工矿自动化

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孙继平

2014, 40(11): 1-5. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.001

<摘要>(52) <PDF>(4)

摘要:
分析得出近10年煤矿重特大瓦斯事故起数和死亡人数分别占煤矿重特大事故起数和死亡人数的62.3%和66.5%。提出了用于煤与瓦斯突出报警的甲烷、风速、风向等传感器布置方法。提出了基于煤矿安全监控系统的煤与瓦斯突出报警方法，即监测和分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障等，在出现以下情况时发出声光报警信号，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，撤出煤矿井下作业人员：甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度，且风速不低于正常值；甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度，进风巷风流逆转；进风巷甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度等。

电缆拖挂单轨吊电液控制遥控系统设计

毕东柱

2014, 40(11): 6-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.002

<摘要>(49) <PDF>(4)

摘要:
在现有电缆拖挂单轨吊电液控制系统基础上，通过增加遥控器和无线收发器，设计了一种电缆拖挂单轨吊电液控制遥控系统，介绍了该系统的组成、遥控器和无线收发器的硬件设计、系统软件设计及遥控器的具体操作方式。该系统具有原电缆拖挂单轨吊电液控制系统的功能，并可通过操作遥控器实现安全距离内的电缆拖挂单轨吊远程控制。现场应用验证了该系统的稳定性及可靠性。

井下胶带接头图像采集系统设计

黄鹤松, 高翔, 岳维超, 廖玉波, 李平

2014, 40(11): 10-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.003

<摘要>(53) <PDF>(2)

摘要:
针对现有胶带接头隐患检测方法存在漏检、误报等问题，设计了一种井下运输胶带接头的图像采集系统。该系统采用电感式接近开关实时检测金属胶带接头，并控制数字摄像机自动抓拍运输胶带接头处的图像，利用井下环网将图像传输到地面监控室，实现胶带接头图像的实时采集与处理，及时排除胶带接头可能出现的撕裂、脱扣等隐患。

一种涡流传感器恒流驱动电路设计

江国栋, 丁强

2014, 40(11): 13-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.004

<摘要>(31) <PDF>(4)

摘要:
针对现有涡流传感器采用开环恒压驱动方式驱动，存在驱动电流受电路温漂和负载变化影响的问题，设计了一种应用线性控制理论的涡流传感器恒流驱动电路。详细介绍了该电路的各模块及多输入单输出反馈控制系统应用电路的设计。仿真和电路试验结果表明，相比于传统的涡流传感器开环恒压驱动电路，该电路不仅能提供恒定驱动电流，还具有较小的温漂及较强的负载变化能力。

煤矿监控系统双机热备数据同步软件设计

丁瑞琦

2014, 40(11): 18-22. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.005

<摘要>(34) <PDF>(3)

摘要:
针对现有的煤矿监控系统双机热备方案存在存储设备投资费用高、可靠性相对较差、主机中断后恢复数据算法复杂等缺点，设计了基于纯软件模式的双机热备数据同步软件，该软件依据煤矿监控系统的实际应用情况，将监控数据同步功能从双机热备系统中独立出来，形成一个独立的软件，降低了双机热备同步算法和同步内容的复杂度，提高了双机热备的可靠性。

基于元数据与角色的煤矿综合信息管理系统权限控制模型设计与实现

陈运启, 许金

2014, 40(11): 22-25. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.006

<摘要>(80) <PDF>(5)

摘要:
分析了现有煤矿信息管理系统中权限控制策略的不足，指出基本的账户控制策略不仅功能简单，且在系统运行过程中无法修改权限，而基于角色的访问控制策略缺少对系统数据的区分，不利于系统的扩展与维护；提出了基于元数据与角色的权限控制模型，通过对用户可访问元数据范围的配置与限制，实现了对用户功能权限和数据权限的管理，并通过元控件实现了权限管理的模块化设计与开发，减少了代码重复率和逻辑复杂度。该模型已应用于多个煤矿综合信息管理系统中，具有很好的灵活性和可操作性。

基于混合高斯隐马尔可夫模型的带式输送机堆煤时刻预测方法

钱建生, 李小斌, 秦文光, 秦海初

2014, 40(11): 26-30. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.007

<摘要>(23) <PDF>(2)

摘要:
提出了一种基于混合高斯隐马尔可夫模型的带式输送机堆煤时刻预测方法。该方法根据传感器采集的带式输送机功率时序数据建立带式输送机运行状态的混合高斯隐马尔可夫模型，基于该模型采用基于图的状态序列遍历算法和基于切普曼-柯尔莫哥罗夫方程的概率转移算法对带式输送机堆煤时刻进行预测：基于图的状态序列遍历算法通过寻找当前状态到堆煤状态的通路确定剩余时间；基于切普曼-柯尔莫哥罗夫方程的概率转移算法通过粒子群优化算法及切普曼-柯尔莫哥罗夫方程交叉验证来获取训练样本上失败状态的概率阈值，并计算当前的状态迁移到超过失败状态概率阈值的转移次数来确定剩余时间。基于煤矿生产实际数据集的实验验证了该方法可有效预测带式输送机的堆煤发生时刻。

数字化矿山建设中存在问题分析及对策

贺耀宜, 武钰

2014, 40(11): 30-33. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.008

<摘要>(45) <PDF>(6)

摘要:
分析了我国数字化矿山建设的现状及存在问题，并结合实际情况从转换管理方式、优化平台、建立专业级控制中心、加强大数据应用和管理、完善信息采集和展示方式几个方面提出了相应对策，为最终建立完整的可预测、预控、辅助矿方科学决策的可视化矿山平台，实现减人提效、人本安全提供参考。

自动化大采高综放工作面关键技术探讨

范志忠

2014, 40(11): 34-37. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.009

<摘要>(24) <PDF>(2)

摘要:
介绍了液压支架自动控制、跟机自动化、放煤自动化、远程控制、照明及低照度摄像等自动化大采高综放工作面关键技术；分析了特定煤层条件下自动化大采高综放开采的适应性，认为自动化大采高综放工作面不仅可以实现采放平行作业，而且可实现年产1 500万t；介绍了自动化大采高综放开采技术存在的问题，指出未来的自动化大采高综放工作面将朝着高可靠性、智能型、减少人工干预的方向发展。

煤矿入井人员唯一性检测技术研究

李晨鑫

2014, 40(11): 38-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.010

<摘要>(13) <PDF>(4)

摘要:
通过分析掌纹、指纹、虹膜、人脸、步态、声纹等生物特征识别技术的特点以及煤矿现场对入井人员生物特征的影响，指出虹膜识别、人脸识别、步态识别、声纹识别适用于煤矿入井人员唯一性检测；提出了一种基于人员定位和生物特征识别的煤矿入井人员唯一性检测技术方案，将生物特征识别技术嵌入人员定位系统，利用人员定位识别卡实现识别卡数量及人员身份的唯一性检测；指出煤矿入井人员唯一性检测技术的研究关键点是严重污染人脸的识别算法、对设备遮挡情况下人员步态图像的采集及对混入人员语音信号的煤矿现场噪声消除算法。

煤矿绿色无线通信关键技术探讨

李鸣

2014, 40(11): 42-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.011

<摘要>(8) <PDF>(3)

摘要:
从透地通信、感应通信、漏泄通信、小灵通通信、WiFi通信及3G通信等煤矿无线通信技术的现状出发，分析了现有煤矿无线通信技术存在的问题；结合绿色无线通信的概念和特点，详细介绍了煤矿无线通信网络能效分析、煤矿绿色无线通信标准建立、高能效覆盖方法设计、无线网络协作通信技术及高能效实时传输技术等煤矿绿色无线通信的关键技术。

三相不平衡电压暂降对电动机的影响分析

李希年, 王彦文

2014, 40(11): 46-50. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.012

<摘要>(41) <PDF>(2)

摘要:
研究了电压暂降特征参数之间的关系，对相同电压暂降程度下不同电压暂降类型的特征参数进行了比较分析。在此基础上，采用简化的模型，研究了电压暂降时电动机的转差率、定子正负序电流等参数的变化情况，绘制了正负序电流随转差率变化的曲线，并对曲线各阶段的物理意义进行了解释。从防止电动机热过载的角度分析了电压暂降时转矩降额运行的情况，可为制定合理的低电压及过流保护等措施提供参考。

基于磁阻效应的矿井杂散电流检测系统

梁智勇, 任鸿秋, 耿蒲龙, 李永学, 赵猛

2014, 40(11): 51-55. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.013

<摘要>(12) <PDF>(2)

摘要:
针对杂散电流对煤矿安全生产带来严重威胁的问题，提出了一种基于磁阻效应的矿井杂散电流检测系统，介绍了系统检测原理，设计了检测电路和传感器外围电路，并进行了实验。实验结果表明，该系统可以准确稳定地测量杂散电流，电流的检测精度基本满足检测需求，且非接触式的检测系统安全可靠，对矿井杂散电流的防治具有十分重要的现实意义。

五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法研究

叶满园, 蔡鸿, 黎冰, 李宋

2014, 40(11): 55-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.014

<摘要>(12) <PDF>(2)

摘要:
将能拓宽多电平逆变器调制比的SHEPWM方案与Walsh变换相结合，提出了一种五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法；分析了傅里叶级数变换下的多电平多波段SHEPWM电压波形，归纳出了各波段模式下SHEPWM非线性方程组的一般形式；并利用Walsh变换将非线性方程组转换为易解的分段线性方程组，从而达到简化计算过程和拓宽调制比的目的。以五电平H桥级联逆变器为例，给出了A，B波段模式下的Walsh函数分段线性方程组，并通过实验验证了五电平逆变器双波段SHEPWM控制方法的正确性及可行性，为实现SHEPWM控制技术的在线运算及实时控制奠定了基础。

矿山高压多电平ANPC变频调速系统损耗分析

李娜, 许燕萍, 何凤有

2014, 40(11): 61-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.015

<摘要>(9) <PDF>(4)

摘要:
以五电平有源中点箝位ANPC高压变频调速系统为研究对象，在介绍ANPC五电平拓扑数学模型和PWM调制方法的基础上，对系统开关损耗、电容损耗以及传导损耗进行了量化分析。分析结果表明，ANPC五电平拓扑虽然损耗构成种类更多，但其在开关损耗抑制方面优势显著，可使变频调速系统整体运行效率更高。

基于BP神经网络的ZigBee无线定位边界效应优化

卫文慧, 郭叶

2014, 40(11): 65-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.016

<摘要>(13) <PDF>(2)

摘要:
针对基于ZigBee技术的井下定位区域内定位误差在边界处定位节点会从网络外部向网络内部发生一定偏移，致使定位误差相对较大，但正负方向固定不变的分布规律，定义了定位边界效应，并提出了针对边界效应的优化方法。利用最小二乘法对边界区域的平均误差做二次函数拟合，并通过改进的BP神经网络预测针对不同节点间距对应的网络模型的边界区域补偿函数。实验结果表明，由BP神经网络预测的补偿函数可大幅改善边界区域的定位精度，使边界区域定位误差达到1 m以下。

基于动态云—量子神经网络群的配电网实时故障定位方法

马亮, 杨萍萍, 高建宇

2014, 40(11): 71-75. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.017

<摘要>(26) <PDF>(2)

摘要:
针对传统的配电网故障定位方法在配电网故障信号微弱时存在的故障数据交叉现象严重、实时性较差等问题，提出了一种基于动态云-量子神经网络群的配电网实时故障定位方法；构建了用于配电网故障定位的动态云-量子神经网络群结构模型，提出一种动态云-量子神经网络群改进算法，并给出了基于该算法的配电网实时故障定位步骤；在Matlab软件中采用该方法对某10 kV配电网进行故障定位仿真研究，结果表明该方法能够实时、有效地实现故障信号微弱情况下的配电网故障定位，测试精度为97.39%，训练时间为0.001 6 s。

一种新型煤矿视频监控图像滤波算法

王小兵, 姚雪晴, 邱银国, 孙久运

2014, 40(11): 76-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.018

<摘要>(48) <PDF>(9)

摘要:
针对煤矿视频监控图像存在噪声强度高且对比度低等问题，提出了一种新型煤矿视频监控图像滤波算法。该算法首先采用自适应Canny算子对图像进行边缘检测，实现边缘图像和非边缘图像的有效分离；然后对边缘图像引入直方图均衡化算法进行处理，以突出图像边缘信息，提高图像对比度；从滤波器的构建、结构元素的设计方面对经典数学形态学滤波算法进行改进，将其应用于非边缘图像的滤波；最后对处理后的边缘图像和非边缘图像引入图像融合机制进行加权融合。实验结果表明，与小波阈值法、经典数学形态学滤波算法相比，该算法具有较好的滤波效果。

高压水射流靶物反射声信号的特征提取方法

孙帅, 杨洪涛, 张东速, 方传智, 牛明强

2014, 40(11): 80-84. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.019

<摘要>(7) <PDF>(2)

摘要:
为了提高利用高压水射流靶物反射声信号识别靶物材质的效率，针对地雷探测过程常见的地雷、石块、砖块和木块4种靶物，采用不同的特征提取方法来识别靶物材质。在分析Mel频率倒谱系数及小波包变换倒谱系数基本原理的基础上，结合靶物反射声信号的特点，提出了一种基于Mel频率倒谱和小波包变换倒谱特征融合的特征提取方法：利用小波包变换将原始靶物反射声信号划分为若干子频段，选取其中一个子频段作为低频和高频的划分层；低频部分提取Mel频率倒谱系数作为特征值，高频部分则提取小波包变换倒谱系数作为特征值，将2组特征值线性合并为一组新的特征向量，用于靶物材质的识别。采用最小二乘支持向量机建立多分类模型，验证基于单一特征和基于特征融合的特征提取方法的识别率。实验结果表明，在取得低频与高频的最佳划分层时，基于特征融合的特征提取方法的平均识别率达到82.812 5%，较单一的利用Mel频率倒谱系数或小波包变换倒谱系数作为特征向量时的平均识别率分别提高了10.312 5%和7.812 5%。

六相感应电动机谐波转矩脉动研究

牛联波, 张清枝, 艾永乐

2014, 40(11): 85-87. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.020

<摘要>(33) <PDF>(2)

摘要:
为了研究梯形波相电流控制下六相感应电动机的运行性能，对六相梯形波相电流进行了傅里叶分解，将其分解为基波电流和一系列谐波电流，然后分别计算各次谐波电流产生的不同谐波磁势。有限元分析结果表明，六相感应电动机消除了一般电动机中最明显的由5次和7次谐波电流所产生的转矩脉动。

基于双树复小波的煤矿电网故障选线

黄志, 任启洪, 余强

2014, 40(11): 88-92. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.021

<摘要>(24) <PDF>(2)

摘要:
从煤矿电网实际条件着手，针对三相电流互感器、两相电流互感器、单相电流互感器以及零序电流互感器4种情况分别展开讨论，分析各线各相电流初始行波，利用双树复小波分解得到模极大值幅值和相位关系，并进行比值计算，构成不同的选线或选相判据。Matlab仿真验证了基于双树复小波的煤矿电网故障选线方法的可靠性。

新型封孔剂在含水煤层瓦斯压力测定中的应用

贺全义, 刘明举, 刘彦伟

2014, 40(11): 93-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.022

<摘要>(21) <PDF>(2)

摘要:
针对传统封孔材料在含水煤层钻孔经过裂隙带情况下应用时凝结时间长且容易收缩、干裂而导致密闭性差等问题，提出了一种在传统水泥浆基础上加以改进的新型封孔剂，并将其应用于某矿井高压注浆封孔工艺。应用结果表明，该新型封孔剂的凝固时间约为12 h；采用该新型封孔剂封孔时煤层瓦斯压力测定结果较传统封孔材料可靠，且堵水效果更好。

基于单目视觉的矿井机车障碍物检测和测距方法

杨鑫, 马斌, 王健生, 朱美强

2014, 40(11): 96-99. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.023

<摘要>(21) <PDF>(3)

摘要:
针对现有矿井机车障碍物检测和测距方法存在测距精度低、测量范围小及成本高等问题，提出了一种基于单目视觉的矿井机车障碍物检测与测距方法。该方法首先对CCD摄像机采集的图像进行预处理，然后根据障碍物的特点进行特征提取得到准确的障碍物区域，最后利用基于摄像机内部参数和几何关系的单目视觉测距方法得到机车与前方障碍物之间的距离。测试结果表明，该方法能有效检测机车前方障碍物，且测距精度在有效误差范围内。

基于卡尔曼滤波的掘进机航向角测量算法

张令涛, 张辉

2014, 40(11): 100-103. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.024

<摘要>(25) <PDF>(3)

摘要:
针对现有掘进机航向角测量方法存在测量误差较大的问题，提出了一种基于卡尔曼滤波的航向角测量算法。首先利用速度传感器建立掘进机的运动模型，作为掘进机航向角的预测模型；然后利用激光发射仪建立掘进机航向角的观测模型；最后采用卡尔曼滤波算法对预测值和观测值进行融合，有效减小了航向角的测量误差，实现了掘进机长时间的精确定位。测试结果验证了该算法的有效性。

基于KingHistorian的综合自动化平台设计

黄丹群

2014, 40(11): 103-105. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.025

<摘要>(25) <PDF>(3)

摘要:
针对目前煤矿生产中由于业务子系统和测点数据过于庞大导致数据存储与处理效率低下的问题，设计了一种基于KingHistorian的综合自动化平台。该平台通过KingSCADA+KingHistorian的主体架构进行数据处理与存储，实现在异构条件下对生产安全及工况信息进行集成与共享，建立不同系统之间的数据关联。实际应用结果表明，该平台可提高数据处理速度，降低数据存储空间，为企业决策提供了坚实的数据支撑。

煤矿瓦斯超限分矿分级防信息阻塞短信报警系统设计

李冬梅, 邵彦斌, 衷奕, 胡小勇, 李文静

2014, 40(11): 106-109. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.026

<摘要>(23) <PDF>(2)

摘要:
针对目前煤矿瓦斯超限短信报警存在报警信息不分级别或只分级别不分矿名发送、短信发送设备容易死机造成信息阻塞等问题，设计了一种煤矿瓦斯超限分矿分级防信息阻塞短信报警系统。该系统通过对煤矿数字化瓦斯远程监控系统实时采集的数据进行分析处理，将超过各级报警阈值的数据根据不同的矿名和阈值级别，通过具有死机自动复位功能的多接口短信发送装置分别发送至相应矿相应级别的人员手机上。实际应用结果表明，该系统改善了煤矿安全分级监管、分级响应的能力，提高了安全管理的可靠性。

面向客户服务的煤炭检测企业实验室信息管理系统

秦翥, 冯瑜

2014, 40(11): 109-112. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.027

<摘要>(24) <PDF>(3)

摘要:
针对目前煤炭检测企业实验室信息管理系统存在只限局域网内访问、数据连续性差、容易造成信息孤岛、覆盖范围小等问题，提出了一种面向客户服务的煤炭检测企业实验室信息管理系统。该系统使用.NET平台实现可扩展的开放式框架，通过工作流引擎实现模块协同服务，采用XML技术实现不同硬件接入访问，利用数据库对检测客户实现智能化管理及数据挖掘应用，根据外部需求实时变更内部管理制度。实际应用表明，该系统可有效提高客户满意度。

基于6LoWPAN的井下数据采集器设计

李爱民, 张峰

2014, 40(11): 113-115. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.028

<摘要>(21) <PDF>(2)

摘要:
针对目前井下数据采集装置存在功能简单、配置复杂、扩展性差等问题，设计了一种基于6LoWPAN的井下数据采集器。该数据采集器采用CC2530芯片实现井下多种参数的采集和无线收发，并通过移植在CC2530芯片上的Contiki系统6LowPAN协议栈实现UDP通信。测试结果表明，该数据采集器进行基于6LoWPAN的UDP通信时丢包率为0.15%，A/D接口的测量误差在0.2%以内。

厂级监控信息系统在煤矿坑口电厂的应用

亢国栋, 孙伟, 陈杨

2014, 40(11): 116-118. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.029

<摘要>(23) <PDF>(3)

摘要:
针对煤矿坑口电厂各个控制系统之间以及各个控制系统与厂级管理信息系统之间存在生产数据无法共享的问题，介绍了一种厂级监控信息系统；阐述了该系统实时数据库平台选择、辅机控制系统和机组分散控制系统的接入以及全厂生产过程实时监控等关键技术的具体实现方案。该系统提高了生产管理水平和工作效率，为电厂管理决策提供了科学可靠的依据。

基于STM32和nRF905的无线水泵监控系统设计

李业亮, 欧阳名三, 谢春福, 黄丹, 张伟伟, 彭达, 吕侠俊, 王赛

2014, 40(11): 119-122. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2014.11.030

<摘要>(20) <PDF>(6)

摘要:
针对传统水泵控制系统存在布线复杂、成本高和动力设备分散等问题，设计了一种基于STM32控制器和nRF905无线收发模块的无线水泵监控系统。该系统由从站采集水泵供水系统的水压、液位等参数，通过nRF905组建的一对多无线通信网络进行数据传输，由STM32实现数据处理及主站与上位机间的通信。测试结果表明，该系统采样精度高、数据传输可靠、通信稳定。

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