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一种矿用高隔离三频MIMO天线设计
董佩佩, 徐艳红, 王安义, 张志文, 白婷婷
摘要:
多频MIMO天线技术因具有数据传输速率快、容量大和可靠性强的优点受到广泛关注,然而其也存在由阵元间强耦合所产生的信号间干扰严重的问题。为了充分发挥多频MIMO天线技术在煤矿信息化过程中的优势,本文设计了一款具有高隔离特性的三频MIMO天线,该天线工作在1.85-2.70 GHz,3.24-3.99 GHz以及4.65-5.80 GHz三个频段,由两个阵元间距为0.18λ( λ为2.3 GHz处的波长)的三叉戟平面单极子组成,能够有效覆盖煤矿井下WiMAX/WiFi/4G/5G NR的工作频段。通过对称放置两阵元,并进一步通过在地板上加载T型枝节和蚀刻矩形槽的方式,在整个频段内实现了阵元间隔离度高于20 dB。所设计的三频MIMO天线具有剖面低、结构紧凑、易于载体共型等优势,因此在煤矿井下具有广阔的应用前景。
基于双路径神经网络的矿井无线信号检测方法的研究
李旭虹, 李彤彤, 王安义
摘要:
针对复杂的矿井环境下中的无线通信接收信号误码率高和易受信道干扰等问题,提出了一种新的正交频分复用(OFDM)和滤波器组多载波技术(FBMC)信号的检测方法。该模型融合了ResNet和DenseNet的优点,构建了一种改进的双路径网络模型的接收机(Dual Path Network Receiver)。该接收机可以很好地抑制网络中的梯度消失和梯度爆炸问题,提取不同层次的特征,丰富特征维度。实验结果表明,在信噪比为11时,DPNR在OFDM中与常规接收机DNN相比,误码率降低两个数量级左右。DPNR不受信道的干扰,且在FBMC中也适用。因此,DPNR有强干扰性,在不同场景下识别输入信号具有稳定性,提高无线通信质量,使信号得以更加准确地恢复。
跨工作面采空区瓦斯抽采技术研究及应用
李乾荣 liqianrong
摘要:
沿空留巷具有降低煤柱损失、减少掘进工程量、缓解抽掘采衔接紧张等优势,应用愈加普遍。但应用中挡矸支架在方便挂模注模的同时,形成抽屉式的半封闭空间,容易积聚瓦斯,成为瓦斯治理的重点和难点。针对Y型通风连续回采工作面采空区瓦斯治理难题,提出利用倾向定向长钻孔跨工作面抽采采空区瓦斯治理技术,形成了跨工作面对采空区和回采工作面瓦斯进行抽采,减少了相邻采空区积聚瓦斯,可以有效防止顶板大面积垮落时采空区瓦斯突然扇出带来的瓦斯灾害。在东峰煤矿试验表明:施工跨工作面定向长钻孔至老采空区顶板裂隙带,持续抽采老采空区瓦斯,上隅角瓦斯浓度由0.67%降至0.22%,回风流瓦斯浓度由0.47%降至0.18%,最大限度降低采空区及其顶板裂隙带瓦斯存量,取得理想效果,瓦斯治理效果显著。
基于自适应增强与卡尔曼滤波的掘进机机载稳像算法研究
李成城
摘要:
掘进机等煤机装备在行进和作业期间因机身振动引起机载监控摄像机图像模糊,导致基于机载图像的机器视觉应用精度和可靠性下降。针对这一问题,提出一种基于自适应增强与卡尔曼滤波的视频稳像算法。在运动估计阶段,通过在动态范围内有限提高图像对比度,与原视频序列相比,其特征点匹配成功数提高了58%;在运动平滑与补偿阶段,采用卡尔曼滤波器保留机载相机主观运动的同时去除随机抖动,获得相邻帧间的补偿量,对抖动视频逐帧补偿后,生成稳定视频序列。实验结果表明,稳像后的PSNR均值与原有抖动视频相比提高了10%,相邻帧间图像信息量下降了39%,因此该算法具有良好的稳像效果。
基于GCN-GRU的瓦斯浓度时空分布预测
秦嘉欣, 葛淑伟, 龙凤琪, 张永茜, 李雪
摘要:
传统的瓦斯浓度预测方法,仅利用瓦斯数据的时间特性进行预测,实际上瓦斯浓度具有随空间和时间呈现一个分布,预测其时空分布对于瓦斯安全工作更有价值。为了提高瓦斯浓度预测精度,针对瓦斯数据在时间和空间维度上的复杂依赖关系,提出一种基于图神经网络(GNN)的矿井瓦斯时空分布预测模型,该模型采用图卷积神经网络对瓦斯监测站点进行空间依赖建模,通过门控循环网络(GRU)对瓦斯序列进行时间依赖建模,在对图信号及时间维度特征进行编码后,送入解码器得到预测输出。结果表明:模型预测结果在多监测点时空分布预测中具有较高的预测精度,平均绝对误差百分比为3.0%,较传统的时间序列预测方法降低2%以上。
综采工作面巡检机器人自主定位技术研究
黄西平
摘要:
针对综采工作面设备数量多、体积大、空间狭小且随工作面推移,环境不断变化的特点,设计了一种可以独立完成巡检任务的巡检机器人系统,通过在机器人上搭载三维扫描仪完成对地下空间工作面场景重建,并采用刚柔一体化的轨道设计来适应综采工作面环境。针对刚柔一体化轨道的设计特点,为了减少轨道连接件对巡检机器人惯性导航定位的影响,采用惯导/里程计增量组合导航完成对巡检机器人定位,实验表明此方案在40km的道路上测量定位精度能达到10-3量级。同时通过对巡检机器人经过轨道连接点时的陀螺仪数据动态分析,完成对轨道连接件的识别以及抖动点的检测,从而通过抖动检测实现分段滤波来提高巡检机器人的定位精度。实验结果表明,轨道连接件的判断准确,基于抖动检测的分段滤波能有效提升巡检机器人的定位精度。
顾及图像增强的煤矿井下视觉SLAM算法
冯玮(通讯作者), 姚顽强, 蔺小虎, 郑俊良, 高康洲, 相里海龙, 薛志强
摘要:
为提高视觉SLAM算法在煤矿井下环境中的适用性,提出一种顾及图像增强的视觉SLAM算法,该算法通过图像增强处理来提升视觉SLAM的整体性能。首先,设计了一种基于改进双边滤波的Retinex算法,对煤矿井下图像进行增强处理。将原始图像转换到HIS(Hue,Saturation,Intensity)色彩空间,并使用改进的双边滤波函数代替Retinex算法中的高斯核函数来估计亮度分量 的反射分量,再转换回RGB色彩空间,得到对比度提高且不受光照影响的增强图像。相较于单尺度Retinex(Single-Scale Retinex,SSR)算法和多尺度Retinex(Muti-Scale Retinex,MSR)算法,该算法处理后的图像未出现明显的泛白及光晕现象,图像质量得到了明显提升。其次,将该算法引入经典的ORB-SLAM2算法框架进行后续的位姿估计和建图。最后,为了验证本文算法的可行性和适用性,在煤矿巷道环境下进行了试验。结果表明,相较于ORB-SLAM2算法,本算法在煤矿井下具有更好的定位精度及建图效果,为矿井机器人视觉感知定位提供了重要的技术支撑。
冻融循环作用下不同含水率砂岩的抗拉特性研究
苗浩东, 任富强
摘要:
为了研究冻融作用和含水率对岩石力学特性的影响,开展冻融作用下不同含水率砂岩的巴西劈裂试验和声发射试验,探讨了含水率和冻融作用对砂岩抗拉特性的影响以及劈裂荷载下含水率、冻融次数与声发射特性的关系。结果表明:冻融次数和含水量增多都会对砂岩起到劣化作用,使其抗拉强度降低;当砂岩饱和度小于35%时,砂岩抗拉强度降低速率较为缓慢,饱和度大于35%后抗拉强度降低速率变快;随着含水率的增大,同一冻融次数下砂岩的振铃计数和累计能量峰值会不断降低,峰频信号也会减少且主要集中区延后出现;相同含水率砂岩随着冻融次数的增多,声发射信号减少,其振铃计数峰值呈现先升后降趋势,且主要峰频逐渐变小,冻融20次后主要峰频就已降到10kHz以下。
基于小波包多尺度模糊熵和加权KL散度的煤岩智能识别
李一鸣
摘要:
为实现综放工作面垮落煤岩的实时精准识别,提出基于小波包多尺度模糊熵和加权KL散度的煤岩智能识别模型。首先对顶煤垮落、岩石垮落和特殊工况(大块顶煤垮落)时的振动信号进行小波包分解,得到一系列频带;然后对各频带的序列进行粗粒化,同时计算各频带多个尺度粗粒化序列下的模糊熵,并把不同频带多尺度粗粒化序列下的模糊熵作为特征向量;通过比较“待测未知样本”特征向量与不同工况时样本的特征向量的加权KL散度值(其中,计算加权KL散度的权重值为振动信号小波包各频带的能量和该振动信号总能量的比值)来实现垮落煤岩的实时精准识别,并通过对比不同特征向量输入BP神经网络验证上述特征向量的有效性。试验结果证明了基于小波包多尺度模糊熵和加权KL散度的煤岩智能识别模型的准确性和有效性,且区别于传统垮落煤岩识别方法,该模型的建立几乎不影响综放开采的效率,为综放开采智能放煤的实现提供有效的理论基础和技术支撑。
煤岩异性结构面滑移失稳的触发机制及影响因素研究
陈曦, 刘广建(通讯作者)
摘要:
为了探究触发异性结构面(结构面两侧岩性不同)滑移条件及其影响因素,通过建立结构面力学模型,从理论分析方面推导结构面滑移解锁的判别公式,运用块体离散元UDEC数值模拟技术验证理论计算结构面滑移触发条件的准确性并分析结构面滑移的影响因素。结果表明:结构面解锁滑移与结构面倾角、结构面摩擦角及侧向应力与轴向应力的比值有关,当侧向应力等于轴向应力时,结构面始终处于闭锁状态;当侧向应力与轴向应力之比越大,结构面摩擦角越小时,结构面越容易滑移解锁;当结构面倾角相对较小时,较容易上行滑移解锁,反之,较容易下行滑移解锁;通过分析结构面上行滑移解锁与下行滑移解锁的影响因素,发现轴压值、围压值、摩擦系数值和接触面倾角均对结构面滑移解锁产生影响;当结构面倾角小于30°时,煤岩组合体不会发生滑移。该研究结果可为异性结构面滑移型冲击地压的治理提供数据参考和理论指导。
无反复支撑超前支护智能控制系统研究与实践
韩哲(通讯作者)
摘要:
无反复支撑技术具有支护效率高、适应性强、对巷道原有支护系统没有反复破坏等优点,是目前最可靠的超前支护方式,针对该技术工艺的特点,提出了无反复支撑超前支护智能控制系统。首先,通过分析无反复支撑超前支护工艺的被控需求,提出了感知、控制、执行3项关键技术;其次,基于系统的控制功能和任务流程,提出了系统的总体架构;基于姿态、障碍物识别、压力以及位置和速度信息的多传感融合技术手段,提出了控制和执行的多工况运动控制策略;针对运输顺槽超前支护“转-运-支”一体样机,研发了自动控制系统和障碍物视觉识别传感器,地面试验结果表明:自动循环移架功能运行稳定、响应快速、视觉传感器识别精度达厘米级别,能够反映出控制系统的稳定性与可行性;最后,提出形成智能控制系统尚待解决的关键问题:控制模型和自适应控制算法,边缘智能传感器,虚拟仿真平台。
一种快速接钻杆方法在大功率电液钻机应用
邢望(通讯作者)
摘要:
针对大功率电液钻机接钻杆耗时长、效率低问题,本文提出一种快速接钻杆方法,该方法利用传感器、PLC、电磁阀组成闭环控制,实现机械部件精准运行,在下钻接钻杆过程中,钻杆抓取过程采用机械臂闭环联动方法,优化了钻杆运行轨迹,缩短了运行时间,钻杆连接过程采用动力头同步上扣方法,有效抵消动力头回转和前进复合动作带来的刚性冲击、匹配不加而造成的丝扣损坏;在提钻接钻杆过程中,采用差值位移同步法,有效解决常规方法中动力头卸扣和机械臂卸钻杆对接等待时间过长、与上卸钻杆干涉等问题,通过工业性试验,本文方法在下钻接钻杆过程中较常规方法用时节省179秒,提钻用时节省41秒,大大提高了接钻杆效率。
矸石层形态对掘锚机截割特性影响仿真分析
梁旭, 郭佳毫(通讯作者), 常毛毛, 曲兴家, 张黎
摘要:
为分析矸石层形态对掘锚机截割特性的影响,利用EDEM与RecurDyn软件耦合模拟掘锚机在不同形态矸石层下的截割过程,分别从滚筒截割性能、滚筒位移和滚筒振动三种方面进行分析。研究结果表明:矸石层对滚筒截割特性有一定影响,且不同形态矸石层对滚筒截割特性影响也不同。在滚筒截割性能方面,斜矸石层的影响最大,相比于全煤层条件下,截割阻力均值增长了35.61%,载荷波动系数分别增长了26.79%、25.39%和61.28%,截割比能耗增加了37.21%;在滚筒位移方面,斜矸石层的影响最大,相比于全煤层条件下,滚筒位移缩短了89mm;在滚筒振动方面情况较为复杂,在0-1s由于掘锚机并未处于稳定工作状态,滚筒产生的振动较大,随后滚筒振动逐渐趋于稳定直至结束,此过程中滚筒斜矸石层产生的振动要略大于另外两种矸石层。
基于局部敏感哈希的高效K-means聚类算法
魏峰, 马龙(通讯作者)
摘要:
针对大型数据集的高效处理策略是煤矿安全监测智能化、采掘智能化等煤矿智能化建设的关键支撑。针对K-means算法在面对大型数据集时聚类高效性及准确性方面表现不足的问题,提出了一种基于局部敏感哈希的高效K-means聚类算法,首先基于局部敏感哈希算法提出具备数据合理划分与噪声点筛选能力的子数据组构建算法LSH-G,并将其与密度偏差抽样方法相结合,提出能更真实反映原始数据集分布规律的样本集构建算法LSH-GD,最后对基于LSH-GD的K-means算法在聚类准确性与高效性方面的提升效果进行了实验验证。结果表明基于LSH-GD的K-means算法在聚类准确性与高效性方面均展现出明显提升。
融合现实噪声的煤矿低光照增强网络图像处理技术研究
李正龙, 王宏伟, 曹文艳, 张夫净, 王宇衡
摘要:
本文针对煤矿井下低光照图像增强过程中的未考虑现实图像噪声和增强不均衡的现象问题,提出一个基于Retinex理论融合现实噪声的低光照增强网络对煤矿井下低照度图像进行增强。该网络在ResNet基础上融合了非对称卷积与注意力通道模块,并对Retinex的光照分量和反射分量进行解耦,然后通过训练优化得到最终增强结果。实验结果表明,该方法能够对低光照图像进行显著增强,并且相对其他方法对图像中多光源区域进行抑制,具有较高的准确性以及鲁棒性。
基于VMD的小电流接地系统融合故障选线方法
孙孔明, 李玉敦, 范荣奇, 薛永端, 庞清乐(通讯作者), 徐宪泽
摘要:
针对煤矿配电网发生单相接地故障时故障选线准确度低的问题,提出了基于变分模态分解(VMD)的小电流接地系统融合故障选线方法。首先,利用VMD将暂态零序电流分解为本征模态函数,并提取有效模态分量;其次,计算有效模态分量的暂态能量和波形相似度;然后,根据各出线有效模态分量的暂态能量和波形相似度,制定小电流接地系统的融合故障选线判据;最后,利用电磁暂态仿真软件ATP/EMTP搭建了煤矿配电网模型,并对所提出的故障选线方法进行验证,仿真结果表明,在各种接地故障情况下,所提出的故障选线方法均可以实现准确故障选线。该故障选线方法不受故障类型影响,适用于各种小电流接地系统。
液压锚杆钻车锚杆间排距自动定位研究
赵欣悦
摘要:
无人化、自动化与智能化是未来煤炭井下开采的发展趋势,安全高效的开采离不开煤矿先进装备与配套设备及快速支护技术的研究。针对目前煤矿井下锚杆支护工作强度大、效率低、安全性差等问题,为提高井下支护设备智能化程度、提升井下支护效率,结合国内外液压锚杆钻车工作现状,提出一种液压锚杆钻车锚杆间排距自动定位方案,并对其进行工作空间分析和孔序规划研究。以CMM2-36型煤矿用液压锚杆钻车的整机工作参数和钻臂结构为基础模型,结合运动学理论、蒙特卡洛算法、五次多项式插值算法,以实现液压锚杆钻车锚杆间排距自动定位为目标,对液压锚杆钻车钻臂的运动学正逆求解、孔序规划等方面进行了较为详细的研究。首先,基于D-H参数法建立六自由度钻臂的运动学模型,在MATLAB中对钻臂进行了正逆运动学分析,基于蒙特卡洛算法对钻臂工作空间进行了分析,得到钻臂工作最大空间范围;其次,采用五次多项式插值算法对钻臂进行孔序规划,实现最优钻孔路径。基于本文提出的方案,在MATLAB中对钻臂自动排距定位进行了仿真实验,仿真结果表明:在满足掘进巷道支护要求下,锚杆钻车钻臂能够在6600 mm×5500 mm的巷道顶板上实现单排10位置锚杆间排距和自动定位的操作。使钻车具有锚杆孔自动定位、锚杆间自动排距的功能。
覆岩载荷扰动下平硐围岩变形分析及支护优化研究
柴敬, 刘泓瑞(通讯作者), 张丁丁, 刘永亮, 韩志成, 田志诚, 张锐新
摘要:
针对平硐围岩稳定性受覆岩载荷扰动影响的问题,采用数值模拟、现场实测、理论分析等手段对平硐围岩的稳定性及支护优化进行研究。提出了基于光纤光栅传感器的在线监测系统对平硐围岩状态进行实时监测,从监测系统、传感器布置、数据采集分析等方面提出了平硐变形监测技术方案,通过数值模拟和现场验证证明FBG传感器用于平硐围岩监测的可行性。现场监测结果表明:顶板受扰动较为明显,下沉量增幅较大,顶板离层值达30mm,拱顶中央出现裂缝,两帮移近量16.2mm,在现有料石砌碹支护条件下围岩稳定性较差。因此本文设计了一种“锚杆+T型钢板”的支护方式对其进行优化,通过数值模拟对其支护效果进行验证,结果表明:支护后在覆岩载荷扰动下顶板下沉量为11.3mm,两帮移近量为12.04mm,平均降幅达48.8%。,平硐围岩的变形得到有效的控制。
基于改进支持向量机的微震初至波到时自动拾取方法
李铁牛, 胡宾鑫(通讯作者), 李化坤, 耿文成, 郝鹏程, 纪旭波, 孙增荣, 朱峰, 张华, 阳铖权
摘要:
微震初至波自动精确到时拾取是实现微震震源高精度定位的重要前提。针对传统人工拾取方法效率低、而自动初至波拾取普遍采用的长短时窗能量比(STA/LTA)法对低信噪比信号拾取精度低的问题,提出了一种基于改进支持向量机的微震初至波自动拾取方法。首先,根据微震信号的振幅、能量和相邻时刻的能量比作为特征对信号标记不同类别,然后用粒子群算法和网格搜索法优化参数,构建微震初至波支持向量机模型,最后代入数据提取微震初至波。采用某金矿井下巷道微震监测数据进行实验,结果表明,在低信噪比情况下,所提方法对微震初至波的拾取准确率达96.5%,平均拾取误差为10.6ms,拾取准确率和精度均优于STA/LTA法。
基于整体最优原则的矿山电网瞬时电流速断保护整定策略
于群, 崔国亮, 古锋, 刘韬
摘要:
瞬时电流速断保护简单可靠、动作迅速,是矿山电网继电保护的重要环节。为降低矿山电网中越多级跳闸事故发生的概率,防止井下配电点线路短路导致井上保护动作,针对各级变电所高压出线开关配置的瞬时电流速断保护,给出了一种基于整体最优原则的保护整定策略。分析了矿山电网短路电流分布特征和传统单一整定方法存在的问题,定义了系统阻抗比、系统线路阻抗比、线路阻抗比三个指标表示不同短路电流分布场景的特征关系式和各整定方法满足要求的条件,判定不同短路电流分布场景下瞬时电流速断保护所适用的整定方法,并给出相应的最优整定策略流程。最后以典型矿山供电线路为算例进行整定计算,结果表明,利用所提整定策略能够有效减少矿山电网中越多级跳闸事故的发生,从而验证了所提策略的可行性。
煤矿井下视频雾浓度检测及实时去雾方法研究及应用
郭志杰, 南柄飞, 王凯
摘要:
煤矿井下工作面在生产状态下由于喷雾除尘操作引起场景雾气浓度动态变化,导致可视化视频图像画面模糊不清,严重影响煤矿井下可视化远程干预性采煤控制及操作。针对这种现象和问题,本文提出一种煤矿井下工作面视频雾浓度检测及实时去雾方法。基于颜色衰减先验的含雾视频图像亮度值和饱和度值差异实现雾浓度检测,实现视频去雾处理系统的动态启停;在实时去雾过程中,使用颜色衰减先验对视频时间连续性因子进行矫正,解决由于雾气实时飘动引起的去雾后视频图像画面闪烁现象。实验结果表明,本文提出的煤矿井下工作面视频雾浓度检测方法可以准确检测视频序列图像中的雾气浓度,含雾图像和去雾图像的均值平方误差表明,去雾方法有效抑制了去雾结果图像画面的闪烁现象,达到40 帧每秒的实时去雾效果,为煤矿安全生产提供清晰的远程可视化视频图像。
面向综采工作面的自动化软件设计与应用
李重重, 刘清, 刘军锋, 冯银辉
摘要:
面向综采工作面设计研发了自动化软件,提出了针对煤矿开采场景的分层架构,通过驱动层与设备双向通信,采集设备数据后上传至数据模型树,以数据模型驱动界面可视化,采用多种可视化技术为用户提供丰富的交互界面,实现了综采设备的实时监测和远程集中控制功能。部署方式上采用分布式部署,应用效果表明,自动化软件提升了综采工作面自动化水平,达到了减员提效的目的。
矿用5G通信演进技术研究
李晨鑫
摘要:
矿用5G是智能矿山建设的基础技术及系统,为满足智能矿山多样化的应用需求,矿用5G需要依托演进5G(5G-Advanced)通信技术,实现从增强移动宽带(eMBB)向超低时延高可靠(uRLLC)和海量机器连接(mMTC)场景的全面覆盖。本文总结了矿用5G现有技术系统及部署应用现状,梳理了智能矿山应用的演进需求,系统研究了3GPP Release 17的5G演进技术,指出轻量化终端技术(RedCap)能够满足矿井无线传感器、无线视频监控、智能穿戴设备的传输需求,直连通信技术能够满足矿井自动驾驶和应急通信的传输需求,面向工业互联网IIoT的NR定位技术能够满足通信定位融合一体化的技术需求,是矿用5G通信演进的关键技术。研究了面向全连接矿井、支持多链路无线接入、具备初步通信感知一体化能力的矿用5G通信演进技术及系统架构,为矿用5G技术及系统演进发展提供方向。
保德煤矿智能综放工作面建设路径及关键技术
邬喜仓, 张学亮, 阮进林, 王志强
摘要:
保德煤矿是国家能源集团安全智能化建设示范煤矿之一,智能综放工作面建设是示范煤矿建设的重要一环。保德煤矿在智能综放工作面建设推广应用过程中,立足81309综放工作面实际条件,以两个科研项目为依托,按照统一规划、标准先行,注重实效、突出特色,分级实施、重点突破等3项原则进行智能综放工作面建设,现阶段建设效果达到山西省中级智能化水平。重点阐述了保德煤矿智能综放工作面建设涉及的5项关键技术。对采煤机进行升级改造,采用光纤复合电缆与5G相结合的通讯方式,实现惯导系统数据传输高效稳定;基于透明地质的综放工作面智能规划协同开采系统,构建了有限透明开采模型;形成了保德煤矿智能综放开采10阶段工艺模型,实现中部跟机自动化采放、三角煤区域自动开采;采用振动和视频煤矸识别技术,建设智能综放煤矸识别系统,建成基于透明开采的“采-支-识-放-运”各环节智能自适应的智能综放开采工作面。对保德煤矿智能综放工作面建设从辅助作业机器人应用、智能综放开采模式、智能开采人才培养等方面进行了展望,为类似条件下智能综放工作面的建设提供有益借鉴。
基于机器视觉的多场景输送带跑偏检测方法
王锴, 曾祥进, 黎新, 张锐, 徐成
摘要:
针对散装物料运输过程中由于场景变化和相同场景下光照变化导致皮带跑偏的问题,本文提出了一种改进的适应多场景的皮带边缘检测方法。首先根据先验知识获得图像感兴趣区域并对其进行预处理;然后充分挖掘输送带边缘信息,并用梯度滤波对暗环境边缘加强;最后基于分治法提出一种筛选排序算法对传送带边缘进行识别和定位。通过在不同场景下的皮带跑偏实验结果表明,平均每百张图片处理时间为6.94s,皮带跑偏识别准确率超过95%,四路视频同时运行时CPU占有率132%,能够达到实际运输中的处理时间、精度以及成本要求。提升了不同场景下的跑偏检测的适应性。
低位巷瓦斯抽采条件下采空区遗煤自燃规律研究
范加锋
摘要:
为了解决工作面上隅角瓦斯超限问题,多选择煤层顶板布置低位巷抽采瓦斯方式进行治理。采用COMSOL软件建立非均质采空区三维流-固-热多场耦合数学模型,通过现场实测与模拟结果对比,进而研究巷道布置方式、瓦斯抽放量对解决上隅角瓦斯超限及采空区自燃氧化带分布的影响。结果表明:低位巷抽采瓦斯能够降低工作面上隅角瓦斯浓度;抽采量与上隅角瓦斯浓度呈反比,而与采空区自燃氧化带最大宽度呈正比;内错距与上隅角瓦斯浓度呈正比,而与采空区自燃氧化带最大宽度呈反比;结合数值模拟与其他工程实践,付家焉煤矿低位巷内错距及瓦斯抽采量分别采用15 m和45 m3/min,在不显著增加自燃危险区域的同时有效解决上隅角瓦斯浓度超限问题。
基于残差自注意力的综采工作面目标检测算法
王科平, 连凯海(通讯作者), 杨艺, 费树岷
摘要:
摘要:综采工作面关键设备及人员的准确检测是实现煤炭智能化开采信息感知的重要一环。但工作面因环境复杂,常用检测算法检测结果不准确且网络参数多计算量大,不利于工业部署,为此,提出一种融合残差自注意力的高性能轻量级目标检测算法。首先,为解决井下复杂环境目标难以检测问题,在CSPDarkNet53网络中融入Transformer的自注意力模块,确保局部上下文信息的同时增强全局信息获取能力,提升待检测目标的显著度,进而提高目标检测精度;其次,为适应综采工作面目标检测高效性需求,构建融合深度可分离卷积的轻量级检测网络,减少模型参数量和计算量。实验数据来源于真实煤矿调度室拍摄视频,裁剪为29,569张图片用来训练和测试。与常用的3种目标检测算法作比较,实验表明,所提算法可以在井下复杂环境下对目标准确检测,在参数量降低48%,模型大小降低48%,计算量降低35%的前提下,mAP达到92.59%,明显优于其他常用目标检测算法。
一种基于图像融合和CornerNet-Squeeze的煤矿井下行人 检测方法
邹盛(通讯作者), 周李兵, 季亮, 于政乾
摘要:
在井下无人驾驶和安防监控等领域中,对行人目标的检测至关重要,但受井下低照度、粉尘等特殊工况环境的影响,图像中行人存在边缘纹理细节少、信噪比低、受背景信息影响大的问题,难以有效识别多尺度下的行人目标。针对上述问题,提出了一种基于图像融合和CornerNet-Squeeze的煤矿井下行人目标检测方法。首先,采用TIF算法将红外传感器和深度传感器采集的图像进行像素级融合,充分结合两者的优点,再进行形态学处理,减少背景干扰;然后,在CornerNet-Squeeze目标网络模型的基础上,将八度卷积OctConv连接引入沙漏主干网络之后,处理图像特征中高低频信息,增强图像边缘特征,提高小目标行人的检测能力。实验结果表明,融合图像数据集训练的模型的mAP高于红外和深度图像数据集;改进的CornerNet-Squeeze-Oct相较于CornerNet-Squeeze,在不牺牲原有算法的实时性基础上,有效提升了井下行人检测的mAP。
数字孪生在煤矿电网应用中的机遇和挑战
赵建文, 孟旭辉
摘要:
煤矿井下潮湿、空间狭窄,存在瓦斯、煤尘爆炸等风险,煤矿电网的智能化相比地面电网低,有巨大发展潜力。数字孪生是一种利用数据对物理对象的状态和运行进行动态仿真建模的方法。本文立足于数字孪生的基本概念,从科学和工程两个角度剖析了煤矿电网数字孪生模型提出的背景和目的,探索了其辅助煤矿电网运行的手段和自身的特点;并且围绕此模型,进一步设计了煤矿电网数字孪生体系的框架和其运行模式;同时提出并探讨了建立煤矿电网数字孪生体系需要研究和推进的关键技术;最后从安全和高效的角度系统性的研究了数字孪生在煤矿电网上的应用。通过研究数字孪生技术在煤矿电网中的应用,结合当今加快智慧矿山发展的背景,一方面可以推进煤矿电网的智能化,对实现煤炭资源的高效绿色开发具有重要意义;另一方面,也会推动数字孪生技术和数据科学在煤矿工程中的应用。
不同预氧化程度焦煤CO2冷却后二次氧化实验研究
王庆国, 周亮
摘要:
为探究不同氧化程度焦煤经过CO2气体和干空气冷却后对煤二次升温氧化的影响,实验采用程序升温装置,模拟煤升温的环境条件,分析煤经过初次氧化并分别通CO2气体和干空气冷却至常温后,二次氧化过程中耗氧速率、CO产生速率、CO2浓度和表观活化能值。实验结果表明,与干空气冷却相比,通入CO2冷却的煤样二次氧化初期,煤样吸附大量CO2,CO2阻碍煤与氧气接触,导致相同预氧化温度的煤样反应程度减弱,耗氧速率和CO产生率减小,活化能值增加;预氧化温度越高,氧化煤在CO2冷却至30℃的条件下吸附的CO2越多,活化能值越大,反应需要的能量越多,煤氧反应更难进行。
基于改进变分模态分解的矿用高压电缆局放信号去噪研究
李春锋(通讯作者)
摘要:
针对矿用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆局部放电(Partial Discharge,PD)信号存在大量白噪声和周期性窄带干扰的问题,提出了一种基于改进变分模态(Variational Modal Decomposition,VMD)分解的矿用高压电缆局放信号去噪方法。首先利用Spearman相关系数对VMD算法中的K进行优化,再将含噪信号分解成一系列本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF);通过峭度准则将IMF区分为噪声主导分量与PD主导分量;对噪声主导分量进行改进小波阈值去噪,对PD主导分量利用粗糙惩罚法进行平滑处理;将处理后的IMF进行重构,最终得到去噪信号。仿真和实测信号结果表明:该方法能有效地将PD信号中的噪声去除,与完全集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition,CEEMD)算法相比,信噪比提高了46.29%,均方误差降低了32.61%,具有优良的去噪性能。
CL复合电路火花放电特性的仿真与分析
李良光, 闫崇(通讯作者)
摘要:
基于现阶段对CL复合电路放电特性的研究不是特别的全面,于是,对CL复合电路的放电原理进行研究,得到了两种不同的状态,分别为振荡以及非振荡两种状态。非振荡状态因有前人进行了研究,因此,主要对振荡状态进行研究,分析了本安电路的原理,推导出CL复合电路的火花电流、火花功率以及火花能量的数学模型,利用MATLAB对电源电压、滤波电容、电感参数进行仿真,得到三维图以及二维图,分析电源电压、滤波电容、电感对CL复合电路的放电特性的影响。结果表明:随着滤波电容的增大,火花电流、功率和能量都会随着增大;随着电感的增加,对电流的阻碍越大,火花功率和火花能量都会减小;随着电源电压的增大,火花电流、功率以及能量均会增加。
采煤机作业区域人员精确检测方法研究
魏东(通讯作者), 王忠宾, 司垒, 谭超, 路绪良
摘要:
采煤机作为综采工作面的关键装备之一,其智能化是实现少人化、无人化开采的必要条件。当前的智能化采煤机已经具有三维定位、记忆截割和远程监控等功能,但缺少采煤机作业区域误入人员的检测和预警保护功能,一旦出现井下人员误入其作业区域,将会带来严重的安全事故。为实现采煤机作业区域人员的安全保护,如何建立一套精确有效的人员检测系统是当前亟待解决的关键问题之一。针对综采工作面具有低照度、工况环境复杂多变的特点,提出了基于红外热成像技术的采煤机作业区域人员精确检测方法。分析了综采工作面红外图像噪声特征,提出了基于高斯掩码改进的多级导向滤波模型;基于Lucas-Kanade光流法和模糊分割理论,实现了动态背景下的移动前景目标运动信息提取并对红外场景信息进行分割;结合移动目标运动信息和红外场景分割结果,构建了基于形态学理论的权重投票法,实现了采煤机作业区域人员的精确检测。最终,在河南大有能源有限公司义煤集团耿村矿21208综采工作面进行了井下工业性试验,试验结果表明:采煤机作业区域人员检测系统于实际综采工作面的人员跟踪偏差低至0.1065像素宽度,重合比为96.10%。采煤机作业区域人员精确检测是实现有效人员安全保护的前提,该系统的建立为智能化综采工作面的安全生产提供技术支撑。
厚硬顶板多煤层开采煤柱型冲击显现机制研究
杨伟, 兰世瑞, 李振雷, 张传玖, 李红平, 钟涛平, 宋大钊, 周超
摘要:
为了对厚硬顶板条件下煤柱型冲击显现机制进行研究,本文采用理论分析、数值模拟、现场监测等手段,研究了厚硬顶板多煤层开采条件下的覆岩运移特征,分析了工作面冲击显现机制并讨论了后续开采过程中潜在冲击危险性。结果表明:受区段煤柱、厚硬顶板及超前支承压力影响,工作面中下部区域及区段煤柱附近围岩应力及支架压力明显大于上顺槽区域,容易产生煤柱型、厚硬顶板垮落型冲击地压;当工作面接近上覆“刀把形”采空区边界时,上覆I010405采空区边界应力可以向下传递至I010203工作面,与侧向及超前压力相互叠加,构成支承应力,从而造成I010203工作面冲击危险性进一步增大,应在此阶段加大防治力度以顺利度过危险区。现场监测的冲击危险性与理论分析结果一致。研究结果可为相似条件的矿井工作面冲击地压防治提供借鉴。
井下履带式探测机器人研发与运动抗扰控制研究
单杰, 关丙火
摘要:
针对当前井下矿灾后探测和救援难题,本文研发了面向复杂地面环境的六摆臂履带式探测机器人。首先对机器人整机结构,尤其是移动底盘进行了整体结构设计,分析了机器人典型作业的工况参数。其次,针对机器人在复杂地面的高效运动控制问题,设计了机器人控制系统的驱动方案。在机器人运动驱动系统上,对两侧履带驱动的永磁同步电机(PMSM)进行了数学建模和磁场定向控制研究(FOC)。针对传统直接转矩控制系统存在抗干扰性能弱、磁链脉动大等缺点,设计了基于自抗扰的速度环控制和基于PI控制器的电流环控制算法,用以提升电机扰动抑制能力和快速运动性能。最后与双PI环的算法进行了对比试验验证,试验结果表明:采用抗扰控制算法的机器人PMSM系统的运动响应快速无超调、抗干扰能力更强,能有效提升机器人运动的爬坡越障性能和作业稳定性。
基于音频特征融合Res-CNN-LSTM网络的带式输送机运行状态预测
孙杰臣(通讯作者)
摘要:
摘 要:为了解决使用接触式传感器、机器视觉对矿用带式输送机的运行状态监测存在安装不便、稳定性差,且缺少对带式输送机运行状态预测的问题,提出基于音频特征融合Res-CNN-LSTM网络的带式输送机运行状态预测的方法。首先对音频信号进行滤波去噪,然后采用梅尔倒频谱法(MFCC)提取信号的一维梅尔倒频谱系数MFCC0,作为网络模型的输入;考虑到网络模型加深会导致过拟合和性能退化,引入残差块对网络模型进行优化。以实验室带式输送机平台进行试验,实验过程中不断优化网络模型参数,结果表明,音频信号可以获取带式输送机更多的运行状态信息;与其他模型相比,所设计的网络模型预测准确率最高,且训练时间短;同时在不同的工况下验证了该模型具有较高的鲁棒性。
基于OPC UA 的智能化综采工作面信息模型
杜毅博, 张乘风, 巩师鑫
摘要:
煤矿智能化的基础是实现信息集成和互联互通,统一的通信协议与信息模型是解决煤矿信息孤岛问题的关键。本文针对基于OPC UA 的智能化综采工作面信息模型及其应用展开研究,旨在解决工作面设备监控、功能信息快速集成管理问题。在研究综采工作面OPC UA信息交互网络架构的基础上,分析满足于综采工作面智能化的功能模型和信息流,提出综采工作面信息模型架构应包括静态属性集、监控属性集与功能属性集组成,并对信息模型各类元素进行了分析和建模;进而对综采工作面信息模型进行实例化,实现数据采集、数据传输以及软件开发之间的快速数据映射,并在某矿进行实际应用,证明了智能化综采工作面信息模型的实用性,为下一步进行工作面数据融合与各类智能化功能的开发奠定数据基础。