“煤矿智能化技术及应用”专题（《工矿自动化》）

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“煤矿智能化技术及应用”专题（《工矿自动化》）

来源：《工矿自动化》2020年第6期

行业视野: 智能化
类别; 43个
关键词; 27位
专家; 7篇
论文; 4750IP
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煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统设计

作者(Author)：聂珍, 马宏伟

摘要：目前井下危险气体巡检机器人大多采用升降机构或固定探头的形式进行气体环境感知，对机器人的行驶灵活性产生了影响，且受机器人本体机构的限制，大多数巡检机器人只能检测到传感器安装范围内的局部气体环境信息，缺乏针对巷道任意截面空间内的气体浓度检测。针对以上问题，设计了一种基于气体扩散模型的煤矿巡检机器人巷道气体环境智能检测系统。该系统以气体扩散理论为基础，结合煤矿巷道气体环境特点，引入巷道壁帮围岩、风速、气体扩散系数对煤矿巷道气体扩散模型的影响，采用虚拟像源法和遗传算法优化BP神经网络智能算法建立了巷道气体扩散优化模型。通过传感器检测系统获取巡检机器人在行进过程中任意点的气体浓度等环境信息，代入气体扩散优化模型求解最优气体扩散系数，通过输入巷道某点坐标位置，可计算求解相应点的气体浓度分布情况，随着机器人的移动，可获取其路径中不同巷道截面上气体浓度分布数据。实验结果表明，该系统能够解算出符合检测误差要求的巷道任意截面上任意点的气体浓度，并实现动态实时检测；克服了传统煤矿巷道气体检测方法的局限性。利用巡检机器人取代人工巡检作业，为煤矿井下气体智能检测提供了一种新思路与新方法。

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工矿自动化

2020年第06期

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煤矿井下移动机器人运动规划方法研究

作者(Author)：杨林, 马宏伟, 王岩, 王川伟

摘要：针对现有煤矿井下移动机器人运动规划所生成的轨迹存在超调、碰撞、不连续、不光滑等问题，提出了一种由路径规划、轨迹生成、轨迹优化3个部分构成的煤矿井下移动机器人运动规划方法。路径规划采用基于图搜索的A*算法实现，通过开始搜索、路径排序、继续搜索3个步骤循环迭代，快速规划出一条可通行的全局路径作为轨迹生成的初值。轨迹生成通过构建基于Minimum Snap的目标函数，并施加等式约束来实现。轨迹优化则是在轨迹生成的基础上施加不等式约束来实现：通过调整时间分配和构建基于Corridor轨迹规划的不等式约束，解决基于Minimum Snap轨迹生成在求解过程中出现的超调现象，并对整段轨迹本身进行约束，避免发生碰撞；通过引入调和函数Bezier Curve，构建基于Bezier Curve的Minimum Snap的轨迹优化问题，使得轨迹高阶目标函数的求解变得简单高效，最终生成一条适用于煤矿井下移动机器人的能量损失最小、连续、光滑、无碰撞、可执行的运动轨迹。在Matlab仿真环境中设计了随机地图，生成了包含时间分配、位置规划、速度规划、加速度规划的最优轨迹规划结果。实验结果验证了该运动规划方法的正确性和有效性。

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工矿自动化

2020年第06期

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煤矿四旋翼飞行机器人环境信息数据压缩算法

作者(Author)：梁艳, 马宏伟, 崔亚仲, 薛旭升, 聂珍, 张力

摘要：针对四旋翼飞行机器人在煤矿巷道中的飞行路径与轨迹多变，导致其在动态空间中采集的环境信息数据有较大冗余的问题，提出了一种煤矿四旋翼飞行机器人环境信息数据压缩算法。采用小波分析中的默认阈值降噪方法对原始数据进行降噪处理，以提高信噪比；以甲烷监测为例介绍数据压缩算法，将巷道空间沿巷道方向拆分成若干个截面，选取每个拆分截面的甲烷浓度有效值，并通过有效值对甲烷浓度检测数据进行重构。实验结果表明，通过算法压缩和重构的甲烷浓度信号与人工检测结果相比误差很小，数据压缩算法能够提取出甲烷浓度数据有效值，去除机器人采集到的冗余环境信息，从而提高数据传输的有效性和实时性。

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2020年第06期

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煤矿智能监测与预警技术研究现状与发展趋势

作者(Author)：郑学召, 童鑫, 郭军, 张铎

摘要：从物联网、大数据、云计算及人工智能方面综述了我国煤矿智能监测与预警技术的研究现状。针对煤矿智能监测技术的实际应用情况，指出了煤矿智能监测与预警存在井下煤矿监测设备前兆信息采集可靠性差、云端平台集成应用融合深度不足、数据库安全性较弱、人工智能技术在煤矿监测中的应用尚不成熟等问题。展望了煤矿智能监测与预警技术的发展趋势：煤矿智能监测系统应用石墨烯/氧化石墨烯光纤传感器可实现多源信息感知，提升前兆信息采集的可靠性；研究多技术深度交叉融合技术，以探究监测数据的深层价值；构建基于区块链技术的煤矿监测数据库，保证数据库不可篡改，且具有较好的读写性能；研发具备自适应和深度学习的煤矿智能安全监测预警系统,实现矿井自动监测、智能预警。

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2020年第06期

913

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采煤机健康状态智能评估方法研究

作者(Author)：曹现刚, 李彦川, 雷卓, 雷一楠

摘要：针对现有采煤机健康状态评估方法存在评估指标权重确定受人为因素影响较大导致评估准确率不高、采用单一评估算法存在局部搜索能力弱和抗干扰能力差、寻找全局最优值能力不足等问题，提出了一种基于主成分分析（PCA）与遗传算法（GA）优化BP神经网络算法(PCA-GA-BP算法)的采煤机健康状态智能评估方法。根据采煤机结构和工作原理选择采煤机状态监测点位，获取采煤机健康状态相关的各项状态参数，采用PCA对采煤机状态参数进行数据降维和特征提取，避免BP神经网络输入的复杂化；引入GA对传统BP神经网络寻找全局最优权值；通过训练参数建立基于GABP的采煤机健康状态智能评估模型，将降维后的采煤机状态参数自动输入评估模型，通过智能评估算法输出测试结果，实现自学习、自寻优和自主判断采煤机的健康状态。实验结果表明，基于PCAGABP算法的采煤机健康状态智能评估方法可准确、快速和智能评估采煤机健康状态，相比于基于单一BP神经网络的评估方法，训练时间短、评估流程简单且评估准确率高，准确率达97.08%。

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2020年第06期

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矿用带式输送机智能监测系统研究

作者(Author)：毛清华, 毛金根, 马宏伟, 张旭辉, 李铮

摘要：针对矿用带式输送机运行过程中存在的托辊、滚筒等关键部件与输送带摩擦发热，钢丝绳芯输送带内部损伤与撕裂，运行功耗大等问题，设计了一种矿用带式输送机智能监测系统。该系统包括基于弱磁检测法的钢丝绳芯输送带损伤监测系统、基于红外热成像温度检测法的带式输送机关键部件故障诊断与预警系统和基于视觉检测法的煤流监测、异物监测、胶带撕裂监测及人员安全监测系统，详细介绍了各系统的实现原理。对钢丝绳芯输送带内部损伤识别及带式输送机关键部件故障诊断预警进行了实验验证，结果表明该系统对钢丝绳芯输送带损伤识别的准确率约为98%，且可准确识别带式输送机关键部件故障并发出预警。

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2020年第06期

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基于通风等效面积的矿井通风难易程度分析方法

作者(Author)：王延平, 范京道, 闫振国, 李川, 常心坦, 李学文

摘要：针对目前矿井通风难易程度评价中常用的等积孔不能有效反映通风难易程度细节、通风阻力测定不能很好地衡量复杂通风系统并联影响的问题，提出了一种基于通风等效面积的矿井通风难易程度精细化分析方法。该方法根据获取的巷道通风信息对通风系统进行网络解算，得到系统中各节点风压，并以各节点风压大小为依据对通风系统进行分段；每个分段中的巷道均为并联，按等积孔的特性，先计算各巷道的等积孔，综合获得各分段的等效面积，由此得到各节点对应的通风等效面积；为直观、清晰地表达通风系统各段的通风难易程度，用图形化的方式表示通风等效面积，包括风压-等效面积图、节点-等效面积图、风压-等效能耗图和节点-等效能耗图；根据通风等效面积图，对矿井通风难易程度进行通风“瓶颈”、阻力分布及通风能耗等精细化分析。实例验证结果表明，该方法能有效分辨出通风系统中的阻力较大区域、局部阻力位置及通风“瓶颈”位置，可服务于矿井通风的分析和优化。

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2020年第06期

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