工矿自动化

Industry and Mine Automation

编委学术专栏

  • 煤矿用5G通信系统标准研究制定

    孙继平;

    为满足煤矿远程监控、视频监视、数据采集、语音通信等需求,煤矿用5G通信系统应具有下列功能:(1)远程控制、监控、定位、监视和语音等不同业务承载功能。(2)采煤机、掘进机、电铲、挖掘机、无轨胶轮车及电机车等远程控制功能。(3)矿用运输车辆应急远程接管功能。(4)摄像机音视频的远程实时传输功能。(5)监控设备、传感器、车辆辅助驾驶等数据采集功能。(6)语音通话功能,支持矿用融合调度系统。(7)端到端切片功能,满足远程控制、监控、视频和语音等差异化的业务性能要求,提供对应的端到端切片资源。(8)支持SA组网方式,支持5G NR的通信制式。(9)支持5G LAN以太网通信。(10)应急惯性运行功能,当矿区专网与通信运营商公用网络失联时,本地业务可持续在线作业。(11)设备级冗余保护功能,当单个物理端口故障时,数据业务不中断。(12)核心网双设备冗余保护功能,当主设备故障时,切换备用设备继续提供服务。(13)核心网控制面传输机密性和完整性保护功能,保证核心网控制面的安全。(14)终端认证、检查和限制接入系统非授权终端的功能,支持煤矿企业安全服务器对终端的认证。(15)防止终端攻击系统和合法终端功能。(16)核心网、传输设备、基站控制器、基站和终端集成一体化管理的功能。(17)网络性能和业务服务性能集中监控功能。(18)异常可视告警与故障定位功能。(19)矿用5G网络资源评估功能,当煤矿增加新业务或更多终端接入5G网络时,应能评估5G网络资源利用率,并给出是否可上新业务的报告。(20)备用电源。煤矿用5G通信系统的主要技术指标应满足下列要求:(1)上行速率为20 Mbit/s,无线工作频段为700~900 MHz时,井工煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥500 m;无线工作频段为其他工作频段时,井工煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥150 m。当上行速率为30 Mbit/s时,露天煤矿的基站无线覆盖半径(无遮挡)≥400 m。(2)基站到基站控制器的有线传输距离≥10 km。(3)系统最大接入终端数量≥20 000个。(4)井工煤矿的基站和终端无线发射功率≤6 W;露天煤矿的基站发射功率≤320 W;露天煤矿的终端无线发射功率≤6 W。(5)基站无线接收灵敏度≤-95 dBm;终端无线接收灵敏度≤-85 dBm。(6)无线工作频率应在700 MHz、800 MHz、900 MHz、1.9/2.1GHz、2.6 GHz、3.3 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、6 GHz等频段中选取(井工煤矿优选700~900 MHz)。(7)在制式为TDD、帧结构为1D3U1S时,基站接入的多用户的上行平均吞吐率≥600 Mbit/s,下行平均吞吐率≥250 Mbit/s。(8)对于井工煤矿,在1 Mbit/s和20 Mbit/s上行业务运行时,系统平均时延应小于20 ms,且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.99%;对于露天煤矿,在1 Mbit/s和30 Mbit/s上行业务运行时,系统平均时延应小于20 ms,且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.9%。(9)单用户的丢包率≤0.01%。(10)单用户从基站A小区切换到基站B小区的切换时延≤100 ms。(11)移动台蓄电池连续工作时间应不小于11 h,其中,通话时间应不小于2 h。(12)在电网停电后,备用电源向基站、基站控制器及传输设备连续供电时间≥4 h。

    2023年08期 v.49;No.329 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1502K]
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  • 基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警技术研究

    张旭辉;白琳娜;杨红强;

    目前悬臂式掘进机截割部故障预警技术依赖于传统的数据采集方法,在掘进机截割部实际运行过程中存在信号获取困难、噪声较多等问题,导致掘进机截割部故障预测预警能力受到限制。针对上述问题,提出一种基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警方法。对悬臂式掘进机截割部进行三维实体建模,利用机械系统动力学自动分析软件(ADAMS)获取截割部机械系统虚拟数据,构建其动力学仿真模型以获取虚拟数据,并采用余弦相似度函数表征其与真实数据的相似度,验证虚拟数据的可信度。将虚拟、真实数据分别采用贝叶斯估计与自适应互补加权融合方法进行相似关联与互补关联融合,获得虚实融合数据。针对传统自组织映射(SOM)神经网络学习效率易受学习速率的影响问题,建立了基于改进SOM神经网络的故障预警模型,引入关于时间的单调递减函数对SOM神经网络进行训练,在保证学习速率的同时,兼顾模型的稳定性。将融合数据输入基于SOM神经网络的故障预警模型以确定获胜神经元并进行权值调整,计算真实数据与获胜神经元间的距离并进行权值调整,进而实现故障预警。实验结果表明,改进SOM神经网络的平均运行效率可提高35.84%;基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警方法可成功实现单一故障和复合故障的类型预测,其预测准确率达83.33%。

    2023年08期 v.49;No.329 9-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 2421K]
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综述

  • 矿井直流电法技术应用现状与展望

    杨少文;张平松;许时昂;吴海波;邱实;焦文杰;

    矿井直流电法作为一种高效的地球物理勘探手段,在精准圈定各类异常区方面发挥了重要作用。井下探测空间小、干扰多、技术要求高,其发展受到诸多因素限制,因此,建立快速采掘模式下与智能化矿井生产相匹配的矿井直流电法技术体系意义重大。从基本原理、技术发展及分类3个方面对矿井直流电法进行了概述,总结了矿井直流电法用于顶底板探查、巷道超前探测、工作面内异常区探查等方面的最新进展;对矿井直流电法仪器与设备研发进展进行了分析,列举了常见的几类矿井直流电法仪器;分析了矿井直流电法在解决工程问题中存在的关键问题:(1)目前矿井直流电法超前探测技术在含/导水异常体圈定空间的定位精度低,同时存在有效探测距离不足的问题。(2)矿井直流电法施工空间狭小,在有限的测试空间内,多方位地质异常体电性响应叠加,增加了数据处理和解释难度。(3)矿井直流电法在井下应用时易受场地金属源干扰,特别是受掘进机、液压支架、锚锁(网)支护、轨道、输送管道等大型金属件影响。对矿井直流电法未来发展方向进行了展望:(1)构建多源地电场数据响应特征库。(2)多源数据融合解释。(3)建立矿井直流电法智能化监测体系。

    2023年08期 v.49;No.329 20-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1996K]
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分析与研究

  • 智能工作面液压支架电液控制系统端头控制器设计

    张晓海;田慕琴;张敏龙;宋建成;许春雨;聂鸿霖;杨永锴;

    随着无人值守智能化综采工作面建设的不断推进,对液压支架电液控制系统的自动化控制功能提出了更高的技术要求。基于目前国内开发的电液控制技术在满足智能化生产技术要求方面,存在通信速率低、响应不及时和可靠性差等问题,开发了一种基于32位处理器的液压支架电液控制系统端头控制器,设计了基于工业以太网和CAN总线的端头控制器通信架构。根据无人值守智能化综采工作面具有智能感知、智能决策和自动控制的技术要求,在端头控制器中设计了参数巡检、参数修改、在线升级和跟机自动控制功能。为了应对智能化综采工作面对液压支架电液控制系统数据标准化、规范化的要求,端头控制器可以对液压支架电液控制系统产生的数据按照基于位号的数据编码标准进行编码。通过综采工作面“三机”实验平台进行实验,结果表明:端头控制器从发出巡检指令到接收到实验平台27台支架控制器的数据,整个过程用时1.8 s,比使用RS485通信实现参数巡检快1.5 s;端头控制器发送的升级程序大小为38 KiB,传输时间为1.2 s。经过测试,综采工作面所有支架控制器从接收升级命令到一起升级成功用时为4~6 s,达到了预期目标;端头控制器可以根据采煤机位置控制相应液压支架做出正确动作,且能够满足实时性要求。

    2023年08期 v.49;No.329 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1687K]
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  • 基于惯性测量单元的刮板输送机形态监测

    魏东;李祖旭;司垒;谭超;王忠宾;梁斌;肖俊鹏;

    刮板输送机作为综采工作面的核心运输装备,准确感知其形态是提升其带载能力、缓解传动冲击、改善综采工作面直线度的重要前提。目前常用的刮板输送机形态间接测量方法难以准确表征其形态,导致测量模型误差较大。针对该问题,采用惯性测量单元直接测量刮板输送机中部槽原始位姿信息,实现刮板输送机形态数据的准确获取。采用融合Heursure阈值规则和新阈值函数的小波阈值去噪方法滤除中部槽运动加速度信号中的噪声干扰,在此基础上分析了中部槽运动特征,设计了基于随机森林的中部槽运动状态识别模型,根据运动状态识别结果采用不同的策略更新中部槽位置,减小了随时间累计的IMU数据误差,提升了IMU位置解算精度。设计了改进哈里斯鹰优化(HHO)算法优化无迹卡尔曼滤波(UKF)进行中部槽姿态解算,通过实验验证了该方法解算的姿态角满足中部槽姿态测量要求。搭建了刮板输送机形态监测实验平台,对基于运动状态识别和改进HHO优化UKF的刮板输送机形态解算方法进行实验验证,结果表明:刮板输送机进行单次推溜且步距为250 mm时,由10节中部槽组成的刮板输送机在底板水平工况下,X,Y轴方向上位移的最大累计误差分别为6.4,8.4 mm,Z轴方向上位移始终保持不变,俯仰角、横滚角和航向角的最大累计误差分别为-0.148,-0.035,0.457°;在底板起伏工况下,X,Y,Z轴方向上位移的最大累计误差分别为6.6,11.5,6.9 mm,俯仰角、横滚角和航向角的最大累计误差分别为-0.540,-0.157,0.817°。该方法可有效抑制累计误差,降低测量误差,实现刮板输送机形态的准确感知。

    2023年08期 v.49;No.329 37-52+80页 [查看摘要][在线阅读][下载 4270K]
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  • 基于改进A~*算法的煤矿救援机器人路径规划

    姜媛媛;丰雪艳;

    路径规划是煤矿救援机器人研究的重要内容之一。针对灾后煤矿环境非结构化的特点,以及传统A~*算法规划的路径长度非最短、拐弯次数多和平滑度较差等问题,提出一种基于改进A~*算法的煤矿救援机器人路径规划方法。对真实环境中的地图信息进行二值化处理,构建栅格地图;判断当前点与目标点的相对位置,利用改进A~*算法进行路径规划,得到一条从当前点到目标点的路径;利用Douglas-Peucker(D-P)算法提取路径上的关键节点,采用三次样条插值函数对关键节点进行拟合,完成对路径的平滑处理。改进A~*算法将传统A~*算法的8邻域搜索扩展为有目的性的13邻域搜索,在进行路径搜索时,先对当前点和目标点的位置关系进行判断,从而减少路径节点,减小路径长度,提升路径平滑度。Matlab仿真结果表明:与8邻域A~*算法、24邻域A~*算法、48邻域A~*算法相比,改进A~*算法在路径长度、拐弯次数、平滑度等方面有一定优化,更适用于煤矿救援机器人路径规划;与Fuzzy算法相比,改进A~*算法路径规划所用时间更短,规划的路径长度更短,拐弯次数更少。

    2023年08期 v.49;No.329 53-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1608K]
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  • 煤矿井下群机器人高效任务分配算法

    吴文臻;

    松散型合作群机器人系统在现阶段煤矿辅助机器人作业中具有广泛应用前景。但松散型合作群机器人系统的任务分配过程未向划分过程进行反馈,导致任务划分与分配过程高效性与合理性不足。针对该问题,提出一种基于改进型鲁宾斯坦协商策略的煤矿井下群机器人高效任务分配算法。根据群机器人系统任务划分与分配过程的多方博弈特点,将鲁宾斯坦协商策略由双方博弈向多方共同博弈方向延伸,提出多方协商博弈的“出价-讨价-还价”规则。从机器人个体执行能力与任务执行情况差异的角度出发,提出基于机器人个体单位时间任务完成量的折扣因子计算方法,以及基于各分配周期任务执行情况的任务完成状态反馈参数模型,以实现任务的动态划分与分配。通过3组机器人合作执行煤矿矿区的整体监测任务,对算法性能开展实验验证,结果表明:(1)算法3(采用改进型鲁宾斯坦协商策略)的任务划分与分配效率较算法1(将每组无人机数量与运行速度乘积的比例直接作为3组无人机任务划分与分配的标准)、算法2(使用多方共同协商的鲁宾斯坦协商策略,但不考虑任务完成状态反馈参数)分别提升了30.10%,18.29%。(2)基于算法3的3组无人机执行任务的平均最大时间差为42 s,较算法1、算法2分别优化了77.66%,65.29%,这是由于算法3通过引入任务完成状态反馈参数,及时对任务参与方的任务执行过程进行评估,将任务的分配和执行过程向任务的划分阶段进行反馈,使任务的划分与分配更加准确。

    2023年08期 v.49;No.329 60-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2054K]
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  • 基于局部几何-拓扑地图的地下矿自动驾驶定位导航方法

    刘仕杰;邹渊;张旭东;

    无人驾驶技术在提高效率、节省成本、减少安全隐患等方面具有巨大优势。针对目前地下环境中定位导航方案实施难度大、成本高、构建地图耗时长等问题,提出了一种基于局部几何-拓扑地图的地下矿自动驾驶定位导航方法。设计了一种局部几何-拓扑地图,井下环境的路网主体结构由拓扑地图表示,该地图上定义了巷道(边)和交叉路口(节点),在每个节点中存储以该节点为中心构建的局部几何地图,用以实现节点处的精确定位。提出了一种基于局部几何-拓扑地图的定位方法,使用基于激光雷达的交叉路口检测算法与交叉路口定位算法进行车辆全局定位。设计了一种基于自适应模型预测控制(MPC)的轨迹跟随算法,保证车辆在交叉路口大曲率转向时的路径跟踪精度。使用三维物理仿真平台构建了地下矿的仿真环境与车辆仿真模型,仿真结果表明:该方法能够实现地下矿自动驾驶定位导航功能,在各种类型交叉路口的定位误差均在0.2 m以内,可以满足自动驾驶的定位精度要求;在整个行驶过程中车辆始终保持较为平稳的行驶状态和较小的跟踪误差。与目前依赖于5G、UWB等技术的定位导航方法相比,该方法仅依赖于激光雷达与惯性测量单元2种车身传感器,在控制设备成本上具有极大优势。

    2023年08期 v.49;No.329 70-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 3372K]
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  • 基于全局点云地图的煤矿井下无人机定位方法

    高海跃;王凯;王保兵;王丹丹;

    即时定位与建图(SLAM)技术应用于煤矿井下无人机自主定位时,由于采用特征点构建地图,易出现退化问题,导致定位不准确,且因其以机体作为参考坐标系,无法实现全局定位。针对该问题,提出了一种基于全局点云地图的煤矿井下无人机定位方法。以Fast-LIO2算法作为激光SLAM算法,获得无人机位姿估计;采用迭代最近邻算法,对获取的激光雷达实时点云和全局点云地图进行两步匹配,实现无人机位姿校正;针对因点云数量过多导致点云匹配速度无法保证定位实时性的问题,设计了基于时间的位姿输出策略,提高了无人机位姿数据输出频率。在1 000 m煤矿井下巷道中测试无人机定位方法的SLAM精度和位姿校正效果,结果表明:在长距离巷道环境中,Fast-LIO2算法的定位累计误差小于1 m,在600 m以上范围内小于0.3m,明显小于LOAM-Livox算法和LIO-Livox算法;Fast-LIO2算法输出的位姿估计经校正算法校正后,飞行路径全部位于全局点云地图中,验证了位姿校正算法有效;单次SLAM算法运行耗时14.83 ms,单次位姿校正耗时883 ms,位姿数据输出频率为10 Hz,满足无人机定位实时性要求。

    2023年08期 v.49;No.329 81-87+133页 [查看摘要][在线阅读][下载 3250K]
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  • 高采样频率的矿井电火花图像识别及抗干扰方法研究

    李小伟;王建业;

    隔爆外壳外的电缆和电气设备漏电、大功率无线电发射在金属支护和机电设备金属上感生电动势放电产生的矿井电火花,会引起瓦斯和煤尘爆炸及矿井火灾事故,因此有必要尽早感知矿井电火花。影响矿井电火花识别的主要是矿井光源,为减少矿井光源对矿井电火花图像识别的干扰,提出了一种高采样频率的矿井电火花图像识别及抗干扰方法:依据电火花的最长持续发光时间和闪光光源的最短持续发光时间,计算摄像机的采样频率,保证每次电火花出现时,电火花图像只出现在1帧图像上,且矿井光源存在时,干扰光源图像至少出现在连续2帧图像上;计算每帧图像的像素灰度和,若当前帧图像的像素灰度和与前后相邻帧图像的像素灰度和的差值均大于设定的阈值,则发出矿井电火花报警信号。试验结果表明:在无干扰光源条件下,该方法可准确识别矿井电火花图像,准确率达100%;在有日光灯、白炽灯等常亮光源干扰条件下,电火花与日光灯混合图像中电火花识别准确率达99.40%,电火花与白炽灯混合图像中电火花识别准确率达99.67%;在有闪光光源干扰条件下,电火花与闪光灯混合图像中电火花识别准确率达100%。

    2023年08期 v.49;No.329 88-93+147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2610K]
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  • 基于多尺度局部直方图均衡化的矿井图像增强方法

    涂毅晗;汪普庆;

    针对当前常用的直方图均衡化、基于Retinex理论、基于同态滤波、基于小波分析等矿井图像增强方法存在欠增强、过增强等问题,提出了一种基于多尺度局部直方图均衡化的矿井图像增强方法。根据HSI颜色空间图像的颜色分量(色调分量、饱和度分量)与亮度分量相互独立特性,将矿井低照度RGB图像转换到HSI颜色空间;采用双边滤波将亮度分量分解为光照图像和反射图像;对光照图像进行小、中、大3个尺度分块,对图像块分别进行局部直方图均衡化处理,以提升图像亮度和对比度;对反射图像进行8方向梯度增强,以丰富图像的纹理边缘;将经多尺度局部直方图均衡化的光照图像和方向梯度增强的反射图像进行Retinex反变换,得到增强的亮度分量,将其与色调分量和饱和度分量转换至RGB颜色空间,得到增强的矿井图像。采用煤矿井下实际监控图像对基于多尺度局部直方图均衡化的矿井图像增强方法进行实验验证,对其增强效果进行主客观评价。结果表明:该方法与现有图像增强方法相比,在图像亮度和对比度方面均有更大的提升,细节信息更丰富,信息熵提升7.23%以上,平均梯度均值提升31.6%以上,具有更好的图像增强效果。

    2023年08期 v.49;No.329 94-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1679K]
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  • 轻量化的多尺度跨通道注意力煤流检测网络

    朱富文;侯志会;李明振;

    为通过变频调速提高带式输送机运行效率,需要对带式输送机煤流进行检测。现有基于深度学习的带式输送机煤流检测方法难以在模型轻量化和分类准确度之间达到平衡,且很少考虑在特征提取过程中通道权重分布不平衡对检测准确度的影响。针对上述问题,提出了一种轻量化的多尺度跨通道注意力煤流检测网络,该网络由特征提取网络和分类网络组成。将轻量化的残差网络ResNet18作为特征提取网络,并在此基础上引入煤流通道注意力(CFCA)子网络,CFCA子网络采用多个卷积核大小不同的一维卷积,并对一维卷积的输出进行堆叠,以捕获特征图中不同尺度的跨通道交互关系,实现对特征图权重的重新分配,从而提高特征提取网络的语义表达能力。分类网络由3个全连接层构成,其将向量化的特征提取网络的输出作为输入,并对其进行非线性映射,最终得到“煤少”、“煤适中”、“煤多”3类结果的概率分布,通过将煤流检测问题转换为图像分类问题,避免瞬时煤流量波动过大导致带式输送机频繁变频调速的问题,提高带式输送机运行稳定性。实验结果表明,ResNet18+CFCA网络在几乎不增加网络参数量和计算复杂度的情况下,比ResNet18网络在分类准确率上提升了1.6%,可更加有效地区分图像中的前景信息,准确提取煤流特征。

    2023年08期 v.49;No.329 100-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 2017K]
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  • 一种基于小样本声音信号的托辊故障诊断方法

    郝洪涛;邱园园;丁文捷;

    基于深度学习的故障诊断方法对数据集的质量有很高要求,需要大批量数据才能进行良好的模型训练,从而实现准确的故障诊断,而在实际应用中能够采集到的故障信号通常很有限。针对托辊故障声音信号获取困难、样本量少,导致智能故障诊断方法性能受限的问题,提出了一种基于小样本声音信号的托辊故障诊断方法。使用特征转换方法将一维声音信号转换为二维时频图像,将频率域的特征融入进来,以提高数据集对故障特征的表达能力;提出了多种类型时频图结合的数据集扩充方法,将短时傅里叶变换(STFT)、连续小波变换(CWT)、希尔伯特-黄变换(HHT) 3种时频分析方法绘制的时频图相结合,以扩充数据集,增加数据样式;引入了深度迁移学习的思想,使用轴承数据集对模型进行预训练,然后使用托辊数据对预训练模型进行微调,以进一步提升模型的识别准确率。实验结果表明:多种类型时频图结合的数据集扩充方法能有效解决使用小样本数据训练模型时易过拟合的问题;使用迁移学习后,模型的测试准确率达98.81%,相较于不使用迁移学习时提升了7%,且没有出现过拟合现象,说明模型训练良好;相较于生成对抗网络扩充STFT时频图数据集+迁移学习的方法,多种类型时频图结合的数据集扩充+迁移学习的方法准确率提高了4%,且更容易实现,可解释性更强。

    2023年08期 v.49;No.329 106-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1755K]
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  • 时移航空磁法在煤矿火烧区探测中的应用研究

    于永宁;李雄伟;石磊;柳凯元;郭建磊;马国庆;

    煤层自燃后导致上覆地层中的矿物质形成磁性矿物,呈现高磁异常特征,为磁法探测火烧区提供了物性前提。航空磁法在煤矿火烧区探测取得了良好效果,但无法有效探测煤层火烧区发展趋势。针对上述问题,在航空磁法的基础上,提出了时移航空磁法,即在一定时间间隔内开展2次航空磁法探测,根据2次航磁反演结果之间的差值,判断煤矿火烧区随时间的变化特征,达到有效探测煤矿火烧区分布范围及发展趋势的目的。为兼顾起伏地区的地形拟合效果和反演计算效率,采用规则与非规则复合网格剖分方法,即在地表起伏的地方采用四面体非规则网格剖分,在地表以下的地方采用六面体规则网格剖分。结果表明,规则与非规则复合网格剖分方法不仅满足起伏地形条件下对反演精度的要求,而且反演计算效率较四面体非规则网格剖分方法提升了近6倍。基于实际地质情况建立了数值模型,并利用无人机和航空光泵磁力仪进行实际测试。数值模拟和实测结果表明,时移航空磁法能够准确探测火烧区分布范围及火烧区随时间变化的发展趋势,可为煤矿开展防灭火工作提供依据。

    2023年08期 v.49;No.329 114-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 2603K]
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  • 智慧矿山挡墙状态检测方法

    许联航;李曦;郭叙森;李静;

    无人驾驶车辆在矿山行驶过程中,如果矿区挡墙出现破损而没有被及时发现并修复,车辆在行驶或卸载时超出挡墙安全范围,易造成安全事故。现有的挡墙状态检测方法多是基于车端、无人机传感设备采集的点云数据,视野有限,稀疏性较大,稳定性差,且缺乏针对挡墙状态完整性检测的方法。针对上述问题,提出了一种基于路侧激光雷达传感器的挡墙状态完整性检测方法。采用分辨率较高的路侧激光雷达传感器采集车辆行驶区域的挡墙点云数据,采用多边形区域滤波及体素栅格化获得完整的挡墙点云数据。采用滑动寻迹搜索技术,沿着挡墙延伸方向将其划分成子单元,以适应不同形状挡墙。针对矿区场地不平整及远处点云数据稀疏带来的误检问题,采用高度差阈值和密度阈值双阈值法,通过检测子单元的缺陷情况得到整个挡墙状态的完整性检测。采集了内蒙古某矿区“L”型、“S”型挡墙的点云数据,并在有遮挡和无遮挡的场景下进行现场试验,结果表明,该检测方法对不同形状挡墙的缺陷均具有较强的检测能力,能够实时识别并标记出点云数据的破损部位。

    2023年08期 v.49;No.329 121-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 1778K]
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  • 基于树莓派的井下水仓水位智能测控系统

    陈海舰;王唯一;范锦鸽;潘逸冬;闫子骥;吴保磊;

    针对目前井下水仓水位监测方法精度较低、易受环境影响、实时性不强、对机器算力的要求较高、硬件成本较高等问题,提出了一种基于树莓派的井下水仓水位智能测控系统。该系统通过防爆监控摄像机采集水仓标尺周围水位图像,采用树莓派作为图像处理平台。首先,将采集的彩色图像转换为灰度图像,利用Otsu法对图像进行阈值分割,通过形态学运算去除噪声并增强图像边缘信息,进而将标尺轮廓从背景中分离出来;其次,利用Canny算子检测标尺边缘,并利用Hough变换方法提取水位线与标尺竖边的交线,得到水位线在图像空间中的坐标;然后,对水位线附近区域一定范围内的标尺数字图像进行阈值分割和滤波增强处理,再通过模板匹配法实现标尺数字识别,从而得到水位线数值;最后,将水仓水位线数值转换为电流模拟量,利用树莓派发送给水泵控制器,根据电流大小控制水泵开停,实现水仓水位智能控制。该系统具有成本较低、部署便捷、精度高、实时性好等优点,能够实现水仓水位快速精准识别与控制。

    2023年08期 v.49;No.329 127-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 2629K]
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  • 济宁二号煤矿通风系统优化改造

    掌奕然;陶维国;郭传清;陈修杰;苗德俊;

    针对目前对矿井工作面通风系统风量调节及矿井降阻等方面研究较少的问题,以济宁二号煤矿10303工作面和33下02工作面为工程背景,对这2处原有的通风系统在风量调节及矿井降阻等方面进行优化改造。将工作面通风系统图导入Ventism软件中,生成实体巷道并迭代计算,构建矿井通风网络解算模型。将现场实测的主要参数输入到该模型中进行风流计算,得到的巷道内流速、温度及风量等相关数据与现场测定数据误差在标准范围内。由矿井通风阻力测定结果可知,原有通风系统存在如下问题:南翼石门调节风墙设置不合理;33下02工作面实际供风量小于理想需风量;南翼-740水平轨道大巷通风路线长,受辅助运输巷并联进风的影响,南翼回风大巷阻力大。针对上述问题,提出3条改造措施:(1)在南翼回风石门和北翼带式输送机巷交汇处设置1个封闭风门,并将南翼带式输送机大巷与回风石门原有的风窗面积调整为2.9 m~2;(2)在三采区轨道下山延伸与33下02轨道联络巷处设置1个面积为0.1 m~2的调节风窗;(3)在十一采区管子道和南翼-740水平轨道大巷接口处,将0.9 m~2的调节风窗改为2.4 m~2,减少南翼-740水平轨道大巷风量,增加辅助运输巷的并联风量。改造后的通风系统模拟结果表明:南翼-740水平轨道大巷阻力降低了32.7%,33下02工作面风量提升了19.8%,矿井通风路线总阻力降低了6.4%。改造后的通风系统现场实测结果表明:实测风量和数值模拟结果平均相对误差为1.28%,实测阻力和数值模拟结果平均相对误差为2.52%,模拟结果与现场实测结果基本吻合。通风系统改造后,进风井风量和阻力变化不大;回风井监测点处的风量减少,阻力降低;33下02轨道联络巷及工作面监测点处实测风量分别增加了25.3%和21.4%,阻力增大了57.4%和41.1%;南翼-740水平轨道大巷监测点处实测风量降低了20.3%,实测阻力减小了36.6%。工作面风量和矿井总阻力达到预期优化效果。

    2023年08期 v.49;No.329 134-141+155页 [查看摘要][在线阅读][下载 3080K]
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  • 不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性研究

    马兴莹;龚选平;成小雨;程成;李德波;

    目前关于瓦斯解吸动力特性的研究主要集中在单一粒径煤样,而对于不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性的研究较少。针对该问题,利用含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,将(0,0.25)mm、[0.25,0.5)mm、[0.5,1] mm 3种粒径煤样按照不同比例混合,开展了不同粒径混合煤样瓦斯解吸实验,分析了不同粒径煤样占比条件下的瓦斯解吸量、扩散系数及解吸衰减系数等瓦斯解吸动力学参数变化特征。结果表明:(1)不同粒径混合煤样瓦斯解吸过程中,前期影响瓦斯解吸量的主要因素是粒径大小,后期影响瓦斯解吸量的主要因素是煤样中不同粒径煤样占比大小;小粒径煤颗粒占比越大,煤样瓦斯解吸量越大。(2)不同粒径混合煤样瓦斯扩散系数具有时变性,随着瓦斯解吸时间增加,瓦斯扩散系数呈衰减态,最终趋近0;初始瓦斯扩散系数随小粒径颗粒煤占比的增加而减小;(3)小粒径颗粒煤占比越大,瓦斯解吸衰减系数越大。因此,在井下瓦斯含量测定过程中,获取的煤样中应尽可能提高大粒径颗粒煤的占比,以降低取样过程中瓦斯损失量,提高瓦斯含量测定的准确度。

    2023年08期 v.49;No.329 142-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2923K]
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  • 基于随机森林和树突网络的煤镜质组反射率估计

    袁懿琳;赵荣焕;何坤;黄秀;王洪栋;邹亮;

    镜质组平均最大反射率是表征煤化程度的重要指标,在确定煤级、鉴别混煤和指导炼焦配煤中起关键作用。传统反射率测定方法费时耗力,且测量结果的主观性较强,致使实验室间鉴定结果的可比性差。针对该问题,提出一种基于随机森林(RF)和树突网络(DDNet)的煤镜质组反射率估计方法,主要包括煤岩显微图像分割、镜质组识别和镜质组平均最大反射率预测3个部分。利用手肘法和K-Means算法对显微图像聚类,以实现不同显微组分区域的分割;采用人工少数类过采样法(SMOTE)对少数类样本过采样,以改善煤岩中镜质组与非镜质组区域样本的不均衡问题;利用基于DDNet的回归算法实现镜质组平均最大反射率的估计,构建回归模型时从镜质组区域中选择多个41×41像素的方形窗口并提取其灰度特征,以提高算法的鲁棒性,其决定系数达到0.990。实验结果表明:采用手肘法自动确定K-Means算法的参数K,具有良好的自适应能力,能够自动区分不同类别数的显微组分;SMOTE方法可有效避免模型因过度学习样本先验信息而导致对多数类识别好、少数类识别差的问题,提高分类准确度,其中基于RF的识别模型准确率达到97.0%;建立了7种回归估计模型,其中DDNet回归模型性能最佳,决定系数达到0.990,预测结果与实际值高度契合,验证了所提方法的可行性。

    2023年08期 v.49;No.329 148-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 2830K]
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  • 截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

    刘滨;李雪峰;

    镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明:(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数(CI)和截割比能耗(SE)评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩脊较小,截割载荷较小,但由于截割沟槽干涉会产生较多细小碎屑,消耗较多能量,所以能耗升高;随着截割间距增大,残余岩脊增大,截割力增大,但由于已有截割沟槽对岩石的弱化作用且截割沟槽间干涉较少,形成的大块碎屑占比增大,所以截割能耗降低;随着截割间距进一步增大,截割沟槽间无干涉,且已有截割沟槽对岩石的弱化作用降低,截割力增大,碎屑粒度减小,截割能耗上升,截割状态逐渐趋近于自由截割。

    2023年08期 v.49;No.329 156-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 2642K]
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