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; 33909IP
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煤矿巷道修复重载作业机器人现状与发展趋势

作者(Author)：薛光辉, 候称心, 张云飞, 吴淼

摘要：煤矿重载作业机器人是替代高危岗位工人作业的智能装备，面临作业空间狭小局促、作业环境复杂多变等挑战。总结了重载工业机器人现状及煤矿巷道修复设备的发展历史，指出目前煤矿巷道修复设备仅实现了遥控和自动卷缆功能，智能化水平不高，需研发煤矿巷道修复重载作业机器人；提出了煤矿巷道修复重载作业机器人的概念及功能定位，指出煤矿巷道修复重载作业机器人研制面临狭长封闭巷道空间内位姿精确感知、行走路径规划与行走控制、作业轨迹规划与运动控制等关键技术问题；阐明了煤矿巷道修复重载作业机器人发展方向为提高煤矿巷道修复重载作业机器人的可靠性、稳定性和智能化水平，加强与其他机器人施工工艺的匹配。

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工矿自动化

2020年第09期

675

215
数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术

作者(Author)：张超, 张旭辉, 张楷鑫, 谢楠, 周创

摘要：目前掘进机远程截割控制方法大多基于视频监控与平面信息，巷道断面成形质量取决于人工操作经验，可靠性较低。针对该问题，研究了数字孪生驱动掘进机远程自动截割控制技术，从数据感知、数据驱动、数据传输、远程自动截割控制等方面介绍了数字孪生驱动掘进机自动截割的实现过程。采用视觉测量技术获取掘进机位姿数据、气体传感器等获取掘进环境数据，构成数据孪生驱动的数据来源；建立掘进机虚拟模型和虚拟场景并完成虚拟模型动作编程及虚拟模型与虚拟场景的耦合，通过求解掘进机运动学正逆解，实现掘进机与虚拟模型交互；基于三次多项式方法进行巷道断面“S”形截割轨迹规划，设计反馈线性积分滑模控制器实现截割轨迹跟踪控制；采用MySQL数据库作为数据交互媒介，通过井下工业以太环网及矿用5G技术实现数据远程传输。实验结果表明，掘进机截割头能稳定跟随规划轨迹，且同一时刻虚拟界面显示的掘进机截割头位姿与实际位姿一致

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2020年第09期

603

342
煤矿瓦斯抽采管网系统自更新检漏技术研究

作者(Author)：熊伟

摘要：煤矿井下工作环境恶劣，瓦斯抽采管道易受到碰撞、落煤坠砸等损伤而造成漏气，当巷道内空气大量进入管网系统后，管网内瓦斯抽采浓度可能远低于钻孔孔口浓度。针对该问题，提出了一种基于多元高斯声束模型的煤矿瓦斯抽采管网系统自更新检漏技术。采用多元高斯声束模型对漏气点声音进行加强处理，并分析煤矿井下抽采管网系统的主要漏气类型和噪声来源，建立漏气模型和噪声模型；将采集的声音样本与预存模型进行比对，判断是否存在漏气现象，并将使用环境中出现频率超过30%的声音样本自动存储为漏气模型，实现模型的自动更新，提高检漏准确性；基于自更新检漏技术研发了YJL40检漏仪，其主要部件包括探测头、金属软管、主机和报警器。利用自更新检漏技术及相应产品对高家庄煤矿的高、低负压抽采系统共计7585 m管道进行检漏，将检测出的漏气点进行有效封孔后，抽采终端瓦斯体积分数分别提高了37.1%和28%，验证了自更新检漏技术的有效性。

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工矿自动化

2020年第09期

342

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井下移动机器人智能视觉避障研究

作者(Author)：彭继国, 张波, 孙凌飞 , 邓攀

摘要：针对现有井下移动机器人避障方法在面对井下复杂障碍物时不能准确检测障碍物位置信息，对井下非线性障碍物不能准确进行避障控制等问题，提出了一种基于模糊控制的井下移动机器人智能视觉避障方法。首先采用双目立体视觉模组作为障碍物检测传感器，感知井下环境信息，实时检测障碍物分布情况，并构建占据栅格地图。然后通过八叉树结构模型构建三维点云，使用树状结构对点云数据进行结构化描述，并将其映射到占据栅格地图中，得到障碍物的区域分布情况。最后采用模糊控制策略对实时检测到的障碍物在占据栅格地图中的分布情况进行处理，将当前时刻障碍物在占据栅格地图中的分布情况和移动机器人运行速度作为模糊控制器的输入变量，通过模糊控制算法计算下一时刻移动机器人的转向角度和加速度，从而实现井下移动机器人的智能避障控制。根据移动机器人实际占据空间，设计外接包围盒进一步稳定控制算法，结合避障策略进行智能避障，避免移动机器人与障碍物发生碰撞。实验结果表明，该方法能够准确对井下障碍物分布情况进行描述，使移动机器人能够根据所设计的模糊控制规则准确自主地进行避障操作，从而实现自适应运动。

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工矿自动化

2020年第09期

356

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煤矿智能化与矿用5G

作者(Author)：孙继平

摘要：针对煤矿井下电气防爆、无线传输衰减大等特点，分析了矿用5G技术和适用范围：矿用5G宜采用本质安全型防爆；用于控制的矿用5G应具有较强的抗干扰能力；采煤工作面和掘进工作面地面远程控制宜选用矿用5G；煤矿井下车辆无人驾驶地面远程控制宜选用矿用5G；没有针对矿井移动通信特点研发的矿用5G性价比低于矿用WiFi移动通信系统；严禁用矿用5G移动通信系统替代矿用有线调度通信系统；没有针对煤矿安全监控特点研发的矿用5G不能替代煤矿安全监控系统；没有针对矿井动目标精确定位特点研发的矿用5G定位精度低于矿用UWB精确定位系统；450～6 000 MHz频率范围的矿用5G传输速率低于矿用WiFi6；没有针对煤矿井下固定设备监控特点研发的矿用5G可靠性低于矿用有线监控系统。指出了亟需针对煤矿井下安全生产特点，研发矿用5G，而不仅仅是对现有地面5G产品进行防爆改造。

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工矿自动化

2020年第08期

2652

1085
煤矿辅助运输机器人关键技术研究

作者(Author)：袁晓明, 郝明锐

摘要：针对煤矿辅助运输机器人移动速度较快、行驶路线多变、行驶路面情况复杂等特殊工况，给出了煤矿辅助运输机器人的结构形式和技术架构：采用无驾驶室的结构设计，以自动驾驶系统为控制中枢，以轮式防爆线控动力底盘为移动平台，通过可更换的多种上装载具，实现不同物料在井下运输的无人化。针对煤矿辅助运输机器人的环境感知、定位导航和路径规划三大功能，提出了相应的解决方案：① 矿井低照度环境下的机器视觉增强及感知融合技术：通过深度相机红外成像技术和平面激光雷达探测技术相结合的方式实现机器人的环境感知功能；② 煤矿井下受限空间内的无线通信及定位技术：利用物联网无线通信定位和即时定位与地图构建(SLAM)技术相结合的方式实现机器人执行运输作业时的主动精确定位；③ 矿井复杂地质条件下的路径规划及避障机制：利用最短路径搜索算法和动态窗口算法分别实现该机器人的全局路径规划和局部路径规划功能。

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工矿自动化

2020年第08期

1636

501
悬臂式掘进机位姿检测方法研究现状

作者(Author)：马源, 符世琛, 张子悦, 王东杰

摘要：从悬臂式掘进机位姿检测原理出发，介绍了分别基于扇面激光、室内GPS（iGPS）、全站仪、机器视觉、超宽带（UWB）和惯导的掘进机位姿检测方法。基于扇面激光的掘进机位姿检测方法具有计算简单、掘进机机身航向角及X轴（垂直两帮煤壁方向）坐标测量精度高的优点，但无法检测掘进机机身Y轴（掘进方向）、Z轴（垂直地面方向）坐标；基于iGPS的掘进机位姿检测方法能实现全参数位姿测量，检测精度高，但有效测量距离小；基于全站仪的掘进机位姿检测方法能实现全参数位姿测量，但标定、移站复杂；基于机器视觉的掘进机位姿检测方法具有掘进机截割头位置及掘进机机身姿态测量精度高、X轴和Z轴坐标测量精度高的优点，但无法检测掘进机机身Y轴坐标；基于UWB的掘进机位姿检测方法具有自主移站便利、Y轴坐标测量精度高的优点，但Z轴坐标误差较大；基于惯导的掘进机位姿检测方法具有姿态角测量精度较高、测量过程独立非接触的优点，但三轴坐标测量存在累计误差。为满足有效测量距离大于100 m、三轴定位误差小于10 cm、姿态角误差小于1°的实际应用要求，需要进一步研究机器视觉、UWB、惯导相结合的掘进机位姿组合检测方法，以实现掘进机全自主、全参数、非接触位姿检测。

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工矿自动化

2020年第08期

1467

354
基于随机森林的综放工作面煤矸图像识别

作者(Author)：薛光辉, 李秀莹, 钱孝玲, 张云飞

摘要：针对目前综放工作面煤矸图像识别方法存在的参数调节难度高、预测准确率低、易过拟合等问题，提出了一种基于随机森林(RF)算法的综放工作面煤矸图像识别方法。以担水沟煤矿6203综放工作面为工程背景，采集放煤口的煤矸图像并对其进行裁剪、灰度转化、对比度增强、图像滤波预处理；采用灰度-梯度共生矩阵提取出15个煤矸图像纹理特征；采用RF算法对15个煤矸纹理特征的重要性进行排序，并选取前5个实现降维处理，分析降维前后RF算法对煤矸图像的识别效果。结果表明，在决策树个数为150、采用log2M+1方法计算每次分裂时的特征数情况下，降维后RF模型的煤矸分类准确率为97%，比降维前提高4%，煤矸分类查准率为0.98，查全率为0.96，且袋外错误经50次迭代达到9%，泛化能力更强。

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工矿自动化

2020年第05期

380

164