2020封面文章（《工矿自动化》）_中国煤炭行业知识服务平台

2020封面文章（《工矿自动化》）

来源：工矿自动化

《工矿自动化》创刊于1978年，月刊，刊登矿业行业的安全、监测及自动化等相关研究论文。封面文章涵盖了5G通信技术和区块链技术分别在煤矿上的应用研究、井下人员监测及无线定位研究、运输机等矿用装备的优化升级、煤与瓦斯协同预测及治理等方向的最新研究成果。

行业视野: 封面文章
类别; 288个
关键词; 156位
专家; 48篇
论文; 35362IP
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煤矿光纤传感应急通信系统设计

作者(Author)：康志坚, 张红娟, 高妍, 王宇, 靳宝全

摘要：针对煤矿井下发生瓦斯爆炸、突水等灾害时造成断电使通信中断的问题，设计了一种基于煤矿井下既有光缆的光纤传感应急通信系统，实现了矿井灾后无电环境下对井下被困人员声音信息的采集、传输和处理。该系统包含光纤声音传感子系统与硬件解调子系统2个部分：在井下巷道铺设的光缆中加入光纤探头，构建光纤声音传感子系统，侦听巷道内被困人员呼喊、敲击等声音信号；硬件解调子系统放置于地面，用于提取并还原加载在光信号里的音频信息。光纤声音传感子系统采用ASE宽带光源作为探测光，通过延迟光纤解决测量盲区问题，根据探测光的相位和光强变化与声波信号的关系实现井下声音信息采集；硬件解调子系统通过光电转换模块和音频处理模块对采集的声音信号进行解调处理，对微弱信号进行提取放大。实验结果表明，在10 km的测试距离内，该系统可检测并提取距光纤探头0~5 m、频率范围为300 Hz~3.4 kHz的声音信号，精度为±0.5 Hz。

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工矿自动化

2020年第11期

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基于云技术的输送带纵向撕裂远程监测系统设计

作者(Author)：宋金水, 李现国, 凌月, 杜俊浩, 陈越鹏, 刘志超

摘要：针对现有输送带纵向撕裂监测系统存在监测点少、扩展性差、仍需人员值守等缺陷，设计了一种适用于多点监测和基于云技术的输送带纵向撕裂远程监测系统，该系统由一字线激光器、嵌入式处理终端、面阵CMOS摄像头、云服务器、PC机监测软件和手机监测软件组成。嵌入式处理终端驱动面阵CMOS摄像头采集激光器投射到输送带下表面的激光条纹，并对采集到的每帧图像进行分析，提取激光条纹骨架，计算出畸变值。当畸变值大于预先设置的阈值时，表明输送带出现了纵向撕裂，嵌入式处理终端驱动报警器语音报警；当畸变值小于阈值时，表明输送带正常工作。嵌入式处理终端通过文件传输协议将图像传送给PC机并保存至本地。PC机监测软件使用安全文件传输协议将接收到的图像信息发送至云服务器，手机监测软件利用Tomcat提供的Web服务器访问云服务器，实时获取图像信息。实验结果表明：该系统实现了现场、PC端、手机端全方位的输送带纵向撕裂远程实时监测，可随时随地监测任一监测点输送带的运行状况。

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工矿自动化

2020年第11期

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液氮循环致裂技术强化煤层气抽采的研究与应用展望

作者(Author)：翟成, 徐吉钊

摘要：水力压裂技术在强化煤层致裂、提高煤层气抽采效率方面广泛应用，但存在耗水量大、压裂液易污染环境等问题，难以在富含煤层气的缺水地区应用。基于常规液氮压裂技术，通过改变液氮单次注入方式，提出了液氮循环致裂技术，并对该技术用于强化煤层气抽采进行了展望。该技术采用液氮循环注入方式，使得液氮持续充填不断扩展的裂隙空间，形成复杂的裂隙网络。其致裂煤岩机理为循环累积损伤、低温致裂及气体致裂三者耦合作用机制：① 在液氮循环注入过程中，不同类型组配颗粒间出现不同程度的变形响应，不断累积的颗粒间损伤在一定程度上劣化煤体局部区域的抗压强度，导致新生裂隙的衍生及原生孔隙扩容。② 液氮对煤岩的冷冲击导致煤岩内部结构发生断裂，产生大量微裂隙，并使其随着液氮循环注入不断扩展和导通，同时液氮的低温作用导致的水冰相变过程能进一步破坏煤岩内部结构。③ 液氮汽化产生的高压气体使得煤岩体积重复性地扩展-收缩，进一步促使裂隙发育和导通。液氮循环致裂技术以液氮为压裂介质，极大缓解了对水资源的依赖，对环境无污染，可用于煤层气抽采等领域。

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工矿自动化

2020年第10期

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煤矿坑道智能化钻探技术发展框架分析

作者(Author)：李泉新, 刘飞, 方俊

摘要：坑道智能化钻探的显著特征在于智能钻具的研发与应用和钻探数据的获取与分析，但现阶段我国煤矿坑道智能化钻探的研究基础较为薄弱，坑道智能化钻探缺乏科学化、精细化的技术手段，且缺乏系统性发展框架。针对该问题，阐述了我国煤矿坑道智能化钻探技术研究现状，从自动化钻机、导向钻进技术、孔内多参数获取、智能分析决策等方面总结了煤矿坑道智能化钻探发展成果与不足；在此基础上提出了煤矿坑道智能化钻探技术发展框架，指出应围绕精准导向系统、数据测量系统、数据传输系统、智能决策系统和自动控制系统，打造从孔底到孔口、从井下到地面的一体化坑道智能化钻探平台，构建“参数测量-〖智能决策-控制执行”坑道钻进过程闭环控制系统：通过数据传输系统将孔底随钻测量参数实时传输至地面远程数据支持中心，采用人工智能算法对地质参数、几何参数和工程参数进行协同分析，并实时更新三维可视化地质模型，制定钻进工艺参数和钻孔轨迹智能调控策略，控制井下智能钻机工作。

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工矿自动化

2020年第10期

600

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矿用智能巡检机器人关键技术研究

作者(Author)：潘祥生, 陈晓晶

摘要：介绍了矿用智能巡检机器人研究现状，针对目前矿用智能巡检机器人的特点，从移动平台、定位与导航、图像识别、自主充电、后台管理及诊断等方面详细分析了矿用智能巡检机器人的关键技术：移动平台是矿用智能巡检机器人的重要组成部分，不同的移动平台工作方式不同，应根据巡检场所的环境特点选择轮式、履带式或者轨道式移动平台，平台设计时还需考虑防爆、防潮、防振、防尘等问题；定位与导航技术是矿用智能巡检机器人实现智能化和完全自主移动最关键的技术，从目前井下使用情况来看，轮式和履带式矿用智能巡检机器人定位与导航可采用激光雷达+SLAM技术，轨道式矿用智能巡检机器人由于巡检线路固定，定位与导航适合采用RFID技术；图像识别技术是矿用智能巡检机器人使用比较普遍的一项重要技术，通过拍摄设备图像，判别设备运行状况，根据矿用智能巡检机器人结构及组网方式不同，图像识别的数据处理分为后台处理和就地处理；自主充电技术是矿用智能巡检机器人长期自主工作后补充电能的重要手段，在电池设计时不仅要考虑增大电池容量，还要考虑电池的自主充电能力，才能实现机器人无人值守智能化巡检，体积小、质量轻、储量大的电池本安化是目前研究的难点；矿用智能巡检机器人在巡检过程中会采集到大量数据，其必须具备后台管理和数据分析诊断功能，但目前矿用智能巡检机器人受供电、网络传输技术等因素的影响，无法对采集的数据进行实时处理或上传，需要进一步研制出更加高效的后台管理及在线故障诊断系统。指出了数据分析智能化、移动平台轻量化、功能模块化、巡检定位精确化是矿用智能巡检机器人的发展趋势，为矿用智能巡检机器人关键技术的进一步研究提供参考。

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工矿自动化

2020年第10期

430

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一种智慧矿山信息交互方法

作者(Author)：胡文涛, 卓敏敏, 赵立厂, 张晓光

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工矿自动化

2020年第10期

300

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生产视角下的智能化矿山建设及关键技术探讨

作者(Author)：罗明坤, 李胜, 范超军

摘要：针对当前我国煤矿智能工作面建设存在的开采煤层厚度薄、普氏系数大、截割轨迹以记忆截割为主、对复杂地质条件适应性较差等问题，结合煤炭企业现场生产的大量经验和应用需求，提出了智能化矿山的层级化设计理念，将智能化矿山系统划分成感知控制层、通信层、数据层、应用层4个层级，明确了各层级的作用和建设内容，各层级彼此独立、相互依托。探讨了智能化矿山建设的关键技术，指出多源传感器体系搭建、井下复杂条件信息传输、智能化矿山云平台开发、安全生产系统构建、矿井设备智能联动控制、矿井智能应急处置等关键技术是智能化矿山建设的根本，尤其是云平台开发和安全生产系统构建是智能化矿山建设的核心。针对传统观念、资金筹集、人才队伍、技术难题等方面存在的问题，提出了相应的应对策略，倡导智能化矿山建设宜遵循“统筹兼顾、主次分明、模块建设、分步实施、基地示范”的建设思路，为煤矿智能化发展提供了参考。

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工矿自动化

2020年第10期

322

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掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法

作者(Author)：张旭辉, 刘博兴, 张超, 杨文娟, 赵建勋

摘要：针对基于全站仪的掘进机定位方法因井下粉尘过大等导致光路被遮挡而无法进行定位、基于捷联惯导的掘进机定位方法累计误差随时间推移逐渐增大的问题，提出一种掘进机全站仪与捷联惯导组合定位方法。首先，采用全站仪测量掘进机位置参数，采用捷联惯导测量掘进机位姿参数并进行解算；然后，将捷联惯导测量的掘进机所在位置经纬度转换为西安80坐标系下的坐标值，实现与全站仪测量坐标系的统一；最后，采用卡尔曼滤波方法将全站仪与捷联惯导测量数据进行融合，获取掘进机位姿数据。试验结果表明该方法具有较高的定位精度：x方向的定位误差最大值为0.0291 m，最小值为0.0100 m，平均值为0.01993 m；y方向的定位误差最大值为0.0295 m，最小值为0.0110 m，平均值为0.018 26 m。

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工矿自动化

2020年第09期

795

341