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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

    基于改进YOLOv7和ByteTrack的煤矿关键岗位人员不安全行为识别

    韩康李敬兆陶荣颖
    82-91页
    查看更多>>摘要：应用人工智能技术对矿井提升机司机等煤矿关键岗位人员的行为进行实时识别,防止发生设备误操作等危险情况,对保障煤矿安全生产具有重要意义.针对基于图像特征的人员行为识别方法存在的抗背景干扰能力差与实时性不足问题,提出了 一种基于改进YOLOv7和ByteTrack的煤矿关键岗位人员不安全行为识别方法.首先,基于MobileOne和C3对YOLOv7目标检测模型骨干与头部网络进行轻量化改进,提高模型推理速度;其次,融合ByteTrack跟踪算法,实现工作人员跟踪锁定,提高抗背景干扰能力;然后,采用MobileNetV2优化OpenPose的网络结构,提高对骨架特征的提取效率;最后,通过时空图卷积网络(ST-GCN)分析人体骨架关键点在时间序列上的空间结构和动态变化,实现对不安全行为的分析识别.实验结果表明:MobileOneC3-YOLO模型的精确率达93.7％,推理速度较YOLOv7模型提高了 52％;融合ByteTrack的人员锁定模型锁定成功率达97.1％;改进OpenPose模型内存需求减少了170.3 MiB,在CPU与GPU上的推理速度分别提升了74.7％和54.9％;不安全行为识别模型对疲劳睡岗、离岗、侧身交谈和玩手机4种不安全行为的识别精确率达93.5％,推理速度达18.6帧/s.

    不安全行为识别目标检测姿态估计时空图卷积网络人员锁定YOLOv7ByteTrack

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    基于岭回归改进规范变量分析的微震事件实时判识

    程健石林松骆意周天白...
    92-98页
    查看更多>>摘要：微震事件判识是煤矿微震监测的基础.现有的微震监测技术大多基于单物理量变化规律而开发,在处理含有大量噪声和干扰信号的煤矿微震数据时易产生误判情况.针对该问题,基于岭回归算法改进规范变量分析(CVA)的损失函数,实现稀疏化建模,以提升模型泛化能力.采用岭回归改进CVA对多通道煤矿微震监测数据进行融合分析,进而实时判识复杂微震监测数据状态.采用模拟数据和实际煤矿微震监测数据对岭回归改进CVA进行实验验证.在基于模拟数据的实验中,随着噪声方差由5×10-6增大至5×10-2,岭回归改进CVA的判识准确率较CVA提升了0.6％～5.4％,误报率和漏报率之和较CVA下降4.8％～17.3％.在基于实际微震监测数据的实验中,岭回归改进CVA对20个通道的微震监测数据融合分析结果能够反映出微震信号处于波动状态,验证了该方法具备微震事件实时判识能力,平均判识准确率为97.14％,较CVA高2.39％,误报率与漏报率之和为31.06％,较CVA降低0.07％,错误率为2.86％,较CVA降低2.4％.

    微震监测微震事件判识多通道融合分析规范变量分析稀疏化建模

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    煤矿工业物联网设备识别模型

    郝秦霞李慧敏
    99-107页
    查看更多>>摘要：煤矿工业物联网(IIoT)设备计算与存储资源受限,易遭受非法网络入侵,造成敏感数据泄露或恶意篡改,威胁煤矿生产安全.精准识别煤矿IIoT设备可实现有效管理并维护设备正常运转,提高设备安全防护能力,然而现有设备识别算法存在特征构造复杂、内存与计算需求较高导致难以部署在资源受限的煤矿IIoT设备中等问题.针对上述问题,提出了一种煤矿IIoT设备识别模型.首先,对支持TCP/IP协议传输的流量数据进行流量切分、无关字段去除、去重、定长字段截取操作后转换为IDX格式存储;其次,使用卷积块注意力模块(CBAM)优化深度可分离卷积(DSC),从而搭建轻量级DSC-CBAM模型来过滤Non-IIoT设备;然后,利用带有阶段惩罚的Wasserstein生成对抗网络(WGAN-GP)扩充流量较少的煤矿IIoT设备数据,达到平衡偏移流量数据的目的;最后,在DSC-CBAM基础上引入多尺度特征融合(MFF)技术捕获浅层全局特征信息,并增加Mish激活函数提高模型训练稳定性,建立优化混合模态识别(MDCM)模型,实现煤矿IIoT设备精准识别.实验结果表明,该模型收敛速度快,准确率、召回率、精确率与F1-score指标均高达99.98％,且参数量小,能精准、高效识别煤矿IIoT设备.

    煤矿工业物联网设备识别深度可分离卷积注意力机制生成对抗网络

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    煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究

    郭波超田子建侯明硕石洋名...
    108-113页
    查看更多>>摘要：GB/T 3836.1-2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》规定爆炸性环境中射频设备的阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证.针对上述问题,推导了电磁波热效应方程,分析得出影响电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生热能的可控参数为电磁波耦合时间、电场强度和电磁波频率.以GB/T 3836.1-2021中可能堆积煤尘的电气设备表面温度最高不能超过150 ℃的规定为依据,采用多物理场仿真软件COMSOL对不同发射功率的电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体的热效应安全性进行了仿真实验,结果表明:满足温度不超过150℃的电磁波热效应安全阈发射功率为16.48 W;随着电磁波发射功率的增加,电磁波热效应安全时长(电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生的热能不会使环境温度超过150℃对应的时间段)逐渐减少,但只要在安全时长内,电磁波的发射功率不受限制.

    煤矿井下电磁波热效应瓦斯阈功率安全时长

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    智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型

    刘若涵刘永立刘爽
    114-121页
    查看更多>>摘要：智能化悬臂式掘进机在工作状态感知与控制过程中悬臂和铲台机构关联位置干涉,而现有悬臂式掘进机防干涉碰撞的研究主要是基于单一的控制方法,将防干涉碰撞条件融入到控制中的较少.针对上述问题,提出了一种悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型.基于多自由度悬臂式掘进机悬臂和铲台机构运动过程中的相对空间位置关系,将悬臂机构简化为分段空间直线、铲台机构简化为空间平面,根据悬臂边界等效分段空间直线上特定点和截割刀具边界点至铲台等效空间平面的距离,判断悬臂与铲台是否干涉.悬臂与铲台机构关联位置干涉解算模型应用实例表明:当铲台处在中位状态时,主悬臂和辅助悬臂无相对摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为主悬臂下摆动位置角不超过29.5°,截割刀具卧底量不超过42 mm;主悬臂和辅助悬臂协同摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为截割刀具卧底量不超过163mm.悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型为悬臂与铲台干涉碰撞全域预测预警的数字化与智能自主控制奠定了基础.

    悬臂式掘进机悬臂铲台关联位置防干涉

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    煤孔隙结构对瓦斯解吸-扩散-渗流过程的影响

    贾男
    122-130页
    查看更多>>摘要：充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提.而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸-扩散过程.以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了煤孔隙空间结构,从微观角度分析了瓦斯解吸-扩散-渗流的演化过程,初步探讨了煤孔隙空间结构对瓦斯运移的影响.结果表明:①在孔隙中心位置的瓦斯压力相对较高,解吸-扩散由孔隙中心向边缘进行,不同时间及位置上瓦斯压力分布规律差异明显,造成瓦斯压力分布差异性的原因在于各代表性体积(REV)单元中孔隙与喉道的半径、长度、形状、连通性能不同.②孔隙结构和拓扑优势拓展了瓦斯解吸-扩散-渗流范围,大尺寸孔隙结构能为气体分子提供多元化运动空间,削弱尺寸效应对扩散广度的影响,促进瓦斯解吸-扩散速率.③强非均质连通孔隙结构中,瓦斯渗流分散而高效,能通过广泛沟通煤基质完成气体由扩散到渗流的转变,提升瓦斯传质效率;弱非均质连通孔隙结构中,气体渗流路径单一、流线集中,渗流传质阻力较大,气体分子由扩散到渗流的转变效率低,不利于瓦斯高效运移.研究结果从微观角度丰富了煤体瓦斯运移理论,为瓦斯抽采工程实践提供了理论基础.

    瓦斯抽采煤层瓦斯孔隙结构瓦斯解吸瓦斯扩散瓦斯渗流CT扫描

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    无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

    张颖异王同
    131-141页
    查看更多>>摘要：为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律.研究结果表明:工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6.切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8.当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大.切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象.在该工作面布置了微震监测系统,发现微震事件的周期性产生与工作面周期来压有强关联性,其发展过程可划分为萌芽期—发展期—高潮期,进一步综合得出覆岩的周期性破断演化规律.

    无煤柱开采切顶留巷工艺覆岩运移覆岩采动裂隙应力分布裂隙演化微震监测

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    大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应研究

    高利军晋发东梁东宇杨文斌...
    142-150页
    查看更多>>摘要：煤层倾角是造成大倾角采场采动力学行为呈现复杂性、特殊性,诱发众多灾害事故的重要因素之一,为揭示煤层倾角对大倾角采场围岩控制及矿压显现特征的影响规律,采用物理相似模拟和数值计算相结合的研究方法,在综合分析了大倾角工作面顶板破断运移及矸石滑滚充填特征的基础上,利用有限元-离散元(FLAC2D-PFC2D)耦合算法建立了不同倾角的大倾角采场耦合数值模型,研究了大倾角采场围岩应力分布及矸石充填特征的倾角效应.结果表明:①采动作用下,大倾角采场顶底板内围岩应力均呈非对称拱形分布,随着煤层倾角增大,拱形垂直应力释放区范围和向上部偏移程度逐渐增大,但水平应力释放区范围和应力值逐渐减小,无论是垂直应力还是水平应力都易在工作面上下端头顶板处出现应力集中,但最大集中应力会随煤层倾角的增大而减小;大倾角工作面顶底板内应力大小和传递方向均存在非对称特征,随着煤层倾角增大,工作面顶底板应力拱高逐渐降低,围岩应力的传递方向以围岩涌向采出空间为主,由初始近似竖直方向逐渐偏转趋于工作面垂向.②工作面顶板破断及矸石的滑滚充填具有时序性和分区演化特性,并随煤层倾角的改变而呈现一定的倾角效应.随着煤层倾角增大,直接顶的初次破断位置将逐渐向工作面倾向上部区域转移,同时由于重力沿工作面倾向的分力变大,矸石沿倾向的充填程度更为密实,但充填长度减小,工作面中上部区域高位岩层的破碎程度和空洞范围增大.③采空区内矸石对围岩的作用机制主要体现在提供侧向应力和竖向支撑2个方面,且受矸石重力作用影响较大,会随煤层倾角改变呈现较强的倾角效应.

    大倾角煤层围岩应力矸石充填倾角效应采动应力顶板破断

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    甜水堡煤矿煤巷支护参数与设备工艺优化研究

    孟键朱长华牛志军王旭锋...
    151-159页
    查看更多>>摘要：目前巷道快速掘进技术研究主要针对巷道快速掘进的影响因素、设备优化等,对巷道空顶距、支护参数、施工工艺联合优化的研究较少.针对该问题,以甘肃省环县甜水堡煤矿2号井1309工作面回风巷为研究对象,对煤巷支护参数与设备工艺优化方法进行研究.分析了巷道掘进各工序的用时特征,得出掘进、永久支护、临时支护用时最多,占比分别为25.3％,49.9％,6.2％;以耗时最长的3个工序为重点优化方向,构建了掘进工作面空顶区顶板力学模型,得出掘进工作面理论最大空顶距为2.32 m,考虑现场受设备、地质、工艺等因素影响,确定空顶距为2.0 m;根据不同支护方案下巷道围岩应力、变形、塑性区的分布特征,结合巷道高效掘进需求,确定最佳锚杆间排距为800mm×1 000 mm.结合巷道实际的地质条件,配套优化了掘进设备、临时支护工艺与施工工艺.现场试验结果表明,优化后最大日进尺由8m提高到10m,巷道掘进速度提高了 25％;巷道围岩变形基本处于稳定状态,最大变形量为226mm.优化方案不仅保证了巷道的安全稳定,还显著提高了巷道的掘进速度.

    快速掘进极限空顶距围岩控制支护参数优化支护工艺优化施工工艺优化

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    水力压裂弱化顶板护孔技术

    薛江达孙永康王军张庚...
    160-166页
    查看更多>>摘要：煤矿工作面单翼布置顺序开采的情况下,工作面顺层钻孔容易受到邻近工作面采动支承应力影响导致钻孔失效.现阶段的护孔研究集中在增强钻孔本身强度,未针对影响钻孔稳定性的根本性因素提出解决措施.针对上述问题,提出了一种水力压裂弱化顶板护孔技术.通过水力压裂弱化顶板,减小作用在邻近工作面煤体上的采动支承应力峰值,阻断高支承应力向顺层钻孔周围煤体的传递,并在顺层钻孔内全程下筛管,保证煤体逸散出的瓦斯可以进入顺层钻孔.采用数值模拟分析了水力压裂弱化顶板前后顺层钻孔周围煤体垂直应力和塑性区变化规律,结果表明:通过水力压裂弱化顶板,顺层钻孔周围煤体的垂直应力峰值由21.2 MPa降低为9.1 MPa,煤体塑性区范围由19 m减小为11m.根据数值模拟结果确定的水力压裂参数进行了现场测试,结果表明:采用水力压裂弱化顶板护孔技术后,钻孔瓦斯抽采体积分数平均值由3.6％提高到14.1％,瓦斯抽采混合流量平均值由1.28 m3/min降低为0.464 m3/min,未出现大范围顺层钻孔内发生煤体氧化而产生CO的情况.因此,水力压裂弱化顶板护孔技术可有效避免钻孔失效漏气,提高钻孔抽采效果,保证钻孔抽采安全.

    水力压裂弱化顶板采动支承应力顺层钻孔塑性区

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