留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2020年  第46卷  第11期

“煤矿智能化故障诊断技术”专题
基于模糊故障树和贝叶斯网络的矿井提升机故障诊断
张梅, 许桃, 孙辉煌, 孟祥宇
2020, 46(11): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17562
摘要:
为解决目前矿井提升机故障诊断方法效率低、准确性差等问题,提出了一种基于模糊故障树和贝叶斯网络的矿井提升机故障诊断方法。首先对传感器实时采集的提升机运行参数进行去噪预处理、多源信息融合,保证数据的准确性;然后将处理后的数据输入矿井提升机故障树,采用三角模糊数表示提升机底事件发生概率,得到底事件模糊概率;最后将模糊故障树映射为贝叶斯网络进行可靠性分析,将底事件模糊概率作为先验概率,计算叶节点发生概率,进而获得根节点的后验概率、概率重要度和关键重要度,从而快速确定故障类型和故障点。实例分析结果验证了该方法的可行性。
基于堆栈降噪自编码网络的机械设备磨损状态识别
樊红卫, 马宁阁, 张旭辉, 高烁琪, 曹现刚, 马宏伟
2020, 46(11): 6-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17633
摘要:
通过磨粒铁谱图像识别可实现机械设备磨损状态识别,但基于机器学习的磨粒铁谱图像识别存在较多人工干预、普适性差。为解决上述问题,提出了一种基于堆栈降噪自编码网络的机械设备磨损状态识别方法。将多个降噪自编码网络进行堆叠,即上一个降噪自编码网络隐含层的输出作为下一个降噪自编码网络的输入,并在最后一个降噪自编码网络隐含层后添加Softmax分类器,从而构建堆栈降噪自编码网络;利用磨粒铁谱图像对堆栈降噪自编码网络进行无监督预训练,并通过有监督微调优化网络参数,对磨粒铁谱图像进行分类,实现机械设备磨损状态智能识别。实验结果表明:当堆栈降噪自编码网络的激活函数为Relu、优化器为Adam、学习率为0.001时,网络性能最佳,识别准确率达98.43%。
煤矿机械齿轮箱故障诊断方法
刘永亮
2020, 46(11): 12-16. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020050029
摘要:
针对煤矿机械齿轮箱振动信号中含有大量噪声干扰成分导致齿轮箱故障特征提取难的问题,提出了一种基于粒子群优化变分模态分解(PSO-VMD)与最小熵反褶积(MED)的煤矿机械齿轮箱故障诊断方法。该方法首先利用PSO算法对VMD中直接影响分解效果的惩罚系数与分量个数进行优化搜索,得到最大化分解性能的最优参数组合,并利用优化后的VMD方法对齿轮箱振动信号进行分解,得到一系列本征模态函数(IMF)分量;然后,利用MED方法对与原信号相关度最大的IMF分量进行降噪处理,凸显故障冲击特征;最后,对降噪后的IMF分量进行Hilbert包络解调,从而提取故障特征。实验结果表明,该方法能够准确提取故障特征,实现齿轮箱故障诊断。
一种矿井漏电保护选线方法
于群, 尚雪丽
2020, 46(11): 17-22. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020030092
摘要:
针对目前矿井供电系统发生单相接地故障时选线准确率低的问题,根据故障线路与非故障线路零序电流波形存在明显差异的特点,提出了一种基于零序电流积分与改进Bhattacharyya距离算法的矿井漏电保护选线方法。该方法通过对故障后各线路首个1/4工频周期的零序电流数据进行积分递推处理,求出零序电流积分序列及其概率分布函数;利用改进的Bhattacharyya距离算法计算各线路零序电流积分序列之间的Bhattacharyya系数,以Bhattacharyya系数累加和求得的综合累加系数作为故障选线判据,并以同一时刻各线路电流采样值的乘积和作为辅助判据对母线故障进行判别。仿真结果表明,该方法能显著增大故障线路与非故障线路特征指标的差别,快速有效识别故障线路,适用于不同中性点接地方式,抗噪声干扰能力强,受不同故障工况的影响小,选线准确率高。
青年专家委员学术专栏
智能煤矿数据治理框架与发展路径
何敏
2020, 46(11): 23-27. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17628
<摘要>(148) <HTML> (13) <PDF>(33)
摘要:
分析了煤矿自动化、数字化、信息化建设过程中数据治理存在的一些问题,包括顶层设计弱化、数据平台支撑能力不足、数据融合分析能力不够、泛在感知网络与感知设备缺乏。针对上述问题,提出了智能煤矿数据治理框架和发展路径。智能煤矿数据治理的总体框架包括数据源层、数据中台服务层、数据应用层和基础设施层。智能煤矿数据治理的发展路径包括完善煤矿全局全息信息数据采集、构建适宜煤矿的数据中台、研发融合智能决策的数据应用、夯实煤矿数据治理的基础设施保障。
分析研究
外加水分对软硬煤瓦斯解吸特征影响研究
陈海栋, 陈蒙磊, 肖知国, 安丰华
2020, 46(11): 28-33. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020080018
摘要:
目前有关软硬煤的研究主要集中在孔隙结构对其瓦斯吸附解吸特征的影响,而对外加水分条件下软硬煤瓦斯解吸特征差异的研究较少。针对该问题,利用煤层高压注水模拟实验装置,开展了不同吸附平衡压力、外加水分含量条件下的正交实验,分析了软硬煤在不同外加水分条件下瓦斯解吸量、瓦斯解吸速度及扩散系数的差异。结果表明:随着外加水分含量的增大,软硬煤的瓦斯解吸量均减小,但软煤的瓦斯解吸量始终大于硬煤;外加水分对软硬煤瓦斯解吸均起到了抑制作用,但对软煤的瓦斯解吸抑制效应强于硬煤;不同吸附平衡压力、外加水分含量条件下,软硬煤的瓦斯解吸速度都是在初始时刻最大,随着时间的延长及外加水分含量的增加,呈现出减小趋势;在吸附平衡压力相同、外加水分含量相近的情况下,软煤瓦斯解吸速度始终大于硬煤;在吸附平衡压力相同、外加水分含量相近的情况下,软煤扩散系数大于硬煤;同一吸附平衡压力下软硬煤的瓦斯扩散系数均随着外加水分含量的增大而减小。
矿山电力变压器与普通电力变压器绝缘纸老化特性对比分析
周一恒, 严家明, 吴新忠, 任子晖
2020, 46(11): 34-40. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020080095
摘要:
采集实际寿命周期中矿山电力变压器及普通电力变压器的围屏纸板制作绝缘试品,利用黏度测试仪、扫描电镜测试手段,并根据电力标准,对比分析了矿山电力变压器与普通电力变压器绝缘纸的聚合度、表面形貌等微观结构及局部放电、电气强度等电气性能,探讨了老化过程中微观结构变化对电气性能的影响。分析结果表明:老化过程中绝缘缺陷在绝缘纸中逐渐形成并扩大,相较普通电力变压器绝缘纸,矿山电力变压器绝缘纸的表面形貌变化更加明显,形成的缺陷也更加显著;在老化过程中,普通电力变压器和矿山电力变压器绝缘纸的聚合度均呈现逐渐下降趋势,但矿山电力变压器绝缘纸聚合度的下降速度更快;矿区运行环境是造成矿山电力变压器绝缘纸较普通电力变压器老化严重的主要原因。在运行过程中,矿山电力变压器绝缘纸较普通电力变压器将产生更大的放电量及更多的放电次数,放电相位也更宽;在老化过程中,普通电力变压器和矿山电力变压器绝缘纸的电气强度均呈现逐渐下降趋势,但矿山电力变压器绝缘纸的电气强度低于普通电力变压器;矿山电力变压器绝缘纸微观结构缺陷是导致其电气性能变化更加显著的直接原因。在电力设备状态监测维修过程中,对矿山电力变压器绝缘状态的监测建议从严执行电力标准,电气特征参数更适合用于矿山电力变压器绝缘状态监测及故障诊断。
浅埋近距离煤层区段煤柱下双巷布置可行性研究
吕情绪
2020, 46(11): 41-45. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17618
摘要:
针对神东矿区某煤矿浅埋近距离煤层工作面协调开采时下煤层工作面双巷布置的可行性问题,采用数值模拟、物理模拟及现场实测方法,研究了上覆35 m宽区段煤柱下巷道的变形及塑性区破坏特征。结果表明:随着埋深增加,煤柱下双巷变形量增大,埋深为300 m时巷道顶底板累计移近量达2.5 m,巷道变形破坏严重,且下煤层双巷之间的煤柱塑性区完全贯通,煤柱存在失稳现象;考虑到该矿三盘区实际埋深为100 m左右,此时煤柱下双巷受多次采动影响后的顶底板累计移近量模拟值为180 mm、实测值为32 mm,两帮累计移近量模拟值为118 mm、实测值为24 mm,巷道围岩塑性区破坏范围仅为0.5 m,巷道总体保持良好。研究验证了该矿三盘区特定埋深条件下在区段煤柱下布置双巷是可行的,满足工作面安全高效生产需要。
实验研究
基于膜计算和粒子群的煤矿移动机器人动态窗口算法研究
兰世豪, 韩涛, 黄友锐, 徐善永
2020, 46(11): 46-53. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020060062
摘要:
针对煤矿移动机器人采用传统动态窗口算法在复杂环境中规划路径时存在路径规划不合理、规划速度慢和实时性较差等问题,提出了一种基于膜计算和粒子群的煤矿移动机器人动态窗口算法。利用粒子群中的随机性和膜计算的分布式并行计算能力对传统动态窗口算法进行优化,将动态窗口算法中的煤矿移动机器人速度限制空间转换为坐标空间,将煤矿移动机器人的速度坐标看作粒子位置,将速度采样方式从均匀等分采样变为随机采样,并将采样粒子均匀分配到各基本膜中,利用膜间交流和膜内粒子更新机制对粒子进行评价和更新,不断迭代输出最优速度,煤矿移动机器人根据连续时间段间隔内输出的最优速度进行路径规划。仿真结果表明,该算法通过基于膜计算和粒子群算法对煤矿移动机器人的速度限制区域进行优化,提高了速度采样的随机性和规划路径的合理性;与传统动态窗口算法相比,该算法在降低规划步数和每步评价次数的同时,可缩短7%~10%的规划路径长度和9%~32%的规划时间,并可适应含U型障碍物的特殊环境。
多尺度特征融合的煤矿救援机器人目标检测模型
翟国栋, 任聪, 王帅, 岳中文, 潘涛, 季如佳
2020, 46(11): 54-58. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020050033
<摘要>(165) <HTML> (25) <PDF>(23)
摘要:
传统目标检测模型采用人工设计的目标特征,造成检测精度较差。基于深度学习的目标检测模型具有较高的检测精度,然而针对实时性和精度要求比较高的煤矿救援机器人应用场合,获取的图像信息较少且目标特征不明显,造成目标检测效果较差。为提高目标检测精度和速度,基于YOLO V3模型提出了一种多尺度特征融合的煤矿救援机器人目标检测模型。该模型主要包括特征提取和特征融合2个模块:特征提取模块采用空洞瓶颈和多尺度卷积获得更加丰富的图像特征信息,增强目标特征表达能力,提高了目标分类精度和检测速度;特征融合模块在特征金字塔中引入空间注意力机制,对含有丰富语义信息的高层特征图和含有丰富位置信息的低层特征图进行有效融合,弥补了高层特征图位置信息表达能力不足的缺点,提高了目标定位精度。将该模型部署在煤矿救援机器人嵌入式NVIDIA Jetson TX2平台上进行灾后环境目标检测实验,检测精度为88.73%,检测速度为28帧/s,满足煤矿救援机器人目标检测的实时性和精度需求。
瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法研究
刘殿平 , 马文伟
2020, 46(11): 59-64. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020060058
摘要:
针对现有瓦斯抽采钻孔有效抽采半径测定方法存在测定工艺复杂且准确性较低的问题,提出了以抽采钻孔瓦斯流量负指数衰减规律为基础、以工作面抽采达标指标为判据的有效抽采半径测定方法,推导出了以抽采率表示的钻孔有效抽采半径计算公式。通过测定煤层的抽采钻孔瓦斯流量衰减规律得到百米钻孔瓦斯初始抽采量和抽采钻孔瓦斯涌出衰减系数,结合工作面抽采达标判据,依据抽采率确定煤层在不同抽采时间所对应的钻孔有效抽采半径:当工作面瓦斯涌出量主要来自于邻近层及围岩时,以工作面的绝对瓦斯涌出量为判据确定工作面瓦斯抽采率,进而计算有效抽采半径;当工作面瓦斯涌出量主要来自于本煤层时,以设计抽采率和可解吸瓦斯量为指标进行有效抽采半径的计算;当开采突出煤层时,工作面原始瓦斯压力大于0.74 MPa或原始瓦斯含量大于8 m3/t时,以原始瓦斯压力或原始瓦斯含量计算工作面瓦斯抽采率,进而计算有效抽采半径。现场测试结果验证了该方法的正确性。
基于PCA-CRHJ模型的矿井突水水源判别
秋兴国, 王瑞知, 张卫国, 张昭昭, 张婧
2020, 46(11): 65-71. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020040089
摘要:
针对传统矿井突水水源判别模型存在非线性能力较差、模型稳定性较差、判别精度低等问题,基于主成分分析(PCA)法和确定性分层跳跃循环网络(CRHJ)构建了PCA-CRHJ矿井突水水源判别模型。引入PCA对多元时间突水序列进行降维并提取关键特征,重构突水数据,获得主成分突水序列,对CRHJ进行模型训练,将训练完成的模型应用到张集煤矿和新庄孜煤矿突水水源判别中进行有效性验证。结果表明:① 通过与CRHJ、确定性循环跳跃网络(CRJ)、回声状态网络(ESN)模型进行对比,表明PCA-CRHJ模型的实际判别效果最优,准确率可达100%;② PCA-CRHJ模型有5类主要参数,分别为储备池规模、输入连接权重、单向连接权重、分层双向跳跃权重、跳跃步长,对该5类参数进行敏感性分析,表明输入权重参数对模型判别结果的影响最大;当3类权重参数取得最优值且保持不变时,储备池规模对模型误差影响最大,而跳跃步长的影响则较小。
煤矿光纤传感应急通信系统设计
康志坚, 张红娟, 高妍, 王宇, 靳宝全
2020, 46(11): 72-76.. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020050081
<摘要>(189) <HTML> (61) <PDF>(26)
摘要:
针对煤矿井下发生瓦斯爆炸、突水等灾害时造成断电使通信中断的问题,设计了一种基于煤矿井下既有光缆的光纤传感应急通信系统,实现了矿井灾后无电环境下对井下被困人员声音信息的采集、传输和处理。该系统包含光纤声音传感子系统与硬件解调子系统2个部分:在井下巷道铺设的光缆中加入光纤探头,构建光纤声音传感子系统,侦听巷道内被困人员呼喊、敲击等声音信号;硬件解调子系统放置于地面,用于提取并还原加载在光信号里的音频信息。光纤声音传感子系统采用ASE宽带光源作为探测光,通过延迟光纤解决测量盲区问题,根据探测光的相位和光强变化与声波信号的关系实现井下声音信息采集;硬件解调子系统通过光电转换模块和音频处理模块对采集的声音信号进行解调处理,对微弱信号进行提取放大。实验结果表明,在10 km的测试距离内,该系统可检测并提取距光纤探头0~5 m、频率范围为0.3~3.4 kHz的声音信号,精度为±0.5 Hz。
井下巷道大视差图像拼接算法
杨璇璇, 刘景勇, 王艳芬, 云霄, 董锴文, 魏力
2020, 46(11): 77-82. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17552
摘要:
针对煤矿井下巷道视频监控采用定点旋转摄像头成本较高、拍摄视野和图像拼接效果有限等问题,设计了摄像头排列布局方式进行大视差拍摄,针对大视差拍摄的图像拼接困难问题,提出了一种基于多平面多感知缝合线的井下巷道大视差图像拼接算法。首先,采用尺度不变特征变换算法对输入图像进行特征点检测和匹配,得到特征匹配点;然后,基于多平面进行特征匹配点分组并产生相应的对齐候选单应性矩阵,每个单应性矩阵对齐图像中的1个平面,解决了巷道大视差场景下平面不一致问题;最后,在每组局部对齐图像上计算基于颜色、边缘及显著度的多感知缝合线,选择缝合线能量最小的对齐图像合成拼接图像,减少了局部区域错位现象。实验结果表明,该算法与APAP,ANAP,SPHP,NISwGSP,RobustELA等经典图像拼接算法及基于颜色的缝合线算法相比,有效消除了局部区域错位和重影问题,图像拼接效果更自然、无缝。
基于Data Matrix码的煤矿设备信息管理
宋彬, 刘丽丽, 张磊, 王磊, 杜雨馨, 张宁
2020, 46(11): 83-86. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020050059
摘要:
为提高煤矿设备管理效率,提出了一种基于Data Matrix码的煤矿设备信息管理方法。该方法分为煤矿设备信息Data Matrix码生成和识别2个部分:将存储设备运行信息的服务器地址同设备固有信息进行编码,生成煤矿设备信息Data Matrix码;通过智能移动终端采集煤矿设备上的Data Matrix码图像,对图像进行灰度化、中值滤波、二值化、Canny边缘检测等预处理后,采用改进的Hough变换检测Data Matrix码的L型直线,并进行倾斜校正操作,从而准确定位图像中Data Matrix码的坐标位置,再通过解码识别Data Matrix码包含的设备信息。该方法能准确记录和识别设备信息,提高设备管理效率。
矿区变电站进线段杆塔辅助接地网散流特性研究
谢洪平, 连学森, 黄涛, 杜长青, 陈勇, 刘亮
2020, 46(11): 87-94. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2019120067
摘要:
针对矿区变电站进线段杆塔接地网外延降阻存在地形受限、有效散流长度短、降阻效率低等问题,提出对进线段杆塔采用长距离外延引线辅助接地的降阻方法,并通过防雷接地计算软件CDEGS建立“Τ”型、“Γ”型、方框型、垂直型单向辅助接地网仿真模型,研究钢管塔单向辅助接地网的散流特性及其影响因素。研究结果表明:外延引线长度越大,降阻效率越高;在高频电流作用下,外延引线长度超过60 m时,降阻效率稳定在80%左右;“Γ”型单向辅助接地网散流特性稳定,分流能力强,降阻效果最好;在不同土壤条件下,单向辅助接地网降阻效率在70%以上。在实际工程应用中,建议根据实际土壤条件确定辅助接地网的外延引线长度与终端结构,将辅助接地网铺设至土壤电阻率较小区域或对土壤电阻率较大区域采取局部换土措施,以提高进线段杆塔单向辅助接地网的降阻效率。
经验交流
矿用气体传感器自动标校系统研究
祝国源
2020, 46(11): 95-99. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020050005
摘要:
传统的矿用气体传感器人工标校方式易对人体造成伤害、劳动强度大、工作效率低、标校精度受人为因素影响大,而现有基于单片机等技术的自动标校仪器在同一时间只能进行单台传感器标校,只适合同类型传感器小批量标校。针对上述问题,设计了一种矿用气体传感器自动标校系统。该系统主要由服务器、上位机、智能标校柜、供排气控制箱及供排气管道等组成,实现了按预设条件同时对不同类型的矿用气体传感器进行批量自动标校验证、安全排放标校尾气、自动采集并保存标校过程数据。测试结果表明:经该系统标校后的矿用低浓度CH4传感器对0,0.5%,1.5%,3.5%CH4的测量误差均在允许范围内;系统内每台智能标校柜可同步标校10台同类型的矿用气体传感器,最多可挂接60台传感器,且标校过程无人值守,实现了矿用气体传感器安全、高效、快速的出厂标校验证。
王家塔煤矿智能化综采工作面建设研究
邢旭东, 张永杰, 刁宗宪, 卢甲斌, 郑祥奇, 王波
2020, 46(11): 100-105. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020060013
摘要:
以王家塔煤矿2S103智能化综采工作面为例,分析了智能化综采工作面的具体实现方案和应用效果,并总结了存在的技术难题。根据2S103工作面实际情况,研究了刮板输送机、转载机智能变频调速方案,通过增加转载机与刮板输送机速度比较判断模块,解决了转载机因调速滞后而过载停机的问题,同时也保证了转载机的联动调速运行;以工程质量和人工投入为衡量指标,确定了记忆截割、自动跟机移架、人工调整相结合的最佳采煤方案;针对采煤机、液压支架、集成供液系统进行改造,提高了相关设备的安全性、实用性和检修效率,消除了大量安全隐患。从吨煤电耗、割煤效率、反渗透用水量、人员投入及中小修费用等方面进行对比分析,得出智能化综采工作面在节能、减员、降材方面取得了一定成效。总结了智能化综采工作面实际应用中存在的技术难题,如遇特殊构造时的采煤工艺还需改进、视频监控系统的分析功能还需完善等,指出要实现智慧矿山,需积极推进安全监控系统、智慧大脑等的研究,并提出部分建设思路和方向。
基于云模型和D—S理论的煤与瓦斯突出危险性评价
于丽雅, 赵永芳, 张凌云, 陈光波
2020, 46(11): 106-112. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.2020040029
摘要:
针对现有煤与瓦斯突出危险性评价模型或方法难以兼顾评价指标的不确定性和模糊性、指标权重不合理等问题,构建了以煤层物理特性等4类因素为二级指标、以煤体瓦斯放散指标等24个因素为三级指标的煤与瓦斯突出危险性评价指标体系,提出了基于云模型和D-S理论的煤与瓦斯突出危险性评价模型。通过云模型正向云发生器实现评价指标由定性到定量的转换,通过D-S理论的证据合成规则消除评价指标之间的冲突性,确定合理的指标权重。工程应用结果表明,基于云模型和D-S理论的煤与瓦斯突出危险性评价结果符合工程实际,准确度较高。
基于云技术的输送带纵向撕裂远程监测系统设计
宋金水, 李现国, 凌月, 杜俊浩, 陈越鹏, 刘志超
2020, 46(11): 113-118. doi: 10.13272/j.issn.1671 -251x.17588
摘要:
针对现有输送带纵向撕裂监测系统存在监测点少、扩展性差、仍需人员值守等缺陷,设计了一种适用于多点监测和基于云技术的输送带纵向撕裂远程监测系统,该系统由一字线激光器、嵌入式处理终端、面阵CMOS摄像头、云服务器、PC机监测软件和手机监测软件组成。嵌入式处理终端驱动面阵CMOS摄像头采集激光器投射到输送带下表面的激光条纹,并对采集到的每帧图像进行分析,提取激光条纹骨架,计算出畸变值。当畸变值大于预先设置的阈值时,表明输送带出现了纵向撕裂,嵌入式处理终端驱动报警器语音报警;当畸变值小于阈值时,表明输送带工作正常。嵌入式处理终端通过文件传输协议将图像传送给PC机并保存至本地。PC机监测软件使用安全文件传输协议将接收到的图像信息发送至云服务器,手机监测软件利用Tomcat提供的Web服务器访问云服务器,实时获取图像信息。实验结果表明:该系统实现了现场、PC端、手机端全方位的输送带纵向撕裂远程实时监测,可随时随地监测任一监测点输送带的运行状况。