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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

    无线电波发射功率防爆要求与检测方法

    孙继平彭铭
    1-5,22页
    查看更多>>摘要：现行国家标准GB/T 3836.1-2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的乘积.在无线电波防爆安全发射功率阈值一定的条件下,天线增益越大,无线电发射器的有效输出功率就越小,这将限制通过增大天线增益,提高无线传输距离.因此,有必要对国家标准GB/T 3836.1-2021和国际标准IEC 60079-0:2017中规定的阈功率的正确性进行研究,提出合理的无线电波发射功率防爆要求与检测方法.提出了无线电波防爆安全发射功率与天线增益无关,国家标准GB/T 3836.1-2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电发射器的阈功率是错误的.提出了煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W,且与天线增益无关;国家标准GB/T 3836.1-2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6W,且与天线增益相关,是错误的.提出了无线电波防爆安全性能检测方法——检测无线电发射器输出功率,这既可保证通过检测的防爆无线电设备的防爆安全,又简化了检测方法,更提高了防爆无线电设备的无线电波发射功率,解除了对天线增益的限制,将大大提高煤矿井下防爆无线电设备的无线传输距离.

    矿井无线电波防爆安全天线增益发射功率输出功率防爆安全性能检测

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    基于多源信息融合的矿山边坡滑坡灾害研究现状与展望

    李荟韩晓飞朱万成宋清蔚...
    6-15页
    查看更多>>摘要：为克服单一信息源无法精确表征矿山滑坡灾害演化特征的问题,基于多源信息融合技术,从矿山边坡多源信息获取、矿山边坡多源信息融合、矿山边坡位移预测及滑坡风险评价3个方面概述了矿山边坡滑坡灾害研究进展.总结了典型的"天""空""地"边坡监测手段及"天-空-地"一体化协同监测方法;梳理了包含数据级、特征级和决策级融合的边坡多源信息融合流程;整理了位移与应力、位移与水文气象及其他不同类型的监测数据融合形式;阐述了基于多源信息融合的边坡位移预测及滑坡风险评价相关研究现状.基于当前矿山边坡滑坡灾害研究存在的灾害分析的准确性严重依赖监测数据质量、对岩石力学机理知识利用不足等问题,指出了矿山边坡滑坡灾害研究发展趋势:统一多源数据采集接入标准;开发监测数据与岩石力学机理融合的矿山边坡滑坡灾害分析方法;优化"天-空-地"多源信息的时空关联挖掘算法;加强基于多源信息融合的矿山边坡滑坡灾害预警平台建设.

    矿山边坡边坡位移预测滑坡风险评价多源信息融合协同监测

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    沿空留巷采空区自动化密闭系统

    聂百胜夏晓峰周皓文秦枫...
    16-22页
    查看更多>>摘要：现有的沿空留巷采空区密闭方法大多集中于构筑密闭墙及封堵墙体裂隙,施工周期较长且反复进行,消耗大量人力成本,自动化程度低,易发生二次破坏.针对上述问题,设计了一种沿空留巷采空区自动化密闭系统.该系统以柔性密闭气囊为载体,将未充气的气囊置于采空区密闭墙和单体液压支柱之间,对气囊充气使其与沿空留巷顶底板及采空区密闭墙外侧贴合接触;智能感知矿压显现导致的巷道围岩变形,气囊随时变化形状柔性应对,即当气囊内部压力上升并超过安全泄压阀额定压力时,自动释放气囊气体缩小体积,以重新与顶底板围岩紧密贴合,达到持续密闭采空区的效果,抑制采空区危险气体泄漏.现场试验结果表明:安全泄压阀在柔性密闭气囊内部压力达到约4 kPa时正常开启,压力达到2.7 kPa左右停止泄气;柔性密闭装备感知压力变化后收缩体积以重新适应围岩形态,可长时间并持续性地密闭采空区;柔性密闭装备安装后与采空区密闭墙贴合度高,密闭墙墙体前瓦斯体积分数降低0.13％,有效抑制了瓦斯溢出.

    沿空留巷瓦斯治理采空区密闭密闭墙柔性密闭气囊

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    基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法

    张帆邵光耀李昱翰李玉雪...
    23-29,45页
    查看更多>>摘要：受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题.针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法.通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态,在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型,其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节,控制模型实现超前液压支架的自适应控制,机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释,数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据,仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互.根据基于深度Q网络(DQN)的超前液压支架自适应抗冲决策算法,对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策,并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令,实现超前液压支架智能控制.实验结果表明:立柱位移与压力变化一致,说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理,从而验证了数字孪生模型的准确性;基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数,自适应调控立柱压力,提升巷道安全等级,实现超前液压支架自适应抗冲支护.

    矿井智能抗冲超前液压支架自适应支护数字孪生深度强化学习深度Q网络DQN

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    基于LSTM-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测

    余琼芳杨鹏飞唐高峰
    30-35页
    查看更多>>摘要：目前多步液压支架压力预测大多为单步液压支架压力的累计预测,单步累计次数越多,累计误差就越大,影响预测精度.针对该问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测方法.采用卡尔曼滤波消除液压支架压力数据中的振动噪声后,在工作面端部和中部各选取相邻的5台液压支架压力数据建立2个时空数据集(数据集1和数据集2),并对时空数据进行标准化预处理.将时空数据输入LSTM模型提取时空特征,并将提取的时空特征输入Informer模型的编码器,经过位置编码后利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,经过最大池化和一维卷积消除最终输出特征图的冗余组合.利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,将Informer模型的解码器改为全连接层,得到液压支架压力的预测结果.实验结果表明:与基于门控循环单元(GRU)、LSTM和Informer模型的预测方法相比,基于LSTM-Informer模型的预测方法在预测6,12,24步长液压支架压力时的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均最小;其中基于数据集1预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了 41.63％,49.74％,11.85％,MAE分别降低了 41.75％,50.00％,12.00％;基于数据集2预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了48.15％,59.86％,19.88％,MAE 分别降低了 49.87％,54.90％,13.16％.

    液压支架压力多步长液压支架压力预测LSTM-Informer模型时间相关性卡尔曼滤波

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    全光纤微震监测技术在底板突水监测中的应用研究

    黄刚韩云春余国锋罗勇...
    36-45页
    查看更多>>摘要：目前国内的光纤微震监测系统多是基于光学光栅传感技术,而光纤光栅波长解调限制了系统检测频率与灵敏度,且长时间、连续不间断的微震监测成功案例较少.针对上述问题,提出了 一种新型全光纤微震监测系统.以潘二煤矿11023工作面回采过程中底板突水监测为工程背景,使用全光纤微震监测系统与ESG微震监测系统进行对比,得出全光纤微震监测系统具有以下优势:记录的波形频谱特征更清晰,表现出高信噪比优势;对扰动深度的监测范围更大,远距离监测效果更好;震源定位结果分布更加合理,更符合工作面实际开采情况.在监测工作面回采全周期内,分析了 11023工作面断层异常区底板破坏与微震活动性关系:在断层和煤层变薄异常区附近,微震事件的数量增多、强度增大;工作面初采期间应力集中释放,受采动影响,底板破坏较深;相对大能量事件主要分布在断层异常区的底板,底板破坏深度约为27 m,微震事件在3煤底板60 m以下没有成线或成面聚集的情况,说明裂隙并未扩展,未形成导水通道,工作面安全回采.

    全光纤微震监测底板突水扰动深度震源定位断层异常区微震活动性相对大能量事件

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    煤矿岩巷TBM掘进随掘地震信号特征及其应用

    党保全郭立全张延喜任永乐...
    46-53,60页
    查看更多>>摘要：随掘地震超前探测技术可实现探掘平行,为巷道快速智能掘进场景下实时、精准地质保障提供了可能.随掘震源产生的是复杂、变频、连续信号,信号特征认知直接影响数据处理与成像精度,而目前针对岩巷全断面掘进机(TBM)随掘地震信号特征的认知仍不清晰,且暂时还没有针对性开展过信号处理与成像研究工作.针对上述问题,以谢桥煤矿瓦斯治理巷TBM随掘地震超前探测试验为例,分析了刀盘先导信号与岩壁接收信号的时间域、频率域及时频域特征:岩巷TBM随掘地震信号中不同振幅能量成分比例呈现金字塔形,但分布随机,不对称程度较高;机械运转信号能量较大,刀盘先导信号强度是岩壁接收信号的200倍左右;频率域变频特征明显;机械运转信号基础频率较低,刀盘先导信号频率成分主要集中在10～80 Hz与150～200 Hz,主频为36.99 Hz,岩壁接收信号频率成分主要集中在50～200 Hz,主频为137.97 Hz;刀盘先导信号较岩壁接收信号时频域能量团分布更为规则,多次震源激发现象明显,能量团之间的差异性特征表明了多次震源激发时振幅能量与持续时间的随机性.利用脉冲化算法与绕射叠加偏移成像方法对岩巷TBM随掘地震信号进行数据处理与成像试验,结果表明:①脉冲化等效单炮记录与利用常规震源得到的超前探测单炮记录特征一致性较强,同相轴清晰且连续性较好,可满足现场探测分析需要.②对探测范围内岩体情况的超前预报结果与实际揭露情况一致,说明岩巷TBM随掘地震超前探测可提供有效地质保障.

    煤矿岩巷掘进随掘地震超前探测随掘地震信号全断面硬岩掘进机刀盘先导信号岩壁接收信号绕射叠加偏移成像

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    一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法

    罗香玉杜浩华颖解盘石...
    54-60页
    查看更多>>摘要：目前煤矿顶板灾害防治措施决策及事故原因分析等过程主要依赖人工经验,智能化水平较低.顶板灾害防治知识图谱可整合顶板灾害防治知识和经验,辅助顶板灾害事故原因分析和顶板灾害防治措施决策.提出了一种煤矿顶板灾害防治知识图谱构建方法.采用本体方法完成煤矿顶板灾害防治知识建模,将顶板灾害防治领域的概念分为矿井地质类、开采技术类、防治措施类和事故表征类,将概念之间的关系定义为使用、引发、易发、治理、预防和适用,为煤矿顶板灾害防治知识抽取(实体抽取和关系抽取)奠定基础;结合煤矿顶板灾害防治领域文本存在大量嵌套实体和关系之间存在实体重叠的特点,确定了基于跨度的实体抽取方法和基于依存句法树引导实体表示的关系抽取方法;构建了顶板灾害防治领域语料库,采用Neo4j图数据库存储数据,为顶板灾害防治知识图谱的应用提供数据来源支撑;展示了煤矿顶板灾害防治知识图谱局部构建结果,说明该知识图谱可辅助顶板灾害事故原因分析和防治措施决策,从而提高顶板管理的智能化水平;指出基于该知识图谱,结合自然语言处理和知识推理等技术,可实现顶板管理知识问答.

    煤矿顶板管理顶板灾害防治知识图谱本体知识抽取知识建模

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    基于改进YOLOv8的煤矿输送带异物检测

    洪炎汪磊苏静明汪瀚涛...
    61-69页
    查看更多>>摘要：现有基于深度学习的输送带异物检测模型较大,难以在边缘设备部署,且对不同尺寸异物和小目标异物存在错检、漏检情况.针对上述问题,提出一种基于改进YOLOv8的煤矿输送带异物检测方法.采用深度可分离卷积、压缩和激励(SE)网络将YOLOv8主干网络中C2f模块的Bottleneck重新构建为DSBlock,在保持模型轻量化的同时提升检测性能;为增强对不同尺寸目标物体信息的获取能力,引入高效通道注意力(ECA)机制,并对ECA的输入层进行自适应平均池化和自适应最大池化操作,得到跨通道交互MECA模块,以增强模块的全局视觉信息,进一步提升异物识别精度;将YOLOv8的3个检测头修改为4个轻量化小目标检测头,以增强对小目标的敏感性,有效降低小目标异物的漏检率和错检率.实验结果表明:改进YOLOv8的精确度达91.69％,mAP@50达92.27％,较YOLOv8分别提升了 3.09％和4.07％;改进YOLOv8的检测速度达73.92帧/s,可充分满足煤矿输送带异物实时检测的需求;改进YOLOv8的精确度、mAP@50、参数量、权重大小和每秒浮点运算数均优于 SSD,Faster-RCNN,YOLOv5,YOLOv7-tiny 等主流目标检测算法.

    输送带异物检测YOLOv8SE网络高效通道注意力机制轻量化小目标检测自适应平均池化自适应最大池化

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    煤矿运输系统多元异常图像检测研究

    吕东翰胡而已黄一珀李汶璋...
    70-78页
    查看更多>>摘要：煤矿运输系统的异常险情种类繁多、场景多样,煤矿现场异常事故的发生具有偶然性,异常样本的获取其数量远小于正常样本,造成正负样本不平衡.针对上述问题,提出一种基于超球重构数据描述(HRDD)的煤矿运输系统多元异常图像检测方法.在全卷积数据描述(FCDD)基础上引入图像重构辅助任务,选用均方差损失函数作为图像重构辅助任务的目标函数,将异常图像检测和定位量化为一个不等式约束优化问题.采用无缝融合技术将辅助数据集、异常样本融合到正常样本中,以缩小异常融合样本与正常样本的差异,扩大异常样本总量,平衡异常样本、正常样本的比例.通过多组噪声模拟实验和现场实验证明,以一定概率在抵抗区添加高斯噪声进行增强训练,可提高HRDD模型的抗噪效能、泛化能力、检测准确率等.消融实验结果表明:辅助数据集有效地改善了样本不平衡问题,准确率提高了 36.5％;引入图像重构辅助任务可保证深层特征能够准确映射到异常位置,交并比(IoU)提升了 33.4％;辅助数据集与图像重构辅助任务之间存在强耦合作用,二者组合使用能进一步激发HRDD算法的性能潜力;添加无缝融合样本、高斯噪声增强等在一定程度上提高了 HRDD模型的泛化能力.对照实验结果表明,HRDD算法准确率及IoU均优于其他主流算法,相比FCDD算法,HRDD算法准确率、IoU分别提高了 4.6％,7.0％,更适用于煤矿现场.

    煤矿运输系统异常图像检测全卷积数据描述超球重构数据描述HRDD图像重构无缝融合技术高斯噪声增强

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