《工矿自动化》2024年度优秀论文_中国煤炭行业知识服务平台

《工矿自动化》2024年度优秀论文

来源：工矿自动化

为鼓励更多作者积极展示优秀科研成果，促进优秀学术内容交流，本刊编辑部根据《〈工矿自动化〉年度优秀论文评选奖励办法》，综合考虑论文被引及下载指标、网络投票数及专家评审结果，从本刊2023年正式刊出的240篇论文中，共评选出25篇优秀论文。祝贺入选论文作者及其团队，并向所有支持本刊的作者表示感谢！编辑部将向优秀论文作者颁发荣誉证书。

优秀论文如下，按发表顺序排列。

行业视野: 工矿自动化
类别; 148个
关键词; 112位
专家; 25篇
论文; 5101IP
点击量; 2691次
下载量

机器视觉感知理论与技术在煤炭工业领域应用进展综述

作者(Author)：巩师鑫, 赵国瑞, 王飞

摘要：机器视觉技术对改善煤矿安全监测手段、提高装备自动化水平具有积极意义。详细阐述了当前煤矿智能化建设过程中基于机器视觉的不同场景和系统下的设备信息状态感知原理，综述了机器视觉感知技术在煤矿安全监测、拣选识别、煤岩识别、定位导航、运输检测、位姿检测和信息测量等方面的实践应用；分析指出未来煤矿机器视觉感知技术应深入挖掘采掘工作面机器视觉场景理解需求，构建生产全视场监视检测体系，提升多时空多维度多变量集成监测效果，改善视频自主监视告警能力，增强视觉引导能力，并形成地面生产管理运行系统的视觉资料统一化管理方式等，重点研究综采装备（群）姿态同时空测量、采掘环境动态变化感知、生产全视场监测与自主告警、煤矿机器人视觉引导控制等技术；指出煤矿机器视觉感知技术在防爆或本安型智能视觉传感器研发、高效视觉测量与分析、检测识别测量精度提升、图像高质量标注方面仍存在挑战，通过开发具有边缘计算能力的视觉传感器，构建井上下视觉分布式测量方案，实现各类复杂环境下开采信息准确识别与测量，可有效提高机器视觉感知技术在煤炭行业的更深层次融合和应用。

工矿自动化

2023年第05期

337
从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年

作者(Author)：王国法, 杜毅博, 陈晓晶, 王晖, 包建军, 邢震, 贺耀宜, 韩安, 顾义东

摘要：回顾《工矿自动化》杂志推动和见证中国煤炭50年从煤矿机械化到自动化和智能化发展与创新实践的发展概况，阐述了煤矿自动化和智能化的创新历程。对煤矿信息基础设施、自动化及智能化装备和系统的研发与实践进行了分析。实现异构网络融合与统一承载是煤矿自动化、智能化的信息基础。在主干网+接入网异构网络不断成熟的基础上，有线通信传输速率已达10 Gibit/s以上，5G和WiFi6等无线通信技术得到广泛应用，为煤矿智能化建设提供了可靠的通信平台；将有线通信、无线通信、IP广播、人员位置监测系统、视频监控系统融合，构建多网融合通信系统，实现了融合承载网络与统一位置服务。煤矿自动化、智能化装备发展迅速，采煤工作面在实现工作面采煤机记忆截割、液压支架自动跟机移架等技术的基础上，探索基于透明地质的工作面自适应截割技术、自动放煤控制技术等；掘进工作面在实现仿形截割、定位导航、远程控制的基础上，针对钻锚一体化、多机协同、基于地质模型的掘进截割模板规划等技术进行攻关，取得较好效果；智能变频节能传动支撑煤流运输系统智能装备发展；煤矿机器人集成研发及应用，巡检机器人成熟应用，智能辅助作业机器人得到攻关，多场景机器人集群调度指挥系统研发形成机器人集群。煤矿自动化和智能化建设由单系统自动化、矿井综合自动化、矿山物联网阶段正式迈入智能矿山综合管控阶段，实现智能感知、智能自控、高速传输、协同管控和智能决策是智能化发展的必然要求。提出了煤矿智能化技术迭代发展重点方向，包括建立高精度透明地质模型、无人操作系统常态化可靠运行、构建煤矿巨系统智能化兼容与协同机制、“掘、采、运、洗、销”全流程智能协同管控、优化柔性煤炭生产供给体系。

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工矿自动化

2023年第06期

254

180
新一代信息技术赋能煤矿装备数智化转型升级

作者(Author)：金智新, 闫志蕊, 王宏伟, 李正龙, 史凌凯

摘要：当前，煤矿智能化建设正处于初级向中高级智能化过渡探索期，现有智能装备自主创新能力尚需加强，核心技术“卡脖子”，井下复杂赋存条件下可靠性问题突出，如何利用新一代信息技术，纵深推动煤矿装备数智化转型升级，以数字化、智能化推动煤炭安全高效绿色开采具有重要意义。回顾了我国煤炭开采技术与装备智能化发展的演进过程，分析了煤炭开采各阶段的生产特征，认为煤矿智能化彻底改变了煤炭生产方式，生产要素以智能装备、智能化系统和复合型技术人才为主，从本质上提升了煤矿安全高效生产水平，助推煤矿实现减人增安提效。其中智能煤矿装备是煤矿智能化的核心要素，面对未来煤矿装备数智化转型发展的需求，探索了新一代信息技术与煤矿装备融合发展的路径，即以装备为智能化载体，通过新一代信息技术赋予装备智能感知与分析、智能判断与推理、智能决策与控制、智能诊断与学习的类人化智能化能力，并构建了物联网、5G、大数据、云计算、人工智能技术赋能煤矿装备智能感知、智能传输、智能分析、智能计算和智能决策的系统架构。深入分析了煤矿装备数智化发展过程中存在的理论、技术和人才难题，提出了煤矿装备数智化发展的建议：夯实基础是第一要务，须构建煤矿装备智能化顶层设计理论体系，加强关键核心技术攻关，加快新型基础设施建设，夯实煤矿智能化发展根基；煤矿装备智能化技术与煤矿特殊应用场景协同耦合发展，贴近煤矿井下现场需求，形成煤矿专用场景智能化技术，探索装备数智融合创新模式；智能技术与绿色开采技术相互融合促进，打造数字化、智能化、绿色化装备，开发煤炭智能高效低碳开采新模式，促进煤炭生产节能降耗；建立健全煤矿智能化人才培养体系，培养多学科交叉复合型人才，为煤矿智能化建设增强人才储备力量。

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工矿自动化

2023年第06期

159

132
煤矿井下空气质量革命技术现状与展望

作者(Author)：袁亮, 薛生, 郑晓亮, 江丙友

摘要：我国煤矿安全高效开采技术处于世界领先水平，但以粉尘为主的毒害物质、高温、高湿、噪声等多种职业危害因素诱发的职业疾病长期困扰煤矿从业人员，目前职业病危害已超过安全事故对职工的伤害，严重制约行业未来发展。提出了井下空气质量革命理念，全面总结了井下控降尘技术（包括煤层注水减尘技术、喷雾降尘技术、通风排尘技术、化学试剂抑尘技术、井下空气质量革命控降尘体系）、燃油车辆尾气治理、井下空气质量监测预警系统的现状。为进一步推进井下空气质量革命理论与技术突破，立足于“分源−分区−分级−分策”的粉尘高效治理理念，寻求建立多源多相多场粉尘协同降尘与综合治理的理论体系；指明了采掘区域粉尘高效智能防控技术及装备、矿井粉尘环境多参量同步智能监测技术及装备等关键技术装备的发展方向；指出必须充分融合理工医管学科建立煤矿粉尘防控多主体协同体系，为井下空气质量革命由目前的起步阶段向中高级阶段发展奠定理论与技术基础，分步实现煤矿从业人员生命全周期职业健康的目标，最终做到煤矿职业病少发病或零发病，助力健康中国战略。

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工矿自动化

2023年第06期

205

105
煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术

作者(Author)：马宏伟, 段优优, 薛旭升, 孙思雅, 张烨, 王川伟, 郭逸风, 崔闻达

摘要：分析了目前常用的5种矿用单轨吊（即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊）的优缺点，指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强，已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输，防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点，逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状，指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题，要实现单轨吊智能化运输，需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术，提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法，及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案；针对精确定位技术，提出了惯导+里程计融合的全局定位方法，及基于视觉+UWB组合的局部定位方法；针对智能测控技术，提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法；针对信息传输技术，提出了基于融合5G网络的“本地−近程−地面”通信系统架构，及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出，为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。

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工矿自动化

2023年第06期

243

117
矿井无人驾驶环境感知技术研究现状及展望

作者(Author)：胡青松, 孟春蕾, 李世银, 孙彦景

摘要：矿井辅助运输系统是煤矿企业运输人员和重要物料、装备的必备系统，实现矿井无人驾驶是提高运输效率、保障运输安全的必然要求，也是落实国家煤矿智能化建设部署的必由之路。矿井无人驾驶依赖于准确实时的环境感知，即利用激光雷达、毫米波雷达等车载感知器件和车联网支持下的协同感知，实现车辆局部甚至矿井全局的精确详尽感知。对矿井无人驾驶环境感知技术的研究现状进行了系统梳理，指出巷道特殊环境使得矿井车载感知设备的性能都将出现不同程度的下降，并对各种车载感知设备的优劣进行了总结归纳；详细阐述了矿井无人驾驶环境感知的关键技术，包括基于可见光图像或激光点云的单传感器障碍物识别方法，多传感器融合感知的分类及可见光图像+激光点云、可见光图像+毫米波点云、可见光图像+激光点云+毫米波点云、4D毫米波雷达+其他感知器件等多传感器融合方式，智能网联协同感知的实现方式、数据处理方法及其对无人驾驶的促进作用，井下巷道交通标志检测与识别方法，井下无轨胶轮车和有轨机车的巷道可行驶区域分割方法等；对矿井无人驾驶环境感知技术的发展方向进行了展望，建议提高矿井多传感器融合性能、研究矿井自适应感知算法并突破矿井智能网联协同感知技术。

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2023年第06期

172

110
带式输送机系统故障诊断方法综述

作者(Author)：杨春雨, 曹博仕, 张鑫, 姬明君

摘要：输送带和驱动装置是带式输送机的主要组成部分且为故障高发部位，以输送带故障和驱动装置故障为切入点，分析了输送带跑偏、打滑、损伤、堆料撒料等故障及驱动装置滚筒、托辊、减速器等故障的机理，重点阐述了知识驱动和数据驱动的带式输送机故障诊断方法研究进展。知识驱动法以知识处理技术为基础，实现符号处理和数值处理的统一、推理过程和算法过程的统一，主要包括专家系统、故障树分析法。数据驱动法采用机器学习和数据挖掘等技术对历史数据进行分析处理，建立诊断模型，达到故障诊断目的，主要包括支持向量机（SVM）、比差法、基于声音和视觉的诊断方法。分析了带式输送机故障诊断方法目前存在的挑战和未来发展趋势：① 结合历史故障数据和实时数据推断设备健康状况，预测早期微小故障，提醒工作人员进行预测性维护。② 揭示带式输送机耦合故障的关联关系，利用人工智能等新兴技术研究耦合故障联合诊断方法。③ 利用多模态机器学习技术研究带式输送机多模态信息融合利用机制，开发带式输送机多模态信息融合故障诊断方法。④ 将故障知识图谱和带式输送机领域知识相结合，实现带式输送机设备故障追踪、故障超前预警，通过知识查询、知识推理和辅助决策功能，提高故障处理、精准挖掘设备潜在故障风险的能力。

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工矿自动化

2023年第06期

152

95
基于改进概率路线图算法的煤矿机器人路径规划方法

作者(Author)：薛光辉, 刘爽, 王梓杰, 李亚男

摘要：路径规划是煤矿机器人在煤矿井下非结构化狭长受限空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统概率路线图（PRM）算法在空间狭长封闭巷道环境中难以保障采样的节点均匀分布于自由空间中导致路径规划失效，以及节点可能距离障碍物较近导致规划的路径可通行性差等问题，提出了一种基于改进PRM算法的煤矿机器人路径规划方法。在构造阶段引入人工势场法，将落在障碍物中的节点沿与其距离最近自由空间中的节点连线方向推至自由空间，并在障碍物边缘建立斥力场，实现节点的均匀分布且使其距离障碍物有一定距离；在查询阶段融合D* Lite算法，当遇到动态障碍物或前方无法通行时可实现路径的重规划。仿真结果表明：改进PRM算法的节点均匀分布在自由空间中，且均距离障碍物一定距离，提高了路径规划的安全性；当节点数为100个时，改进PRM算法成功率较传统PRM算法提高了25%；随着节点数增加，传统PRM算法和改进PRM算法路径规划成功次数均呈增长趋势，但改进PRM算法在效率方面优势更明显；当节点数为400个时，改进PRM算法运行效率较传统PRM算法提高了35.13%，且规划的路径更平滑，路径长度更短；当障碍物突然出现时，改进PRM算法能够实现路径的重规划。

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工矿自动化

2023年第06期

129

38

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