工矿自动化

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李泉新, 方俊, 褚志伟, 刘飞

2018, 44(11): 1-6. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.17371

<摘要>(20) <HTML> (3) <PDF>(5)

摘要:
针对青龙煤矿碎软煤层瓦斯抽采钻孔成孔深度浅、轨迹控制精度低及瓦斯抽采效果差等问题，在分析矿井瓦斯地质情况与预抽采方式现状基础上，介绍了采用空气复合定向钻进技术进行顺层定向钻孔施工的原理和关键技术，制定了钻场与钻孔设计、钻进装备和钻具组合选套、钻进技术要求总结的整体试验方案，并在21608轨道巷迎头钻场进行了顺层钻孔空气复合定向钻进试验。试验结果表明，采用空气复合定向钻进技术可实现碎软煤层内顺层定向钻孔施工，完成7个主孔和2个主分支孔，总进尺为3 929 m，最大孔深达406 m，300 m以上钻孔成孔率达88.9%；试验钻孔瓦斯抽采体积分数均超过68%，平均单孔瓦斯抽采纯量超过1 m3/min，最大单孔瓦斯抽采纯量超过2.55 m3/min，抽采纯量是常规钻孔的10倍以上，瓦斯抽采体积分数提高了50%左右，钻孔成孔与瓦斯抽采效果显著。

煤矿安全隐患智能语义采集与智慧决策支持系统

陈梓华, 李敬兆

2018, 44(11): 7-13. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018090031

<摘要>(56) <HTML> (2) <PDF>(7)

摘要:
针对现有煤矿安全隐患智能语义采集与决策系统存在欠缺智能语义提取功能和多属性互联检索分析与决策功能、智能化程度不高等问题，设计了一种基于改进卷积神经网络（CNN）和蚁群算法（ACO)的煤矿安全隐患智能语义采集与智慧决策支持系统。该系统采用基于CNN的智能语义采集模型，利用CNN算法匹配出相似度最高的近义关键词，通过映射表关联到标准关键词，解决了相近语义的关键词匹配精度不高的问题；采用基于ACO的智慧检索模型，通过ACO算法负反馈和正向加强的方式标记高频度检索条例，实现了被检索的高频度条例的智能显示。实验与应用结果表明，该系统可实现多属性语义关键词的互联查询、高频度检索条例的智能显示、隐患问题相关数据的实时跟踪、数据统计图的多样化显示、决策分析预警简报的智能生成等功能。

综采工作面液压支架跟机自动化工艺研究

高卫勇, 张敏娟

2018, 44(11): 14-17. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018050040

<摘要>(33) <HTML> (4) <PDF>(9)

摘要:
针对综采工作面应用广泛的全截深双向割煤工艺特点，提出了一种涵盖中部跟机自动化、机头跟机自动化和机尾跟机自动化3个阶段的综采工作面液压支架跟机自动化工艺。依据液压支架动作类型及跟机动作距离，对中部跟机自动化工艺流程进行了分析；结合液压支架动作流程及采煤机运行轨迹，将机头、机尾跟机自动化工艺流程细分为割透煤壁、首次反复刹底、斜切进刀、割三角煤、二次反复刹底、向中部割煤6个阶段。应用表明，该工艺有效提高了液压支架跟机自动化水平。

崔家沟煤矿巷道围岩变形规律研究

冯超, 范公勤

2018, 44(11): 95-99. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018030046

<摘要>(15) <HTML> (1) <PDF>(5)

摘要:
以崔家沟煤矿2209工作面回风巷为工程背景，采用“十字布点法”和顶板离层仪对巷道表面和顶板深部围岩变形进行了为期30 d的现场监测。结果表明：顶底板累计移近量为142～222 mm，两帮累计移近量为140～294 mm，累计底鼓量为54～94 mm，顶板累计离层量为44～77 mm，巷道顶底板和两帮移近量、底鼓量、离层量呈递增趋势；在顶板和两帮变形大的地方底鼓较明显，深基点和浅基点范围内均发生离层；在监测前期，巷道顶底板和两帮变形处于缓慢收敛阶段，在监测后期，巷道顶底板和两帮变形处于加速收敛阶段，说明巷道已进入二次变形阶段。

瓦斯抽采智能化钻探技术及装备的发展与展望

王清峰, 陈航

2018, 44(11): 18-24. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.17370

<摘要>(41) <HTML> (4) <PDF>(9)

摘要:
总结了井下远距离控制钻进、地面控制钻进、地面远距离自动控制钻进、遥控自动钻进等现有煤矿瓦斯抽采智能化钻探技术与装备的成果与不足；提出了实现瓦斯抽采智能化钻探需要攻克的钻进工况智能感知、钻进过程智能控制、瓦斯防治钻孔智能设计、钻探装备自主导航与定位等关键技术，并指出了可能的解决途径；展望了瓦斯抽采智能化钻探技术的发展方向与发展途径，提出了逐步分级实现瓦斯抽采钻探智能化的3个阶段，包括全自动钻机、智能化钻机和钻孔机器人，并指出需从多个环节入手，全面推进瓦斯抽采智能化钻探技术的创新与应用。

矿用刮板输送机链条张紧力监控技术现状及其发展方向

蔡文飞, 雷志鹏, 宋建成, 张国栋, 任鸿秋, 田慕琴, 许春雨, 朱剑飞

2018, 44(11): 25-31. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040033

<摘要>(32) <HTML> (1) <PDF>(8)

摘要:
分析了刮板输送机链条的常见故障及其产生原因，阐述了刮板输送机链条的预紧力计算过程，介绍了目前国内外5种主要的链条张紧力监控技术的原理和特点，即基于张紧力与功率或油缸压力关系的监控技术、基于链条悬垂量的监控技术、基于微应变的监控技术、基于滑模控制的监控技术、基于电流法的监控技术，总结了现有监控技术存在的不足，并从张力监控技术和自动控制技术两方面展望了链条张紧力监控技术的发展方向。

基于深度卷积神经网络的井下人员目标检测

唐士宇, 朱艾春, 张赛, 曹青峰, 崔冉, 华钢

2018, 44(11): 32-36. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018050068

<摘要>(42) <HTML> (2) <PDF>(6)

摘要:
针对以人为中心的井下视频监控模式存在持续时间受限、多场景同时监视困难、人工监视结果处理不及时等问题，提出了基于深度卷积神经网络的井下人员目标检测方法。首先将输入图片缩放为固定尺寸，通过深度卷积神经网络操作后形成特征图；然后，通过区域建议网络在特征图上形成建议区域，并将建议区域池化为统一大小，送入全连接层进行运算；最后，根据概率分数高低选择最好的建议区域，自动生成需要的目标检测框。测试结果表明，该方法可以成功检测出矿井工作人员的头部目标，准确率达到87.6%。

井下煤尘浓度和湿度对电磁波传输的影响研究

赵世萍, 孙秀玲, 阚晓婷

2018, 44(11): 37-41. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018070031

<摘要>(19) <HTML> (1) <PDF>(5)

摘要:
为了提高井下无线通信质量，保障有效通信，研究了井下煤尘浓度和湿度对电磁波传输的影响。通过理论分析给出了煤尘和水蒸气对井下电磁波的吸收计算公式，并得出煤尘的吸收效应是影响井下无线通信能力的主要因素。通过仿真分析了不同浓度、湿度与频率下的电磁损耗，得出煤尘浓度对电磁波传输的影响很明显，湿度对电磁波衰减的影响明显小于煤尘浓度。在此基础上，针对不同距离、不同煤尘浓度及不同湿度环境，在井下巷道中测试了点对点无线通信模块的数据传输性能。测试结果表明，在50 m以内，所有通信测试结果稳定，没有掉包现象；当距离达到100 m、煤尘浓度超过60 mg/m3时，开始出现掉包现象，且随着煤尘浓度增大，掉包现象加剧；湿度变化对掉包基本没有影响，但湿度较大时，数据传输正确率下降。

软岩巷道岩体力学参数反演方法及工程应用

吴根水, 余伟健, 刘泽, 刘芳芳, 黄钟

2018, 44(11): 41-48. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040081

<摘要>(48) <HTML> (3) <PDF>(4)

摘要:
为提高地下岩石工程参数的计算效率，采用正交试验方法进行岩体力学参数反演计算，并将弹性模量、黏聚力、内摩擦角和岩体抗拉强度选作试验参数，建立了巷道岩体等效力学参数反演优化模型。以曲江煤矿－850 m水平软岩运输大巷为工程背景，在现场监测数据的基础上，用建立好的巷道围岩计算模型进行数值计算与回归分析，准确地建立了巷道围岩位移与岩体力学参数的函数关系。等效岩体力学参数识别结果表明，东大巷1 500 m处，原支护情况下的安全系数Fs为0.97，巷道围岩处于不稳定状态，必须进行重新加强支护。最后，针对曲江煤矿－850 m水平东运输返修巷道进行了稳定性评价，试验段巷道监测数据表明，东大巷返修后的围岩体力学强度大大提高，安全系数Fs为1.58，巷道围岩处于稳定状态，说明提出的“锚杆、金属网、喷浆、锚索、注浆和底板锚索”修复方案能很好地抑制巷道变形，从而也验证了软岩巷道岩体力学参数反演方法的有效性。

某矿顺层钻孔瓦斯抽采及布孔参数数值模拟

张波, 谢雄刚, 许石青

2018, 44(11): 49-56. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040049

<摘要>(23) <HTML> (1) <PDF>(4)

摘要:
在综合考虑瓦斯流动惯性和滑脱效应的基础上，建立了瓦斯抽采流动模型。以松河煤矿15号煤层12150采煤工作面为工程背景，通过数值模拟分析了单一钻孔和多钻孔情况下瓦斯压力分布规律和渗透率变化情况，并结合钻孔抽采有效半径，得出了合理的抽采钻孔直径和钻孔布置参数。当单一钻孔瓦斯抽采240 d时，通过比较钻孔直径为40，65，75，94 mm时的瓦斯抽采效果，得出钻孔直径选取为65 mm较为适宜。当3个钻孔在钻孔间距分别为3，4，5 m时，进行不同时间段的瓦斯抽采的有效半径分析，得出当预抽采超过180 d时，选用5 m钻孔间距较为适宜；当抽采时间在120～150 d时，选择4 m钻孔间距较为适宜；当抽采时间少于120 d时，选用3 m钻孔间距较为适宜。煤层渗透率随抽采时间增加而逐渐增大，但增大幅度逐渐减小，抽采初期瓦斯压力梯度较大，大量吸附瓦斯解吸，瓦斯压力大于吸附膨胀应力，裂隙孔隙通道打开，此时煤层渗透率较大；抽采中后期，瓦斯压力持续降低，瓦斯压力相对吸附膨胀应力优势不大，孔隙裂隙增加量较小，造成在抽采中后期煤层渗透率增幅不大。

青东煤矿10煤层标志性气体优选及自燃“三带”划分

孙留涛, 段宇建, 黄均泽

2018, 44(11): 56-61. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018070050

<摘要>(55) <HTML> (1) <PDF>(4)

摘要:
针对青东煤矿1078工作面自然发火问题，通过实验室研究和现场测试相结合的方法优选确定了自然发火标志性气体的主副指标：CO和C2H4气体可作为10煤层煤氧化自燃的主要标志性气体，烯烷比和链烷比作为10煤层煤氧化自燃标志气体的辅助指标。采用采空区氧气浓度变化规律和温度变化趋势2个指标划分了采空区自燃“三带”：距工作面0～31 m处为散热带，31～78 m处为自燃带，78 m以外为窒息带。该研究成果为1078工作面自然发火治理提供了科学依据及理论指导。

煤尘二次爆炸燃烧持续时间及残留气体分析

李晓亮, 鄢利, 刘贞堂, 刘浩雄, 钱继发, 洪森, 张瑞

2018, 44(11): 62-68. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040085

<摘要>(62) <HTML> (2) <PDF>(5)

摘要:
利用20 L球形爆炸装置在不同煤尘浓度、粒径及点火能量条件下进行了煤尘二次爆炸实验，分析了煤尘浓度、粒径及点火能量对燃烧持续时间及残留气体的影响。结果表明：在相同条件下，煤尘二次爆炸燃烧持续时间大于一次爆炸燃烧持续时间；点火能量对二次爆炸燃烧持续时间的影响最大，煤尘粒径的影响最小；随着煤尘浓度的增大，二次爆炸燃烧持续时间先减小后增大；随着煤尘粒径减小或点火能量的增大，二次爆炸燃烧持续时间不断减小；对于相同条件下的同种气体，煤尘二次爆炸后残留气体体积分数均小于一次爆炸后；在一定范围内，随着煤尘粒径减小，二次爆炸后残留的CO体积分数不断减小，CO，CO2体积分数的比值减小，CH4体积分数增大；随着点火能量的增大，二次爆炸后残留的CO和CH4体积分数均不断增大，CO，CO2体积分数的比值呈增大趋势。

基于改进加速鲁棒特征的井下视频拼接算法

管增伦, 顾军, 赵广源

2018, 44(11): 69-74. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.17342

<摘要>(17) <HTML> (1) <PDF>(5)

摘要:
针对加速鲁棒特征算法用于井下视频拼接时实时性不高的问题，通过降低特征点维度和仅在感兴趣区域提取特征点来改进加速鲁棒特征算法，在此基础上提出了一种井下视频拼接算法。首先，利用改进的加速鲁棒特征算法提取视频图像特征点；然后，动态追踪特征点数量，若非首帧图像特征点数量变化超过阈值，则重新进行特征点配准、提纯，以及投影变换矩阵计算及存储处理，否则采用前一帧图像所得的投影变换矩阵；最后，采用渐入渐出加权平均法进行图像融合处理，完成视频拼接。实验结果表明，基于改进加速鲁棒特征的井下视频拼接算法实时性高，拼接效果较好。

煤矿企业工业控制系统入侵检测算法

吴开兴, 王文鼎, 李丽宏

2018, 44(11): 75-79. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018050036

<摘要>(47) <HTML> (9) <PDF>(7)

摘要:
针对现有煤矿企业工业控制系统入侵检测算法未考虑防御因素影响、实现复杂等问题，从攻击进程和防御体系2个方面，提出了一种基于攻防树模型的煤矿企业工业控制系统入侵检测算法。首先，通过对攻击叶节点的攻击属性进行量化并构建指标体系得到攻击叶节点被攻击概率，进而得出攻击路径的入侵成功率，并结合攻击路径的入侵回报率得到攻击路径的入侵概率；然后，引入基于漏报率和误报率的入侵报警率，得到被动防御概率，通过漏洞发现率和漏洞修复率得到主动防御概率；最后，根据攻击路径的入侵概率、被动防御概率和主动防御概率，得出攻击路径最终入侵概率。实例结果表明，该算法能有效检测煤矿企业工业控制系统入侵概率，提高入侵检测的准确性。

煤矿综采设备运行状态大数据清洗建模

马宏伟, 吴少杰, 曹现刚, 徐博远, 张鑫媛

2018, 44(11): 80-83. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040090

<摘要>(38) <HTML> (6) <PDF>(9)

摘要:
针对煤矿综采设备运行状态数据量大、数据存在噪声和缺失值等问题，建立了一种基于MapReduce的煤矿综采设备运行状态大数据清洗模型。该模型采用双MapReduce协同工作：通过第1个MapReduce对数据中的噪声点和缺失值进行修正，输出多个清洗后的数据文件；通过第2个MapReduce对多个清洗后的数据文件按采集时间及日期进行排序，并合并成单个数据文件输出。实验结果表明，该模型能有效剔除噪声数据和补全缺失数据，具有较好的数据清洗效果。

电流型ICPT系统恒流输出复合谐振网络研究

侯春, 朱旺, 水恒琪, 于东升

2018, 44(11): 84-90. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018040036

<摘要>(19) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
为解决煤矿安全监控系统中不同传感器的恒流无线供电问题，针对电流馈电型磁耦合感应式无线电能传输（ICPT）系统，研究了一种适用于无线电能传输的复合谐振补偿网络，推导了实现恒流输出的补偿网络所需条件，分析了软开关实现方式及系统参数变化对系统输出特性及输入阻抗角的影响。该网络通过补偿元件的重构组合及参数配置获得不同的输出增益，而无需重新设计松耦合变压器，简化了硬件电路。实验结果表明，该复合谐振补偿网络可以实现无线电能传输系统原边线圈及输出电流的负载无关性，同时满足开关管关断时的软关断，可用于实现煤矿安全监控系统中不同类型或型号传感器的恒流供电，有利于提高煤矿安全监控系统的可靠性及对不同负载的适应性。

矿用高压变频器开关调制优化策略

李兆平, 张红娟, 靳宝全, 高妍, 黄飞, 王雨星

2018, 44(11): 91-95. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018050033

<摘要>(30) <HTML> (1) <PDF>(8)

摘要:
针对矿用高压变频器采用载波调制PWM控制法时存在开关损耗大、电能质量畸变的问题，在载波同相层叠PWM控制法的基础上，对正弦调制波进行优化。通过对正弦调制波叠加3次谐波和直流分量，得到正半周为马鞍形调制波、负半周为梯形调制波的优化调制波。仿真结果表明，优化调制波的应用提高了变频器直流电压利用率，减小了开关损耗，降低了输出线电压总谐波畸变率。

基于多准则融合的滚动轴承振动信号消噪方法

高彩霞, 吴彤, 付子义

2018, 44(11): 100-104. doi: 10.13272/j.issn.1671—251x.2018050071

<摘要>(53) <HTML> (3) <PDF>(4)

摘要:
针对滚动轴承早期微弱故障特征难以提取的问题，提出了基于多准则融合的滚动轴承振动信号消噪方法。该方法采用集合经验模态分解（EEMD）方法对原始振动信号进行分解得到一组IMF分量，计算各阶IMF分量和原始振动信号的相关系数、各阶IMF分量和原始振动信号包络谱的J散度、各阶IMF分量的峭度值；分别根据相关系数准则、J散度准则、峭度准则选取有效IMF分量，将同时保留的IMF分量作为有效分量进行信号重构。实验结果表明，该方法可以有效地提取滚动轴承早期微弱故障信息,能够有效抑制经验模态分解（EMD）中的模态混叠问题，同时削弱低频噪声，突出高频共振成分，具有良好的自适应性。

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