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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

    基于联合编码的煤矿综采设备知识图谱构建

    韩一搏董立红叶鸥
    84-93页
    查看更多>>摘要：利用知识图谱技术进行数据管理可实现对煤矿综采设备的有效表示,以便获取具有深度挖掘价值的信息.煤矿综采设备数据不均衡、某些类别设备实体较少等问题影响实体识别精度.针对上述问题,提出了一种基于联合编码的煤矿综采设备知识图谱构建方法.首先构建综采设备本体模型,确定概念及关系.然后设计实体识别模型:利用Token Embedding、Position Embedding、Sentence Embedding和Task Embedding 4层Embedding结构与Transformer-Encoder进行煤矿综采设备数据编码,提取词语间的依赖关系及上下文信息特征;引入中文汉字字库,利用Word2vec模型进行编码,提取字形间的语义规则,解决煤矿综采设备数据中生僻字问题;使用GRU模型对综采设备数据和字库编码后的字符向量进行联合编码,融合向量特征;利用Lattice-LSTM模型进行字符解码,获取实体识别结果.最后利用图数据库技术,将抽取的知识以图谱的形式进行存储和组织,完成知识图谱构建.在煤矿综采设备数据集上进行实验验证,结果表明该方法对综采设备实体的识别准确率较现有方法提高了 1.26%以上,在一定程度上缓解了在少量样本情况下构建煤矿综采设备知识图谱时因数据较少导致的精度不足问题.

    煤矿综采设备知识图谱本体模型联合编码实体识别

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    基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计

    何怡静杨维
    94-102页
    查看更多>>摘要：无人机在灾后矿井的自主导航能力是其胜任抢险救灾任务的前提,而在未知三维空间的自主位姿估计技术是无人机自主导航的关键技术之一.目前基于视觉的位姿估计算法由于单目相机无法直接获取三维空间的深度信息且易受井下昏暗光线影响,导致位姿估计尺度模糊和定位性能较差,而基于激光的位姿估计算法由于激光雷达存在视角小、扫描图案不均匀及受限于矿井场景结构特征,导致位姿估计出现错误.针对上述问题,提出了一种基于视觉与激光融合的井下灾后救援无人机自主位姿估计算法.首先,通过井下无人机搭载的单目相机和激光雷达分别获取井下的图像数据和激光点云数据,对每帧矿井图像数据均匀提取ORB特征点,使用激光点云的深度信息对ORB特征点进行深度恢复,通过特征点的帧间匹配实现基于视觉的无人机位姿估计.其次,对每帧井下激光点云数据分别提取特征角点和特征平面点,通过特征点的帧间匹配实现基于激光的无人机位姿估计.然后,将视觉匹配误差函数和激光匹配误差函数置于同一位姿优化函数下,基于视觉与激光融合来估计井下无人机位姿.最后,通过视觉滑动窗口和激光局部地图引入历史帧数据,构建历史帧数据和最新估计位姿之间的误差函数,通过对误差函数的非线性优化完成在局部约束下的无人机位姿的优化和修正,避免估计位姿的误差累计导致无人机轨迹偏移.模拟矿井灾后复杂环境进行仿真实验,结果表明:基于视觉与激光融合的位姿估计算法的平均相对平移误差和相对旋转误差分别为 0.001 1 m和 0.000 8°,1帧数据的平均处理时间低于 100 ms,且算法在井下长时间运行时不会出现轨迹漂移问题;相较于仅基于视觉或激光的位姿估计算法,该融合算法的准确性、稳定性均得到了提高,且实时性满足要求.

    井下无人机位姿估计单目相机激光雷达视觉与激光融合ORB特征点

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    用于矿井通风网络解算的通风机风压性能曲线自动识别方法

    吴奉亮寇露
    103-111页
    查看更多>>摘要：从通风机性能曲线图像中采样并识别风压性能曲线,进而拟合出风压性能函数是矿井通风网络解算的关键技术.目前常用人工方式识别风压性能曲线,效率低且准确性不高.提出一种基于图像处理技术的通风机风压性能曲线自动识别方法.采用双边滤波、图像锐化和二值化技术对原始通风机风压性能曲线图像进行预处理,以提高图像质量.分别基于腐蚀算法、轮廓检测算法提取通风机性能曲线图像中的网格线和坐标文字,采用逻辑运算、中值滤波、轮廓检测和K3M算法提取风压性能曲线.以逐行像素识别方式识别风压性能曲线的像素坐标,采用模板匹配算法识别坐标数字,进而完成像素坐标到物理坐标的转换,实现风压性能曲线识别.将通风机风压性能曲线自动识别方法集成至通风网络解算软件,对通风机风压性能曲线进行识别试验,结果表明,该方法对单条风压性能曲线的采样速度为 24 Samples/s,识别的风压性能曲线与原始曲线的重合度高,风压拟合值与原始值的最大误差仅为0.88%,较人工识别方法大大提高了通风网络解算效率和准确性.

    矿井通风网络通风网络解算通风机风压性能曲线图像自动识别风压性能函数拟合

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    不同注气成分置驱瓦斯效果数值模拟研究

    徐小马燕湘湘黄姝羽
    112-120页
    查看更多>>摘要：注气促抽瓦斯的注气成分主要有N2,CO2 和空气,但目前针对不同注入成分的置驱效果对比研究较少.针对该问题,建立了考虑裂隙气体渗流和基质孔隙气体扩散的注气成分置驱瓦斯数学模型,在对该模型验证的基础上,模拟注入气体置驱煤样瓦斯气体过程,并对比研究相同注气压力和煤体渗透率条件下不同注气成分(N2,CO2 和空气)对瓦斯的置驱效果.结果表明:①相同注气时间下,从注气端到排气端,注入气体的体积分数逐渐降低,在注气端附近注入气体的体积分数最高;瓦斯体积分数逐渐增加,在排气端附近瓦斯体积分数最高;随着注气时间增加,注入气体的体积分数增加区域逐渐向排气端移动直至覆盖整个煤样,瓦斯体积分数降低区域也逐渐向排气端移动直至覆盖整个煤样,表明煤样中的瓦斯逐渐被置换出来,进而被驱替出整个煤样.②在相同注气时间内,从注气端到排气端,N2,CO2 和空气 3种注入气体体积分数和瓦斯体积分数具有相似的变化规律,即从注气端到排气端,注入气体体积分数逐渐降低、瓦斯体积分数逐渐升高,随着注气时间增加,注入气体的体积分数增高区域增加.相同注气时间、煤样相同位置处注入气体的体积分数和瓦斯体积分数互补,即相加为 100%.③3种注入气体对瓦斯的置驱效果排序为CO2>空气>N2.④对排气端气体的体积分数分析可知,排气端气体的体积分数随时间变化可分为突破阶段、平衡进行阶段和置驱完成阶段.不同注入气体 3个阶段持续时间不同,注入N2 突破时间和置驱完成时间分别为 30,90 min;注入CO2 突破时间和置驱完成时间分别为 20,80 min;注入空气突破时间和置驱完成时间分别为 28,87 min.⑤在现场应用时,应根据具体煤层的吸附解吸能力、煤层自燃特性等选择合适的注入气体.

    瓦斯抽采注气抽采注气成分置驱瓦斯置驱效果注气端排气端

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    煤的原位瓦斯放散初速度测定装置及方法研究

    薛伟超
    121-127页
    查看更多>>摘要：瓦斯放散初速度是鉴定煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一.现有研究未将煤的瓦斯放散初速度指标测试与突出鉴定的其他 3个指标(煤层瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数)的测试有机结合.现行瓦斯放散初速度测定方法基于AQ 1080-2009《煤的瓦斯放散初速度指标(∆p)测定方法》,测定结果仅反映标准实验条件下瓦斯通过煤粒子向外释放的难易程度,未考虑煤层瓦斯赋存的原位环境,无法准确反映现场煤岩体内部瓦斯向外释放的灾害严重程度.针对上述问题,提出了一种原位瓦斯放散初速度测定装置及方法:采用原始煤块代替煤颗粒,用原始瓦斯成分代替甲烷,增加煤体所处瓦斯压力、应力、温度环境,还原测定的原位环境.对某煤矿煤与瓦斯突出煤层进行原位瓦斯放散初速度测定试验,得出结论:① 随着模拟瓦斯放散过程的进行,瓦斯放散流量逐渐减小,随时间大致呈负指数变化规律.用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度,则ΔpQA=7.1 mmHg,ΔpQI=2.9 mmHg.② 随着模拟放散过程的进行,放散空间内的瓦斯压力逐渐增大,放散瓦斯压力增大速度逐渐减小,瓦斯压力随时间变化大致呈对数函数关系.用放散瓦斯压力表征原位瓦斯放散初速度,则ΔpPA=25 mmHg,ΔpPI=26.6 mmHg,ΔpPD=11 mmHg.测定结果可综合反映煤层赋存的双重孔隙结构、煤体的力学特性、煤体内瓦斯的赋存能量、煤层赋存的地应力和温度等原位环境,真实反映煤矿井下发生突出危险性程度.

    煤与瓦斯突出突出危险性鉴定瓦斯放散初速度原位环境放散瓦斯压力放散瓦斯流量

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    煤矿掘进工作面瓦斯浓度预测

    陈鲜展沈易成洪飞扬石绅...
    128-132页
    查看更多>>摘要：针对目前瓦斯浓度预测方法存在数据处理不确定性、特征提取局限性及受主观性因素影响产生预测偏差等问题,提出了一种用于煤矿掘进工作面的瓦斯浓度预测方法.首先,在煤矿掘进工作面回风巷内每隔1m布设激光瓦斯传感器,形成传感器网络,实时采集瓦斯浓度数据.然后,根据拉依达准则搜索并剔除瓦斯浓度数据中的异常值,并利用Lagrange插值多项式填补瓦斯浓度数据中的缺失值.最后,以剔除异常值及填补缺失值的瓦斯浓度数据为基础,采用经验模态分解算法将瓦斯浓度数据分解成本征模态函数和趋势项,再利用Hilbert变换对本征模态函数进行处理以获取数据的高频项和低频项,并将其输入最小二乘支持向量机中进行加权处理,输出瓦斯浓度预测结果.通过掘进工作面模拟装置进行瓦斯浓度预测模拟试验,并在某煤矿掘进工作面进行现场试验,结果表明:该方法预测的瓦斯浓度与实际测量值非常接近,均方误差小,表明预测结果准确率高;均方误差波动幅度小,表明适应性好,预测结果的稳定性强;预测用时短,表明预测效率高.

    掘进工作面瓦斯浓度预测拉依达准则Lagrange插值经验模态分解最小二乘支持向量机

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    采煤机滚筒工作性能优化研究

    王宏伟郭军军梁威耿毅德...
    133-143页
    查看更多>>摘要：在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性.为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM-MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好.设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性.构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为 31.12 r/min、截割深度为 639.4 mm、牵引速度为 5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.467 7 kW·h/m3,装煤率为43.01%,载荷波动系数为0.327 8.

    采煤机滚筒双向耦合机理离散元法多体动力学多目标优化改进多目标灰狼优化算法优劣解距离法

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    基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法

    李重重姚钰鹏
    144-152页
    查看更多>>摘要：针对采煤机在工作过程中易受不同工况条件的影响导致滚筒调高精度低的问题,提出了一种基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法.对采煤机历史传感器数据进行预处理和特征提取,选择影响滚筒高度调节的截割电动机电流、截割电动机温度、俯仰角、横滚角、牵引速度 5维特征数据,构建用于生成滚筒截割高度模板的补偿回声状态网络(C-ESN)模型;建立工况触发机制,将采煤机传感器实时数据输入C-ESN模型,以测试误差为判断准则,识别当前采煤机的工况为正常区域、三角煤区域或异常工况;最后,C-ESN模型生成相应的滚筒截割高度模板.当三角煤区域和正常区域测试误差都大于阈值时,采用迁移学习方法对测试误差小的截割高度模板参数进行修正,以保证异常工况下截割高度模板的精度.基于现场采煤机实际数据的实验结果表明:左右滚筒截割高度模板与实际截割高度相比,在正常区域的最大误差分别为 11.47,9.96 cm,在三角煤区域最大误差分别为 12.91,7.94 cm,能够满足工程实际要求;与传统回声状态网络和径向基函数网络模型相比,C-ESN模型的精度在正常区域分别提升了54%和57%,在三角煤区域分别提升了10%和69%.

    采煤机滚筒高度截割高度模板补偿回声状态网络工况触发迁移学习

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    考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制

    许向前简阔王宁李胜利...
    153-158页
    查看更多>>摘要：煤岩硬度显著影响悬臂式掘进机空间运行状态,分析掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关联性,有助于更好地实现悬臂式掘进机自动化截割控制.为提高截割控制精度,提出了一种考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制方法.根据动力学原理获得了悬臂式掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关系,得出随着截割头与目标点之间的距离、运动范围半径及动态角度增大,截割头的运行稳定性会相应提高.采用加权平衡的方式确定自动化控制参数,采用PID控制和闭环模糊控制方法实现掘进机自动化截割控制.实验结果表明,该方法横向控制和纵向控制都表现出较好的性能,掘进机截割头摆速在 2s内达到稳定值,动态工作稳定性好;悬臂式掘进机截割头回转和升降角度变化轨迹与期望轨迹之间的吻合度较高,整体偏离程度较小,控制精度较高.

    悬臂式掘进机自动化截割控制煤岩硬度自动化控制参数加权平衡PID

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    煤矿场景下单相级联H桥整流器解耦控制方法研究

    刘诗源
    159-168页
    查看更多>>摘要：针对单相级联H桥整流器的电力电子设备在煤矿场景下运行过程中直流侧存在二次电压纹波,导致网侧电流畸变、电容值漂移等问题,通过分析单相级联H桥整流器直流侧二次电压纹波的形成原因,提出了一种基于分裂电容不相等的独立型解耦拓扑的优化控制方法.该方法通过在电容两端叠加二倍工频的电压来抵消二次电压纹波,实现了直流侧二次电压纹波的有效抑制.针对 3种基于构造二次电压的解耦方式(直流分裂电容值不等,直流电压分量相等;直流分裂电容值不等,且直流电压分量也不等;直流分裂电容值相等,直流电压分量不等)进行了参数设计和控制策略的研究,并通过分析参数对二次电压幅值的影响,确定了最优的参数取值范围,以实现有效的功率解耦,并减小电容值,降低设备体积和成本.仿真结果表明:①在 0.2 s时加入分裂电容的独立型解耦拓扑(SC-IAPD)电路,基于解耦方式 2的SC-IAPD电路控制方法、基于解耦方式 2的SC-IAPD电路的优化控制方法、基于解耦方式 1的 SC-IAPD电路控制方法的直流侧输出电压纹波都控制在 1～1.5 V,说明对称半桥解耦电路可有效抑制直流电压波动,同时在负荷变化时具有良好的解耦性能.②在轻载切重载的情况下,基于解耦方式 2的SC-IAPD电路的优化控制方法能快速跟随负载变化,实现纹波的抑制,具有更强的带载能力和更佳的解耦效果.而在重载切轻载的情况下,基于解耦方式 1的SC-IAPD电路控制方法能够更好地实现解耦性能,将电压纹波控制在 1V以内.如果考虑电容值的最小化,基于解耦方式 2的SC-IAPD电路的控制方法则更具优势.实验结果表明:①负载突变前,传统控制方法和基于二次电压的解耦控制方法都能有效抑制直流侧的电压纹波,但基于二次电压的解耦控制方法在抑制电压纹波方面效果更佳,使直流侧的电压纹波更小.②负载突变后,传统控制方法无法维持直流侧电压的稳定性,出现较大的震荡,失去稳定性.

    煤矿电网谐波级联H桥整流器二次电压纹波分裂电容纹波抑制解耦

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