工矿自动化

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何敏

2019, 45(11): 1-4. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17446

<摘要>(61) <HTML> (4) <PDF>(6)

摘要:
针对采用气压计基点法获得的煤矿通风阻力测定数据误差较大、现有原始测定数据处理方法的修正过程较繁琐的问题，提出了一种基于相对压力的煤矿通风阻力测定数据处理方法。该方法首先选取煤矿某入井井口作为相对压力零点；然后计算其他测点的相对压力，并对不符合排序原则的测点相对压力进行修正；最后根据通风阻力定律计算全部巷道的风阻，并根据巷道解算风量与测定的该巷道可靠风量对比结果，对误差超过5%的巷道风阻进行修正，直至所有巷道的风量对比误差在5%以内。该方法可一次性完成原始测定数据误差的初步修正，提高了获取可靠通风基础参数的效率，对煤矿通风阻力测定数据处理工作具有一定的参考价值。

基于卡尔曼滤波和加权LM法的井下精确定位算法

王伟

2019, 45(11): 5-9. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17500

<摘要>(65) <HTML> (4) <PDF>(10)

摘要:
针对基于UWB精确定位的井下近感检测装置定位结果易受非视距（NLOS）误差等噪声影响的问题，提出了一种基于卡尔曼滤波和加权LM法的井下精确定位算法。通过卡尔曼滤波预测过程得到标签卡坐标的先验估计值；利用几何关系计算估计坐标与各锚节点的距离，并将该距离与探测器直接测距值进行比较，根据差值分配各锚节点的测距权值；将权值矩阵和测距矩阵代入加权LM法中，得到标签卡坐标的中间结果；将中间结果作为测量值代入卡尔曼滤波更新过程中，得到标签卡的最终坐标。测试结果表明，与多边定位法相比，基于卡尔曼滤波和加权LM法的井下精确定位算法可在不影响定位速度的前提下，将定位精度提高一倍以上，有效降低了NLOS误差等噪声的干扰。

考虑锚点位置误差的井下TDOA改进算法

李世银, 朱媛, 王晓明

2019, 45(11): 10-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17486

<摘要>(34) <HTML> (3) <PDF>(7)

摘要:
针对井下TDOA定位算法未考虑锚点位置误差、在测量噪声较大时定位精度严重下降的问题，提出一种考虑锚点位置误差的井下TDOA改进算法。将锚点位置误差作为参数，对TDOA定位模型进行改进，并采用基于凸优化的迭代TDOA算法对模型进行求解。仿真结果表明，当锚点位置误差为1 cm时，算法定位精度可达到5 cm；即使在测量噪声较大时，该算法仍可有效逼近克拉美罗下限（CRLB），优于现有的TSWLS、改进TSWLS算法。

一种矿井定位设备的无线软件升级方法

张立峰, 金业勇, 陈康, 王维, 周澍

2019, 45(11): 14-18. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17510

<摘要>(45) <HTML> (3) <PDF>(5)

摘要:
针对现有矿井定位设备嵌入式程序升级方式需要建立物理连接、没有一种针对小型嵌入式设备的可编程无线升级协议等问题，提出了一种矿井定位设备的无线软件升级方法。该方法采用无线广播传输方式和一对多的网络模式实现矿井定位设备的批量无线IAP（应用内编程）升级，提高了升级的便捷性和效率。实验结果表明，该方法的总体升级成功率与距离正相关，在10 m范围内成功率较高。该方法为数量较大的矿井定位设备的更新换代提供了一种有效途径。

一种基于UWB的三边定位改进算法

游小荣, 裴浩, 霍振龙

2019, 45(11): 19-23. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050081

<摘要>(81) <HTML> (7) <PDF>(10)

摘要:
针对现有基于UWB的井下定位算法存在算法复杂且求解值不是全局最优的问题，提出了一种基于UWB测距的三边定位改进算法。该算法基于DW1000芯片和三边定位算法，采用双边双向测距方法测距，以求解二元二次方程最优解为目标，设定优化目标函数，将坐标二维化处理，降低了算法的复杂度;筛除测量过程中产生的无效数据，确定有效搜索区域并在该区域内进行全局遍历，找到最优定位坐标，解决了求解值不是全局最优的问题。同时，为了进一步提高定位精度，采取了适当增加参考节点数量的措施。实验结果表明，该算法平均误差小于加权三边定位算法、泰勒算法，定位精度提升明显；该算法还具有较强的实用性，通过增加参考节点数量可有效提高测量精度。

基于改进高斯混合滤波的矿井加权质心定位算法

张楠

2019, 45(11): 24-30. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17420

<摘要>(40) <HTML> (3) <PDF>(7)

摘要:
针对煤矿井下复杂环境中无线信号的非视距传播导致RSSI定位算法存在测距误差大及定位结果不准确的问题，提出了一种基于改进高斯混合滤波的矿井加权质心定位算法。首先根据最大期望算法对未知节点的相应RSSI测量数据进行聚类，将它们划分为多个高斯概率密度函数模型；然后根据数据特征，利用赤池信息量准则对采样数据进行优化，得到精确的测量值；最后计算未知节点的初始坐标，将未知节点初始坐标和真实坐标间的误差值作为权值因子，结合质心定位算法计算得到未知节点的最终坐标，实现目标定位。仿真与实验结果表明，该定位算法可实现煤矿井下人员的高精度定位，平均定位误差为1.83 m。

基于矿山设备实训手部运动模型的数据手套

刘宁宁

2019, 45(11): 31-36. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040095

<摘要>(57) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
矿山设备实训采用虚拟现实技术互动操作真实性较差，而现有微惯性传感器式数据手套通过优化数据处理算法以减少传感器布置数量导致准确性不高。针对上述问题，在介绍人类手部结构和手部运动力学模型的基础上，分析了矿山设备实训基本动作及运动特点，提出了二指六连杆七自由度矿山设备实训手部运动模型，从而可减少微惯性传感器布置数量；基于四元数法推导了指骨位置及姿态解算算法；开发了基于矿山设备实训手部运动模型的数据手套。在手套腕部固定Tracker追踪器来获得前臂绝对坐标，在手套大拇指和食指处布置微惯性传感器以提供指骨载体坐标，并通过指骨位置及姿态解算获得指骨在导航坐标系的位置及姿态，从而实现虚拟场景手部运动姿态实时重生成。测试结果表明，矿山设备实训基本动作的最大误差为9 mm，小于控件最小直径，满足矿山设备实训操作需要。

一种矿用硬件CAN总线中继器设计

谢国军, 袁凤培, 丁俊峰

2019, 45(11): 37-41. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060015

<摘要>(65) <HTML> (3) <PDF>(8)

摘要:
针对煤矿现场设备因节点多、距离长而需要对CAN总线信号进行中继放大的要求，以及常用的软件CAN总线中继器存在数据帧延时、丢帧、功耗大、速率无法自适应等问题，设计了一种矿用硬件CAN总线中继器。该中继器主要由D触发器、异或门和CAN收发器组成，其中D触发器用于控制电平信号传输，异或门用于产生D触发器翻转所需的脉冲信号，CAN收发器将数据接入CAN总线网络，从而实现CAN总线信号透明传输。仿真及试验结果表明，矿用硬件CAN总线中继器能准确传输CAN数据帧，有效提高总线电平，改善信号质量，提高通信距离。与软件CAN总线中继器相比，该中继器具有功耗低、延时小、不丢帧、速率自适应等优点，适用于煤炭工业领域对数据帧延时、功耗等要求较高的CAN总线网络。

考虑煤体蠕变的瓦斯渗流规律及抽采钻孔布置

宋红立, 赵洋, 李庆钊

2019, 45(11): 42-48. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060037

<摘要>(44) <HTML> (4) <PDF>(5)

摘要:
为了研究深部煤体蠕变对瓦斯渗流的影响，建立了考虑蠕变作用下煤体变形场、瓦斯扩散场及瓦斯渗流场多场耦合的数学模型，以陕西彬长胡家河矿业有限公司煤层瓦斯赋存及地质条件为依据，模拟分析了煤层瓦斯抽采动态变化规律，通过现场监测验证了数学模型的正确性、合理性、可靠性及工程适用性。研究结果表明：① 煤层瓦斯压力随距抽采钻孔距离的增加而增大，距钻孔越近，瓦斯压力梯度越大，煤体渗透率比值越大，在远离钻孔处瓦斯压力和渗透率比值均逐渐趋于稳定。② 在瓦斯抽采初期，距钻孔越近煤体的瓦斯压力降低幅度越大，随着抽采时间延长，瓦斯压力降低的幅度逐渐变缓；在瓦斯抽采初期，距钻孔较近煤体的渗透率比值增加幅度较大，随着抽采时间的延长，在应力和瓦斯压力共同作用下，煤体的蠕变变形导致渗透率比值增加的趋势趋于平缓。③ 与单孔瓦斯抽采相比，双孔抽采可显著降低煤层瓦斯压力；钻孔间距越小，不同抽采时间内两钻孔间的瓦斯压力梯度越小，但随着抽采时间延长，瓦斯抽采效率越低；结合陕西彬长胡家河矿业有限公司瓦斯赋存条件，确定其瓦斯抽采钻孔最合理间距为2 m。

复杂地质矿区3种封孔工艺应用分析

王潞欧, 谢雄刚, 赵先伟, 李维翔

2019, 45(11): 49-54. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019060007

<摘要>(37) <HTML> (4) <PDF>(5)

摘要:
复杂地质矿区水文地质条件较复杂，岩层孔/裂隙较发育，若采用的封孔工艺不合理，将导致煤层瓦斯压力测定结果不能准确反映煤层瓦斯实际情况的现象。针对上述问题，在贵州久益矿业股份有限公司宏宇煤矿5，6-1号煤层布置4组测压点、12个测压钻孔，每组测压点钻孔分别采用目前常用的注浆封孔、短胶囊+注浆封孔、长胶囊-压力黏液封孔3种封孔工艺进行瓦斯压力测定试验。根据试验结果分析了3种封孔工艺的应用效果，得出3种封孔工艺的适用条件：注浆封孔工艺适用于较深、岩石较细密且较坚硬的岩孔；短胶囊+注浆封孔工艺适用于倾角较大的下向钻孔；长胶囊-压力黏液封孔工艺适用于煤层顶底板岩石破碎或可能存在含水层处钻孔。

煤矿隐患排查信息管理系统研究现状与展望

张俭让, 黄玉鑫, 闫振国, 张磊, 霍小泉

2019, 45(11): 55-58. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040041

<摘要>(65) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
总结了煤矿事故隐患的分类与整改方式。从技术支撑体系、信息采集方式、功能模块3个方面阐述了煤矿隐患排查信息管理系统的研究现状,指出现有煤矿隐患排查信息管理系统存在缺少对事故隐患采集信息准确性、时效性的保障功能和对应急响应的信息化支持，无法做到多终端关联互动等问题。从技术和功能2个方面展望了系统发展方向：技术方面，对煤矿事故隐患信息进行多维分析与展示、建立多智能终端与PC端关联互动的互联网+协同信息处理模式、采用微服务架构设计；功能方面，提供组群、定制信息推送、职业技能线上学习功能，将关键功能延伸至手机端。

煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

顾周杰, 刘贞堂, 刘浩雄, 钱继发, 林松, 李晓亮

2019, 45(11): 59-64. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019070039

<摘要>(47) <HTML> (3) <PDF>(4)

摘要:
现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析，而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足，对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题，通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律；采用20 L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验，研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH4，CO，C2H4，C2H6，C2H2等，其中CH4和CO体积分数最高，最高体积分数分别为0.75%和0.37%；煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势，煤自燃加热初期，温度小于80 ℃主要产生了CH4，CO可燃性气体，CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体；随着自燃时间的持续，温度超过80 ℃后，开始产生C2H4和C2H6，随后逐渐产生C3H8气体，C2H4的出现表明煤氧化进入了加速阶段；煤氧化自燃后期，大约到220 ℃时出现C2H2，此时煤进入激烈氧化阶段；低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸，高体积分数CO能促进瓦斯爆炸，导致爆炸压力变大，爆炸下限降低；煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力，爆炸下限最大降低了0.55%，瓦斯爆炸的危险性变大。

不同甲烷气氛下煤自燃指标气体及活化能研究

郝宇, 叶正亮

2019, 45(11): 65-69. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040104

<摘要>(23) <HTML> (3) <PDF>(7)

摘要:
针对不同氧浓度下煤自燃特性的研究大多只考虑不同氧氮比气氛，而对不同甲烷气氛下煤低温氧化规律研究较少的问题，利用程序升温氧化和热重分析实验，对不同甲烷气氛下煤自燃指标气体和活化能进行了研究。结果表明：随着CH4体积分数的增大，产生CO和CO2的初始温度显著升高；在煤氧化初始阶段，不同CH4气氛下CO和CO2生成量均随着温度的升高而缓慢增加；在煤加速氧化阶段，CO和CO2生成量随温度的升高呈指数函数形式增加，且CH4体积分数越低（O2体积分数越高），CO和CO2生成量越大，表明温度越高，CH4对煤氧化的抑制作用越明显；随着CH4体积分数的增大，煤低温氧化活化能增大、指前因子降低，说明CH4体积分数的增大对于煤自燃具有较好的抑制作用。

综掘工作面粉尘分布规律及通风除尘优化研究

周全超, 杨胜强, 蒋孝元, 桑乃文

2019, 45(11): 70-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050026

<摘要>(46) <HTML> (3) <PDF>(9)

摘要:
为了确定通风方式对综掘工作面粉尘分布的影响，并探究综掘工作面不同通风方式下的降尘效果，以隆德煤矿209综掘工作面为研究对象，利用FLUENT软件模拟压入式通风方式下巷道中粉尘分布情况以及抽、压组合式通风方式下粉尘分布规律及降尘效果，并通过现场实测验证数值模拟的准确性。分析结果表明：压入式通风方式下工作面巷道中粉尘污染严重，粉尘影响区域较大且沉降缓慢；模拟结果与现场实测粉尘浓度变化规律基本相同，验证了数值模拟结果的可靠性，进而说明了建立的数学模型及其参数设置的合理性；通过对比长压短抽式及短压长抽式通风方式的降尘效果得出，压风筒出风口距离工作面5 m的长压短抽式通风方法降尘效果最好，粉尘浓度可快速降低至6 mg/m3以下。

基于霍尔元件的矿用钢丝绳探伤仪研究

田劼, 胡耀松, 郭红飞, 赵彩跃

2019, 45(11): 75-80. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050075

<摘要>(77) <HTML> (9) <PDF>(10)

摘要:
针对目前钢丝绳探伤仪无法准确检测钢丝绳是否发生损伤的问题，基于漏磁检测法设计了一种基于霍尔元件的矿用钢丝绳探伤仪。采用永磁体磁化钢丝绳，当钢丝绳受损时损伤处会有漏磁产生，利用霍尔元件采集钢丝绳损伤处的漏磁信号，通过分析霍尔元件的输出电压波形判断钢丝绳是否存在损伤。为了进一步提高该探伤仪检测的准确度，优化了霍尔元件的轴向、周向和径向布置方式：利用Ansoft Maxwell对钢丝绳的磁化情况进行仿真，根据仿真结果确定霍尔元件的轴向布置方式，霍尔元件的轴向位置选择布置在探伤仪的中心位置；为了消除钢丝绳的股间效应，对霍尔元件的周向布置进行了计算与设计，当2个检测点的周向距离为29 mm时可基本消除股间效应的影响；采用改变提离距离的方法研究了霍尔元件的径向布置，钢丝绳运动过程中会产生抖动，为防止钢丝绳与霍尔元件产生接触导致设备损坏，需根据钢丝绳的抖动情况选择合适的提离距离布置霍尔元件。实验结果表明，该探伤仪可以根据钢丝绳损伤处信号突变情况准确检测钢丝绳是否发生损伤。

一种煤矿井下低照度图像增强算法

王洪栋, 郭伟东, 朱美强, 雷萌

2019, 45(11): 81-85. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17498

<摘要>(117) <HTML> (2) <PDF>(12)

摘要:
针对多尺度Retinex算法在处理煤矿井下低照度图像时存在细节增强不足和耗时等问题，提出了一种基于光照校正的快速多尺度Retinex算法对煤矿井下低照度图像进行增强。该算法通过计算高斯模糊后图像的每个像素点的亮度值，将图像划分为暗调区域和高光区域，并对不同区域进行光照校正，从而降低高光区域的亮度，保证不过分曝光，同时提升较暗区域的亮度，凸显更多细节信息；利用三次快速均值滤波代替高斯滤波来估计光照强度，减少算法耗时。实验结果表明，该算法能有效提高图像的亮度和对比度，增强图像中暗调区域和高光区域的细节，具有较快的处理速度。

振动慢剪破碎机模糊解耦PID控制

周小云, 蔡改贫, 汤文聪, 于习文

2019, 45(11): 86-92. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050002

<摘要>(24) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
针对振动慢剪破碎机碎矿过程多变量、强耦合、大时滞的特点，提出了一种基于自适应粒子群算法优化的模糊解耦PID控制方法。在对振动慢剪破碎机动态模型进行对角矩阵解耦的基础上，分别对给料量和振动电动机频率进行模糊PID控制，并引入自适应粒子群优化算法对模糊PID控制的隶属函数参数进行动态优化，从而实现主电动机工作电流及合格矿料产率精确、稳定、快速控制。仿真及试验结果表明，该方法具有响应速度快、调节时间短、超调量小的特点。

考虑脉冲信号传输特性的矿用电缆故障定位方法

程江洲, 唐阳, 谢诗雨, 熊双菊, 王劲峰

2019, 45(11): 93-97. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019050001

<摘要>(49) <HTML> (3) <PDF>(8)

摘要:
为解决电缆分接头对脉冲信号的反射干扰造成故障定位困难的问题，分析了脉冲信号沿电缆传输特性：脉冲信号幅值、脉宽随传输距离的增加呈单调线性变化。在此基础上提出了一种考虑脉冲信号传输特性的矿用电缆故障定位方法：通过向电缆中注入原始脉冲信号获得反射脉冲信号，根据反射脉冲信号的脉宽、幅值变化识别电缆故障点反射脉冲信号，从而排除电缆分接头反射脉冲信号的干扰，实现故障准确定位。搭建了矿用电缆故障定位仿真模型对该方法进行验证，仿真结果表明，该方法具有较高的故障定位精度，定位误差小于1%。

语音交互技术在矿山救护队应急救援管理系统中的应用

李文峰, 李大娟, 张军会

2019, 45(11): 98-101. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019070033

<摘要>(38) <HTML> (4) <PDF>(7)

摘要:
针对现有矿山救护队应急救援管理系统存在数据录入实时性和交互性较差、应急处置消息传递手段落后等问题，将语音交互技术应用到矿山救护队应急救援管理系统中，实现了系统报警信息的智能录入和通知公告的语音自动播放等功能。采用语音识别技术智能录入接警信息，快速生成接警记录单，并实时跟踪接警处置情况；采用语音合成技术将通知公告和待办提醒通过语音提醒用户，避免工作延误。测试结果表明，该系统的平均语音识别率为90%以上，语音合成正确率为100%，通过语音识别方式录入接警信息速度明显快于手写和打字方式。现场应用结果验证了该系统的有效性和稳定性。

压滤机组协调控制系统嵌入式管理终端设计

翟延忠, 欧阳昇, 李红军, 宋永强

2019, 45(11): 102-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2019040006

<摘要>(60) <HTML> (7) <PDF>(7)

摘要:
目前压滤机组自动协调控制方法有2种：一种是基于PLC实现分布式控制，但PLC的主从式通信性能较低；另一种是将整个压滤机组作为一个整体重新设计，由1个PLC控制柜实现联机控制，但移植与扩展较困难。根据压滤机组协调控制系统需兼具分布式与高性能通信的要求，针对压滤机的启停、进料、卸料环节的配合问题，设计了一种压滤机组协调控制系统嵌入式管理终端。该终端采用STM32F407ZGT6微控制器，基于精矿槽液位、压滤机性能、启停状态、进料口位置等因素，由协调管理终端做出启停、进料及卸料等决策，通过CAN通信控制各台压滤机运行，从而实现压滤机组的协调控制。实际应用表明，管理终端的引入实现了压滤机组的自动启停管理、按优先级运行、自动进料、自动卸料等协调管理功能，减轻了操作人员的劳动强度，避免了矿浆溢出与堆料事故的发生。

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