- 李敬兆;孟亦凡;王继伟;
在智慧矿山建设过程中需要从整体角度统筹分析海量矿山监测数据,从而全面感知矿山安全状况。针对该问题,提出了一种矿山多层级安全态势感知系统。该系统通过在雾计算设施中部署局部安全态势感知模型对矿山区域范围内各子系统的监测数据进行分析,从而感知矿山局部安全态势;局部安全态势通过矿山高速通信网络汇集至云计算设施,通过部署在云计算设施中的全局安全态势感知模型进一步感知矿山全局安全态势。局部和全局安全态势感知模型采用基于门控循环单元构建的编码器与解码器处理数据之间的相关性,并引入Attention机制使模型具备筛选重点数据的能力,以提高模型运算速度。同时,为使模型运行在最佳状态,采用粒子群算法寻找模型最优超参数。仿真结果表明,安全态势感知模型具有较高的精度。
2020年12期 v.46;No.297 1-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1026K] [下载次数：434 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：0 ] - 孙杰臣;李敬兆;王继伟;许志;
为保障煤矿井下无人运输车辆行驶过程中巷道内人员的安全,提出了一种煤矿井下人车联动控制系统。使用深度可分离卷积网络代替YOLOv3目标检测模型的DarkNet-53特征提取网络,提高目标检测的实时性,并根据上采样与特征金字塔网络的思想,扩大特征图尺度,保证目标检测的精度;使用改进的YOLOv3目标检测模型在车辆行驶时对井下人员进行检测,依据人员与车辆之间的距离,利用遗传算法优化的PID控制实现车辆速度快速、精确调节。实验结果表明,该系统可快速检测人员目标,并根据人员与车辆之间的距离快速控制车辆速度,具有较高的可靠性。
2020年12期 v.46;No.297 7-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 549K] [下载次数：250 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：0 ] - 许志;李敬兆;张传江;姚磊;王继伟;
煤矿井下海量的监控视频通过以太网传输至云计算中心进行集中处理,存在高延迟、高成本、高网络带宽占用等问题。针对上述问题,以深度可分离卷积为核心构建了轻量化卷积神经网络(CNN)模型,并通过引入残差结构对轻量化CNN模型进行优化,以提升模型对图像的特征提取能力。针对煤矿井下复杂的光照环境导致监控视频图像对比度低、影响模型识别准确率的问题,采用限制对比度直方图均衡化(CLAHE)算法提高图像的亮度和对比度,以提升模型的识别效果。将轻量化CNN模型经STM32Cube AI压缩后部署在嵌入式平台上,设计了基于轻量化CNN模型的视频监控终端,对煤矿井下监控视频在本地进行实时智能处理,实现井下违章行为实时识别和报警。实验结果表明,通过引入残差结构对轻量化CNN模型进行优化,以及采用CLAHE算法进行图像增强后,模型对煤矿井下各种违章行为的识别准确率能够达到95%以上,提升了对违章行为响应的实时性。
2020年12期 v.46;No.297 13-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 741K] [下载次数：416 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：0 ] - 刘泽朝;李敬兆;欧阳其春;王冀宁;
针对煤矿散装物料装车过程中偏载严重、误差大等问题,提出了一种基于烟花算法(FWA)优化递归模糊神经网络(RFNN)的散装物料智能装车系统。将列车车厢速度的实测值与设定值进行比较,得到偏差作为RFNN控制器的输入,通过RFNN控制器对偏差进行模糊化、动态记忆调节、去模糊化等处理,并利用FWA对RFNN权重进行优化,使RFNN控制器自适应输出修正后的控制参数;依据散装物料装车计量模型,根据各传感器采集的物料质量、物料高度、车厢装载过程中的行驶距离及RFNN控制器输出的控制参数,求得所需调节的牵引电动机频率,进而改变牵引电动机转速,从而调整列车车厢速度,实现散装物料的无偏载装车。实际应用表明,经FWA优化后的RFNN控制器可快速调节车厢速度,且保持速度稳定,满足多车厢分布均衡装载的要求,同时提高了装车精度。
2020年12期 v.46;No.297 20-24+37页 [查看摘要][在线阅读][下载 482K] [下载次数：268 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：0 ]
- 刘银志;赵廷钊;毛善君;原生芾;刘晖;王志杰;
管理智能化是智能化矿山建设的有机组成部分。分析了目前大型煤矿集团信息化管理存在的主要问题,包括管理平台对异构数据的处理能力弱,业务系统缺乏空间特征信息的动态融合,无法对"人、机、环、管"进行流程化智能分析,缺乏基于业务流程、大数据分析的协同预警和联动功能等。针对上述问题,提出了大型煤矿集团管理智能化系统的总体设计方案与架构,阐述了系统建设过程中采用的异构数据处理、模型库和知识库构建、大数据分析和管控协同等关键技术。该系统已在河南能源化工集团有限公司总部、二级公司和下属矿井得到应用,共提高管理岗位工效约20%,降低调度统计、监测监控岗位工作强度约35%,实现了平台标准化、时空一体化、分析智能化和管理协同化的系统建设目标,提高了大型煤矿集团管理智能化水平与决策效率。
2020年12期 v.46;No.297 25-30+69页 [查看摘要][在线阅读][下载 3223K] [下载次数：367 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：19 ] |[阅读次数：0 ] - 韩秀琪;杨秀宇;孙峰;赵东升;霍栋;
智能综放开采不仅要考虑采煤机割煤,还要综合考虑支架后部放煤及顶煤回收情况。相比智能综采工作面,智能综放工作面设备数量更多、工况更加复杂,生产过程中出现异常的可能性更大,导致人工远程干预更多。为保障智能综放开采的顺利运行,设计了智能综放工作面自动运行与人工干预分析系统。给出了智能综放工作面自动化率及放煤工作面控制系统开机率、液压支架自动跟机移架率、采煤机记忆割煤率、自动放顶煤率等关键指标的定义,通过采集综放工作面各主要设备运行信息和采煤信息,判断各设备运行状态,实现综放工作面自动化率统计分析。根据综放工作面自动化运行状态门限知识信息和设备工作流程,建立智能综放工作面自动化运行状态变更的状态门限知识库,用于识别人工干预前的生产设备状态,判断是否符合生产设备解除自动化运行条件。基于对专家知识的深入分析形成规则库,当实施人工干预控制时,自动基于规则库中的规则判断是否符合解除自动化运行的条件,并分析人工干预原因。实际应用结果表明,该系统能够评估智能综放工作面自动化率并分析人工干预原因,为生产系统控制逻辑的优化提供依据。
2020年12期 v.46;No.297 31-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 750K] [下载次数：177 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：0 ] - 于群;刘佳钰;
现有的矿山电网继电保护整定研究虽然考虑了不同运行方式下矿山电网继电保护的整定方法,但均未考虑与矿山供电调度自动化系统结合进行整定,不能随矿山电网的运行方式变化实时进行定值校核并对其中性能不满足要求的保护给出符合要求的新定值。针对上述问题,通过定义保护位置所在出线的母线电源侧某一类断路器状态的组合为矿山供电系统的场景,设计了一种考虑多场景运行方式的矿山电网继电保护在线整定系统。该系统利用场景对应的开关状态矩阵计算得到矿山供电系统场景区域矩阵和场景网络支路阻抗矩阵,基于场景区域矩阵和场景网络支路阻抗矩阵计算出此类场景下的场景最大和最小系统阻抗。当系统监测到断路器开关状态变化时,即场景发生变化时,自动读取断路器实时开关状态,通过场景开关信息矩阵找出存在状态改变的开关的场景类,并按照场景类中开关的数量顺序选择一个场景类,对场景类对应的一组保护进行定值校核。根据定值校核计算结果,判断保护性能是否满足要求,若不满足要求,则对不满足要求的保护进行在线整定计算;若满足要求,则该场景类校核结束,重新选择下一场景类,直至全部场景类都计算完毕。实例应用结果表明,通过与矿山供电调度自动化系统通信,考虑多场景运行方式的矿山电网继电保护在线整定系统计算出的整定值保护范围能够适应各种运行方式中继电保护装置的要求,避免了运行方式改变后定值不符合要求造成的继电保护装置的拒动和误动。
2020年12期 v.46;No.297 38-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 378K] [下载次数：187 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] |[阅读次数：0 ]
- 翟文睿;李贤功;王佳奇;丁炜凯;
准确判别采煤机各部件的磨损和失效情况,可为实现采煤机故障及相关事故的预防、预警提供必要支撑,采煤机性能退化评估是判别采煤机磨损和失效情况的一种有效途径。针对采煤机性能退化过程的非线性,提出了一种基于人工智能的采煤机性能退化评估方法。选取出采煤机的工况监测参数和性能监测参数,通过极限学习机方法进行采煤机工况识别;通过主成分分析方法对性能监测参数进行降维,并建立各工况下的基准高斯混合模型;选取相对熵来度量某时刻高斯混合模型与基准高斯混合模型的差异,从而度量采煤机各部件性能退化趋势。提出可从地质条件、环境因素、振动及载荷、机身倾斜等方面来选取工况监测参数,并根据实际应用中数据的可获得性和变动情况等来确定。提出了采煤机性能监测参数选取原则,可在常见的机电设备监测参数分类基础上,结合实际采煤机传感器的装配情况选定性能监测参数。以采煤机故障发生率最高的截割部为例进行案例分析,将采煤机截割部的工况分为高速直切、高速斜切、低速直切和低速斜切4种,选取牵引速度等作为工况监测参数,选取左截割电动机电流等作为性能监测参数,并通过相关性分析验证参数的合理性。分析结果表明,通过对比高斯混合模型能够判断采煤机性能退化状况,通过相对熵实现了对每个监测点采煤机截割部性能退化趋势的度量。
2020年12期 v.46;No.297 57-63+100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1222K] [下载次数：222 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：0 ] - 段昌瑞;郑群;余国锋;安士凯;李志兵;
深部软岩巷道支护问题影响因素多、情况复杂,理论研究工作仍处于探索阶段,而依靠提高支护材料强度和采用注浆锚杆无法从根本上解决该问题,且成本高。分析了深部软岩巷道表层围岩应力分布情况,其变形特点为应力向深部转移,巷道表层围岩应力降低但变形量较大,得出解决深部软岩巷道支护难题的关键是在尽可能提高支护结构强度的同时,降低支护结构周边切向应力,即合理设计内层支护小结构、构筑中间应力消减层,使其与外层原岩大结构共同作用,形成深部软岩巷道支护体系,增强围岩自承能力。根据内层支护小结构的要求,提出了主动支护和被动支护相结合的锚架注组合承载壳全断面联合支护技术,即在锚杆(索)支护的基础上,采用型钢支护联合壁后充填结构形成具有一定厚度和较高强度的内层支护结构体,从而减少顶板、煤壁和空气接触,同时充填注浆材料全断面向深部软岩裂隙扩散凝固,钢架在围岩发生一定让压变形后起到径向约束作用,可强化围岩承压环,保证围岩稳定性。针对丁集矿西二采区回风石门修复工程,采用高预紧力锚索+U型钢棚+注浆的锚架注组合承载壳全断面联合支护结构,通过深孔爆破方法构筑中间应力消减层。矿压观测结果表明,巷道两帮移近量最大值为349mm,顶板下沉量最大值为323mm,巷道变形得到有效控制。
2020年12期 v.46;No.297 64-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 492K] [下载次数：144 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：0 ] - 钱培聪;陆益民;
三线圈磁谐振无线电能传输(MR-WPT)系统因存在交叉耦合,使得一次侧处于失谐状态,导致系统的传输功率有所下降。而现有研究MR-WPT系统失谐参数与传输功率关系的方法存在所考虑的失谐参数变量较多、参数之间的关系复杂、控制算法计算量大等问题。针对上述问题,以三线圈串联型磁谐振式失谐拓扑结构为研究对象,提出了一种三线圈串联型MR-WPT系统一次侧失谐参数设计方法,通过引入虚拟耦合因数简化参数计算过程,无需复杂的算法和设计额外的硬件电路。研究了一次侧失谐参数对三线圈MR-WPT系统的影响,分析了MR-WPT系统3个线圈回路之间的不同虚拟耦合因数、失谐因子与系统传输功率的关系:①发射线圈与中继线圈回路内阻比的大小可表征系统是否存在频率分裂现象。②发射线圈与中继线圈、中继线圈与接收线圈的虚拟耦合因数取值相等时,系统对应的输出功率要大于取值不相等时的输出功率,发射线圈与接收线圈的虚拟耦合因数等于1时系统的输出功率最大。③失谐因子可衡量一次侧的失谐程度,其取值越大,一次侧失谐程度越大,其取值越小,一次侧失谐程度越小。④当失谐因子为定值时,品质因数越大,工作频率与谐振频率差值越小,此时失谐程度越小;当失谐因子为定值时,品质因数越小,工作频率与谐振频率差值越大,此时失谐程度越大,在设计一次侧失谐参数时,宜适当选取较大的品质因数,以降低失谐频率的波动。实验结果验证了参数设计与分析结果的正确性。
2020年12期 v.46;No.297 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 2002K] [下载次数：171 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 李彦民;周晨阳;李凤莲;
在进行煤层底板突水预测时,水害状况一般分为安全和突水2种状态,状态数据具有非平衡特点,而已有的煤层底板突水预测模型主要适用于平衡数据,对非平衡数据集预测结果常呈现"一边倒"现象,即安全状况的预测准确率明显高于突水状况的预测准确率,整体预测性能较低。针对该问题,构建了基于代价敏感理论的多决策树煤层底板突水预测模型。该模型中,每个决策树选用不同的突水影响因素作为单决策树的根节点,单决策树节点属性选择准则融合代价敏感理论及Gini指标,从而加重了对突水数据(少数类)误判的惩罚力度,提高了突水状况的预测性能;根据构建的单决策树突水预测模型得到其规则集,将所有单决策树突水预测模型规则集合并,得到多决策树突水预测模型规则集,采用多决策树突水预测模型规则集得到多个突水数据的预测结果,而后采用少数服从多数原则,基于投票法得到最终的预测结果。实验结果表明:该模型随着惩罚因子的增大,真实正类率预测结果呈现先增后减的趋势;与基于分类回归树(CART)算法的单决策树突水预测模型相比较,在数据不平衡率为2、分类错误惩罚因子取4时,该模型真实正类率可达到93.06%,真实负类率可达到97.85%,准确率为96.25%,均优于基于CART算法的突水预测模型性能;在数据不平衡率提高到6、分类错误惩罚因子取20时,2种模型的正类率均达到100%,本文模型的负类率为99.37%,准确率为99.47%,依然优于基于CART算法的突水预测模型性能。实验结果验证了本文模型的有效性。
2020年12期 v.46;No.297 76-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 203K] [下载次数：180 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 柴浩洛;邢存恩;华同兴;
采煤机上滚筒常发生切割顶板岩层的现象,这不仅会缩短滚筒截齿寿命,还会降低采出率,因此必须对上滚筒割煤路径进行规划。而传统的采煤机割煤路径规划方法存在误差较大、无法适应地质条件的改变、算法复杂等问题。针对上述问题,提出了一种基于双圆弧样条曲线的采煤机上滚筒割煤路径规划方法。首先采集工作面钻孔、回风巷、运输巷及切眼等的数据建立三维煤层地质模型;然后根据煤壁空间坐标系对模型进行仿真切割,得到顶板控制点集合,以相邻两点为一组建立连续控制点坐标系,根据双圆弧基本结构求解圆弧半径及圆心坐标,根据圆弧参数得出相邻两控制点之间的路径,即上滚筒割煤路径;最后采用遗传算法分析顶板曲线与割煤路径之间的关系,建立煤岩适应度函数模型,经过选择、交叉、变异操作对割煤路径进行仿真优化,得到更为合理、精确度更高的割煤路径。仿真结果表明:通过遗传算法优化得到了较为光滑的割煤路径,其中上滚筒割煤路径与顶板误差范围为0.183 9～0.349 3m,上滚筒截割顶板岩层现象得到改善,表明优化路径有效地减少了切矸量,提高了采出率。
2020年12期 v.46;No.297 84-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 739K] [下载次数：123 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：0 ] - 门飞;蒋欣;
针对露天矿低碳运输调度问题,以采矿场开采量、破碎场破碎量及卡车数量为约束条件,以碳排费用和运输费用之和最小为目标函数,建立了露天矿低碳运输调度问题的数学模型。针对灰狼优化算法用于求解露天矿低碳运输调度问题时容易陷入局部最优的问题,提出了一种改进的灰狼优化算法。该算法在灰狼优化算法中引入迁移操作,并且根据灰狼的适应度函数值动态地修正其迁移概率,有利于跳出局部最优,较快地寻找到全局最优,有效均衡了全局寻优能力和局部寻优能力。实验结果表明,该算法具有较高的寻优精度和较快的寻优速度,利用该算法对露天矿低碳运输调度进行优化后,提高了运输效率,减少了碳排费用和运输费用。
2020年12期 v.46;No.297 90-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 148K] [下载次数：444 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：29 ] |[阅读次数：0 ] - 郭安斌;苏红俊;闫孝姮;
矿山工作环境恶劣,传统的电缆卷放方法无法保证电铲长时间供电,且供电过程中存在安全隐患。跟随电铲移动的新型电缆卷放车可解决上述问题。为了实现电缆卷放车对电铲的自主跟随,保证矿山环境下电铲的长时间供电,提出了一种基于超宽带(UWB)技术的矿山电铲定位算法,并选用到达时间差(TDOA)算法构建矿山电铲定位模型。根据TDOA测距算法,测量各基站到目标电铲位置的距离并计算差值;对获取的距离差信息进行滑动平均滤波,以抑制测距过程中产生的噪声,平稳数据;根据滤波修正后的距离差计算出标签位置;用强跟踪扩展卡尔曼滤波(STFEKF)算法跟踪目标电铲位置,进一步消除噪声,提高运动过程中目标电铲的定位精度。仿真结果表明,在不同观测噪声的影响下,滑动平均滤波+STFEKF的定位方案误差小于传统EKF算法,有效解决了距离增加或电铲运动状态突变时定位误差增大的问题;定位均方差较传统EKF算法降低70%以上,定位轨迹更接近于目标的真实移动轨迹,具有良好的定位跟踪及噪声抑制能力。
2020年12期 v.46;No.297 95-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 192K] [下载次数：246 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：0 ] - 袁凤培;
目前在煤矿多层异构网络下已实现远程点对点固件更新,但无法从地面控制主机直接更新各级设备固件,在传感器数量较多、分散分布时维护工作量较大,由此提出了一种不限层级、支持多种链路的煤矿多层异构网络远程固件更新方法,即主机下发固件及其路由,各级设备解析路由并转发固件或更新本身,更新过程可显示进度信息。根据多层异构网络下固件数据需经过多个设备中转、穿越多种链路才能到达目标设备的特点,指出实现多层异构网络远程固件更新的核心在于实现路由描述,并从设备属性描述、网络拓扑构建、固件路由描述3个方面,研究了利用JS对象简谱(JSON)实现路由描述的方法和过程。介绍了实现煤矿多层异构网络远程固件更新的下位机和上位机软件设计方法。搭建了包含以太网、RS485总线、CAN总线的4层异构网络实验系统,通过统计每层设备固件更新成功率和更新时间,验证了基于JSON描述路由的煤矿多层异构网络远程固件更新方法的可行性及稳定性。
2020年12期 v.46;No.297 101-105页 [查看摘要][在线阅读][下载 1244K] [下载次数：59 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ] - 高煜;胡宾鑫;朱峰;张华;宋广东;高国防;庞江波;钟国栋;全霓;
微震初至波到时准确拾取是实现震源定位的前提,传统的人工拾取方法效率低、耗时长,而自动拾取方法中常用的长短时窗能量比值(STA/LTA)法对低信噪比信号的拾取准确率较低。针对上述问题,提出了一种基于随机森林的微震初至波到时自动拾取方法。首先,提取微震数据的振幅、能量及相邻时刻振幅比作为特征,并对每个样本进行特征类别标记;然后,构建随机森林模型以识别微震初至波;最后,采用随机森林模型计算每个测试样本属于某一类别的概率,将概率不小于0.5的第1个数据采样点判定为微震初至波到时采样点。采用煤矿井下巷道深孔中的微震监测数据进行实验,结果表明当随机森林算法中决策树的数量和最大深度分别为137,6时,该方法对微震数据样本分类的准确率达98.5%,对微震初至波到时的平均拾取误差为23.1ms,拾取精度优于STA/LTA方法。
2020年12期 v.46;No.297 106-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 200K] [下载次数：457 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] |[阅读次数：0 ]
- 李起伟;
针对煤矿顶板压力监测系统中的无线ZigBee传感器使用时间达不到设计预期、需频繁更换电池的问题,设计了一种基于LoRa通信的无线液压支架压力传感器。内嵌LoRa模块的无线液压支架压力传感器安装在液压支架上,采集液压支架前支柱、后支柱及前伸梁的压力值。被测液体介质通过导压孔加压到传感器压阻元件上,压阻元件受压发生形变,产生与压力线性相关的阻值变化;传感器的微控制单元测量加在电阻上的电压,将其换算成实际压力值。该传感器实现了煤矿顶板压力监测信号的远距离、低功耗、高可靠性无线传输:通过高扩频因子的直接序列扩频技术提高接收端灵敏度,获得较高的信号增益,从而增加通信距离;通过前向纠错编码技术提高传输可靠性;采集液压支架压力值并成功发送数据后进入休眠模式,以降低功耗。测试结果表明,该传感器1h的平均功耗为1.18mA·h,容量为5 000mA·h的锂电池理论续航时间为141d,满足煤矿使用要求;与ZigBee技术相比,LoRa有效通信距离更远,可靠性更高。
2020年12期 v.46;No.297 111-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 841K] [下载次数：351 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] |[阅读次数：0 ] - 王猛;马晓燕;国承斌;
指出了目前我国智慧露天矿山建设中存在的主要问题,即系统独立、人工管控为主、灾害监测被动执行和缺乏智能分析。归纳了智慧露天矿山内涵,认为智慧露天矿山是一个万物互联、平台融合、智慧驱动的大系统。提出了基于工业物联网云操作系统的智慧露天矿山底层平台:①实时数据由高级可编程适配器通过Modbus/OPC/PPI/MPI等工业协议获得,离线数据按现场工作需要进行手工录入,数据接入露天矿山企业现有企业资源计划或制造执行系统,实现外部数据无缝连接。②以工业物联网云操作系统MixIOT为平台,按照数据不同来源,建立栅格数据库、离线数据库、统计数据库、报表数据库等,实现露天矿山各类数据路由、交换、存储,同时通过工业数据分析服务系统对露天矿山生产设备运行进行分析。分析了实现智慧露天矿山底层平台所依托的三大关键技术,即数据获取技术、数据分析服务技术和应用展示技术。
2020年12期 v.46;No.297 116-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 136K] [下载次数：307 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：0 ]