工矿自动化

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陈康, 王军, 包建军, 王伟, 徐寿泉, 陈楠

2019, 45(2): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110062

<摘要>(147) <HTML> (11) <PDF>(11)

摘要:
针对目前超宽带TOF井下精确定位技术中对称双边双向测距（SDS-TWR）方法测距效率低、扩展性差，多次回应非对称双边双向测距（ADS-TWR-MA）方法测距效率及定位系统容量仍有提升空间的问题，提出了多标签多锚节点同时测距（ADS-TWR-MTMA）方法。该方法在多次回应非对称双边双向测距（ADS-TWR-MA）方法的基础上，进一步复用非对称双边双向测距过程中的测距消息，可以让多标签与多锚节点同时进行TOF测距，在保证测距精度的前提下大大提高了测距效率和定位系统容量。在机车接近探测系统和精确定位系统中的应用验证了ADS-TWR-MTMA方法在测距消息条数、测距耗时及系统容量上均优于SDS-TWR方法和ADS-TWR-MA方法。

煤钻屑瓦斯解吸指标Δh2自动测定系统设计

马文伟, 李江涛, 梁文勖

2019, 45(2): 6-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070054

<摘要>(50) <HTML> (10) <PDF>(8)

摘要:
针对当前实验室内测定不同瓦斯吸附压力条件下的煤钻屑瓦斯解吸指标值Δh2的过程存在步骤繁琐、自动化程度低、人为干扰因素较多的问题，设计了一种基于单片机控制的高精度煤钻屑瓦斯解吸指标Δh2自动测定系统。该系统以Atmega16单片机为核心，以USART_HMI触摸屏为系统指令输入及显示输出装置。单片机通过识别触摸屏发送的指令对各种传感器、继电器、电磁阀进行操作，完成煤样的自动脱气、吸附、卸压、测定等过程，最终测得煤钻屑在不同瓦斯吸附压力条件下的解吸指标Δh2值。测试结果表明，与现有煤钻屑瓦斯解吸仪相比，该自动测定系统相对误差控制在5%以内，具有良好的实用性和较好的数据准确性。

矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置及其应用

方俊, 谷拴成, 石智军, 李泉新

2019, 45(2): 12-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17375

<摘要>(130) <HTML> (20) <PDF>(11)

摘要:
针对采用中心通缆式钻杆作为信号传输通道的有线随钻测量装置存在的钻杆结构复杂、机械性能受限、抗干扰能力差等问题，研制了一种矿用泥浆脉冲无线随钻测量装置。该装置由防爆计算机、防爆键盘、防爆数据存储器、防爆测量探管、防爆压力变送器等组成，采用间歇模式工作：防爆测量探管中的测量短节检测到泥浆泵停泵信号后，采集钻孔轨迹参数、定向钻具状态参数等静态数据并进行编码；当检测到泥浆泵开泵信号后，防爆测量探管中的驱动短节依次发送静态数据、测量并发送动态数据，同时控制脉冲发生器调整水力通道的流道面积；防爆压力变送器采集泥浆泵压力信号并将其发送至防爆计算机；数据传输完成后，防爆测量探管停止工作，脉冲发生器内部流道恢复，泥浆泵压力变为正常值，开始定向钻进。试验结果表明，该装置工作稳定，测量数据准确，传输可靠，提高了定向钻进效率和安全性，满足煤矿井下各类煤层孔和岩层孔定向钻进需要，且可实现常规钻孔轨迹随钻测量。

一种高性能矿用本质安全型电源设计

黄鹤松, 陈曦, 田成金, 付振

2019, 45(2): 18-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080008

<摘要>(69) <HTML> (10) <PDF>(21)

摘要:
针对目前本质安全型电源电磁抗扰性差、带载能力弱等问题，设计了一种高性能矿用本质安全型电源。该电源基于准谐振反激式开关电源和双重过压、过流保护设计，可将AC85～250 V宽输入电压转换为稳定的DC12 V/2 A输出。测试结果表明，该电源纹波小，效率高，电磁抗扰性强，符合GB 3836.4—2010《爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》中本质安全性能要求。

矿山钻孔救援探测机器人研究进展

马宏伟, 马琨, 田海波

2019, 45(2): 24-29. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018010010

<摘要>(92) <HTML> (12) <PDF>(16)

摘要:
分析了国内外钻孔救援技术、煤矿救援探测机器人及矿山钻孔救援探测机器人的研究现状，指出将煤矿救援探测机器人和管道机器人的研究成果与矿山钻孔救援的探测需求相结合，可以研制出满足要求的矿山钻孔救援探测机器人，提高井下灾后救援的成功率。从移动机构、导航、定位和路径规划、传感探测、通信和控制方式、能源供给、防爆性能等方面分析了矿山钻孔救援探测机器人的关键技术及其发展趋势，指出应围绕机器人的通过性、可靠性、轻量化、智能化等目标，在移动机构、能源供给和防爆性能等方面进行创新设计，提高传感检测范围和精度，研究未知、非结构化环境中的导航、定位及控制的智能算法，提高机器人的环境适应性。

煤矿信息物理融合系统架构及其感控节点研究

张梅, 牛士会, 李敬兆

2019, 45(2): 30-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090075

<摘要>(94) <HTML> (20) <PDF>(9)

摘要:
为解决煤矿安全生产各子系统间无法信息共享、协同控制的问题，提出了一种煤矿信息物理融合系统体系架构。该系统由感知执行层、网络传输层、认知处理层和应用控制层组成：感知执行层通过感控节点实现对“人、机、物、环”的泛在感知和控制；网络传输层通过主干网络和子网络相结合、有线网络和无线网络相结合的方式来实现信息可靠、有效传输；认知处理层由大量分布式计算设备组成，实现信息融合与分析、数据挖掘与大数据分析；应用控制层为用户提供沟通的操作界面，实现对煤矿各环节的集中监视和协同控制。针对煤矿信息物理融合系统中感控节点特性，采用BDI模型对感控节点进行建模：用信念、目标、规划来描述感控节点的自治状态、自治控制和自治行为；根据感知事件和信念库进行推理，生成若干目标并进行分配，再由当前的信念和规划库刷新规划，执行相应的行为并修正信念和目标。

WiFi快速漫游与Mesh网络技术在综采工作面的应用研究

高思伟, 李森

2019, 45(2): 35-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050088

<摘要>(84) <HTML> (6) <PDF>(9)

摘要:
针对目前对WiFi通信在综采工作面特定环境下的应用研究较少的问题，结合无线信号空间传播理论分析了WiFi信号在综采工作面的传播特性，分析结果表明：在综采工作面，WiFi信号的传播受到较大影响，尤其是信号覆盖范围明显减小；在综采工作面WiFi无线信号传播符合对数距离路径损耗模型。根据综采工作面的空间布局特点，采用快速漫游和Mesh网络技术构建了无死区、全覆盖的综采工作面WiFi通信网络优选技术方案。测试结果表明，该方案可解决采煤机机载视频通信难题，实现了WiFi网络快速漫游功能，可有效保证移动终端的应用效果，整个网络的平均通信吞吐量约为35 Mbit/s，最低通信吞吐量约为7 Mbit/s，能够满足大多数综采工作面的通信需求。

工作面底板放水孔封孔超前距的确定

胡儒, 吴基文, 翟晓荣, 胡杰, 姜涛

2019, 45(2): 41-46. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018040088

<摘要>(102) <HTML> (11) <PDF>(6)

摘要:
为减小工作面回采过程中超前支承压力对工作面周围放水孔的影响，有必要研究底板放水孔封孔超前距。以杨庄煤矿Ⅲ610孤岛工作面为例，建立了工作面工程地质模型，采用FLAC3D数值模拟软件，对工作面回采过程中超前支承压力影响范围进行了研究，结果表明该工作面超前支承压力影响范围为20~30 m。对工作面超前支承压力影响范围进行了理论计算，考虑重复采动影响时的结果为29.81 m，与数值模拟结果基本一致。根据数值模拟、理论计算及现场实测结果，确定Ⅲ610孤岛工作面底板放水孔封孔超前距为30 m，并通过实践验证了该封孔超前距的合理性。

基于图像识别的液压支架护帮板收回状态监测方法

王渊, 李红卫, 郭卫, 贺海涛, 郏高祥

2019, 45(2): 47-53. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018070037

<摘要>(135) <HTML> (31) <PDF>(18)

摘要:
针对现有接触式液压支架护帮板状态监测方法在矿井雾尘环境下应用存在故障率高、测量结果容易受机身倾斜等因素影响等问题，提出了一种基于图像识别的液压支架护帮板收回状态监测方法。该方法利用雾尘图像清晰化算法与机器视觉测量方法对液压支架护帮板的收回角度进行监测，通过测量护帮板角度来确定液压支架护帮板的收回状态。首先采用改进的暗通道先验算法与导向滤波多尺度Retinex算法对采集的图像进行去雾处理，对经去雾处理的图像进行小波融合，着重恢复雾尘图像的边缘细节信息；然后利用机器视觉测量方法对融合图像的感兴趣区域（ROI）进行提取、二值化、水平和垂直投影处理，提取骨架、骨架像素点，拟合生成直线，由已标定好的CCD相机进行坐标变换，输出护帮板真实角度，进而判断护帮板是否收回。实验结果表明，该方法实现了煤矿井下雾尘图像的清晰化处理，保留了图像细节，且测量精确度高，综合误差小于2°，满足对护帮板的监测要求。

基于离散元法的综采工作面块煤率分析

陈丽, 张艳

2019, 45(2): 54-59. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x. 2018080043

<摘要>(48) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
针对现有块煤率研究方法无法准确表达煤岩颗粒行为的问题，提出了基于离散元法的综采工作面块煤率分析方法。以MG450/1080-WD型采煤机为研究载体，对其采煤过程进行研究分析并建立煤岩颗粒的动力学模型；在此基础上，运用离散元软件EDEM作二次回归正交旋转组合试验，对综采工作面块煤率进行分析。分析结果表明，当MG450/1080-WD型采煤机滚筒转速为48.74 r/min，筒毂直径为233.79 mm，叶片螺旋升角为14.09°时，其性能最优，此时采煤机块煤率为36.52%。对比不同转速、叶片螺旋升角下块煤率的仿真与试验结果，得出块煤率变化趋势一致，证明了应用离散元法进行综采工作面块煤率分析的可行性。

模块化多电平逆变器预充电控制策略

朱奇先, 齐刚, 魏永武, 王兴贵

2019, 45(2): 60-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080031

<摘要>(58) <HTML> (9) <PDF>(6)

摘要:
针对矿井提升机运行特点，采用由模块化多电平整流器和模块化多电平逆变器构成的背靠背模块化多电平变流器用于矿井提升机控制；针对目前通过直流侧对模块化多电平逆变器进行预充电的控制研究较少的问题，提出了一种模块化多电平逆变器预充电控制策略。该控制策略通过控制充电电流来控制子模块充电状态，使子模块电容充电至模块化多电平变流器稳定运行时的电压要求，同时将充电电流和充电过程中产生的过电压限定在安全范围内，使充电时间最短。仿真结果验证了该控制策略的有效性。

矿井供电电缆绝缘电阻不对称对交流杂散电流分布的影响

张敏, 武兴华, 耿蒲龙, 宋建成, 牛宏辉, 田德翔

2019, 45(2): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080001

<摘要>(75) <HTML> (10) <PDF>(7)

摘要:
在分析矿井交流杂散电流产生机理的基础上，以某矿井交流供电系统为研究对象，结合交流杂散电流可能流通的路径，搭建了矿井交流杂散电流模型，并采用Matlab/Simulink软件进行仿真分析，研究了高低压电缆绝缘电阻在不同不平衡系数下交流杂散电流的分布规律。研究结果表明：当高压或低压电缆绝缘电阻发生不对称后，因其产生的交流杂散电流主要分布在绝缘电阻不对称区间内的屏蔽层/地线芯、金属网等结构上；当整条电缆绝缘电阻不对称时，交流杂散电流在返回电网的回流路径中不断增大；随着电缆绝缘电阻不平衡系数的增大，流经屏蔽层/地线芯、金属网及各接地极的交流杂散电流有效值均增大。

大型离心式通风机性能预测方法

孙涛, 代邦武, 褚菲, 马小平

2019, 45(2): 70-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100014

<摘要>(77) <HTML> (14) <PDF>(10)

摘要:
针对现有离心式通风机性能预测方法不能充分利用离心式通风机历史运行数据、建模周期长等问题，提出了基于最小二乘支持向量机（LSSVM）与拉丁超立方采样（LHS）的大型离心式通风机性能预测方法。选取出口压力作为衡量通风机性能的指标，利用LSSVM建立离心式通风机性能预测模型；通过LHS方法采集离心式通风机的入口温度、入口压力、入口流量和转速，将采集的数据进行归一化处理后用于LSSVM模型的训练；通过测试数据验证所建立模型的有效性。仿真结果表明，基于LSSVM与LHS的大型离心式通风机性能预测方法能够充分利用已有通风机数据信息快速准确地预测通风机性能。

煤矿带式输送机健康诊断方法

祁瑞敏, 王新

2019, 45(2): 75-78. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080012

<摘要>(71) <HTML> (6) <PDF>(10)

摘要:
针对基于多传感器信息融合的煤矿带式输送机健康诊断方法运用D-S证据理论在处理冲突证据时失效的问题，提出了一种基于模糊证据理论的带式输送机健康诊断方法。该方法首先利用多种传感器采集带式输送机信息，并根据隶属度函数获取基本概率赋值，从而提取信息特征；然后通过对冲突证据进行修正并应用D-S证据理论的合成规则，实现基于模糊证据理论的信息融合；最后根据决策规则判断带式输送机运行状态。通过实例验证了该方法的有效性。

变频驱动液压绞车系统动态特性研究

丁刚

2019, 45(2): 79-84. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090007

<摘要>(92) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
利用AMESim构建了闭环控制的变频驱动液压绞车系统的仿真模型，利用模型对液压绞车系统在不同负载突变情况下的动态特性进行了仿真分析。分析结果表明，变频驱动液压绞车系统可以实现对滚筒转速的精确控制，在空载和带载启动过程中，滚筒提升速度经短时波动后均可达到目标转速，且2种情况下滚筒实际位移与目标位移的最终偏差不超过0.1 m；在带载启动下，变频驱动液压绞车系统对于速度的阶跃及正弦变化具有良好的响应及跟踪特性，绞车的滚筒转速对负载的变化不敏感，且其带载速度稳定性较好。

基于模型预测控制的防爆变频器低损耗控制

曹晓冬, 杨世海, 纪峰, 叶宗彬

2019, 45(2): 85-90. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100008

<摘要>(59) <HTML> (6) <PDF>(8)

摘要:
针对传统矢量控制方法难以对防爆变频器进行主动式热量管理的问题，提出一种基于模型预测控制的防爆变频器低损耗控制方法。建立了防爆变频器热损耗模型，对功率器件导通损耗和开关损耗进行推导分析，指出低损耗控制的关键是降低开关频率；基于模型预测控制系统框架，设计了适用于防爆变频器低损耗控制需求的高精度预测模型，进而基于考虑损耗特征的价值函数完成滚动优化计算；基于1 140 V/2 MW防爆变频测试样机对所提方法进行实验分析与验证，结果表明：该方法可实现约束条件下防爆变频器多目标优化问题，合理配置多个优化目标权值系数，在满足防爆变频器动稳态性能要求的情况下，有效降低系统整体损耗。

基于正交试验设计的煤泥浮选工艺试验研究

陈鹏, 王成勇, 石开仪, 籍永华, 锁配蝶, 刘远丽

2019, 45(2): 91-95. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018050097

<摘要>(73) <HTML> (9) <PDF>(8)

摘要:
汪家寨选煤厂煤泥含量大、灰分较高，在-0.5 mm粒级煤泥混合浮选工艺中出现了跑粗或细泥夹带现象。为了充分回收煤泥中的可燃体，利用煤泥筛分、浮沉试验及分步释放试验对该厂的煤泥性质进行了分析，采用正交试验设计方法分别对煤泥混合浮选、分级浮选与二次浮选3种流程进行试验研究。研究结果表明，二次浮选工艺最适宜该厂的煤泥浮选，可有效降低高灰细泥对精煤的影响，降低浮精灰分；该厂最佳浮选条件为煤泥入浮浓度为80 g/L、煤油耗量为240 g/t、2号油耗量为120 g/t，浮选完善指标为45.63，浮选精煤产率为69.93%，灰分为11.88%，各因素的主次关系为2号油耗量>煤泥入浮浓度>煤油耗量。

矿用液压支架综合工况评价模型研究

侯刚

2019, 45(2): 96-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17336

<摘要>(41) <HTML> (7) <PDF>(6)

摘要:
针对现有液压支架监测系统未实现液压支架综合工况全面监测和评价的问题，建立了液压支架综合工况评价模型。通过安装于支架顶梁、前连杆、底座上的姿态传感器得到顶梁与水平面夹角、前连杆与水平面夹角、底座与水平面夹角，结合评价模型计算采高、立柱总长度、平衡油缸总长度，综合分析液压支架姿态和受力状态，实现对支架支护工况的综合评价。

基于能量自循环模式的矿用直流斩波器测试平台

张松, 郭丽芳, 李玉飞, 王远波, 彭红玲

2019, 45(2): 101-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080017

<摘要>(52) <HTML> (14) <PDF>(5)

摘要:
针对现有直流斩波器测试平台存在电源输出纹波大、大功率负载选择难、测试效率低和测试能耗大等问题，提出了一种基于能量自循环模式的矿用直流斩波器测试平台。该平台采用三相变压器+三相不控整流电路+Buck电路和恒压限流控制策略实现可调电压源输出电压0～750 V，采用Boost电路和恒流控制策略实现能量自循环负载输出电流0～240 A，从而实现电压和电流大范围调节，提高测试效率；同时将能量自循环负载输出能量反馈至可调电压源输出端，实现能量自循环，降低测试能耗。仿真和试验结果验证了该平台的有效性。

煤矿监控类系统远程故障分析平台

高文

2019, 45(2): 105-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110029

<摘要>(90) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿监控类系统故障处理时效性低、现场维护工作量大、运维成本高等问题，在对故障信息进行统一规范的基础上，设计了一种煤矿监控类系统远程故障分析平台。该平台分为设备层、网络层、系统层和运维层。设备层内置具备故障自诊断能力的故障探针，检测到故障后将关联信息缓存，并上传至网络层。网络层收到设备层传来的故障信息后，先对设备层故障信息进行缓存，再连同网络层产生的故障信息一起打包上传至系统层。系统层部署的故障信息采集软件可通过内存接口、数据库或文本文件等方式从监控类系统上位机软件中获得故障信息，同时支持网络层设备故障信息直接采集，将故障信息缓存后传输至运维层。运维层将接收的故障信息存入故障信息中心库进行分析和推送。该平台可为煤矿监控类系统故障分析提供重要的数据支撑，为煤矿监控类系统运维服务提供有效的技术保障。

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2019年第45卷第2期

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