主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會
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工礦自動化

期刊英文名:Industry and Mine Automation

  《工礦自動化》(原名《煤礦自動化》),月刊,創刊于1978年,是由中國煤炭科工集團有限公司主管、中煤科工集團常州研究院有限公司主辦的面向國內外發行的報道煤礦自動化、信息化、智能化技術的專業性技術期刊。《工礦自動化》為中文核心期刊、中國科技核心期刊、RCCSE中國核心學術期刊(A),是中國煤炭學會煤礦自動化專業委員會、中國煤炭工業技術委員會信息與自動化專家委員會及電氣專家委員會學術交流的會刊。


  • 工礦自動化
    工礦自動化
  • 作者(Author):楊一晴馬宏偉樊紅衛張旭輝張超韓磊
    關鍵詞(KeyWords):煤礦旋轉機械故障診斷 在線診斷 在線預警 精細診斷 粗略診斷

    摘要:針對現有煤礦機械在線監測與診斷技術未實現故障特征在線提取及故障類型自動識別的問題,設計了一種基于LabVIEW的煤礦旋轉機械故障在線診斷及預警系統。該系統采用頻譜分析、功率譜分析、包絡譜分析、倒頻譜分析等方法分析振動信號,得到旋轉機械運行過程中各部件的特征參數,與故障類型數據庫里的特征參數進行對比,實現故障診斷。設計了精細診斷和粗略診斷2種故障診斷模式,通過互鎖的方式將2種模式關聯起來,若旋轉機械各主要部件結構參數已知,可選用精細診斷模式,否則選用粗略診斷模式。通過模擬旋轉機械轉子不平衡故障驗證系統性能,結果表明,該系統能夠準確識別故障并發出提示,且操作簡單、可靠性高。
  • 作者(Author):董志勇
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采 礦壓回采工作面 水力壓裂 切頂卸壓 鉆孔卸壓 護巷 底抽巷

    摘要:杜兒坪煤礦北三盤區8號煤瓦斯含量高,直接頂和基本頂均為堅硬的石灰巖,工作面回采后在上隅角容易形成較大面積懸頂,短期內不易自然垮落,致使相鄰工作面保護煤柱內應力集中程度高。在工作面回采過程中,布置在煤柱下方的底抽巷受超前及側向支承壓力的影響,往往發生較大變形,嚴重影響了巷道通風和瓦斯抽采。受強烈動壓影響的底抽巷,礦壓顯現劇烈,不能滿足一巷兩用需求。針對上述問題,以68306工作面為研究對象,開展了水力壓裂切頂卸壓護巷(底抽巷)技術研究。在回風巷靠煤柱側不采幫頂板上實施水力壓裂切頂卸壓護巷技術,切斷巷道和煤柱上方基本頂的連接,減小側向懸臂梁的長度,削弱或轉移煤柱上覆的高應力,降低煤柱的載荷,使68306底抽巷處于低應力區域,從根本上改變巷道圍巖的應力狀態,達到卸壓護巷的效果。試驗結果表明,實施水力壓裂切頂卸壓護巷技術后,明顯降低了底抽巷圍巖變形量,兩幫和頂底板變形量分別控制在15%和20%以內;回風巷實施水力切頂后,工作面上隅角懸頂面積得到了有效控制,避免了上隅角瓦斯積聚。
  • 作者(Author):叢琳王小龍燕斌
    關鍵詞(KeyWords):鉆孔測斜微機電系統陀螺 隨機誤差誤差辨識Allan方差

    摘要:針對常用隨機誤差辨識方法不能揭示潛在的誤差源、很難分離出具體隨機誤差、數據采集時間過長等問題,利用Allan方差分析法對煤礦井下微機電系統(MEMS)陀螺隨機誤差進行辨識。介紹了Allan方差分析法原理,利用Allan方差分析法對MEMS陀螺實測數據進行處理,給出了Allan標準差曲線,通過最小二乘擬合得到MEMS陀螺的主要隨機誤差系數。實驗結果驗證了Allan方差分析法用于MEMS陀螺隨機誤差辨識的有效性。
  • 作者(Author):卓敏敏趙立廠李繼云
    關鍵詞(KeyWords):煤礦電氣設備低功耗藍牙 能耗特征 高端電流監測 供電電壓射頻功率

    摘要:煤礦電氣設備可通過集成低功耗藍牙模塊,實現低功耗藍牙通信功能,但在集成設計過程中,需要根據低功耗藍牙模塊的能耗特征設計電源保護電路、計算電池容量。針對該問題,在不同供電電壓和射頻功率下,采用高端電流監測芯片ZXCT1010對低功耗藍牙模塊在復位、初始化、廣播、連接等不同工作狀態下的能耗特征進行了分析。結果表明:低功耗藍牙模塊在射頻收發時的能耗較大,且射頻收發持續時間短,在射頻靜態時的能耗小,且射頻靜態持續時間長;低功耗藍牙模塊能耗受射頻功率變化影響小,但受供電電壓變化影響較大,供電電壓越高,低功耗藍牙模塊各運行狀態下的工作電流越大、能耗越大。因此,低功耗藍牙模塊集成應用時,應提供合適的供電電壓,但無需限制射頻功率。
  • 作者(Author):孟祥豹王俊峰張延松劉博
    關鍵詞(KeyWords):自動滅火 高壓細水霧 可燃性粉塵高壓蓄能

    摘要:針對干粉滅火劑會造成污染、清洗困難、可能造成設備損壞等問題,設計了一種可燃性粉塵環境用高壓細水霧自動滅火系統。火焰傳感器檢測到可燃性粉塵燃燒火焰信號后,高壓蓄能系統第一時間產生高壓水并迅速形成高壓細水霧,然后供水系統快速增壓到工作壓力,接替高壓蓄能系統繼續提供高壓水并持續生成高壓細水霧。測試結果表明,可燃性粉塵環境用高壓細水霧自動滅火系統響應速度快,火焰傳感器和控制器的平均響應時間分別為4ms和12ms;高壓細水霧生成速度快,平均生成時間為96ms,最長生成時間為100ms;滅火及時有效,在高壓細水霧作用于燃燒火焰1s后,燃燒火焰基本被撲滅,燃燒火焰傳播至距中心點火位置0.2m左右停止了傳播擴散,驗證了該系統能夠有效避免可燃性粉塵燃燒火焰的蔓延,防止可燃性粉塵火災事故。
  • 作者(Author):徐青青趙海芳李守軍
    關鍵詞(KeyWords):煤礦機械 軸承故障 故障診斷局部均值分解 自適應分解 特征參數提取 噪聲輔助分解

    摘要:針對現有煤礦機械軸承故障自適應診斷方法易受高頻噪聲和間斷噪聲干擾而導致原始信號分解和特征提取精度較低的問題,提出了一種基于改進局部均值分解的煤礦機械軸承故障診斷方法。該方法在局部均值分解方法的自適應分解部分采用噪聲輔助分解方法,將高斯白噪聲加入原始信號,然后進行局部均值分解,以抑制高頻噪聲及間斷噪聲對信號分解的影響;在特征參數提取部分對乘積函數分量進行Hilbert變換,然后進行特征參數提取,以實現在全部取值范圍內提取特征參數。仿真及測試結果表明,該方法對軸承故障信號分解和特征參數提取的效果較好,對軸承內外圈故障診斷的準確性較高。
  • 作者(Author):李武軍付玉凱王濤張占濤
    關鍵詞(KeyWords):留巷巷道 圍巖控制 定向水力壓裂 卸壓機理煤柱應力

    摘要:煤柱上部應力是留巷巷道強烈變形的力源,對于變形嚴重的留巷巷道圍巖控制,采用傳統爆破卸壓技術存在安全風險較高、污染環境、圍巖破壞嚴重等問題。針對上述問題,提出了留巷巷道定向水力壓裂卸壓機理,即通過水力裂縫的擴展在頂板巖層中產生弱結構面,降低頂板巖石的整體強度,在采動應力作用下,使弱化后的堅硬頂板及時破斷垮落,降低留巷巷道應力水平。以山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司長平煤礦4312綜采工作面為試驗地點,確定了定向水力壓裂鉆孔方案及鉆孔布置參數。壓裂結果顯示:橫向切槽深度達5 mm,切槽效果良好;進行分段逐次壓裂時,隨著壓裂處距鉆孔孔口距離的增加,裂縫擴展所需壓力相應增大。對留巷巷道壓裂段和未壓裂段進行了表面位移、煤柱應力監測,監測結果表明:留巷巷道變形主要以兩幫變形為主,壓裂段兩幫和頂底板平均移近量比未壓裂時分別降低約40.79%和69.80%;未壓裂段的煤柱應力在接近工作面時出現峰值點,而壓裂段的煤柱應力在距離工作面切眼后方200 m左右出現峰值點,定向水力壓裂轉移了煤柱上部應力峰值位置。
  • 作者(Author):隆能增袁梅敖選俊李鑫靈張平
    關鍵詞(KeyWords):煤與瓦斯突出強度預測局部線性嵌入果蠅算法 BP神經網絡 大數據處理

    摘要:針對目前煤與瓦斯突出強度預測精度低、穩定性差及訓練速度慢等問題,提出了一種基于局部線性嵌入法-果蠅優化算法-BP神經網絡(LLE-FOA-BP)模型的煤與瓦斯突出強度預測方法。借助LLE算法的非線性數據特征提取優勢,提取煤與瓦斯突出影響因素原始數據的本質特征,形成重構有效因子,降低數據間的冗余信息及噪聲;利用FOA算法較強的全局尋優能力優化BP神經網絡的權值和閾值,避免陷入局部極小,提高參數尋優效率;將重構有效因子輸入優化后的BP神經網絡進行訓練,實現煤與瓦斯突出強度快速、準確預測。測試結果表明,LLE-FOA-BP模型的平均相對誤差為8.06%,相對誤差的方差為3.69,經過24次迭代訓練就達到10-8的訓練精度,能夠在保證預測精度的基礎上,提高魯棒性和學習效率。
  • 作者(Author):胡文彬王玉娟張傳金
    關鍵詞(KeyWords):刮板輸送機 永磁同步電動機 無位置傳感器控制 三階廣義積分磁鏈觀測器 轉子磁鏈

    摘要:傳統轉子磁鏈觀測器受直流擾動和諧波擾動的影響無法準確估計轉子磁鏈,進而基于轉子磁鏈的永磁同步電動機無位置傳感器控制方法無法準確估計轉子位置。針對該問題,提出了一種基于三階廣義積分磁鏈觀測器的刮板輸送機永磁同步電動機無位置傳感器控制策略。通過引入三階廣義積分磁鏈觀測器,能有效抑制高次諧波分量,穩態時可完全消除轉子磁鏈中的直流分量,且對基波的幅值和相位沒有任何影響,從而準確估計轉子磁鏈,提高轉子位置估計精度。仿真結果驗證了該控制策略的正確性和有效性。
  • 作者(Author):甘福寶黃友銳韓濤徐善永
    關鍵詞(KeyWords):輸送帶 撕裂檢測圖像分割分割閾值選取 獅群優化二維Otsu算法

    摘要:基于傳統二維Otsu分割算法的輸送帶撕裂檢測方法采用窮盡搜索式的閾值選取方式,圖像分割時間長、實時性差,不能同時滿足撕裂檢測精度與速度要求。針對上述問題,提出了一種基于獅群優化二維Otsu算法的輸送帶撕裂檢測方法。首先通過輸送帶撕裂檢測裝置采集輸送帶圖像,采用中值濾波和直方圖均衡化對采集到的圖像進行去噪和增強處理,突出撕裂部位;然后采用獅群優化二維Otsu算法對預處理過的圖像求取接近實際的分割閾值,用該閾值對輸送帶圖像進行分割處理;最后通過計算分割后圖像中黑色像素點的數量進行撕裂診斷。仿真結果表明,該方法比基于傳統二維Otsu算法的檢測方法尋優能力更強,輸送帶分割效果更好,可以準確地從輸送帶圖像中分割出裂痕,撕裂識別的正確率為98.2%,提高效率的同時縮短了運行時間,可以滿足輸送帶撕裂檢測的準確性和實時性要求。
  • 作者(Author):陶德俊姜媛媛劉延彬辛元芳羅俊
    關鍵詞(KeyWords):煤礦救援機器人 路徑規劃路徑平滑 A*算法 遺傳平滑算法關鍵節點提取 Douglas-Peucker算法 三次樣條函數

    摘要:針對煤礦救援機器人利用A*算法規劃出來的路徑存在轉折次數多和路徑不夠平滑等問題,提出了一種基于改進A*算法的煤礦救援機器人路徑平滑算法。首先利用Douglas-Peucker(D-P)算法對A*算法產生的全段路徑進行處理,剔除路徑中的冗余節點,提取出若干路徑節點作為關鍵節點,解決了A*算法路徑冗余節點多、路徑轉折次數多的問題;然后利用三次樣條函數對基于關鍵節點的整段路徑進行擬合處理,得到一條平滑的路徑,有效縮短了路徑長度。仿真實驗結果表明,該算法通用性很強,雖然規劃時間與A*算法相比略有增加,但規劃出來的路徑轉折次數少,路徑長度短,且路徑質量高于遺傳平滑算法。
  • 作者(Author):任夢莉蔡峰梅勝凱
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采“三面”孤島工作面 采空區 應力分布 覆巖位移 塑性區變形

    摘要:為研究左、右、上三面均存在老采空區的深部“三面”孤島工作面回采過程中覆巖變形破壞特征,以某煤礦120502工作面為研究對象,利用FLAC3D模擬軟件對回采過程中覆巖應力、位移和塑性區變形特征進行了系統的數值研究。結果表明:左、右、上三面均存在老采空區的“三面”孤島工作面在回采過程中主要受上部老采空區擾動,傾向上左側煤柱應力集中程度較高,走向上工作面前方的垂直應力先降低后不斷升高,應力集中系數不斷增大;垂直位移的方向由向下轉變為向上,向下的垂直位移峰值不斷增大,但向上的垂直位移峰值保持穩定;塑性區的破壞范圍呈現“馬鞍形”,逐漸擴大與臨近3個老采空區塑性區相互貫通,且頂板上方巖體處于拉壓應力區,采空區圍巖裂隙發育更為充分;臨近老采空區和卸壓煤體內的瓦斯均向開采層采空區流動,應重點加強該工作面采空區內的瓦斯抽采工作。
  • 作者(Author):李桂明周超王曉東
    關鍵詞(KeyWords):工作面巷道圍巖穩定性 巷道支護 頂板支護 兩幫支護 最大主應力水平應力垂直應力

    摘要:為了研究最大主應力方向對巷道圍巖穩定性的影響,以貴州某礦1101工作面矩形運輸巷為工程背景,采用FLAC3D數值模擬軟件,研究了最大主應力為水平或垂直應力時巷道圍巖變形情況。研究結果表明:當最大主應力為水平應力時,頂板受影響較大,易發生較嚴重的剪切破壞,且頂板位移較兩幫大,應著重加強頂板支護;當最大主應力為垂直應力時,兩幫受影響較大,易發生剪切破壞,且頂板和兩幫位移均隨垂直應力增大而明顯增大,應著重加強兩幫支護。根據數值模擬結果及該工作面水平應力大于垂直應力的情況,近似將水平應力作為最大主應力,提出了以頂板支護為主的支護方案。現場監測結果表明,采用該支護方案后,巷道頂板及兩幫位移均較小,驗證了該方案能較好地維護巷道圍巖穩定性。
  • 作者(Author):張少華
    關鍵詞(KeyWords):巷道圍巖控制 工作面回采 鄰近大巷 大巷變形規律 斷層活化

    摘要:目前大巷圍巖控制及其變形理論分析與模擬分析往往對某些現場特殊條件如斷層構造進行簡化考慮,導致模擬結果與實際結果出現較大差異。針對該問題,以某礦回采工作面為工程背景,采用現場實測方法分析工作面開采后其鄰近大巷的變形規律,研究工作面回采對鄰近大巷的影響。通過歷時3個月共14次巷道變形數據實測及分析,得出結論:受采動影響劇烈區域巷道變形是工作面回采、采動斷層活化和交叉應力集中綜合影響的結果;隨著測點與工作面水平距離逐漸增大,巷道變形速度減小,說明巷道受采動影響逐漸減小;不同測點處巷道左右幫變形速度特征與頂底板類似,頂底板變形明顯大于左右幫,說明巷道主要受水平應力影響;在工作面后續推進過程中,在推進至斷層交面線附近時應加強巷道圍巖變形監測。
  • 作者(Author):鄭學召閆興崔嘉明郭軍
    關鍵詞(KeyWords):礦山應急救援 煤礦事故救災機器人 災變環境偵測突水火災 瓦斯濃度

    摘要:在分析傳統的煤礦救災機器人突水水源、火災及瓦斯濃度偵測技術原理和特點的基礎上,提出了基于無線自組網的煤礦救災機器人突水水源偵測方法、基于大數據的煤礦救災機器人火災偵測方法、基于多源信息融合的煤礦救災機器人瓦斯濃度偵測方法,可有效提高煤礦救災機器人突水水源、火災及瓦斯濃度偵測的準確率。指出了煤礦救災機器人災變環境偵測技術將深度融合云計算、人工智能、物聯網等現代信息技術,從而全面提升煤礦救災機器人災變環境偵測結果的可靠性。
  • 作者(Author):劉送永張德義
    關鍵詞(KeyWords):掘進機智能化 智能感知 自適應作業 位姿檢測糾偏 斷面自動成形 自適應截割 安全運行保障捷聯慣導/UWB組合定位

    摘要:基于巷道掘進機智能化的目標是結合智能感知技術與自適應作業實現巷道斷面自動精確成形,從智能感知和自適應作業2個方面闡述了巷道掘進機智能化關鍵技術構架,其中智能感知包括位姿感知、成形感知、狀態感知,自適應作業包括自適應糾偏、自適應截割、自適應診斷。總結了掘進機位姿檢測與糾偏、巷道斷面自動成形與自適應截割、掘進機安全運行保障等技術的研究現狀:捷聯慣導/UWB組合定位技術在井下受限空間中具有較強的適用性,目前掘進機俯仰位姿糾偏及定向行走等均已實現,但仍存在行走控制誤差大、糾偏控制準確性差等問題;將大面積煤矸石帶避開的截割方法為自適應截割提供了一種新的思路,但是煤矸石帶位置的確定及該種方法在實踐中的應用效果有待進一步研究;在故障對象確定、故障原因清晰的情況下,常用故障診斷方法具有一定適用性,但由于掘進機故障原因復雜多樣,故障間相互影響,難以進行準確有效的故障診斷。指出研究檢測精度高、干涉少、跟隨適用性優的導航定位方法,實現掘進機機體位姿偏差動態補償、煤巖特性與最佳截割參數匹配建模及掘進機全狀態監測等是巷道掘進機智能化技術突破方向。
  • 作者(Author):吳新忠胡建豪魏連江錢曉喻任子暉張芝超
    關鍵詞(KeyWords):礦井通風 通風網絡優化 煙花算法 反向增強型煙花算法 反向學習 爆炸半徑精細化控制

    摘要:建立了以通風網絡總能耗最小為目標的礦井通風網絡非線性無約束優化模型。為提高該模型的優化能力和收斂速度,提出了一種反向增強型煙花算法。首先采用均勻反向初始化種群策略,將生成的均勻分布的隨機種群和反向種群共同競爭,選擇最優初始種群作為后續搜索的起始點;然后精細化控制煙花爆炸半徑,使不同世代煙花種群的爆炸半徑呈非線性遞減,同代種群的爆炸半徑由自身適應度值協調分配,并設定最小動態閾值以減少搜索資源浪費;最后采用精英反向學習選擇策略,加強對精英煙花所在空間鄰域的搜索,提高算法的全局勘測能力。實驗結果表明,采用該算法對礦井通風網絡進行優化后,在滿足實際通風網絡調節限制及用風需求基礎上,總能耗可降低約23.2%,優化效果優于粒子群優化算法和增強型煙花算法。
  • 作者(Author):任懷偉李帥帥李勰付莊
    關鍵詞(KeyWords):液壓支架 穩態支護頂梁位姿調控頂梁高度調節 頂梁姿態角調節 自適應調控 RBF神經網絡控制

    摘要:針對液壓支架穩態支護對液壓支架控制器自適應控制快速性和強抗干擾能力要求,以ZY10800/28/63支頂掩護式液壓支架為研究對象,建立了液壓支架運動學模型和閥控液壓缸液壓系統傳遞函數,設計了一種包含速度補償的RBF神經網絡控制器,基于該控制器提出了一種液壓支架頂梁位姿調控系統,通過控制立柱和平衡千斤頂長度,保證支護狀態下液壓支架頂梁高度和姿態角穩定。在Matlab/Simulink中建立了液壓支架頂梁位姿調控系統仿真模型并進行實驗,結果表明:RBF神經網絡控制器對階躍信號的響應時間短,未出現超調現象;在施加頂梁沖擊力情況下,RBF神經網絡控制器較PID控制器和滑模控制器具有更快的響應速度、更小的超調量和更強的抗干擾能力,能維持支架頂梁位姿處于目標位置,具有良好的穩定性。
  • 作者(Author):張文杰劉宗偉宋建成
    關鍵詞(KeyWords):煤礦掘進巷道掘進 回轉鉆機隨鉆測斜鉆桿姿態測量 鉆孔軌跡繪制

    摘要:針對礦用回轉鉆機打鉆過程中無法直接測量孔底鉆具姿態數據和繪制鉆孔軌跡的問題,基于隨鉆測斜原理和離線式數據同步方法,開發了一種礦用回轉鉆機離線式隨鉆測斜系統。該系統由探管、同步儀和上位機軟件組成。探管通過三軸加速度傳感器和三軸磁阻傳感器分別測量重力場和地磁場,以采集鉆桿姿態;同步儀通過按鍵采集鉆孔和鉆桿編號,并根據鉆桿姿態數據進行有效測點篩選;上位機軟件通過測點遞推算法繪制鉆孔2D或3D軌跡圖。功能測試結果表明:該系統測量的總地磁場矢量模長接近真實值50~60 μT,總重力加速度矢量模長接近1g,經傳感器校正算法校正后的傾角最大偏差為1°,方位角最大偏差為5°。井下測試結果表明:對于已成鉆孔,該系統繪制的鉆孔軌跡與實際軌跡基本相同;對于鉆進鉆孔,孔口軌跡易受鉆機本身的磁干擾而出現偏差,導致整條鉆孔軌跡偏差較大,應保持鉆機距離孔口3 m以上。
  • 作者(Author):孫繼平陳暉升
    關鍵詞(KeyWords):智慧礦山 5GWiFi6 寬帶通信無線通信

    摘要:寬帶無線通信是智慧礦山建設的基礎和關鍵。提出了礦井寬帶無線通信特殊要求:需無線全覆蓋煤礦井下長達10余千米的巷道;無線發射必須本質安全防爆;無線工作頻段不宜過高;無線傳輸宜具有一定的繞射能力;抗干擾能力強;移動性要求不高等。研究了礦用5G和WiFi6,指出5G和WiFi6均可用于智慧礦山寬帶無線通信;礦用5G具有傳輸速率高、傳輸時延小、通話質量高等優點,但系統復雜、成本高;礦用WiFi6具有傳輸速率高、系統簡單、成本低等優點,但傳輸時延大、通話質量低。

主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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