工矿自动化

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孙继平, 孙雁宇

2019, 45(3): 1-4. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17407

<摘要>(90) <HTML> (4) <PDF>(10)

摘要:
在分析温度监测法、气体监测法、烟雾监测法、可见光图像监测法、红外图像监测法等矿井火灾监测方法原理和特点的基础上，提出了基于多参数融合的矿井火灾监测与趋势预测方法，得出以下结论：① 热电偶测温法和半导体测温法具有准确率高、实时性强、能及时发现早期火灾等优点，但存在传感器用量大、维护工作量大等缺点；红外测温法具有监测范围广、传感器易于布置等优点，但传感器与被测物体间的遮挡物和煤尘等均会影响监测结果；光纤分布式测温法具有可监测多点温度、线缆用量小等优点，但存在光纤易损坏、安装复杂、维护困难等缺点。② 气体监测法和烟雾监测法具有监测范围广、使用与维护方便等优点，但不能监测标志性气体浓度低、烟雾较小的早期火灾。③ 可见光图像监测法具有监测范围广、使用与维护方便、成本低等优点，但巷道灯、矿灯、车灯和红色衣物等干扰源及烟雾等均会影响监测效果，且不能监测没有火焰和烟雾较小的早期火灾。④ 红外图像监测法具有监测范围广、使用与维护方便等优点，但成本高，红外摄像机与被测物体间的遮挡物和煤尘等均会影响监测效果。⑤ 基于温度、烟雾、气体浓度、气味、风向、风速、风量、可见光图像和红外图像等多参数融合的矿井火灾监测与趋势预测方法不但能及时发现火灾，还可定位火源、预测火灾发展趋势。

基于多元信息评估的矿井火灾救援路径优化

姜媛媛, 时美乐

2019, 45(3): 5-11. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100025

<摘要>(44) <HTML> (2) <PDF>(5)

摘要:
针对目前煤矿井下火灾救援模型过于复杂、对巷道安全因子的研究不够深入、未考虑灾后巷道交通网络连通度的问题，建立了基于多元信息评估的矿井火灾救援路径优化模型。对火灾后巷道内温度、瓦斯浓度、烟雾能见度等环境安全因子进行量化分析和计算，以安全性和可靠性为约束条件，结合巷道交通网络通行权重和连通度构建了矿井火灾救援路径优化模型，并运用Dijkstra算法得到最优路径。以淮南某矿为例，对考虑节点连通度及安全因子的最短路径、仅考虑安全因子的救援路径及不考虑安全因子及连通度的救援路径进行对比分析，结果表明，最安全、疏散最有效的路径是考虑巷道安全因子及节点连通度所求得的路径。

潘西煤矿低瓦斯煤层喷孔动力显现规律研究

聂凤祥, 郭海峰

2019, 45(3): 12-17. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17400

<摘要>(39) <HTML> (2) <PDF>(5)

摘要:
为揭示潘西煤矿深部低瓦斯煤层喷孔动力显现规律，在潘西煤矿6198工作面对瓦斯含量与采动应力进行了现场测试，并采用FLAC3D软件对6198工作面前方应力分布进行了模拟分析，总结了工作面瓦斯含量和应力分布规律，分析了低瓦斯煤层喷孔动力显现机制。研究结果表明：① 潘西煤矿6198工作面整体瓦斯含量偏低，采深越大，瓦斯含量越高。② 受断层影响，工作面前方应力集中系数最大为1.36。③ 潘西煤矿6198工作面低瓦斯煤层喷孔等动力显现现象是高应力作用下煤体破碎、瓦斯压力作用下煤体喷出的过程；煤体释放的内部潜能和瓦斯内能为煤体破碎和移动提供能量，与浅部煤层相比，深部低瓦斯煤层喷孔动力显现所需的瓦斯膨胀能阈值降低。

采空区内煤自燃气体特征及产生规律分析

周冬, 刘贞堂, 钱继发, 林松, 刘冠华

2019, 45(3): 18-22. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090037

<摘要>(89) <HTML> (5) <PDF>(8)

摘要:
针对目前对在模拟逐渐升温的采空区环境条件下不同变质程度煤自燃现象的研究较少的问题，以采集的4种变质程度的焦瘦煤、气肥煤、无烟煤、肥焦煤为例，利用煤自燃模拟系统进行了煤自燃实验，研究在采空区环境条件下煤的燃烧特征及自燃气体的产生规律。实验结果表明，焦瘦煤、气肥煤、无烟煤、肥焦煤自燃时，温度会呈现“S”型上升趋势，前期温度先缓慢积累，而后开始快速升温，最后在300 ℃时趋于平衡，而后缓慢上升；不同煤样在自燃过程中均会产生碳氢化合物和碳氧化合物等挥发性气体，且生成速率受温度影响，并出现极大值和极小值2个拐点；无烟煤温度上升曲线近似于直线，气体曲线随温度波动不明显；气肥煤和肥焦煤自燃时会产生大量CO和CH4，气肥煤产生CO的速率最快，CO最大体积分数可达8%，肥焦煤产生CH4的速率最快，CH4最大体积分数可达14%，焦瘦煤和无烟煤产生的CO和CO2的体积分数分别在2%和4%左右。

采煤机噪声与振动特性研究

田震, 荆双喜, 赵丽娟, 高珊

2019, 45(3): 23-28. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090032

<摘要>(98) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
为研究复杂煤层赋存条件下采煤机噪声与振动特性，对采煤机振动与噪声源进行了分析，发现采煤机工作时的噪声是由不同性质的噪声形式相互耦合形成的，截齿在截割过程中受到的非线性瞬时冲击载荷造成的振动是采煤机产生噪声的主要根源，改善采煤机工作过程中的设备振动可有效降低工作面的噪声级。利用协同仿真技术建立了采煤机截割部的虚拟样机并对其进行了动力学仿真分析，得到了关键零部件的振动及其变形状况：壳体伸出端与调高耳部振动较为剧烈，严重影响了传动系统和调高系统的稳定性；行星架存在着严重的扭曲变形及剧烈的振动，降低了支撑轴承的寿命。为降低采煤机工作过程中的振动，根据仿真结果对壳体结构进行了局部优化设计，优化后的壳体振动明显减弱，力学性能得到了显著提高，可有效改善采煤机的振动特性，降低工作面的噪声级，使采煤机有效平稳运行。

两柱掩护式放顶煤液压支架力学性能分析

张作状, 李志旭

2019, 45(3): 29-34. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090012

<摘要>(60) <HTML> (2) <PDF>(4)

摘要:
浅埋深煤层基岩比较薄、松散层较厚，工作面易出现台阶下沉等状况，矿压展现剧烈，应用于浅埋深煤层工作面的两柱掩护式放顶煤液压支架易出现工作阻力不足，对顶板的支护效果不好，从而造成生产安全问题。针对以上问题，采用空间力学分析及结构有限元分析，对适用于浅埋深煤层的ZFY12000/25/42D型两柱掩护式放顶煤液压支架在顶梁受偏心载荷且底座两端受载、顶梁受扭转载荷且底座两端受载、顶梁受偏心载荷且底座受扭转载荷3种最危险工况下的受力状态进行了分析。分析结果表明：在不同工况下，支架各结构件的应力大小均会有所不同，分布状况也不尽相同，从支架整体应力分布来看，受顶板、立柱和底板的相互作用，顶梁和底座将承受较大的应力，而前后连杆、掩护梁作为连接过渡部件，所承受的应力明显较小；顶梁受扭转载荷且底座两端受载工况下支架承受应力最大，为712.69 MPa；支架位移变形趋势基本相同，均是从顶梁到底座变形量逐渐减小，整体变形状况良好。在保证结构可靠性的前提下，在应力集中部位选用高强度板材或者提高材料厚度，可改善支架应力分布状况，增强支架控顶能力，从而确保支架工作的可靠性和稳定性。

巷道超前支架设计与力学特性研究

杨新顺, 杨志强

2019, 45(3): 35-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090020

<摘要>(50) <HTML> (6) <PDF>(4)

摘要:
针对目前主要采用估计顶板载荷或采用薄板理论模型对超前支架的力学特性进行研究存在计算载荷与真实载荷相差甚远的问题，设计了一种新型巷道超前支架，并根据巷道开挖的空间效应对超前支架的力学特性进行了研究。基于空间效应研究了超前支架与巷道围岩耦合作用机理，构建了超前支架与围岩耦合力学模型。研究结果表明，沿着巷道掘进方向，巷道超前支架承受的顶板载荷逐渐降低，越靠近工作面顶板载荷越大，超前支架的前端强度要高于后端；超前支架支护时机对于巷道顶板的稳定性很重要，超前支架布置得越靠近工作面顶板，巷道顶板变形越小，而超前支架承受顶板的载荷越大，需要的强度越高。

乳化液泵站RMI与KAMAT比较分析

叶健

2019, 45(3): 41-44. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100041

<摘要>(37) <HTML> (3) <PDF>(9)

摘要:
介绍了目前国内市场占有率较高的KAMAT泵站和RMI泵站的整体结构，从减速系统、液力系统、润滑系统、保护系统、控制系统等方面对其关键技术进行了全面的比较和分析，总结了各自的优缺点，并指出各自的改进方向：对于KAMAT泵站，应提升齿轮轴的加工工艺和质量，改进液力系统结构；对于RMI泵站，应加强减速系统曲轴强度，改进液力系统部分的高压密封模块设计和吸排液阀芯阀座的布置方式。

典型煤系岩石的可见—近红外光谱特征研究

杨恩, 王世博, 葛世荣

2019, 45(3): 45-51. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090047

<摘要>(65) <HTML> (2) <PDF>(10)

摘要:
为研究基于可见-近红外光谱技术的煤岩识别方法，从山西、山东4个煤矿收集了页岩、砂岩、灰岩三大类11种典型煤系岩石，测定了其可见-近红外波段(400~2 450 nm)的反射光谱，分析了其矿物、元素组成对反射光谱特征的影响，获得了碳质物质含量对煤系页岩反射光谱曲线特征参数的影响规律。研究结果表明：① 绝大多数煤系岩石的反射光谱曲线在可见光波段(400~780 nm)和短波近红外波段(780~1 100 nm)呈现出随波长增加的多重吸收谷。在长波近红外波段(1 100~2 450 nm)，明显的吸收谷主要集中在1 400，1 900，2 200，2 350 nm波长，页岩、灰岩吸收谷的波长相对固定，而不同砂岩吸收谷的波长呈现出多种变化。② 除碳质物质含量较高的碳质页岩外，同一煤矿各类煤系岩石与煤的可见-近红外波段反射光谱吸收特征差异明显。③ 当煤系页岩中碳质物质含量增大时，可见-近红外波段反射光谱曲线的光谱斜率和各明显吸收谷深度均呈先快速减小后趋于平缓的特点。

煤矿硐室电缆火灾数值模拟

张小翌, 王德明, 杨雪花

2019, 45(3): 52-55. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060049

<摘要>(31) <HTML> (3) <PDF>(5)

摘要:
为掌握煤矿硐室电缆火灾的发展演化规律，利用FDS软件对煤矿硐室电缆火灾发展过程中烟流、一氧化碳浓度、氧气浓度、温度进行了数值模拟。结果表明：① 随着煤矿硐室电缆火灾发生时间的推移，烟流会加速蔓延至整个硐室，硐室内一氧化碳浓度先升高后降低并最终趋于稳定，氧气浓度先降低后升高并最终趋于稳定，温度先上升后降低并最终趋于初始温度。② 回风巷中一氧化碳浓度、氧气浓度波动剧烈，温度波动相对较小，而进风巷中一氧化碳浓度、氧气浓度、温度均未受火灾影响，因此进风巷可作为安全逃生通道。③ 火灾发生后60 s内，硐室中烟流蔓延范围较小且集中在硐室中上部，一氧化碳浓度、氧气浓度、温度均处于安全范围内，此时为最佳逃生时间。

基于视觉测量的液压支架位姿检测方法

张旭辉, 王冬曼, 杨文娟

2019, 45(3): 56-60. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018090039

<摘要>(63) <HTML> (2) <PDF>(7)

摘要:
针对目前综采工作面液压支架位姿测量方法存在实施成本高、精度和实时性较差的问题，提出了一种基于视觉测量的液压支架位姿检测方法。通过在液压支架上设置红外LED标识板，利用安装在采煤机上的防爆相机进行图像采集，基于4个共面特征点的视觉算法对图像进行处理与解算，得到液压支架底座的位姿，根据液压支架的位姿坐标可以得到其在多个方向的直线度。实验结果表明，该方法测量的液压支架位姿检测精度在0.7°以内，直线度精度在20 mm以内，满足综采工作面液压支架的检测精度要求。

下运带式输送机断带抓捕液压缓冲系统研究

成志锋

2019, 45(3): 61-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110050

<摘要>(43) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
为有效吸收下运带式输送机断带抓捕过程存在的冲击，提出了一种下运带式输送机断带抓捕液压缓冲系统，分析了系统工作原理，基于AMESim建立了系统仿真模型，仿真分析了溢流阀开启压力、液压软管通径及长度、蓄能器气囊容积及充气压力对液压缸位移及液压缸有杆腔压力的影响规律。仿真结果表明，溢流阀开启压力越大，液压缸位移越小，液压缸有杆腔压力峰值越大；液压软管通径越大，液压缸位移越大，液压缸有杆腔压力峰值越小，但当液压软管通径增大到一定程度，其对液压缸位移的影响程度减小；液压软管长度越大，液压缸位移和有杆腔压力峰值越小；蓄能器气囊容积越大，液压缸位移略有减小，液压缸有杆腔压力峰值无变化；蓄能器充气压力越大，液压缸位移略有增大，液压缸有杆腔压力峰值基本不变。

矿用带式输送机驱动滚筒轴承振动信号降噪方法

杨祥, 田慕琴, 李璐, 宋建成, 张林锋, 吴静坤

2019, 45(3): 66-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018080013

<摘要>(46) <HTML> (3) <PDF>(10)

摘要:
针对现有振动信号降噪方法中经验模态分解存在模态混叠、独立分量分析要求采集的振动信号数不少于源信号数等问题，提出了一种基于集合经验模态分解（EEMD）和快速独立分量分析（FastICA）的矿用带式输送机驱动滚筒轴承振动信号降噪方法。首先，通过EEMD算法对采集的振动信号进行分解，得到若干不同尺度的包含故障特征频率的本征模态函数（IMF）分量；然后，基于相关系数对IMF分量进行重构，得到特征信号和虚拟噪声信号，将重构的特征信号和虚拟噪声信号组成输入矩阵，并作为FastICA算法的输入；最后，利用FastICA算法实现信号与噪声分离，达到信号降噪的目的。实验结果验证了该方法的可行性和有效性。

矿用机器人驱动系统参数辨识

李振璧, 李仲强, 刘延彬, 辛元芳

2019, 45(3): 71-74. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018030058

<摘要>(41) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
针对基于最小二乘法的参数辨识精度不高的问题，提出了一种基于鲸鱼优化算法的矿用机器人驱动系统参数辨识方法。通过建立矿用机器人驱动系统模型确定待辨识参数，将待辨识参数看作鲸鱼群个体位置，通过适应度函数来衡量每个鲸鱼群个体位置的优劣，利用鲸鱼觅食策略不断更新鲸鱼群个体位置，直至获得最佳鲸鱼群个体位置，即可获得最佳辨识参数。仿真和实验结果表明，与基于最小二乘法的参数辨识方法相比，该方法具有更高的辨识精度。

双电动机驱动弛张筛及其伺服控制系统

曹培, 熊晓燕, 武兵, 牛蔺楷

2019, 45(3): 75-81. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100026

<摘要>(63) <HTML> (15) <PDF>(5)

摘要:
普通弛张筛中双筛框的振动相位会根据筛板上来料量的变化而变化，很难实现固定筛框和浮动筛框理想的180°相位差，导致筛分效率不能保证。针对上述问题，建立了双电动机驱动弛张筛力学模型及振动方程，得到弛张筛固定筛框和浮动筛框之间的振幅和相位关系，并分析得出：双激振电动机转速同步且偏心块的相位差为170°时，双筛框的振动相位差能达到180°。提出了一种基于双电动机驱动的弛张筛伺服控制系统，采用了基于交叉耦合的转速同步控制方法和改进的基于点动Bang-Bang的相位补偿控制算法。仿真结果表明：该系统在启动阶段跟随速度快，调整时间短，超调量小，转速同步情况比较理想；转速及相位补偿速度快，转速波动幅度为70 r/min左右，偏心块相位差波动幅度控制在5°以内，具有较强的抗干扰性。

大功率防爆永磁同步电动机多目标优化预测控制

何媛媛, 谷明月, 刘艳

2019, 45(3): 82-89. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110057

<摘要>(28) <HTML> (3) <PDF>(6)

摘要:
针对基于赋权法的传统多目标预测控制方法无法有效处理目标矛盾及权值系数设计复杂的问题，提出了一种基于两层结构相容框架的大功率防爆永磁同步电动机多目标优化预测控制方法。将d轴电流跟踪、q轴电流跟踪与中点电位平衡划分为相容优化层，通过引入界限区间，有效实现了3个目标的相容控制；将开关损耗划分为最优优化层，提出了一种基于外拓法的开关频率衡量方法，通过对多个控制周期的开关次数的近似衡量，有效减小了系统的平均开关频率。仿真结果表明，所提方法能够实现电流指令跟踪与中点电位的相容控制，并能有效减小系统平均开关频率。

矿井通风机倒机过程自适应PID抗饱和控制器设计

孙涛, 夏振兴, 王前进

2019, 45(3): 90-94. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018100013

<摘要>(33) <HTML> (2) <PDF>(5)

摘要:
针对矿井通风机倒机过程中存在的执行器饱和问题，将变结构PID抗饱和控制与非线性自适应控制相结合，设计了自适应PID抗饱和控制器。基于带死区的投影算法建立矿井通风机倒机过程线性和非线性模型；针对这2个模型，分别设计一个变结构PID抗饱和控制器；计算线性和非线性自适应PID抗饱和控制器在不同状态下的运行评价指标，选择评价指标值较小的控制器用于该状态下的矿井通风机倒机过程控制。仿真结果表明，自适应PID抗饱和控制器能够保证井下传输风量的平稳，很好地解决了执行器饱和问题。

柱面弯曲对矿用可穿戴半模衬底集成空腔天线性能的影响

刘逢雪, 崔洁, 孙红, 魏明生

2019, 45(3): 95-98. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17378

<摘要>(73) <HTML> (4) <PDF>(6)

摘要:
对矿用可穿戴半模衬底集成空腔天线在柱面弯曲情况下的频率特性、阻抗匹配及辐射特性进行了仿真分析，结果表明：天线柱面弯曲导致谐振频率升高，但-10 dB相对带宽基本不变；当辐射开口发生弯曲时，天线阻抗匹配随着弯曲程度增大而逐渐变差；天线柱面弯曲造成正向辐射增益降低、背向辐射增益升高。因此，针对天线在柱面弯曲情况下的应用，应适当增大天线空腔尺寸和导电底面的长度或宽度，并在选择天线放置方向时应保持辐射开口不弯曲。

自动化记忆放煤控制研究

崔志芳, 牛剑峰

2019, 45(3): 99-102. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018060030

<摘要>(51) <HTML> (3) <PDF>(4)

摘要:
针对综采放顶煤工作面人工放煤控制方式存在放煤效率低、质量差等问题，参考采煤机记忆割煤控制思想，提出了自动化记忆放煤控制方法。自动化记忆放煤控制通过示范学习获取记忆放煤控制数据，由液压支架电液控制系统根据记忆放煤控制数据控制液压支架放煤机构位姿，通过调整放煤口开度实现放煤量控制；同时通过液压支架放煤机构位姿与放煤量关系模型计算复核放煤量，进而修正记忆放煤控制数据，防止出现后部刮板输送机过载等情况。该方法适用于煤层较稳定、煤层厚度变化不大的放顶煤工作面。

全文搜索引擎在煤矿运维系统中的应用

孟峰, 荆诚

2019, 45(3): 103-108. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2018110071

<摘要>(28) <HTML> (3) <PDF>(4)

摘要:
针对目前已有的煤矿运维系统功能单一、自动化程度低等问题，将全文搜索引擎应用到煤矿运维系统中，通过搜索引擎从故障解决方案数据库中搜索出匹配的解决方案。介绍了煤矿运维系统流程及故障解决方案来源、数据结构和录入流程；通过对比选型，选择Elasticsearch作为煤矿运维系统的全文搜索引擎，并给出了其具体应用方法。实例分析及测试结果表明，该搜索引擎提供的搜索结果与告警内容所反映的故障相关度较高，能够为解决故障提供有效帮助。

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2019年第45卷第3期

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