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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

    煤矿信息综合承载网标准研究制定

    孙继平彭铭
    1-8页
    查看更多>>摘要：为满足煤矿监控、定位、视频、音频、远控、5G等不同业务对时延、可靠性、带宽等指标的不同需求,煤矿信息综合承载网应具有下列功能:①网络切片功能,支持FlexE接口技术或信道化子接口技术,将端口带宽资源划分到不同网络切片中;不同网络切片之间的业务彼此隔离承载,互不影响.②网络切片在线带宽扩容功能,带宽调整过程中业务不出现丢包.③网络切片设置掉电保护功能.④符合IEEE 802.3和TCP/IP协议,支持IPv6协议和 IPv6业务承载,支持 IPv4、IPv6业务同时承载.⑤ 支持万兆光接口、千兆光接口、10/100/1 000 Mbit/s自适应接口,核心与汇聚节点宜支持 5万兆及以上光接口.⑥宜采用环形或双环结构.⑦业务质量实时监测功能,实时监测指定业务的时延、抖动和丢包率情况.⑧1588v2时钟同步功能,支持 5G基站业务接入.煤矿信息综合承载网的主要技术指标应满足下列要求:①光端口传输距离应≥20 km;电端口传输距离应≥100 m.②骨干网传输速率应≥10 Gbit/s;接入网传输速率应≥1 Gbit/s.③不同帧长的丢包率均≤0.01%(在70%网络流量负载条件下).④单节点传输时延应≤1 ms(当以太网帧帧长度为1518 byte时).⑤节点转发抖动≤100 μs.⑥单接口支持切片数量应≥5.⑦FlexE接口技术最小带宽应≤1 Gbit/s;信道化子接口技术最小带宽应≤2 Mbit/s.⑧网络重构自愈时间应≤50 ms.⑨在电网停电后,承载网设备在备用电源下的连续工作时间应≥4 h.

    煤矿智能化煤矿信息承载网网络切片FlexE

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    基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法

    张旭辉王悦杨文娟陈鑫...
    9-17页
    查看更多>>摘要：煤矿井下掘进工作面高粉尘、低照度的恶劣环境导致图像信噪比较低,且有效特征点数量严重减少,处理后的图像存在较大色差和噪声,在使用最佳缝合线算法进行图像拼接时出现细节错位、缝合线处过渡不自然或拼接痕迹明显的现象.针对上述问题,提出了一种基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法.首先,对原始图像进行HSV空间变换,采用改进的Retinex算法对亮度分量进行增强,利用双边滤波函数代替中心环绕函数,以解决亮度差异大处产生的光晕问题,通过增强算法有效提高特征点提取数量.然后,采用SIFT算法提取特征点,并以余弦距离作为匹配度指标;引入像素余弦相似度作为约束项,并采用形态学操作对颜色差异强度进行改进,利用动态规划法对最佳缝合线进行搜索,以避免图像拼接处的错位现象.最后,结合渐入渐出融合算法,使图像过渡平滑,实现煤矿井下掘进工作面的图像融合.模拟井下实际工况环境进行实验验证,结果表明:基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法与传统最佳缝合线算法相比,避免了颜色差异和噪声引起的错位拼接现象,拼接缝处的图像过渡更加自然,避免了"鬼影"和明显拼接缝的产生,且图像平均梯度提高 2.38%,拼接时间提高 32.5%,使得融合区域更加平滑自然,提高了拼接质量.

    掘进工作面图像拼接图像增强最佳缝合线Retinex算法改进能量函数像素余弦相似度

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    煤岩瓦斯复合动力灾害监测预警与防控技术研究进展

    杨科李彩青刘文杰张寨男...
    18-32页
    查看更多>>摘要：煤岩瓦斯复合动力灾害是深部煤炭开采的重大安全隐患,探明其致灾机理、发展监测预警及防控技术是防治关键.提出了煤岩瓦斯复合动力灾害防治"四面体"理论,即分别从灾害分类、灾害机理、灾害预警、灾害防控 4个层面概述煤岩瓦斯复合动力灾害研究进展.总结了以能量释放主体、初始瓦斯压力、载荷条件为主的复合动力灾害类型划分依据;梳理了理论分析尺度和实验室尺度下的复合动力灾害机理研究进展,发现应力路径、微裂纹动态演化和煤岩赋存地质因素临界指标是致灾机理研究的关键;概述了以前期灾害前兆信息判识、中期灾害前兆信息采集、后期灾害一体化监测预警为主线的复合动力灾害监测预警技术研究进展;揭示了复合动力灾害消能减灾一体化防控技术和多尺度分源防控关键技术科学内涵.在此基础上针对两淮矿区灾害特点,提出了深部强动载条件下复合动力灾害智能判识与预警方法和分区协同防控方法.基于当前研究进展,提出了煤岩瓦斯复合动力灾害研究亟待解决的问题,助力实现深部煤炭安全、精准、高效开采.

    煤岩瓦斯复合动力灾害灾害分类致灾机理监测预警灾害防控

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    基于UWB的综采工作面推进度测量系统

    刘清刘军锋
    33-40页
    查看更多>>摘要：针对目前综采工作面推进度的测量和计算方式存在费时费力、累计误差大、传感器损坏后无法重新计算等问题,提出了一种基于UWB测距技术的综采工作面推进度实时测量系统.该系统采用矿用本安型测距分站与测距标志卡组合的方式,通过无线通信实现对综采工作面巷道推进度的实时测量.在综采工作面端头液压支架布置测距分站,在回采巷道固定标志点悬挂测距标志卡,通过巷道内UWB无线信号测距,当即将开采到最近的测距标志卡位置时,撤掉该处测距标志卡,后续测距标志卡接替进行巷道推进度的测量与计算,依此循环往复,不断进行更替测量.结合采煤工艺,建立了依据采煤机位置和液压支架动作的限幅中值平均滤波模型,该模型将限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波深度融合,以剔除海量数据中由于受到测量、遮挡等影响而造成的测量偏差较大的无效数据,同时消除有效数据中的最大和最小偏差数据,进一步保证了通过算术平均运算得到的测量值的准确性和有效性,实现了综采工作面推进度的连续测量.地面测试结果表明,测距分站1的最大误差为0.32 m,误差小于 0.2 m的占比为 84.62%;测距分站 2的最大误差为 0.48 m,误差小于 0.2 m的占比为 76.92%.井下工业性试验结果表明:该系统与矿方实测数据日平均推进度差值为 0.13 m,证明了UWB测距技术在井下巷道条件下测距的可行性和基于采煤工艺的推进度测量模型的准确性.

    综采工作面推进度测量UWB测距双边双向测距法限幅中值平均滤波模型

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    液压支架关键姿态参数测量系统

    刘相通李曼沈思怡曹现刚...
    41-49页
    查看更多>>摘要：针对现有液压支架姿态监测方法测量参数不全面、精度和可靠性不高、工况环境适应性差等问题,提出一种直接测量与间接测量相结合的液压支架关键姿态参数测量系统,研制了以DSP为核心、以MEMS惯导为测量元件、具备LoRa无线通信功能的姿态传感器.分析得出了影响液压支架支护姿态的关键参数,其中底座、前连杆、掩护梁和顶梁与水平面夹角及推移步距采用直接测量方式,支护高度、立柱与平衡千斤顶长度采用间接测量方式.该系统包括安装于底座、前连杆、掩护梁、顶梁处的 4个姿态传感器和 1个安装于底座的红外激光测距传感器,采用LoRa无线通信方式组网.底座处的姿态传感器作为网关(即网关传感器),用于测量底座与水平面的夹角,控制红外激光测距传感器测量推移步距,并解算支护高度、立柱长度和平衡千斤顶长度;其他 3处的姿态传感器作为节点(即节点传感器),用于测量前连杆、掩护梁和顶梁与水平面的夹角,并将获得的角度信息上报至网关传感器.测试结果表明,姿态角测量的最大绝对误差为 0.2°,支护高度、立柱长度、平衡千斤顶长度测量的最大百分比相对误差分别为 0.78%,0.72%,0.83%,推移步距测量的最大绝对误差为 1.9 mm.以ZY9000/22/45D型液压支架为例,分析其在不同姿态角范围下的误差分布,得到支护高度最大测量误差为 27.4 mm,立柱长度最大测量误差为16.6 mm.

    液压支架姿态监测姿态传感器红外激光测距MEMSLoRa

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    矿用对射式风速风向传感器设计

    安赛赵忠辉张浪李伟...
    50-54页
    查看更多>>摘要：针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程.该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离(5～12 m)超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性.依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在 0.1～15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求.

    智能化通风风速风向传感器巷道断面风速超声波测风对射式测风巷道中线风速

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    基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法

    龚晓燕冯浩付浩然陈龙...
    55-62,77页
    查看更多>>摘要：基于光散射原理测定粉尘质量浓度只能定时定点手动检测,实时性差,且只能检测出粉尘质量浓度,并不能给出粒径分布范围.目前基于图像分析的粉尘颗粒检测研究主要是针对粉尘质量浓度或粒径分布进行单方面研究,并不能实现粉尘质量浓度和粒径分布范围的同时检测.针对上述问题,提出了一种基于图像分析的掘进工作面粉尘颗粒检测方法,探究图像特征与粉尘质量浓度、粒径分布间的关系.通过粉尘样本收集及图像采集装置,采集粉尘颗粒图像并获取采集图像时的粉尘质量浓度.编写粉尘样本图像处理算法,提取图像的灰度特征、纹理特征、几何特征相关参数.对提取的图像特征与实测粉尘质量浓度进行相关性分析,选取相关性较大的图像特征作为参数建立回归数学模型.提取粉尘颗粒对象像素点个数,结合转换系数,基于几何当量等效面积径计算粉尘粒径大小及分布范围.实验结果表明:实测粉尘质量浓度与建立的图像特征多元非线性回归模型数学模型计算值间的平均相对误差为 12.37%,标准实测粒径与几何当量等效面积径得到的粒径分布间的最大相对误差为8.63%,平均相对误差为 6.37%,验证了基于图像特征的粉尘质量浓度回归数学模型和基于几何当量等效面积径分布数学模型的准确性.

    掘进工作面粉尘质量浓度粉尘粒径分布范围图像分析几何当量等效面积径皮尔逊相关系数

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    基于改进切尾均值的矿井图像去噪算法

    熊增举姚成贵张德华
    63-68页
    查看更多>>摘要：现有矿井图像去噪算法对于复杂噪声的去除效果有限,且处理速度不能满足实时监控需求.针对该问题,提出一种基于改进切尾均值的矿井图像去噪算法.首先,采用切尾均值滤波器对图像噪声进行初步滤除,同时引入二次检验机制处理残留的噪声点,通过引入离散系数提升算法对不同像素的区分能力,增强去噪性能;其次,采用基于极值数量的分类处理及再次检验机制,有效减少残留噪声问题;然后,在小波函数中引入新的控制变量优化软阈值函数和硬阈值函数,构建双阈值函数,结合Radon变换增强对线性特征的处理,增强对矿井图像的检测能力;最后,采用均方误差(MSE)与峰值信噪比(PSNR)进行图像质量评价.实验结果表明:相较于切尾均值算法、硬阈值算法、软阈值算法,基于改进切尾均值的矿井图像去噪算法处理的图像的MSE增长相对缓慢,MSE最小,图像去噪效果最好;引入离散系数后,去噪图像的MSE相较于引入前低 300 dB左右,PSNR相较于引入前高 20 dB左右,引入离散系数能有效减少噪声点对算法的影响;相较于卡尔曼遗传优化算法、变换域图像去噪算法、交叉分支卷积去噪网络,基于改进切尾均值的矿井图像去噪算法处理的图像MSE分别降低了 27,21,13 dB,PSNR分别提升了8,6,3 dB,去噪耗时分别缩短了0.20,0.16,0.14 s.

    矿井图像去噪切尾均值二次检验机制小波变换离散系数双阈值函数Radon变换

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    基于红外热成像的煤矸识别方法研究

    程刚潘择烨魏溢凡陈杰...
    69-77页
    查看更多>>摘要：基于重介选煤、跳汰选煤、浮选、干法选煤、γ射线检测法的煤矸分选方法投资成本高、分选效率低、环境污染严重,基于CCD相机的煤矸分选方法准确率不高,基于X射线的煤矸分选技术会危害工作人员的健康.红外热成像技术不受光照、粉尘影响,且不会对人体造成伤害.提出了一种基于红外热成像的煤矸识别方法.首先,煤和矸石在传送带的输送下经过加热区域,红外热成像仪监测经均匀加热后的煤和矸石中心点的温度,得到煤和矸石加热后的温度并对经加热区域均匀加热后的煤和矸石进行拍摄,得到煤和矸石的红外灰度图像和红外彩色图像.然后,选用高斯滤波对煤和矸石的红外灰度图像、红外彩色图像进行预处理并提取特征,将红外灰度图像的灰度均值、最大频数对应的灰度值特征和红外彩色图像的G通道一阶矩、G通道二阶矩特征作为分选特征,将上述 4个特征作为分类模型的输入.最后,采用支持向量机(SVM)进行分类识别,从而达到识别煤和矸石的目的.实验结果表明:基于红外热成像的煤矸识别方法对烟煤、无烟煤、褐煤的分选准确率均达到了 98%以上,有良好的分类效果.

    煤矸识别红外热成像红外灰度图像红外彩色图像灰度均值SVM图像预处理

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    基于红外热像和振动信号的煤岩识别实验研究

    刘治翔孙战尹家阔邹康...
    78-83,152页
    查看更多>>摘要：针对现有煤岩识别技术存在的难以实际应用、易受信号干扰、成本高和实现复杂等问题,通过理论分析煤岩截割产热与煤岩硬度的关系,证明通过红外热像获取的截割温度变化来进行煤岩识别的合理性;搭建了掘进机截齿截割煤岩试验台,对不同硬度的普通煤层、煤岩交界处及中砂岩层进行长时间截割试验,通过红外热像仪和振动传感器分别获取截割温度和截割头振动信号并分析其变化规律.研究结果表明:①随着截割时间增加,截割温度逐渐升高;煤岩硬度越高,截割温度越高,且截割温度上升速率越快;在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩,但在稳定截割时可根据截割温度特性识别煤岩.②截割头振动强度随着煤岩硬度增大而变大,但不随截割时间增加而产生明显变化,因此可弥补在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩的不足.③通过单一截割温度或振动强度不能对煤岩进行准确识别,因此可在截割起始阶段和频繁出现闪温时通过振动强度来识别煤岩,而在截割稳定阶段通过红外热像获取的温度来识别煤岩.

    煤岩识别红外热像截割温度振动强度

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