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工矿自动化
中媒科工集团常州自动化研究院
工矿自动化

中媒科工集团常州自动化研究院

胡穗延

月刊

1671-251X

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0519-86998217

213015

江苏省常州市钟楼区木梳路1号

工矿自动化/Journal Journal mine automation北大核心CSTPCDCSCD
查看更多>>《工矿自动化》杂志创刊于1978年，由中国煤炭科工集团有限公司主管、中煤科工集团常州研究院有限公司主办，是国内唯一一份集中报道煤矿自动化、信息化、智能化领域新技术、新成果、新工艺及新动向的专业性技术期刊，入选中文核心期刊、中国科技核心期刊、RCCSE中国核心学术期刊（A）、中国地学领域高质量科技期刊T2类、中国煤炭领域高质量科技期刊T2类，是瑞典开放存取期刊目录数据库、英国《科学文摘（网络版）》、美国《地质学参考数据库》《艾博思科数据库》《乌利希期刊指南（网络版）》、俄罗斯《文摘杂志》、日本《科学技术振兴机构（中国数据库）》来源期刊。
正式出版
收录年代

    综掘工作面气室降尘技术研究

    张京兆苏慧冬闫振国马文杰...
    80-87页
    查看更多>>摘要：针对掘进巷道中的粉尘控制问题,传统的长压短抽通风降尘技术存在粉尘扩散区域大、风幕降尘技术存在射流孔易堵塞等弊端.以巴拉素煤矿综掘工作面为工程研究背景,建立了掘进作业过程中的粉尘运动数学模型,得出降低综掘工作面粉尘浓度的关键因素是控制掘进巷道风流场扰动范围及减小粉尘颗粒运动时间.以上述关键因素为依据,在风幕降尘的基础上开发了气室降尘技术,通过在正压风筒末端加装风袖,与风幕共同作用将粉尘封闭在气室区域内,再由负压风机抽出,以提高降尘效率.采用Fluent软件对长压短抽通风降尘、风幕降尘和气室降尘进行模拟对比分析,并优化了气室降尘技术参数.模拟结果表明:采用气室降尘技术时,综掘工作面人体呼吸带位置的粉尘浓度为350 mg/m3,较采用长压短抽通风降尘时的600 mg/m3和风幕降尘时的480 mg/m3大幅降低;气室降尘最优技术参数为正压风筒出风口距综掘工作面14 m、负压风筒末端直径0.6 m.在巴拉素煤矿2号煤2号回风大巷综掘工作面进行现场试验,结果表明采用气室降尘时,掘进巷道最低粉尘浓度为118 mg/m3,低于采用长压短抽通风降尘时的184 mg/m3和风幕降尘时的156 mg/m3,且降尘效率较长压短抽通风降尘平均提高54.8％.

    综掘工作面掘进巷道粉尘防治气室降尘长压短抽通风降尘风幕降尘风袖正压风筒

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    基于煤矿井下不安全行为知识图谱构建方法

    付燕刘致豪叶鸥
    88-95页
    查看更多>>摘要：虽然知识图谱已广泛应用于各个领域,但在煤矿安全方面,尤其在煤矿井下不安全行为方面的研究较少.构建了一种自底向上的煤矿井下不安全行为知识图谱.首先,采用传统机器学习和深度学习算法相结合的方法进行命名实体识别,采用RoBERTa进行词语向量化,采用双向长短时记忆网络(BiLSTM)对向量进行标注,提高网络模型对上下文特征的捕捉能力,通过多层感知机(MLP)解决煤矿井下不安全行为数据集数据量不足的问题,采用条件随机场(CRF)模型解决前面存在的单词关系不识别问题,并捕获全文信息和预测结果.其次,根据语句的结构特点,设计了基于知识"实体-关系-实体"三元组的依存句法树结构,对井下不安全行为领域的知识资源进行知识抽取与表示.最后,构建面向井下不安全行为的知识图谱.实验结果表明:①RoBERTa-BiLSTM-MLP-CRF模型对于导致结果、违反性行为、错误性行为及粗心性行为4类实体类别具有较好的识别效果,其准确率分别为86.7％,80.3％,80.7％,77.4％.②在相同的数据集下,RoBERTa-BiLSTM-MLP-CRF模型训练的准确率、召回率、F1值较RoBERTa-BiLSTM-CRF模型分别提高了 1.6％,1.5％,1.6％.

    井下不安全行为知识图谱依存句法命名实体识别知识三元组知识融合知识存储词语向量化

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    基于深度学习的矿井滚动轴承故障诊断方法

    窦桂东白艺硕王均利黄博昊...
    96-103,154页
    查看更多>>摘要：针对传统卷积神经网络在煤矿井下等复杂环境中难以充分挖掘数据特征等问题,提出了 一种基于马尔可夫转移场(MTF)和双通道多尺度卷积胶囊网络(DMCCN)的矿井滚动轴承故障诊断方法,构建了 MTF-DMCCN故障诊断模型.根据MTF和灰度图对原始振动信号进行编码后,采用双通道输入模式连接卷积网络获取浅层特征;将特征图进行融合后输入到胶囊网络,提高模型对空间信息的敏感度;在网络中引入Inception模块,聚焦多尺度特征,加强网络的特征提取能力;通过胶囊层进行向量化处理,实现滚动轴承的故障诊断与分类.消融实验、抗噪性及泛化性实验结果表明:Inception模块、灰度图输入、MTF图像输入均对轴承故障诊断具有正向促进的作用,MTF编码对模型的诊断精度提升最高;MTF-DMCCN模型具有较好的鲁棒性和抗噪声能力;MTF-DMCCN模型具有优异的变转速适应能力,在不同工况条件下具有良好的泛化性能.为进一步验证模型性能,选取格拉姆角差场(GADF)、格拉姆角和场(GASF)、灰度图、MTF等图像编码方式与不同网络相结合,采用辛辛那提大学数据集(IMS)进行对比实验,结果表明,MTF-DMCCN模型能有效识别滚动轴承故障类型,平均故障诊断准确率达99.37％.

    滚动轴承故障诊断马尔可夫转移场胶囊网络Inception结构MTF编码

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    掘锚机机载钻机姿态调整分析

    吴迪符宝鼎孙博康乐...
    104-114页
    查看更多>>摘要：探放水作业前后,前探钻机的部署需耗费大量时间.在掘锚机上装载超前钻探设备可减少设备部署时间,提高钻探效率.目前针对集掘、锚、探于一体的掘进机机组的研究大多聚焦于设备的结构设计及液压控制系统设计,对于不同结构间干涉特性的研究相对较少.分析了机载钻机姿态调整过程中的干涉情况,根据姿态调整时的几何位置关系,建立了掘锚机与机载钻机发生干涉时的数学模型,并推导出掘锚机与机载钻机发生干涉时的最大转角计算公式.以掘锚机和机载钻机发生干涉时的最大转角为指标,研究了掘锚机与机载钻机各个尺寸参数对机载钻机各个方向最大转角的影响.结果表明:①掘锚机龙骨倾角越大,机载钻机的俯仰调节角度越大,通过调节掘锚机龙骨能有效改变探水钻机工作时仰角的调节范围.②龙骨高度的变化对俯仰角的影响均很小,龙骨高度的变化不会影响俯角的变动,而对仰角的影响较大,且呈正比关系;龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度的增大使俯仰角均增大,但对仰角的影响效果不明显.若要改动仰角,可优先考虑改变龙骨高度;若要改动俯角,可优先考虑改变龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度.③当掘锚机龙骨护板间距越大,机载钻机的最大水平转角度越大,当增大到一定程度时,最大水平转角度不再受掘锚机龙骨护板间距增大的影响;当掘锚机龙骨护板间距大于某一值时,掘锚机支撑油缸中心距越大,机载钻机的最大水平转角度越大;掘锚机龙骨护板间距对机载钻机最大水平转角度的影响较掘锚机支撑油缸中心距大.④当机载钻机钻头后端宽度较小时,不影响最大水平转角;当机载钻机钻头后端宽度增大到某一值时,机载钻机钻头后端宽度越大,最大水平转角越小;当机载钻机钻头后端宽度小于某一值时,机载钻机钻头部分前端宽度越大,最大水平转角越小.实例验证结果表明:增大龙骨倾角、龙骨连接螺栓高度、龙骨高度、龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度,并减小机载钻机钻头上缘与机载钻机框架连接绞耳的高度差、龙骨上护板长度,机载钻机的最大俯仰角得到了有效增加.

    掘锚机机载钻机超前钻探协同作业设备间干涉姿态调整干涉角度

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    煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制

    程欢邓立营
    115-121页
    查看更多>>摘要：针对煤矿巷道喷浆机器人施工过程中存在的动作不连续、位置误差大、稳定性低等问题,提出了 一种煤矿巷道七自由度喷浆机器人轨迹规划与跟踪控制方法.根据喷浆机器人静止时工作臂的运动范围和喷枪沿巷道走向的喷浆长度,将巷道划分为若干待喷截面,并规划机器人在每一截面间的移动轨迹和各截面上的工作臂运动轨迹,从而保证机器人在喷浆过程中动作连续.建立了喷浆机器人运动学模型,先采用三次多项式插值法对机器人移动轨迹进行规划,再通过模型预测控制算法对三次多项式插值生成的参考轨迹进行跟踪控制,实现机器人在巷道内精确、平稳移动.根据标准的D-H参数法建立了工作臂运动学模型,采用3-5-3分段多项式插值法对机器人在待喷截面的工作臂运动轨迹进行规划,使工作臂在喷浆过程中具有连续的加速度.仿真结果表明,喷浆机器人移动过程中最大位置误差为0.07 m,最大方向角误差仅为0.99 rad,移动速度整体稳定,且速度发生波动后能快速回到稳定状态,满足机器人移动准确、平稳的要求;工作臂运动过程中,喷浆轨迹、关节变量变化、关节速度和加速度曲线整体连续、平滑,满足喷浆动作连续、稳定的要求.

    喷浆机器人轨迹规划轨迹跟踪控制模型预测控制3-5-3分段多项式

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    一种矿用管道检测机器人设计及牵引性能分析

    赵鹏洋闫宏伟张登崤肖粲俊...
    122-130,162页
    查看更多>>摘要：针对瓦斯抽采管道破损泄漏检测问题,设计了 一种具有管道检测和运动控制功能的螺旋式矿用管道检测机器人,介绍了该机器人的结构和检测与控制系统方案.建立了机器人在管道中运行的力学分析模型,并通过动力学仿真研究了影响机器人牵引性能的因素,结果表明:机器人在管道内运行时的牵引力与管道材质、螺旋角、管壁与驱动轮之间法向力有关;机器人在不同材质的管道中运行时最佳螺旋角不同,在相同材质的管道中运行时,无介质运输情况下牵引力高于有介质运输情况;机器人牵引力随法向力的增大而增大,但最佳螺旋角无明显变化;随着螺旋角增大,牵引力先增大后减小,螺旋角为40°时牵引力最大.为提高机器人通过弯管时的性能,提出一种变螺旋角过弯策略,即机器人主动控制螺旋角随螺旋运动单元转动以正弦式规律变化,使管道内侧的螺旋角小于外侧.搭建机器人测试平台对矿用管道检测机器人进行测试,结果表明:机器人在直管中运行的最佳螺旋角为40°;可通过增加法向力来提升机器人的牵引性能;采用变螺旋角过弯策略时,机器人在弯管中的通过性能和平稳性优于定螺旋角过弯.

    瓦斯抽采管道管道泄漏检测管道机器人螺旋驱动式机器人变螺旋角过弯牵引特性

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    基于PSO-Elman神经网络的井底风温预测模型

    程磊李正健史浩镕王鑫...
    131-137页
    查看更多>>摘要：目前井下风温预测大多采用BP神经网络,但其预测精度受学习样本数量的影响,且容易陷入局部最优,Elman神经网络具备局部记忆能力,提高了网络的稳定性和动态适应能力,但仍然存在收敛速度过慢、易陷入局部最优的问题.针对上述问题,采用粒子群优化(PSO)算法对Elman神经网络的权值和阈值进行优化,建立了基于PSO-Elman神经网络的井底风温预测模型.分析得出入风相对湿度、入风温度、地面大气压力和井筒深度是井底风温的主要影响因素,因此将其作为模型的输入数据,模型的输出数据为井底风温.在相同样本数据集下的实验结果表明:Elman模型迭代90次后收敛,PSO-Elman模型迭代41次后收敛,说明PSO-Elman模型收敛速度更快;与BP神经网络模型、支持向量回归模型和Elman模型相比,PSO-Elman模型的预测误差较低,平均绝对误差、均方误差(MSE)、平均绝对百分比误差分别为0.376 0 ℃,0.278 3,1.95％,决定系数R2为0.992 4,非常接近1,表明预测模型具有良好的预测效果.实例验证结果表明,PSO-Elman模型的相对误差范围为-4.69％～1.27％,绝对误差范围为-1.06～0.29 ℃,MSE为0.26,整体预测精度可满足井下实际需要.

    井下热害防治井底风温预测粒子群优化算法Elman神经网络PSO-Elman

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    胡家河煤矿综放工作面矿压显现规律预测及主控因素研究

    席国军余智秘李亮李小菲...
    138-146页
    查看更多>>摘要：现有工作面矿压显现规律预测方法中,基于数值模拟与统计回归的方法无法实现对工作面矿压显现规律的实时精准预测,深度学习方法存在超参数较多且难以设置、模型训练速度慢等问题.针对上述问题,以胡家河煤矿402102回采工作面采动过程中监测到的煤体内部应力变化时序数据为基础,将基于粒子群优化的门控循环单元(PSO-GRU)应用到回采工作面矿压显现规律预测中.采用PSO算法对GRU进行优化,构建PSO-GRU模型,实现对超参数的自动寻优,从而提高GRU的训练速度和预测精度.以预测结果为依据,采用层次分析法建立402102回采工作面矿压主控因素评价指标体系,将顶板条件、回采工艺、煤层赋存、地质构造确定为影响工作面矿压的一级指标,进一步细分出具有代表性的14个二级指标.测试结果表明:①与未经优化的GRU模型相比,PSO-GRU模型的均方误差(MSE)降低了 83.9％,均方根误差(RMSE)降低了 59.8％,平均绝对误差(MAE)降低了 59.0％,决定系数R2提升了 28.9％.②PSO-GRU模型对矿压数据预测的拟合度达0.980以上,具有良好的非线性拟合能力和泛化能力.③地质条件中的煤层赋存因素对回采工作面矿压的影响最大,权重为0.47;可人为干预的影响因素中工作面推进速度对矿压的影响最大,权重为0.13.

    综放工作面矿压显现规律预测PSO-GRU模型层次分析法主控因素评价指标体系时间序列数据

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    坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

    赵常辛李晓旭石蒙冀瑞锋...
    147-154页
    查看更多>>摘要：针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制.研究结果表明:"低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁"破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5％,两帮变形量减小87.1％,临空巷道围岩稳定性得到极大提高.

    综放工作面留煤柱护巷临空巷道围岩变形控制切顶卸压水力压裂

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    长焰煤气水相渗特征实验研究

    陈功辉唐明云甯江琪张海路...
    155-162页
    查看更多>>摘要：长焰煤内部蕴藏大量煤层气,随着开采深度的不断增加,需要对煤储层中煤层气与地下水之间的复杂渗流特性进行探索,以降低煤层气开采难度、提高煤层气开采效率.以内蒙古鄂尔多斯准格尔旗魏家峁矿区长焰煤为实验对象,采用TCXS-Ⅱ型煤岩气水相对渗透率测定仪进行长焰煤气水相渗实验,利用非稳态法得到不同有效应力、孔隙压力和温度作用下长焰煤在气驱水过程中的气水相渗特征,结果表明:①当有效应力由3.7 MPa增大至7.7 MPa时,气相相对渗透率上升幅度减小,而水相相对渗透率下降幅度略有增加;有效应力的增大会对流体的渗透能力产生抑制作用,且对水相渗流的抑制作用大于气相渗流;残余水饱和度随着有效应力的增大而增大.②当孔隙压力由2 MPa增大至6 MPa时,水相相对渗透率曲线下降幅度变缓,气相相对渗透率曲线上升幅度更加明显,气水共渗范围变宽,等渗点饱和度增大,残余水饱和度减小.③当温度由20 ℃升高至80 ℃时,气相相对渗透率增长幅度及水相相对渗透率下降幅度均逐渐变大,气水共渗范围变宽,残余水饱和度呈下降趋势,气相渗流量呈增长趋势.该研究结果可为长焰煤储层水力压裂和注热开采等煤层气开采技术研究提供理论依据和实验参考.

    长焰煤气水相渗相对渗透率有效应力孔隙压力温度残余水饱和度

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