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

2017年  第43卷  第10期

“矿山物联网顶层设计”专栏
面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术
袁亮
2017, 43(10): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.001
<摘要>(164) <HTML> (21) <PDF>(17)
摘要:
在剖析煤矿生产物流系统存在问题的基础上,围绕煤炭精准开采科学构想和矿山物联网发展现状,提出了面向煤炭精准开采的物联网概念及内涵,凝练出其5种关键技术,即多源信息智能感知、多网融合传输、多参量信息分析处理、基于云技术的灾害监控预警、矿井灾害应急救援;指出基于透明地球的煤炭精准开采和基于物联网的智能感知是实现未来无人矿山的两大技术体系,其中精准开采是技术核心,物联网是技术保障;以煤矿动力灾害精准预警物联网为例,阐述了其包含感知层、网络层、应用层和公共技术的体系架构,并介绍了其工程应用,为实现煤炭精准开采科学构想提出了技术路径。
科研成果
自激式除尘器在线监测系统设计
王冬雪, 李小川, 魏涛, 胡海彬, 向武
2017, 43(10): 7-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.002
摘要:
自激式除尘器内气液混合状态因运行环境密闭而难于实时观测,无法及时避免气液耦合过程中液面波动和捕集体间歇性激发引起的粉尘逃逸,造成除尘器运行参数液位、风速等的确定缺乏科学依据,除尘效率难以保证。针对上述问题,设计了一套自激式除尘器在线监测系统,该系统将除尘器压力信号所具有的阻力参数、液位参数、功率谱密度值、相对功率谱密度值及频率特征段5种特征参数作为气液两相流流型变化识别依据,对除尘器内部气液流动形态进行定量识别,并对其各项运行参数进行调节,实现了自激式除尘器内气液混合状态的在线监测。试验结果表明,在线监测系统能够对除尘器气液流动形态进行实时精准判别,整体识别率为95.6%。
对称分量法在掘锚机组保护系统中的应用
焦晓峰
2017, 43(10): 14-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.003
摘要:
针对掘锚机组异步电动机故障诊断可靠性和准确性不高的问题,提出将对称分量法应用到掘锚机组保护系统中,实现不对称性过流故障诊断。将三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量,通过有源移相电路和相序判别电路判别主回路的相序,通过负序分量采集电路得到负序电压值,根据负序电流值判断故障及其类型。工业性试验结果表明,对称分量法的应用提高了掘锚机组保护系统的灵敏度、可靠性、准确性和智能化水平,降低了系统维护成本,同时提高了掘锚机组异步电动机的使用寿命和掘进工作面的掘进速度。
综述
浅谈矿用变频器发展趋势
朱永平, 徐晓建
2017, 43(10): 18-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.004
摘要:
分析了矿用变频器存在的主要问题:研发投入不足,价值挖掘不充分,对电网的污染严重及使用维护相对困难;从矿用变频器防爆技术、变频驱动技术和应用技术等方面阐述了矿用变频器的发展趋势:隔爆兼本质安全型仍是未来矿用变频器的主流防爆型式,矿用变频器的防爆工作将主要围绕壳体优化设计、壳体内部环境控制、散热技术革新等方面展开;矿用变频器未来研究的重点是中高压大功率变频器及新技术、新器件的应用,以及变频器的清洁利用与节能应用。
综采工作面采煤机定位技术研究现状及展望
夏婷, 李威, 王超, 李雨辰
2017, 43(10): 24-28. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.008
摘要:
通过介绍国内外综采工作面采煤机定位技术发展现状,分析了采煤机常规定位技术、采煤机捷联惯导定位技术、采煤机捷联惯导定位误差补偿技术、基于捷联惯导和其他方法的采煤机组合定位技术的特点,指出研究捷联惯导的定位解算策略、探寻无线传感器网络与捷联惯导的紧耦合融合策略、研究复杂振动及多径效应下采煤机空间定位技术是采煤机定位技术的发展趋势。
瓦斯遥测关键技术现状与发展方向
霍跃华, 范伟强, 孙雁宇
2017, 43(10): 29-33. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.005
摘要:
介绍了基于可调谐半导体激光吸收光谱的瓦斯遥测关键技术——可调谐半导体激光技术、信号降噪技术、痕量气体检测技术的应用现状,指出了瓦斯遥测关键技术中存在可调谐半导体激光器性能不稳定、瓦斯遥测距离短、信号降噪效果较差、痕量气体检测误差大等问题,提出了研发高性能可调谐半导体激光器、研究非线性和非稳定性信号降噪算法、设计适用于井下的数字锁相放大器是瓦斯遥测关键技术的发展方向。
分析研究
LoRa技术在矿井无线通信中的应用分析
霍振龙
2017, 43(10): 34-37. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.006
<摘要>(366) <HTML> (41) <PDF>(20)
摘要:
针对现有矿井通信系统在上隅角等环境恶劣、数据传输速率要求不高的区域应用效果不理想的状况,通过分析LoRa技术特点,提出了将LoRa技术应用于矿井无线通信的方案,分析了其应用架构,无线并讨论了LoRa技术在煤矿井下的适用场景:工作面设备运行状态数据和环境参数无线传输,矿压监测系统多种传感器数据、工作面上隅角瓦斯监测传感器数据、采空区测温传感器数据等的无线传输,矿井机电设备监测数据无线传输。
潘谢外围3煤层顶板稳定性分析
张宇通, 刘启蒙, 蔡梦雅, 赵晋, 叶梅, 张丹丹
2017, 43(10): 37-42. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.007
摘要:
针对现有顶板稳定性评价方法存在准确性较差、可操作性不强等问题,提出将可拓学理论应用于煤层顶板稳定性分析中。针对潘谢外围3煤层顶板稳定性问题,以断裂分维值、硬岩比例系数、直接顶强度系数、统计厚度内岩层层数为评价指标,综合四分法和数理统计分析确定各评价指标的分级标准,结合灰色关联度法和可拓学物元模型对顶板稳定性做出了评价。评价结果表明,潘谢外围稳定区占较大面积,中等稳定区零星分布,不稳定区和极不稳定区分布于外围中部、F66断层和岩浆岩侵入区附近;南部顶板总体稳定性较好,北部和南部局部地区顶板稳定性较差,主要与岩浆侵蚀有关;自西北向东南,F66断层对附近煤层顶板稳定性影响逐渐减小。
煤矿安全监控领域可变性模型
原雅茹, 谢斌红, 潘理虎, 张英俊
2017, 43(10): 43-47. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.009
摘要:
针对传统的软件开发方法每次开发同类系统时,很少能复用之前累积的开发经验,造成大量的重复性劳动的问题,提出了软件产品线开发方法,并将该方法应用于煤矿安全监控系统软件的开发中。在对煤矿安全监控系统产品线分析的基础上,针对监控系统的共性和变性特征,探讨了各特征之间的关系,使用基于特征的可变性建模方法构建了煤矿安全监控领域可变性模型。该模型可对监控系统的可变性进行有效管理,同时在特征依赖规则的指导下,可快速完成具体的可定制监控系统的需求特征分析,为后续煤矿安全监控领域可复用框架的实现奠定了基础。
煤矿井巷自适应多天线理论与关键技术研究
霍羽, 张毅, 徐钊, 高敏
2017, 43(10): 48-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.010
摘要:
在分析煤矿井巷无线信号传播环境特点及多天线辐射特性的基础上,提出了融合巷道波导理论和自适应阵列天线相关技术的自适应多天线技术,介绍了煤矿井巷自适应多天线的基本组成和原理,并探讨了其需进一步研究的关键技术。煤矿井巷自适应多天线可根据信道传输特征有选择地控制导引波模的数量、类型和强度,从源头上改善井下无线通信覆盖状况,提高煤矿无线通信系统性能。
实验研究
基于WiFi信号二次扩频的矿井TOA测距方法
孙继平, 蒋恩松
2017, 43(10): 53-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.011
摘要:
针对TOA方法对时间测量精度要求高,但现有矿井WiFi通信系统通信过程中时间测量分辨率低的问题,提出了一种对WiFi信号进行二次扩频以获得高时间分辨率的TOA测距方法。在WiFi移动站上集成多载波扩频调制部件,用以对测距的WiFi信号进行二次扩频;在WiFi基站集成多载波扩频解调部件,并利用FPGA设计的高速数字匹配滤波器扩频码捕获算法,在亚码片级上对WiFi移动站发出的测距信号进行捕获,进而得到高分辨率的信号传播时延。试验结果表明,该方法测距误差均值为1.92 m,能够为WiFi通信系统进行TOA定位提供可靠的测距值。
基于裂隙形态特征的煤层图像裂隙识别研究
刘勇C, 崔洪庆
2017, 43(10): 59-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.012
摘要:
针对现有煤层图像裂隙识别方法未较好地考虑裂隙的形态特征或未较好地获取裂隙的整体信息的问题,通过分析煤层图像及其不同灰度阈值下二值图中裂隙的形态特征,定义了煤层裂隙判定系数,并取二值图中区域的长度、宽度和长宽比作为形态参数;同时给出一种基于裂隙形态特征的煤层图像裂隙识别方法,在给定形态参数阈值条件下遍历一定范围内的灰度阈值,对所得煤层图像的二值图进行裂隙识别,并将所有识别的裂隙合并作为最终识别结果。最后通过实例验证了该方法的有效性,得出结论:通过遍历一定范围内的灰度阈值进行煤层图像裂隙识别,可最大程度地获取煤层图像的裂隙信息;合理选取裂隙判定系数中形态参数的阈值,可有效提高煤层图像裂隙识别的准确性。
分布式多点激光甲烷检测系统研究
谭凯, 郭清华, 张远征, 苟怡
2017, 43(10): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.013
摘要:
针对传统甲烷检测系统存在的易受环境影响、检测精度低、稳定性差等问题,基于可调谐半导体激光吸收光谱技术和空分复用技术,设计了一种分布式多点激光甲烷检测系统。该系统采用波长1 653.7 nm的分布式反馈半导体激光器作为光源;利用谐波检测法得到二次谐波和一次谐波信号幅值比来反演甲烷浓度;采用1分8光分束器,并结合参考气室实现多个测点甲烷浓度的实时检测。在实验室环境下对该系统进行了测试,结果表明该系统测量准确性高、稳定性好,可实现10 km范围内测点的有效覆盖,在2.00%~85.0%甲烷浓度范围内,系统测量误差小于2%。
基于相位差检测的煤岩混合物煤含量判别方法
韩楠楠, 程园新, 刘晓文, 赵端, 王昕
2017, 43(10): 69-73. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.014
摘要:
针对现有煤岩混合物煤含量判别方法存在测量时间长、误差大等问题,提出了一种基于相位差检测的煤岩混合物煤含量判别方法。通过实验得到了煤岩混合物煤含量与电容之间的关系,进而合理选取相位差检测电路各参数,通过数值模拟和电路仿真分析相位差和煤含量之间的关系。结果表明,相位差为正时,煤含量低于煤炭可开采的最低煤含量阈值,相位差为负时,煤含量高于煤炭可开采的最低煤含量阈值,通过检测相位差正负能准确地判断煤含量是否达到煤炭可开采的最低煤含量阈值要求。
巷道支护支架液压缸位置闭环控制系统设计
王帆, 赵继云
2017, 43(10): 74-77. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.015
摘要:
针对煤矿巷道支护支架液压缸位置高精度控制和节能的需求,基于负载敏感原理设计了一种巷道支护支架液压缸位置闭环控制系统。分析了系统工作原理,建立了系统数学模型,利用AMESim软件搭建了系统仿真模型。仿真结果表明:负载敏感变量泵输出压力能稳定自适应最高负载压力变化,从而达到节能的目的;液压缸实际位移能快速、平稳地跟踪给定位移,液压缸位置控制精度在0.6 mm以内,满足煤矿巷道支护支架液压缸位置高精度控制需要。
采煤机滚筒调高系统建模及仿真
陈金国, 刘春生, 范剑红, 张艳军, 万丰
2017, 43(10): 78-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.016
摘要:
为提高采煤机滚筒调高系统的动态特性及跟踪可靠性,通过分析滚筒调高系统工作原理及液压机构几何参数对应关系,建立了滚筒高度与液压缸行程数学模型;结合模糊自适应PID控制器,在Automation Studio软件环境下建立了电液比例换向阀控液压缸开环和闭环控制滚筒调高系统仿真模型,研究了空载和负载情况下系统的速度响应及位置跟踪特性,结果表明提出的滚筒调高系统响应速度快,对滚筒位置跟踪的吻合度较好,且闭环控制滚筒调高系统优于开环控制滚筒调高系统。
基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整
张庆, 王学文, 谢嘉成, 庞新宇, 杨兆建
2017, 43(10): 83-89. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.017
摘要:
针对现有采煤机定位与姿态调整方法准确性较差的问题,在地面有缓慢坡度变化的情况下,对基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法进行了研究。首先介绍了采煤机定位技术,即由捷联惯导系统获取采煤机运动参数信息,采用欧拉角法对数据进行处理,进而完成采煤机位姿解算及实时定位;然后以采煤机截割高度调整为例,介绍了基于捷联惯导系统的采煤机姿态调整方法,重点推导了采煤机在不同截割工况下,采煤机截割高度与机身倾角之间的关系式;最后采用采煤机模型进行采煤机定位与截割高度调整实验,结果表明基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法可有效提高采煤机的定位与姿态调整精度。
在役液压支架部件剩余寿命估算
赵东波C, 陆金桂, 姚灵灵, 王京涛
2017, 43(10): 89-93. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.018
摘要:
针对现有液压支架寿命估算方法很少考虑液压支架使用过程中技术性能不断下降而导致误差较大的问题,提出了在役液压支架部件剩余寿命估算方法。通过引入表面系数、结构尺寸系数和焊缝影响系数等来修正材料疲劳曲线,获得部件疲劳曲线;再根据累积损伤理论、剩余损伤容量和应力谱,利用部件的疲劳曲线进行寿命估算;采用多级模糊评定方法对在役液压支架顶梁进行状态评估,使用总体状态系数对寿命估算结果进行折合计算,获得在役液压支架部件的剩余寿命。试验结果表明,该方法的估算误差为3.52%,精度较高。
经验交流
运输小车在螺旋钻杆翼片焊接工作站中的应用
兰菲, 吴智峰
2017, 43(10): 94-96. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.019
摘要:
针对螺旋钻杆翼片焊接工作站的钻杆运输依靠人工进行的问题,将运输小车应用到螺旋钻杆翼片焊接工作站中,实现了钻杆在上下料工位和2个焊接工位间的运输。运输小车控制程序采用PLC-FX3U编程,实现了运输小车与焊接工作站的联合协调工作。应用结果表明,使用运输小车后,整个钻杆运输流程用时缩短了近一半,效率提高了约43%。
自适应回声消除器设计
李文峰, 王晓辉, 孙小业
2017, 43(10): 97-100.. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2017.10.020
摘要:
针对救援通信系统语音通话过程中回声干扰问题,基于采用归一化最小均方误差算法的自适应滤波器和语音检测模块,设计了一种自适应回声消除器,介绍了该自适应回声消除器的工作原理和设计方案。测试结果表明,该自适应回声消除器收敛速度快,可在1 s内收敛到-30 dB以下,基本消除音频信号回声。