平台化发展对于煤炭大数据应用的意义，分析了煤炭大数据平台建设过程中在数据共享、数据质量、安全性、专业人才等方面存在的问题，提出建设煤炭大数据平台应进行顶层设计、完善煤炭数据标准体系、培养专业人才、合理设计平台框架。

大采高液压支架自动控制技术研究

王海军

2018, 44(3): 53-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017080033

<摘要>(76) <HTML> (11) <PDF>(7)

摘要:
针对大采高工作面在生产中存在着顶板压力大、片帮冒顶严重、支架失稳等问题，分析了大采高液压支架自动化控制技术需求，从工作面顶板、工作面煤壁管理、液压支架的防滑与防倾倒控制、多级护帮联动控制、液压支架智能跟机控制几个方面对大采高液压支架自动控制技术进行了研究：采用液压支架的自动移架控制和自动补压技术可使工作面液压支架对工作面顶板的支撑力达到预设值，从而实现对工作面顶板的有效管理；通过护帮板的姿态控制和支撑压力控制可有效提高工作面煤壁的管理效率，防止片帮事故的发生；采用角度传感器、行程传感器和激光传感器检测支架姿态，可实现工作面液压支架的伪斜自动控制；通过在护帮板上安装接近传感器实现多级护帮板的逻辑控制；采用红外传感器检测采煤机位置，按照采煤工艺实现大采高液压支架的跟机自动化控制。

启动与制动工况下刨煤机系统动力学特性分析

张瑜, 陈洪月, 郝志勇, 毛君

2018, 44(3): 59-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017050022

<摘要>(53) <HTML> (7) <PDF>(5)

摘要:
针对刨煤机系统在启动、制动工况下存在较大冲击的问题，综合考虑链轮多边形效应、驱动链轮轴的水平振动及驱动装置与刨链之间的耦合特性等因素，建立了刨煤机系统动力学模型；运用数值分析方法分析了刨煤机系统在启动、制动、制动后反向启动等工况下的动力学特性，得到刨头前后端刨链张力的振动特性曲线。分析研究结果表明，反“S”型启动方式下刨头前后端刨链张力所产生的冲击最为平稳，该方式启动对刨煤机系统更有优势；刨头距离机头处越近，启动时对刨头前后端刨链张力的影响越大，产生的冲击越大；由于机头与机尾存在时间差，导致前后端刨链张力在启动过程中出现了较大的张力冲击；刨煤机制动后，刨链前后张力分布不均出现差值，刨头前端刨链张力在反向重新启动时刻出现张力冲击，且随着启动过程呈下降趋势。该研究结果为设计合理的刨煤机启动、制动系统提供了理论基础。

超声波在尾矿浆传播中的衰减特性数值模拟分析

汪建新, 高鑫, 张艳萍

2018, 44(3): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017090070

<摘要>(46) <HTML> (6) <PDF>(6)

摘要:
针对现有尾矿矿浆浓度超声检测法存在精度不高、研究参数较为宽泛、不能准确地反映出超声波在尾矿浆中传播的衰减特性问题，在对超声波衰减特性进行理论分析的基础上，利用Matlab软件数值模拟了超声波在固定参数的尾矿浆中传播时的衰减特性，得到了超声波衰减系数与超声波频率、尾矿浆粒径、尾矿浆密度之间的关系：在超声波频率一定时，随着尾矿浆的粒径增加，散射衰减也增大；当超声波频率与尾矿浆粒径均为固定值时，黏滞衰减系数随着尾矿浆密度的增大而增大；当超声波频率与尾矿浆密度均为固定值时，尾矿浆的粒径越大，黏滞衰减系数越小；散射衰减与黏滞衰减都随着超声波频率的增大而增大，散射衰减系数与超声波频率的四次方近似成正比，黏滞衰减系数与超声波频率近似成正比。这一分析结果为设计高精度的超声波浓度传感器提供了理论依据。

煤矿井下雾尘图像清晰化算法

吴开兴, 张琳, 李丽宏

2018, 44(3): 70-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017100078

<摘要>(56) <HTML> (7) <PDF>(10)

摘要:
针对由于煤矿井下环境存在大量煤尘、水雾，监控图像出现模糊、退化现象的问题，提出一种基于暗原色原理和主成分分析的煤矿井下雾尘图像清晰化算法。该算法基于大气散射模型，根据暗原色原理计算透射率；用主成分分析法得出能够充分反映雾尘图像信息的亮度、饱和度及对比度，通过对这些指标进行加权处理来计算大气光值，实现了对煤矿井下雾尘图像的清晰化处理。仿真结果表明，该算法可较大程度地还原图像细节，并保持图像的真实性和结构完整性，实时性较好。

基于蚁群算法的井下救援路径优化方法

龚星宇１, 常心坦２, 贾澎涛１, 罗碧波

2018, 44(3): 76-81. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017030023

<摘要>(121) <HTML> (14) <PDF>(8)

摘要:
针对火灾背景下煤矿应急救援路径的优化问题，提出了一种基于蚁群算法的井下救援路径优化方法；建立了井下救援路径选择影响因素的层次结构模型，各影响因素按重要程度由高到低排列为CO浓度、瓦斯浓度、风量风速、巷道行走难度和人员综合素质；利用各影响因素的量化值更新蚁群算法信息素，寻找并保存最优路径。仿真结果表明，采用基于蚁群算法的井下救援路径优化方法能够选出最优路径，同时最优解具有较好的收敛性。

基于HGWO-MSVM的采煤机滚动轴承故障诊断方法

孙明波, 马秋丽, 张炎亮, 雷俊辉

2018, 44(3): 81-86. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017110006

<摘要>(68) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对采煤机滚动轴承故障特征向量提取较困难、多分类效果不理想等问题，提出了基于HGWO-MSVM的采煤机轴承故障诊断方法。对轴承故障信号进行小波降噪处理，利用经验模态分解算法对降噪后信号进行分解，并提取能量特征值，作为MSVM的训练集和测试集。采用MSVM进行故障状态识别，并用HGWO算法对MSVM的参数进行优化。试验结果表明，相比于GWO、GA和PSO优化MSVM模型，基于HGWO-MSVM的采煤机轴承故障诊断模型可明显提高故障识别精度和效率。

纵轴式掘进机随机振动响应分析

何洋, 李晓豁

2018, 44(3): 87-91. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017100038

<摘要>(82) <HTML> (5) <PDF>(9)

摘要:
为研究纵轴式掘进机在随机截割载荷作用下的随机振动特性，利用ADAMS软件建立了纵轴式掘进机多刚体动力学模型，利用该模型模拟了掘进机轴向钻进、垂直截割、水平截割工作方式下截割头、悬臂、机体的振动特征。仿真结果表明：轴向钻进工作方式对掘进机各部件的振动影响最大，且随机振动的纵向位移响应大于横向位移响应；垂直截割和水平截割时随机振动的横向和纵向位移响应相差不大，且水平截割对机体的振动影响最小。

三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统频率特性分析

李新恒, 龚立娇, 冯力, 孙翔宇, 李阳, 李辉

2018, 44(3): 91-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017090019

<摘要>(116) <HTML> (15) <PDF>(7)

摘要:
建立了三线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的等效电路模型，推导出系统传输功率和传输效率公式，得出了系统在临界耦合状态下获得最大传输功率时的耦合因数关系，给出了耦合因数与频率分裂点之间的关系表达式，分析了系统频率特性。理论分析结果表明：在过耦合状态下，系统发生频率分裂现象，会出现3个频率分裂点；在临界耦合状态和欠耦合状态下，系统只在固有谐振频率处发生谐振；无论有没有发生频率分裂现象，系统均在固有谐振频率处发生谐振，此时系统传输功率达到最大。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

采煤机关键零件参数化建模与分析系统

谢爱争, 丁华, 王义亮

2018, 44(3): 97-101. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017090014

<摘要>(47) <HTML> (9) <PDF>(5)

摘要:
为提高采煤机关键零件建模与有限元分析效率，降低对用户软件操作水平的要求，在Visual Studio 2012集成编译环境下，利用NX二次开发工具开发了采煤机关键零件参数化建模与分析系统。该系统将用户输入参数和应用程序中接口函数相关联，以尺寸驱动的方法，通过修改参数表达式，实现采煤机关键零件参数化建模；借助Journal日志工具，通过获取NX NASTRAN接口函数实现参数化有限元分析。实例验证了该系统的有效性。

一种覆岩弯曲带三维建模方法

史晓楠, 金奇烽, 慎侠

2018, 44(3): 102-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017070023

<摘要>(142) <HTML> (9) <PDF>(8)

摘要:
针对三棱柱模型无法准确表示不规则地层结构尤其是钻孔偏斜情况的问题，提出了一种基于广义三棱柱模型的覆岩弯曲带三维建模方法。该方法首先利用钻孔等原始信息，结合广义三棱柱模型，构建采动前覆岩地质三维模型；然后通过判别关键层位置确定弯曲带范围；最后通过估计覆岩弯曲带变形参数对采动前覆岩地质三维模型进行修正，建立采动后覆岩弯曲带地质三维模型。实例分析结果验证了该方法的有效性。

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2018年第44卷第3期

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