工矿自动化

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乔心州, 武琛琛, 刘鹏, 樊红卫, 毛清华

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煤含矸率是煤质量指标之一，通过对原煤中的矸石进行分拣可以提高煤的品质。随着煤矿企业朝着智能化、少人化方向发展，采用机器人分拣已经逐渐替代传统分拣方法。为了保障煤的含矸率达到要求，提高煤的品质，采用故障树分析法对柔索驱动拣矸机器人系统分拣可靠性进行研究。首先，从机器人系统的结构组成和分拣原理出发，分析机器人系统分拣可靠性影响因素，采用演绎法构建机器人系统的分拣故障树模型；其次，根据分拣故障树结构得到顶事件的概率表达式，考虑机器人工作环境的复杂及煤矸石不确定性分布，将故障树底事件发生概率考虑为区间变量，根据区间运算法则、性质公式以及顶事件的概率表达式得到分拣故障树顶事件概率区间参数，结合设计要求计算出反映系统分拣可靠性程度的非概率可靠性指标；最后，基于非概率可靠性指标公式及模糊重要度定义提出一种区间重要度指标，对分拣故障树底事件的区间重要度进行求解并排序，找出机器人系统的薄弱环节并针对性提出一些改进措施。结果表明：柔索驱动拣矸机器人系统分拣可靠性程度满足分拣可靠性要求，煤矸石流瞬时含矸率增大和工业相机故障是影响其分拣可靠性的重要因素，所提改进措施对提高分拣效果有一定参考价值

不同含水率煤体裂纹扩展及破坏模式研究

刘琦(通讯作者)

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摘要:
为研究水分侵入对煤体裂纹扩展及破坏模式的关联性影响，本文通开展了不同含水率煤体单轴压缩试验及声发射监测，对比研究水分侵入条件下煤体应力-应变特征、宏观破坏形态及累积振铃计数变化规律。试验结果表明，随含水率增加，煤体单轴抗压强度及弹性模量持续降低，峰后阶段内应力-应变曲线呈现多峰结构变化，煤体应力跌落逐渐趋于平缓，煤样的宏观破裂形态则由典型的脆性破坏向剪切-拉张组合破坏模式转变。此外，声发射振铃计数幅度随煤体内含水率的增加而不断降低，但曲线斜率却相应增大，表明水分侵入会降低煤体裂隙发育时的能量释放，但加剧了煤体内部结构损伤。研究结果说明水分的侵入削弱了裂隙表面晶体颗粒间的相互摩擦，从而增加了滑动破坏的可能性；同时煤中水分也减小了煤体表面活性能，导致煤样失稳破坏过程中裂隙产生的数量显著增多，从而造成煤体宏观力学强度的跌落。

基于深度神经网络的综采工作面视频目标检测

杨艺, 付泽峰, 高有进, 崔科飞, 王科平

<摘要>(3) <PDF>(0)

摘要:
综采工作面主要设备与人员的识别是煤矿信息智能感知的重点方向之一。工作面环境复杂，煤尘及水雾影响严重，且光源单一，RGB色彩空间特征稀疏，给设备和人员检测带来极大困难。为此，本文提出一种工作面视频目标检测的整体解决方案，涵盖数据集制作、深度神经网络构建、视频流管理、及工程部署等。其中，为克服视频样本采集面临的各种不利条件，在数据集制作时，综合目标与背景的特征，扩展样本在工作面生产场景的覆盖面，为多变性复杂场景下提升目标检测的鲁棒性奠定基础；为提高工作面视频目标的检测精度和实时性，在Darknet结构基础上构建一种轻量化的深度神经网络，引入相对较少的权重，在不损失跟踪精度的基础上，可加快神经网络的收敛速度；同时，深度神经网络经过TensorRT转换，对网络运算进行加速，使其具备实时处理视频流的能力；针对工作面存在大量视频源的问题，采用Gstreamer完成对视频流的编码、推理、解码、展示等环节进行插件化管理，并在此基础上，综合TensorRT加速模型，实现工作面多路视频目标检测的工程部署。实验及工程实际运行效果表明：本文提出的工作面视频目标检测框架，在数据集中的mAP为96.48%，召回率为95%，IOU为76.02%；同时视频检测的FPS可达67帧/s。

面向煤矿巷道环境的LiDAR与IMU融合定位与建图方法研究

马艾强(通讯作者)

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摘要:
针对矿井发生灾害时难以准确估计井下环境现状的问题，提出一种激光雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)与惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)融合的实时定位与建图方法。该方法引入一种适应于煤矿井下分层位姿估计的策略，在点云匹配时融合IMU进行分层位姿估计，优先匹配面特征，然后进行线特征匹配，在保证精度的同时，提高了位姿估计的实时性；在后端设计了一种新的因子图优化模型，通过插入关键帧因子、IMU因子、局部地图因子，采用基于贝叶斯树的因子图优化算法对变量节点进行增量式优化估计，从而能够在矿井巷道环境中提高定位和建图精度，降低全局累积误差。最后，在煤矿巷道和狭长走廊等具有挑战性的场景下对所提出的方法进行实验验证，并与主流LeGO-LOAM、LIO-SAM进行定性定量对比分析。结果表明，该方法三轴方向的误差均值和中值均小于0.32m，在煤矿巷道环境下可以实现良好的定位和建图效果。该方法可为煤矿井下移动机器人自主定位和导航提供技术支持。

基于改进SSA-LSTM的浓缩池溢流水浓度预测模型研究

张洋洋, 樊玉萍, 马晓敏, 董宪姝, 金伟, 王大卫

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摘要:
浓缩池溢流水浓度监测是选煤厂煤泥水实现智能加药的关键。本文针对当前工业生产中基于传感器直接反馈调节加药量存在的在线实时监测难、控制精度低等问题，提出了改进麻雀优化算法优化长短期记忆神经网络的溢流浓度预测模型，将预测模型加入反馈过程，克服传感器检测数据时在时空上滞后性，从而实现实时监测，精准控制。通过MATLAB平台实现了模型的构建与超参数的优化，接着对溢流浓度多参数时间序列进行相关性分析和基于数字信号处理技术的降噪处理，首先将原始数据经过移动均值滤波和Savitzky-Golay平滑去噪法减少噪声和随机误差；其次引入混沌映射、螺旋捕食和萤火虫扰动策略联合改进麻雀搜索优化算法，加快算法收敛速度，提高其全局寻优能力，以此来优化LSTM的相关超参数，从而构建出ISSA-LSTM溢流浓度预测模型；最后以RMSE和MAPE作为模型性能的评价标准，并使用煤泥水浓缩沉降工艺过程中的实际监测数据对神经网络模型进行实验验证，与典型的双层LSTM、SSA-LSTM、LSSVM模型进行对比，以检验本方法的优越性。结果表明，提出的ISSA-LSTM溢流浓度预测模型具有更高精度，对煤泥水浓缩过程的溢流浓度的实时监测以及加药量精准调节具有一定的理论指导意义。

选矸机器人路径优化研究与应用

黄金凤, 张建喜, 于江涛(通讯作者), 苗术佶

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煤和矸石分选是洗选煤过程中的重要环节。为了实现煤和矸石的自动化分选，解放人工，提高售煤品质，应用机械手完成选矸作业已成为发展趋势。本团队设计的选矸机械手已在选矸工业现场成功应用，为了进一步提高该选矸机械手的作业效率，提出了一种适用于传送带运载的煤和矸石动态分拣路径规划方法。进行了多目标状态下优先处理原则的研究；在满足额定力矩的条件下，基于3-4-5次多项式轨迹规划方式，提出了“梯”型作业路径与“V”型作业路径两种动态分拣路径规划方法，并利用matlab对这两种动态分拣路径进行仿真分析，分析结果表明“V”型路径比“梯”型路径选出效率提高了42%。最后，将提出的“V”型作业路径在工业现场使用的选矸机械手上进行了应用，应用结果表明，使用“V”型作业路径后，选矸机械手的选出效率提高了19%。

基于离散元法的采煤机螺旋滚筒优化及截割策略研究

李明昊

<摘要>(10) <PDF>(0)

摘要:
螺旋滚筒是采煤机截割煤岩的直接机构，螺旋滚筒设计变量和截割策略的合理设计对采煤机的截割性能有着重要的影响。为提高采煤机的截割性能，基于煤岩物理力学特性参数测试实验结果，利用离散元分析软件（EDEM）对采煤机螺旋滚筒的装煤性能进行数值模拟。设计螺旋滚筒的三因素三水平的正交试验，分析滚筒螺旋升角、直径、筒毂直径、截深、牵引速度和转数对装煤性能的影响规律及显著程度,得到螺旋滚筒最优的几何参数和截割策略方案。优化后的螺旋滚筒装煤率为76.39%，较优化前提高了26.12%。基于此研究方法，实现采煤机装煤性能的定量分析，为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效的途径。

基于EWT和FCM算法的矿用千米定向钻机动作识别方法

向学艺, 雷志鹏, 栗林波, 任瑞斌, 李杰, 王飞宇

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针对目前煤矿千米定向钻机智能化水平低，缺少动作识别方法的问题，本文提出了一种基于经验小波变换（Empirical Wavelet Transform，EWT）和模糊C均值（Fuzzy C-means，FCM）聚类算法的动作识别方法。实验研究表明钻机执行不同动作时其电机、液压泵和联轴器的振动信息的经验小波函数体现出不同的特征，EWT变换的时频谱图表明电机轴向、液压泵轴向和联轴器垂直径向振动信号可作为动作识别原信号组，其中液压泵轴向振动信号的特征量的聚类性能最好。基于实际数据的动作识别表明，FCM算法可以实现对钻机动作类型的识别，待识别动作与标准识别特征量之间的隶属度大于0.9时，识别准确率达到96.8%。

正、逆断层上盘开采冲击地压危险性数值模拟研究

魏世明, 王富莹, 张泽升, 靳梦帆

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为得出断层类型对工作面开采过程的影响，以耿村煤矿为背景，借助理论分析、数值模拟等方法，研究了正、逆断层条件下上盘开采冲击地压发生的危险性。通过建立力学模型，对断层面岩块进行了受力分析，得出了岩块上下滑移的条件；建立了正断层数值模型，将工作面布置在上盘，研究了开采时断层面不同位置处应力及滑移量变化过程，得出了工作面距断层80~10m范围内断层活化程度及冲击地压危险性；建立了逆断层数值模型，研究了上盘开采时的应力分布及变形量演化规律；通过两种条件下冲击地压危险性的对比分析，结果表明，开采过程会对断层产生影响并导致断层面处应力的变化，在工作面距断层小于40m后变化趋势更为明显；逆断层上盘开采时顶板处的滑移变化量稍明显于正断层开采，更易导致断层的活化，因此发生冲击地压的危险性稍大。本研究为工作面开采过程冲击地压的防治提供了理论依据。

基于应变监测的综放开采底板变形破坏特征

侯俊华

<摘要>(10) <PDF>(0)

摘要:
为了探究兖州煤田特厚煤层综放开采矿压对底板变形破坏特征，以东滩煤矿1305工作面为背景，采用应变感应法、钻孔成像技术、数值模拟和理论解析综合分析了该工作面采动煤层底板的矿压影响范围及深度破坏特征。研究发现应变感应法实测结果反映了采矿矿压对底板在水平和延深方向上的作用规律，并与钻孔成像技术具有很好的一致性，发现工作面推过一定距离之后底板变形破坏最剧烈。在此基础上，建立了工作面开采的工程地质数值模型和解析模型，通过底板不同深度塑性区发育特征确定了底板变形破坏深度。根据底板应变感应强度增量变化量、数值模拟和解析方法的综合对比分析，获得了1305工作面底板采动破坏深度范围。研究结果及方法对于该矿井及类似地质及开采条件的这种特厚煤层采掘安全支护和底板水害防治均具有重要的实际参考价值。

基于光反射率突变的受力岩石裂纹提取方法

高祥, 高亚楠

<摘要>(23) <PDF>(0)

摘要:
智能矿山视频大数据已在轨道安全等矿山安全生产管理中发挥了重要作用，在围岩裂纹动态监测中也有重要的潜在应用价值但仍需继续研究，关键在于基于数字图像时间序列的裂纹信息提取。本文通过岩石加载破坏过程的可见光照片监测实验，研究岩石破坏的光反射率响应及其空间分异特征，提出了一种受力岩石裂纹动态提取方法，其特色是以光反射率表征的数字图像时间序列差分为基础，引入了定量指标——分异系数C来衡量空间分异程度。结果表明：1）岩石受力裂纹发育、扩展可引起光反射率突变，突变速率可达0.2/s，远大于由其它随机因素导致的变化速率（约0.03/s）。2）在裂纹活动时刻，光反射率突变点呈显著的空间分异现象（C可达189），分异的程度远大于随机分布（C为1）。3）基于光反射率突变和空间分异的受力岩石裂纹提取方法可自动判断图像中裂纹是否存在，提取裂纹活动的瞬时、累积信息，用以研究受力岩石（岩体）破坏演变特征、认识岩石表面与内部损伤之间的关系，也可为基于矿山视频大数据挖掘的围岩裂隙动态监测，提供实验参考和方法借鉴。

基于全卷积神经网络的皮带撕裂检测算法

游磊, 朱兴林, 陈雨, 罗明华

<摘要>(37) <PDF>(0)

摘要:
针对现有皮带撕裂检测方法存在井下可见光成像质量差、检测方法泛化能力差、硬件成本高的问题，设计了一种基于全卷积神经网络的皮带撕裂检测方法。硬件是由线结构光和边缘计算开发板组成，算法首先采用极大值法和最近邻加权法提取完整的激光条纹；然后采用一维化全卷积神经网络对激光条纹进行撕裂分割；最后分割结果反投影回原始图像，利用线结构光的标定数据完成撕裂检测和物理尺寸测量。试验结果表明：激光条纹检测算法性能优于Steger法和灰度重心法；基于一维化U-net的激光条纹分割算法性能最好，dice为94.71%，mIOU为94.70%；最终撕裂检测的召回率为96.09%，精确率为96.85%。

基于多尺度通道注意力机制U-Net网络的煤体红外热像异常区域分割算法

赵小虎, 车亭雨, 叶圣, 田贺, 张凯

<摘要>(38) <PDF>(0)

摘要:
红外辐射被广泛用于监测矿井煤岩动力灾害，并取得了一定的效果。针对红外辐射不能准确识别煤体损伤区域和监测矿井煤岩动力灾害准确性不高的问题，本文将红外辐射技术与基于多尺度通道注意力机制(Multi-Scale Channel Attention Module，MS-CAM)的U-Net网络结合提出一种基于MS-CAM U-Net网络的煤体红外热像异常区域分割算法。除此之外，为了克服煤体红外热像数据集匮乏对算法准确率和适用性的影响，本文对煤体红外热像数据集进行采集和预处理。通过理论和实验结果证明该算法有效提高了小目标异常区域的分割精度，同时该算法与原始的U-Net相比，精确率、F1分数、Dice系数和MIoU分别提高2.47%、3.27%3.07%、5.18%。

基于反馈神经网络的煤矸石分类优化模型

闫洪霖

<摘要>(19) <PDF>(0)

摘要:
煤矸石图像的智能分类是提高煤炭热值，降低煤炭开采污染的重要举措。现有卷积神经网络多是通过增加网络复杂度来提升模型性能，这样会导致模型参数量增大、运算耗时增加等问题。为了解决这个问题，本文提出了基于反馈神经网络的煤矸石分类优化模型。首先，在 ResNet50 网络的基础上搭建反馈网络，并在自建煤矸石数据集上进行测试；其次，针对搭建的反馈网络在分类准确率提升的同时耗时略有所增加的问题，将反馈网络中的方形卷积核优化为非对称卷积块，将参数量最多的全连接层换为全局协方差池化，并在煤矸石数据集上进行测试。实验表明，搭建反馈网络使得模型的训练精度和测试精度分别提升了 2.36%和 2.03%，其训练耗时增加了 0.4%。在反馈网络进行优化后，模型的训练精度和测试精度分别提升了 8.43%和 7.64%，训练耗时降低了 1.20%。因此，本文提出的基于反馈神经网络的煤矸石分类优化模型，在降低网络耗时的同时提升了图像分类的准确率。

基于正交试验的钢丝绳探伤仪检测模型研究

田劼, 孙钢钢, 李睿峰, 王伟

<摘要>(21) <PDF>(0)

摘要:
基于电磁检测的钢丝绳探伤仪是钢丝绳无损检测的一种最为实用的方法。为了得到准确有效的损伤信号数据，需要对钢丝绳探伤仪的结构参数做进一步的研究。钢丝绳探伤仪的模型参数对钢丝绳的励磁效果及检测效果得影响是多因素多水平的，根据径向磁环理论模型和磁路等效模型选择其中典型的五个参数，包括永磁体的长度，永磁体的厚度，衔铁的长度，衔铁的厚度以及衔铁的倒角，结合正交实验，采用有限元分析法，利用maxwell仿真并采用漏磁评价标准。结果表明：永磁体的厚度、永磁体的长度和衔铁长度影响显著，基于正交试验指导优化的钢丝绳探伤仪检测效果较实验室的探伤仪对漏磁的感知效果明显提升，且径向和轴向的检测效果分别提升近40％和80％

基于风险监测预警的非煤矿山安全监管监察模式探讨

姜红年, 陈小林, 王超, 胡然

<摘要>(8) <PDF>(0)

摘要:
针对非煤矿山多、小、散的特点和安全监管监察实时性、动态性、全面性不足等问题，提出了一种基于风险监测预警的非煤矿山安全监管监察模式：从风险点和风险面2个视角详细地阐述了单一风险预警、综合风险报警2种响应机制，实现风险逐级推送。通过对非煤矿山安全监管监察模式的主体需求性、技术可行性及行业特殊性的论述，梳理了各类非煤矿山监测数据和专题，基于非煤矿山综合风险等级和较大以上风险数量构建分级监管模型，根据分级监管标准制定分级监管措施。在不同监管周期、范围下，实现非煤矿山分级监管监察，提高了监管监察效率和效能。

基于MCKF的自动化综采工作面液压支架调直方法研究

宋单阳, 卢春贵, 陶心雅, 杨金衡, 王培恩, 郑文强, 宋建成

<摘要>(20) <PDF>(0)

摘要:
无人值守工作面自动化生产技术是高效绿色开采的发展方向，然而，液压支架调直是制约这一技术发展的瓶颈之一。本文提出了一种基于最大熵卡尔曼滤波（MCKF）的液压支架调直方法，以提高调直精度。该方法是基于液压支架线性推移系统的状态方程和观测方程，经MCKF滤波算法处理后得到液压支架推移后的预测轨迹，在MCKF滤波预测轨迹基础上计算出液压支架的推移距离，从而完成调直过程。数值仿真结果表明，与现有基于卡尔曼（KF）滤波调直方法相比，本文所提方法能够有效降低量测噪声和过程噪声对液压支架直线度的影响，特别当量测噪声服从非高斯分布时，本方法的均方误差远小于KF的均方误差，使调直后液压支架的直线度误差降低了36%，有效提高了调直精度。

基于微震监测的厚松散层大采高工作面围岩破坏规律研究

衡培国, 翟常治, 辛崇伟, 王延路(通讯作者)

<摘要>(18) <PDF>(0)

摘要:
为了研究松散层薄基岩地质条件下一次采全高工作面回采过程中围岩的破坏规律，采用微震监测技术对赵固一矿16001采全高工作面围岩动态破坏过程进行研究，围绕工作面制定了孔-巷联合布置的微震台网方案，对工作面回采过程中微震数据分析，结果表明：顶板最大破坏高度达到87.8m，底板最大采动破坏深度达到21.7m，最大值均处出现在工作面回采的“见方阶段”，该阶段顶板突水危险程度最高；在“见方阶段”顶板承载岩梁破坏，出现异常来压，顶底板及超前破坏程度加剧，佐证了“应力击穿效应”在此类工作面的存在；得出距工作面顶板约48.3m的砂质泥岩为“顶板隔水关键层”，距顶板约67.7m的粉砂岩为“击穿控制层”，距底板约26.6m的砂质泥岩为“底板隔水关键层”。通过底板钻孔窥视认为底板破坏深度在“见方”区域大于18m，其它区域12～18m，与微震监测结果吻合。

基于IEW-AHP和未确知测度理论的底板突水危险性评价

郑剑英(通讯作者)

<摘要>(13) <PDF>(0)

摘要:
为了分析含有复杂地质构造工作面突水危险性，进而提升评价研究的准确性，通过改进熵权法与层次分析法确定综合权重，基于未确知测度理论，建立工作面底板突水风险评价模型。以1305工作面为研究对象，选取影响底板突水风险的8个因素作为评价指标，进而构建未确知测度函数，采用将层次分析法和改进熵权法线性加权计算的组合权重，结合综合权重和评价指标的未确知测度矩阵确定综合测度评价向量，对研究区域内的调查点进行危险等级划分，并与现场采掘结果进行对比分析。研究结果表明：该评价模型的评价结果与传统评价模型相比能够提高工作面突水风险评价的准确性，与矿井实际采掘情况基本吻合，为矿井工作面突水风险评价提供参考。

高频隔离型变频调速无速度传感器矢量控制

刘文壮, 刘建功, 王毅颖(通讯作者), 伯磊, 郝育红

<摘要>(15) <PDF>(0)

摘要:
针对在煤矿中、高压及有限场合时，变频器采用工频变压器接入电网且被控电机大多采用开环控制，存在工作空间狭小及电机控制鲁棒性差等问题，提出了基于一种高频隔离型变频调速拓扑结构的无速度传感器矢量控制策略。依据电力电子变频器和无速度传感器矢量控制理论，采用了模型自适应速度估计方法。首先，从理论上对变压器尺寸进行了分析，给出矿用高频隔离型变频器主电路拓扑。其次，给出了无速度传感器矢量控制策略，模型自适应速度估计方法不含有纯积分环节，并且参考模型不用辨识定子电阻参量，能够有效避免积分初始误差和定子电阻热敏问题，使电机转速估计精度更高。最后，搭建了实验平台。结果表明：矿用高频隔离型变频器稳定性好，电机静、动态性能好，验证了控制方案的有效性。

基于采动覆岩垮落特征的以孔代巷技术研究

郭明功, 陶云奇, 张剑钊(通讯作者)

<摘要>(7) <PDF>(0)

摘要:
为解决平煤股份八矿突出煤层工作面上隅角及回风流瓦斯超限问题，介绍了采空区裂隙带发育高度确定方法研究进展，运用经验公式法和UDEC数值模拟软件研究了工作面采动覆岩垮落特征，基于模拟结果运用定向钻机在己15-15050工作面切眼向外520 m范围内施工了6个高位定向长钻孔，并分析了瓦斯抽采效果。研究结果表明，①冒落带最大发育高度为13 m，裂隙带最大发育高度为42 m，为以孔代巷技术定向长钻孔施工层位确定提供了理论依据；②己15-15050工作面上隅角及回风流瓦斯基本均保持在0.6%左右，且高位定向长钻孔单孔瓦斯抽采浓度一直保持在较高水平，验证了实验方法的可靠性和科学性以及结论的正确性。

TopHat加权引导滤波的Retinex矿井图像增强算法

洪炎, 朱丹萍(通讯作者), 龚平顺

<摘要>(12) <PDF>(0)

摘要:
为了改善矿井监控图像的亮度和清晰度，提出一种基于顶帽(TopHat)加权引导滤波的Retinex图像增强算法（THWGIF-Retinex）。首先利用顶帽运算提取矿井图像亮区域，随后利用卷积运算得到局部均值处理后的权重因子，并将其作为加权引导滤波的正则化参数，进而滤出图像的光照分量，实现光照分量的边缘增强。为进一步提升图像光源处的细节和色彩成分，采用自适应Gamma矫正调节光照分量（V）和饱和度分量（S’），通过Retinex算法求出反射分量(V’)；合并调节后的H、S’、V’通道并转换成RGB空间，最终得到增强的矿井图像。实验结果表明，THWGIF-Retinex算法在视觉方面和客观评价指标上均优于传统Retinex算法，有效降低了图片光晕的产生，提高了图片的细节保持度，实现了矿井图像的有效增强。

ARIMA—SVM组合模型驱动下的瓦斯浓度预测研究

范京道, 闫振国, 黄玉鑫, 李川, 王春林, 贺雁鹏

<摘要>(15) <PDF>(0)

摘要:
针对目前单一瓦斯预测模型在挖掘矿井瓦斯浓度数据序列全部特征的能力较弱的问题，本文提出一种基于时间序列（ARIMA）模型和支持向量机（SVM）相结合的ARIMA-SVM组合预测模型。首先建立ARIMA预测模型和SVM预测模型，分别应用两种单一模型对实验数据进行预测分析，得到两种单一模型预测结果；其次建立ARIMA-SVM组合预测模型，利用ARIMA模型处理瓦斯时间序列的历史数据并得到相应的线性预测结果和残差序列，利用SVM模型进一步对数据残差序列中的非线性因素进行分析，得到组合模型预测结果；最终采用RMSE、MAPE和R2对三种模型预测精度进行评价，得到ARIMA-SVM组合模型预测精度最高。通过对比单一模型与组合模型对瓦斯时序数据的预测结果，验证了本文所提组合模型的适用性、有效性及科学性，对煤矿井下瓦斯险情的精准预测预警具有重大意义。

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>(17) <PDF>(3)

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>(17) <PDF>(7)

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>(11) <PDF>(0)

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。

浅埋双硬特厚煤层放煤规律分析及参数研究

孙强, 张加齐(通讯作者)

<摘要>(21) <PDF>(3)

摘要:
新疆地区煤炭资源普遍存在埋藏较浅、煤层厚、煤层与顶板坚硬的特点，顶煤冒放性较差，顶板大面积悬顶，无法实现安全高效放顶煤开采。本文针对浅埋双硬特厚煤层综放面的合理开采及放煤参数设计，以榆树岭煤矿110501综放工作面为工程案例，使用FLAC3D与PFC2D数值模拟软件对不同采高条件下采场塑性区及垂直应力分布规律、综放面顶煤冒放规律进行了研究，结合针对不同采高顶煤的冒放性及煤帮片帮破坏特征分析，优化设计了综放面采放比、放煤顺序和放煤步距，为新疆类似条件下双硬特厚煤层采放工艺参数设计提供了参考。

正断层作用下顺层钻孔有效抽采半径研究

江明泉, 康向涛, 鄢朝兴, 唐猛, 王子一, 高璐

<摘要>(13) <PDF>(3)

摘要:
为研究正断层作用下顺层钻孔有效抽采半径，基于修正的有效应力原理及质量守恒定律，运用含瓦斯煤岩应力平衡公式以及含瓦斯煤体变形本构公式，构建了流固耦合数学模型。利用多物理场耦合仿真软件，研究了正断层上盘附近有效抽采半径的变化规律。结果表明：（1）无断层条件下，数值模拟顺层钻孔抽采120d有效抽采半径为3.10m，现场试验考察为2.93m；（2）抽采时间范围内，距正断层一定距离时，瓦斯压力曲线会出现驼峰状分布，且峰值间隔约3.5m；（3）正断层附近钻孔有效抽采半径随距断层距离的增大而增大，断层对钻孔有效抽采半径影响范围在距断层70m范围内。研究结果可对正断层附近瓦斯抽采钻孔优化布置及抽采设计提供借鉴。

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>(6) <PDF>(0)

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。

融合相机与激光雷达的煤矿井下目标3D检测研究

秦沛霖, 张传伟, 周李兵, 王健龙

<摘要>(20) <PDF>(3)

摘要:
提出了一种基于图像和点云数据融合的目标检测方法，实现了无轨胶轮车在煤矿井下的实时3D检测，为后续无人驾驶决策中的轨迹规划提供了有效信息。首先，针对井下检测这一特定任务优化了原始输入信息，降低了处理时间，提升了可用性。然后提出了一种融合图像和点云信息的深度神经网络，采取分层融合的手段，使得网络模型能对待测物体有更好的定位准确性。早期融合使用了RPN网络提取的图像信息与点云进行融合，生成了一系列的3D候选区域；在基于3D候选区域的基础上再加入ROI Pooling提取过的图像和点云信息进行后期融合。最后通过实验验证：所提出的检测流程和网络模型在井下数据集的检测上可以实现0.732的mAP和24FPS，并且在井下实车测试中也有良好的表现，实现了检测精度和速度的平衡，对于煤矿井下无人驾驶有一定的工程实用意义。

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>(18) <PDF>(3)

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>(22) <PDF>(4)

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。

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