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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

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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
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    智能放煤理论与技术研究进展

    王家臣杨胜利李良晖张锦旺...
    1-12页
    查看更多>>摘要：综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术.综述了"四要素"放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展.分析了智能放煤技术难点,指出含矸率是影响顶煤采出率和煤质的关键因素,放煤过程中含矸率的快速、准确计算是智能放煤技术突破的重点和关键.将智能放煤技术分为非图像识别智能放煤技术和图像识别智能放煤技术 2类,对不同技术的研究进展、优缺点及使用条件进行了详细分析.非图像识别智能放煤技术包括记忆放煤技术、声音振动信号识别技术、γ射线探测技术、探地雷达技术、微波照射+红外探测技术、激光扫描放煤量监测技术等,图像识别智能放煤技术包括井下照度环境精准控制、放煤图像去尘算法、含矸率计算精度保障策略、煤岩红外图像识别等.

    综放开采智能放煤"四要素"放煤理论含矸率图像识别非图像识别

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    基于匹配法的不同种类煤和矸石发射率测量研究

    张锦旺何庚韩星张珈鸣...
    13-19,27页
    查看更多>>摘要：煤和矸石的种类、表面纹理结构、变质和发育程度等因素都会对其发射率产生较为显著的影响,精准的发射率参数设置对红外热像仪测温及煤和矸石红外图像的识别至关重要.提出了一种基于匹配法的煤和矸石发射率测量方法,即采用表面热电偶与红外热像仪相结合的方式测量煤和矸石发射率.用密闭的电热炉对被测煤和矸石进行均匀加热,待被测煤和矸石均匀受热且稳定后,用表面热电偶对被测煤和矸石的选定区域进行真实温度测定(标定为t1),然后用红外热像仪对同一区域进行温度测定(标定为t2),最后对红外热像仪的发射率进行调试,当t2=t1 时,得出的发射率即为被测煤和矸石在该温度下的真实发射率.实验结果表明:①等温条件下,煤和矸石表面越粗糙,其发射率数值越大,表明煤和矸石表面的粗糙度是导致二者产生不同发射率的内在因素.②4种不同种类煤和矸石发射率随温度的增大呈幂函数降低,且拟合函数相关系数R2 达 0.98以上,验证了匹配法应用于煤和矸石发射率测量的可行性.③采用反代法得出在不同温度条件下实测值与理论值的误差率均小于3%,验证了实验中测量的煤和矸石发射率的准确性.

    煤和矸石发射率煤和矸石表面温度匹配法表面热电偶红外热像仪反代法

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    综放工作面围岩控制与智能化放煤技术现状及展望

    庞义辉关书方姜志刚白云...
    20-27页
    查看更多>>摘要：分析了厚及特厚煤层智能化综放工作面围岩控制技术与智能化放顶煤技术发展现状及存在的问题,从巷道围岩高效支护、工作面超前支护、坚硬特厚顶煤冒放性、液压支架位姿监测及智能化放顶煤 5个方面提出了工程实际需求.针对综放工作面实现安全、高效、智能化开采存在的技术难题与工程需求,对综放工作面围岩控制技术、智能化放煤技术进行了研究:构建了坚硬特厚煤层顶煤悬臂梁力学模型,研发了提高顶煤冒放性及放出率关键技术,实现了坚硬特厚煤层超大采高综放开采;研发了单元式超前液压支架顶梁可旋转自复位装置,实现了液压支架顶梁根据巷道顶板倾斜角度自动旋转支护,有效提高了单元式超前液压支架对巷道顶底板的适应性;提出了采用巷道支护液压支架替代传统锚网支护结构的思路,具有支护效率高、成本低、节省工作面超前支护等优点;开发了基于立柱与尾梁千斤顶行程的综放液压支架支护姿态监测装置与算法,提高了液压支架支护姿态解算效率与精度;提出了基于透明地质模型、煤量监测装置与煤矸识别装置融合的智能放煤控制方法,可有效解决多夹矸层特厚顶煤智能化放煤技术难题.提出智能地质保障技术、机器视觉精准测量与智能感知技术、综放工作面设备智能精准自适应控制技术、综放工作面数字孪生技术等是智能化综放开采技术与装备的发展趋势.

    特厚煤层综放开采综放工作面围岩控制智能化放煤

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    基于支架结构运动学的放煤机构精准控制研究

    王祖洸王伸李东印李化敏...
    28-40页
    查看更多>>摘要：放煤机构的精准控制是实现智能化、无人化放顶煤开采的重要基础,放煤机构与后部刮板输送机的空间关系及支架姿态对空间关系的影响规律是构建放顶煤支架控制模型的关键.以ZF17000/27.5/42D型低位放顶煤支架为研究对象,阐述了支架顶板和底板不同俯仰姿态下放煤机构与后部刮板输送机的空间关系;基于液压支架放煤机构开口度控制逻辑,搭建了支架姿态感知系统,提出了液压支架放煤机构末端运动学分析方法;建立了基于D-H矩阵的低位放顶煤液压支架放煤机构末端运动学模型,并据此构建了液压支架放煤机构开口度计算模型,平均计算误差仅为 1.71%,满足现场应用精度要求;提出了基于姿态反馈的支架放煤机构闭环控制方法,并将基于放煤机构开口度计算模型开发的放煤决策模型应用于现场.应用效果表明:自动放煤时各支架平均放煤时间的均方差仅为 0.13 min,较人工放煤方式整体放煤效率提高 20%～43.9%;顶煤采出率达 89%,后部刮板输送机负载更加均衡,过载率仅为0.73%.

    综放开采智能化放煤机构运动学分析放煤支架控制支架姿态感知开口度控制

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    基于工艺引擎的规划放煤控制系统

    姚钰鹏商楚浩刘清
    41-46,107页
    查看更多>>摘要：目前对综放智能化的研究主要聚焦于感知方面,对放煤过程智能化的研究较少,自动放煤控制技术存在自适应性不足、效率较低、放煤质量难以把控等问题.为了提升放煤过程的智能化水平与运行效率,设计了一种基于工艺引擎的规划放煤控制系统.该系统由放煤管控单元和窗口决策单元组成:规划放煤管控单元通过异步递进的放煤调度策略、柔性切换技术及规划放煤工艺编辑引擎,实现采煤机位置弱关联的自动顺序放煤及工艺在线编辑,通过关联后部刮板输送机负载,动态调整工艺启停,保障刮板输送机安全作业;窗口决策单元通过PID控制算法动态调节尾梁角度,实现放煤窗口反馈控制,采用遗传算法优化BP神经网络对放煤窗口大小进行智能决策,以适应不同工况,提高放煤质量.现场应用结果表明:基于异步递进的放煤调度策略与柔性切换技术提升了单刀自动运行效率,无需再手动接管;每一班组自动化运行刀数提升了 33.3%;系统关联的后部刮板输送机负载、泵站等设备可动态调整工艺启停,每班后部刮板输送机平均停止次数下降了 61.1%,可保障作业安全;工艺编辑引擎能适应多种场景下的应用,工艺调整用时大幅度降低;后部动作与前部动作相互叠加,使得单刀平均用时缩短了 9.3%,提升了开采效率;倾角传感关联控制与规划放煤窗口智能决策将每日发热量提升了 10.3%,改善了放煤质量.

    综放工作面智能综放规划放煤放煤控制工艺引擎异步递进柔性切换

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    基于光滑粒子动力学顶煤放落与输送过程仿真研究

    刘波张强刘洋董祥伟...
    47-58页
    查看更多>>摘要：目前针对综放开采中顶煤放出规律的数值模拟研究中,对于顶煤运动的连续-非连续性问题需复杂的耦合算法,必须解决煤岩界面信息精确交互问题,且忽略了刮板输送机输送过程.针对该问题,基于光滑粒子动力学构建了无网格数值计算模型,通过建立连续介质力学控制方程的光滑粒子动力学离散方程,并引入弹塑性土体本构模型和Drucker-Prager屈服准则,实现了顶煤坍塌、运移、放出过程的动态模拟.考虑采场实际放煤和输煤过程,构建了刮板输送机模型,模拟沿工作面水平方向顶煤放出和底煤输送过程,得到不同刮板输送机运行速度(0～1.5 m/s)下的煤岩界面和煤流速度变化规律.仿真结果表明:弹塑性土体本构模型可有效模拟颗粒的流动行为,通过设定摩擦角、弹性模量等材料参数,避免了传统离散元法模型的参数不定问题;煤流速度稳定后,放煤口附近的顶煤应力分布呈"双峰"形态;刮板输送机运行速度对放煤时间影响较大,但对终止的煤岩界面和放出体形状影响较小;多支架同时放煤需考虑刮板输送机的输送能力,不同支架之间的底煤输送干涉可能导致放煤口的堵塞效应;"见矸关门"准则导致不同放煤口放煤量存在差异,40个放煤口顶煤放出量的标准差(7.52 m2)高于自动放煤的标准差(1.93 m2).

    综放开采光滑粒子法散煤颗粒放煤-输送耦合煤岩界面煤流速度

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    基于GSL-YOLO模型的综放工作面混矸率检测方法

    王福奇王志峰金建成井庆贺...
    59-65,137页
    查看更多>>摘要：针对现有基于深度学习的综放工作面混矸率检测方法在井下低照度、高粉尘、煤矸堆叠等复杂条件下存在煤矸识别精度低、分割效果差、模型参数量和运算量大、未实现混矸率的实时检测等问题,提出了一种基于GSL-YOLO模型的混矸率检测方法.GSL-YOLO模型在YOLOv8-seg的基础上进行以下改进:在主干网络中引入全局注意力机制(GAM),通过减少信息弥散和放大全局交互表示提高模型特征提取能力;选用具有高效局部聚合网络的空间金字塔池化(SPPELAN)模块,提升模型处理不同尺寸目标时的检测性能;采用轻量级非对称多级压缩检测头(LADH),降低模型的训练难度,同时提高推理速度.提出了一种基于类别分割掩码的混矸率计算方法,该方法基于煤流图像处理结果中的分割掩码信息,计算其中矸石的像素面积与总像素面积的比值,作为瞬时混矸率.实验结果表明:①GSL-YOLO模型的 mAP@0.5∶0.95达 96.1%,比 YOLOv8-seg模型提高了0.8%.②GSL-YOLO模型的参数量为 2.9×106 个,浮点运算次数为 11.4×109,模型权重为 6.0 MiB,比YOLOv8-seg模型分别降低了 12.1%,5.8%,11.8%,实现了模型的轻量化.③GSL-YOLO模型在测试集上的帧率为 12帧/s,基本满足实时检测要求.④与YOLO系列模型相比,GSL-YOLO模型分割效果最好,检测精度最高,参数量和运算量较少,综合性能最佳.⑤基于截取的综放工作面后部刮板输送机上煤流视频中的 3帧图像,计算了瞬时混矸率,结果表明,提出的混矸率计算方法基本实现了综放工作面混矸率的实时计算.

    智能放煤煤矸识别混矸率检测YOLOv8-seg图像分割全局注意力机制非对称检测头

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    混合煤矸放落态势特征研究

    单鹏飞杨通孙浩强郗博佳...
    66-74页
    查看更多>>摘要：传统的基于图像检测技术的放顶煤过程中煤流动态特性研究多侧重于某一特定阶段的图像分析,未结合全阶段的动态特性进行综合分析;现有研究较少将放顶煤过程中上覆岩层的松散区变化与放煤过程中的煤矸分离和煤流特性相结合,缺乏对放煤过程的全局性系统分析.针对上述问题,对放顶煤过程中的煤流动态特性、煤矸分离效果及上覆岩层松散区凹陷变化进行了系统研究.首先,提出了一种基于双光流网络的放顶煤过程动态分析方法.实验结果表明:不同放煤方案下,放煤速度不随放煤形式和规律的变化而改变,平均检测准确率随着放煤口数量的增多而提高,尤其在不同放煤步距阶段呈明显线性增长;顶煤放出率与平均检测准确率呈正相关关系,验证了该方法在放顶煤过程监测中的有效性.其次,利用OpenCV技术对上覆岩层松散区凹陷面积进行实验分析.结果表明,初始放煤阶段松散区凹陷面积急剧增长,随后随时间推移逐渐趋于稳定;通过凹陷面积的动态变化趋势,可有效判断顶煤的放出过程,实现透明化放煤监测.最后,结合称重实验数据,分析了放煤量、放出率与含矸率之间的关系.结果表明,初始放煤阶段纯煤放出量最大,周期放煤阶段纯煤放出量趋于稳定,含矸率则随着放煤口数量的增多而减少.该结果进一步揭示了放煤方式对煤矸分离和顶煤放出率的影响.

    放顶煤顶煤放出率初始放煤阶段周期放煤阶段松散区凹陷煤流动态特性煤矸分离双光流网络OpenCV

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    放煤过程中液压支架顶梁动态载荷演化特征试验研究

    霍昱名胡文硕高鹏闫川...
    75-81页
    查看更多>>摘要：接触式煤矸识别需要研究综放开采液压支架顶梁承载特性,但现有研究大多重点关注放煤前后的支架承载特性或在给定载荷情况下支架的力学响应特征,忽略了对放煤过程中载荷变化的深入探究.针对上述问题,搭建了放顶煤支架动态载荷相似模拟试验平台,借助散体颗粒模拟破碎煤矸块体,反演了综放工作面放煤过程,利用薄膜压力传感器采集支架顶梁压力,分析了放煤过程中顶梁动态载荷演化特征.试验结果表明:①顶煤的放出对支架顶梁载荷产生了较为明显的影响,即随着顶煤放出,支架顶梁载荷整体呈先增大后减小最终稳定的演化规律.②沿顶梁长度方向,支架顶梁距离掩护梁越远的位置受顶煤放出的影响越小,主要表现在距离掩护梁越远,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅越小,且达到载荷峰值所需的时间越长.③沿顶梁宽度方向,由于顶煤的放出过程受到了约束边界或流动过程不均衡性的限制,顶梁不同位置的载荷峰值具有差异性,顶梁载荷峰值相较初始值的增幅最大值达到了最小值的2.4倍.

    综放开采煤矸识别放顶煤液压支架顶梁动态载荷相似模拟压力传感器

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    近直立煤层群水平分段综放开采充填卸压防冲研究

    王子伟程博源魏炜杰孙文超...
    82-89页
    查看更多>>摘要：目前近直立煤层开采冲击地压防治措施主要有爆破、水压致裂、建立保护层等,或破坏层间岩柱和顶底板,或难以解决大采深情况下的层间岩柱应力集中问题,且会导致较大的地表沉降.以乌东煤矿为工程背景,针对近直立煤层群水平分段综放开采方法,提出了充填采空区技术,以支护层间岩柱及顶底板,降低开采分段周围煤岩体的应力集中现象.设计了 3种充填方案:方案 1为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段采用普通材料充填;方案 2为第一开采分段采空区使用高强度材料充填,其余分段交替采用高强度材料和普通材料充填;方案 3为每一分段采空区均使用高强度材料充填.通过数值模拟研究了 3种充填方案的卸压防冲效果,结果表明:与未充填相比,3种充填方案下层间岩柱最大垂直应力分别下降 25.07%,26.57%,29.23%,下一分段煤体最大水平应力分别下降 10.63%,10.79%,12.34%.综合考虑卸压效果和经济效益,优选间隔充填的方案 3.指出可结合高应力区域实时智能监测技术,及时支撑层间岩柱,减少层间岩柱及下分段煤体的应力集中,防止冲击地压发生.

    综放开采近直立煤层冲击地压防治充填开采充填卸压层间岩柱应力分布

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