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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基于雾计算的煤矿全场景监测系统研究

作者(Author)：曹健萍, 李敬兆

摘要：目前煤矿全场景监测系统主要依赖于云计算实现数据处理、存储与决策,云计算需实时处理海量监测信息，严重影响系统决策层的时效性与精确度。针对该问题，提出一种基于雾计算的煤矿全场景监测系统，以神经元感知节点为单元设计雾计算神经网络，缓解云计算数据处理压力。针对基于粒子群优化算法（PSO）的节点部署方法存在过早收敛现象和局部最优解的问题，通过改进的PSO算法优化神经元感知节点部署，实现网络结构优化。仿真结果表明，与经典PSO算法相比，改进PSO算法能够更快寻得最优解，整体通信覆盖率的最优值、最差值和平均值分别提高了3.19%，3.31%，3.25%，具有收敛快速有效、适应性强、稳定性高等优势。

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2020年第02期

337

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复杂矿井通风网络可视化动态解算及预警技术

作者(Author)：谈国文

摘要：针对存在煤层倾角大、地质构造复杂、开采时间长等情况的复杂矿井，采用传统的通风网络人工分析方法或常见通风网络解算软件存在工作量大、效率低、错误率高、解算不全面等问题，从而不能实时、全面掌握井下各巷道的通风安全状况。以南桐煤矿通风系统为研究对象，根据其通风系统复杂特征，从通风网络动态解算模型及方法、矿井通风阻力参数测定、通风异常预警、通风系统可视化等方面研究了复杂矿井通风网络可视化动态解算及预警技术，并依据该技术开发了矿井通风网络可视化动态解算及预警系统。应用表明，该系统解算风量与实际风量的误差小于10%，解算结果可实时、动态显示，实现了矿井风速及风压参数全量程精准测定、全矿井通风网络动态解算、通风异常连续分析与预警。

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2020年第02期

419

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高强度开采综放工作面上隅角瓦斯联合抽采实践

作者(Author)：段会军

摘要：针对传统单一的上隅角瓦斯治理技术不能有效解决高强度开采综放工作面上隅角瓦斯严重超限的问题，以王家岭煤矿为工程背景，提出了利用上隅角插（埋）管和高位定向钻孔对瓦斯进行联合抽采方案。上隅角插（埋）管抽采即在工作面回风巷铺设瓦斯抽采管路，管路沿回风巷走向延伸至上隅角，在管口位置形成稳定负压区抽采上隅角瓦斯，通过抽吸作用形成人工风流，扰动上隅角位置的回旋涡流，降低瓦斯浓度。同时在工作面回风巷开掘钻场，施工高位定向钻孔向工作面切眼方向钻进，通过定向钻进技术使钻孔轨迹在采空区裂隙带内延伸，抽采采空区高浓度瓦斯。应用结果表明，上隅角插（埋）管和高位定向钻孔联合抽采后，瓦斯抽采纯量稳定在3.40～6.20 m3/min，平均为4.91 m3/min；工作面上隅角瓦斯体积分数呈阶梯式下降，最终稳定在0.30%～0.52%，平均为0.42%，上隅角瓦斯治理效果显著。

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2020年第02期

706

464
煤矿井下人员融合定位方法

作者(Author)：李宗伟, 王翀, 王刚, 徐志明, 崔朋志, 姜孟冯

摘要：针对飞行时间（TOF）测距定位方法定位盲区多、易受非视距干扰、定位精度有限，捷联惯性导航定位方法长时间累计误差的问题，提出了一种基于TOF测距定位和捷联惯性导航定位的煤矿井下人员融合定位方法。该方法分区域定位：当定位终端位于定位基站近距离无线通信覆盖范围内时，采用TOF测距定位方式，通过近距离无线通信方式将定位数据发送至附近的定位基站；当定位终端位于定位基站近距离无线通信覆盖范围之外时，采用捷联惯性导航定位方式，并利用卡尔曼滤波算法对定位数据进行修正，通过远距离无线通信方式将定位数据发送至附近的定位基站；当定位终端位于定位基站远距离无线通信覆盖范围之外时，定位终端对定位数据进行本地存储，当定位终端移动到定位基站无线通信覆盖范围内时，将存储的定位数据发送给定位基站。定位基站将定位数据传输至地面监控中心，获得人员轨迹和位置坐标。实验结果验证了该方法的有效性。

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2020年第01期

890

268
典型煤岩反射光谱无监督感知方法研究

作者(Author)：杨恩, 王世博, 王赛亚, 周悦

摘要：针对现有煤岩反射光谱有监督识别方法存在煤岩位置变化时识别效果差的问题，为研究基于反射光谱的煤岩自主适应性识别，提出了基于聚类距离改进型模糊C均值聚类（FCM）算法的典型煤岩反射光谱无监督感知方法。以兴隆庄煤矿气煤、泥岩、粉砂岩、泥质灰岩4种典型煤岩样品为研究对象，测定了每种试样多个背向反射角下的近红外波段的反射光谱曲线，分析了4种煤岩反射光谱最具差异性的特征波段，选取2 150~2 400 nm作为4种煤岩反射光谱差异性特征波段，在特征波段内，对气煤-泥岩、气煤-粉砂岩、气煤-泥质灰岩光谱组合进行煤岩反射光谱无监督识别研究。研究结果表明:4种试样表面的背向光谱反射率均呈现出随背向反射角增大而先增大后减小的整体趋势，背向反射角增大时，泥岩、粉砂岩和泥质灰岩的各吸收谷深度变化较小，只有微弱的减小，气煤的各吸收谷深度减小相对明显；采用改进型FCM（RFCM，CFCM）方法将光谱数据快速聚类，由最终聚类隶属度概率矩阵判定光谱数据类别，进而判定不同位置煤岩类别；相较于FCM，改进型FCM对各煤岩组合的识别率均大于90%，其中CFCM对各煤岩组合聚类识别迭代次数最少，总耗时均小于0.1 s，为优先选择方法，为反射光谱技术应用于煤岩界面不同位置煤岩的高效适应性判定提供了参考。

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2020年第01期

505

175
孤岛工作面冲击地压多指标监测及危险性区域划分

作者(Author)：姜希印, 陶维国

摘要：孤岛工作面回采过程中受煤柱应力集中和工作面动压的叠加影响，容易发生冲击地压灾害。现有方法采用单一指标对冲击危险性进行预警，存在较大的预警误差，无法全面反映采掘过程中的冲击危险性。针对上述问题，为了研究孤岛工作面回采过程中的冲击地压危险程度，以济宁二号煤矿93下05孤岛工作面为工程背景，提出了孤岛工作面冲击地压多指标监测方法，利用工作面回采过程中钻屑量、微震、钻孔应力等多指标综合分析了该工作面的冲击危险性，并根据工作面不同区域的冲击地压危险性进行了区域划分。分析结果表明：在联络巷附近及未保护区，微震日最大震动能量及震动总能量、钻屑量及钻孔应力值均明显提高，得出在孤岛工作面回采过程中，联络巷附近及未保护区是冲击地压的危险性区域。根据危险性区域划分结果，考虑到在不同区域应力集中程度的差异性，提出并提前实施了参数差异化的大直径卸压防冲措施，降低了应力集中程度，防止了冲击地压灾害发生。

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2020年第01期

429

433
面向不平衡数据集的煤矿监测系统异常数据识别方法

作者(Author)：冀汶莉, 郗刘涛, 王斌

摘要：异常数据识别对于煤矿安全监测系统具有重要作用，但安全监测系统中异常数据一般只占数据总量的1%左右，不平衡性是此类数据的固有特点。目前多数机器学习算法在不平衡数据集上的分类预测准确率和灵敏度都相对较差。为了能准确识别异常数据，以煤矿分布式光纤竖井变形监测系统采集的数据为研究对象，提出了一种面向不平衡数据集、基于去重复下采样（RDU）、合成少数类过采样技术（SMOTE）和随机森林（RF）分类算法的煤矿监测系统异常数据识别方法。该方法利用RDU算法对多数类数据进行下采样，去除重复样本；利用SMOTE算法对少数类异常数据进行过采样，通过合成新的异常数据来改善数据集的不平衡性；并利用优化后的数据集训练RF分类算法，得到异常数据识别模型。在6个真实数据集上的对比实验结果表明，该方法的异常数据识别准确率平均值达到99.3%，具有较好的泛化性和较强的鲁棒性。

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2020年第01期

575

173
基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

作者(Author)：侯公羽, 胡涛, 徐桂城, 马占彪, 梁海平, 王顺光, 郑纲

摘要：当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测，采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接，存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题，设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计（BOTDR）作为数据采集和分析的核心监测工具，采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤，以锚杆、锚索为固定点布设光缆，通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况，实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明，光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况，基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响，保证了监测结果的客观性，这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。

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2020年第01期

592

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