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盘点《煤炭学报》2020年热点论文五

来源：煤炭学报

根据中国知网截止到2021年8月19日的数据，小编整理了《煤炭学报》2020年刊登的所有文章中下载量前50的文章，此推文为TOP41~TOP50文章及其创新点，以飨读者。

行业视野: 高被引
类别; 45个
关键词; 47位
专家; 10篇
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数字孪生驱动的掘进工作面出风口风流智能调控系统

作者(Author)：龚晓燕, 雷可凡, 吴群英, 崔小强, 吴悦, 朱斌, 杨富强, 张红兵, 刘辉

摘要：为满足掘进工作面通风系统智能化的发展需求，针对传统局部通风系统无法实时监测及智能调控风筒出风口风流状态而导致风速场分配不合理，死角区瓦斯积聚严重和粉尘污染等安全隐患问题，提出一种基于数字孪生技术的掘进工作面出风口风流智能调控系统，优化风流场分布。分析建立了系统实现的整体框架、运行流程及关键技术，利用Zigbee自组网功能进行巷道风速、瓦斯体积分数及粉尘质量浓度等实时数据的监测采集，通过ARIMA时间序列预测模型对下一时刻瓦斯体积分数及粉尘质量浓度进行智能预测分析，并引入小生境四段式编码遗传算法提取相应出风口风流智能调控规则，结合GPRS无线传输技术实现出风口风流状态的智能调控，在此基础上，运用Unity3D构建系统虚拟模型并实现了物理实体与虚拟孪生体的映射交互。通过设计搭建的数字孪生系统实验测试平台，验证了系统实时监测、决策评价、智能调控、虚实融合等关键功能技术可行性，并结合具体案例对系统智能调控效果进行了对比分析，结果表明:调控后司机位置处风速明显上升，上隅角瓦斯体积分数由0.623%降低为0.306%，降低率达50.8%;司机位置粉尘质量浓度值由1 180 mg/m3降低到695 mg/m3，单点降尘率达41.1%，回风侧行人高度沿程粉尘质量浓度由430 mg/m3降低为150 mg/m3，降尘率达65%，进一步优化了掘进工作面巷道风速、瓦斯及粉尘场的运移分布。

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煤炭学报

2021年第04期

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基于云服务的煤矿水害监测大数据智能预警平台构建

作者(Author)：乔伟, 靳德武, 王皓, 赵春虎, 段建华

摘要：针对华北型煤田煤层底板突水监测预警问题，以底板“下三带”理论为基础，开展了微震-电法耦合系统水害监测预警。在分析微震-电法耦合系统监测数据基础上，采用Flume设计数据迁移子系统，以流处理方式对监测源数据进行预处理，对关键目标数据进行采集、聚合和传输，实现了有效监测数据的实时迁移。此外，针对煤矿水害多源监测预警过程中数据规模大、数据实时处理要求高等特点，结合多源异构数据关联分析和时空属性数据分析处理需求，基于Spark和HDFS设计实现了具备TB级数据存储处理能力的煤矿水害多源监测大数据存储平台。该平台采用HDFS设计构建统一的多源时序大数据存储体系，通过MapReduce实现大数据并行处理，利用YARN实现资源的调度与管理，为海量数据存储提供支撑。平台采用Spark Streaming框架搭建了数据实时处理中心，通过流处理方式实现监测数据高速处理，并通过智能预警算法模块和远程服务接口为预警系统现场应用提供支撑。在智能预警技术方面，结合监测数据的时空属性特点，提出了基于深度学习时空序列预测方法——长短时记忆循环网络智能预警模型的底板突水模型预警技术。该预警技术基于LSTM方法，以“下三带”理论为基准对模型进行初始化，形成初始预警判据;将电法、微震监测数据作为输入变量，实际涌(突)水事件作为干预输出量，对智能预警模型进行半监督分类学习训练，形成动态化、参数最优的模型预警准则，将监测数据动态划分为4个预警等级，从而实现了水害智能动态预警和数据可视化表达。在冀中能源葛泉矿东井的实际应用中发现，该平台能够基本达到预期目标。

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煤炭学报

2020年第07期

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煤矿岩巷全断面掘进机(TBM)及智能化关键技术

作者(Author)：王杜娟, 贺飞, 王勇, 荆留杰, 赵先发

摘要：岩巷掘进技术和装备的发展直接关系到煤矿生产的能力和安全。随着综合机械化采煤技术的迅速发展，回采工作面推进速度越来越快，对巷道掘进速度的要求越来越高。煤矿岩巷掘进技术，经历了钻爆法，综掘法，现在已经发展到第 3 个阶段 TBM 工法。传统的钻爆法、综掘法受技术和施工工艺限制，越来越无法满足各重大工程对施工效率、安全性、社会效益、经济收益等提出的更高要求，难以满足煤矿采掘平衡发展。全断面硬岩掘进机(TBM)实现高效破岩、连续出渣、快速支护，通风除尘、供排水同步作业。分析了近几年国内煤矿 TBM 施工案例，提出矿用 TBM 开发关键技术，TBM 针对煤矿井下特殊工程地质条件设计，实现掘锚运同步，及时支护，提高对坡度、围岩适应性，小半径转弯能力，融合千米定向钻机技术，做到逢掘必探，设备、施工规范和组织管理有机融合;提出工序衔接关键在于“探的远，掘的快，支的住，运的出”。分析煤矿巷道特点，提出设备系列化、模块化设计规划，关键部件国产化发展方向。依托大数据分析和云计算平台，按照“以感知为基础，以信息融合为中心，以智能掘进为目标”的原则，规划 TBM 智能掘进技术体系;开发掘进智能控制软件———TBM-Smart，系统架构划分为数据采集层、数据分析层、实时决策层，包括七大功能模块。分析煤矿行业面临的瓶颈和未来发展，提出矿用 TBM 向“机械化换人、自动化减人、智能化掘进”方向发展。

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煤炭学报

2020年第06期

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煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航研究

作者(Author)：马宏伟, 王岩, 杨林

摘要：煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军，煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前，煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成，尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题，构建了基于深度相机的机器视觉系统，提出了一种基于深度视觉的导航方法，自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中:① 对深度视觉数据进行特征提取与匹配，利用 10 组煤矿井下真实视频截图，对比测试 5 种特征提取与匹配组合算法，结果表明SURF+SURF+FLANN 与 GFTT+BRIEF+BF 算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;② 建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment，ICP BA);③ 通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的 ICP-BA 图优化算法，建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段，① 通过八叉树数据结构，将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的 Octomap 导航地图，实验结果表明，Octomap 导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;② 使用三维到二维映射的视觉图匹配 PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③ 基于图搜索的 A∗(A Star)路径规划作为轨迹规划初值，自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速度的变化率(Minimum-Snap)求解 2 次规划问题，生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab 开发环境中设计随机导航地图，生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果，验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证，表明本文提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。

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煤炭学报

2020年第06期

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煤矿井下智能化定向钻探发展路径与关键技术分析

作者(Author)：石智军, 李泉新, 姚克

摘要：煤矿井下智能化定向钻探是坑道钻探发展的高级阶段，是一个涉及多学科领域的系统工程，具有显著的特殊性和独立性，服务于智能化开采的全过程，为煤炭资源安全、高效、绿色、智能开采提供着技术支撑和装备保障。首先描述了我国煤矿井下定向钻进技术与装备发展历程，从稳定组合钻具定向钻进到有线随钻测控定向钻进，再到无线随钻测控大功率定向钻进，坑道钻探技术的创新发展与装备的升级换代推动实现顺煤层定向钻孔深度从“1 000 m”跨越到“3 000 m”。明确了现阶段我国煤矿井下坑道钻探仍处于从机械化向自动化转变的发展定位，分析了智能化定向钻探面临的突出问题，提出了在实现自动化定向钻探的基础上向智能化定向钻探迈进的发展路径，归纳分析了自动化和智能化定向钻探的技术内涵和属性特征，自动化定向钻探强调钻探动作的自动控制执行，包括自动化定向钻机集成控制、多参数随钻测量信息融合、高精度导向控制、冲洗液循环自动控制等方面;智能化定向钻探强调钻探过程的智能最优化控制，包括智能分析与决策、低延时大容量数据传输、智能钻杆、钻探装备智能检测与诊断等方面。针对我国复杂多样的煤层赋存条件和不均衡发展的开采技术条件，建议分阶段、分区域、分层次推进煤矿井下智能化定向钻探探索与发展，并提出了智能化定向钻探亟待攻克的关键技术难题，包括自动化定向钻机研制、旋转导向钻进技术、地质导向钻进技术、随钻地质信息三维动态建模技术、智能化钻探数据库建立、钻孔事故预防与处理技术，同时介绍了“十三五”期间我国煤矿井下智能化定向钻探部分阶段性发展成果。

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煤炭学报

2020年第06期

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原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及作用分析

作者(Author)：李建忠, 康红普, 高富强, 娄金福

摘要：为研究原岩应力场作用下的锚杆支护应力场及锚杆支护作用，采用UDECTrigon数值模拟方法，对不同预紧力及不同支护密度下的支护应力场及锚杆支护作用进行系统。研究表明：基于UDECTrigon方法提出了一种考虑原岩应力场及节理因素作用下获取锚杆支护应力场的合理方法；锚杆支护应力场分布特征与预紧力及支护密度紧密相关，预紧力对支护应力场影响更大；低预紧力时支护应力场呈零星、不连续分布，高预紧力时呈连续、整体分布；锚杆支护应力场与巷道围岩强烈变形破坏区呈你大我小、你小我大的动态博弈机制；高预紧力锚杆支护提供的主动约束力不仅可限制节理张开，还能增大节理面抗剪能力，抑制节理滑移，控裂效果显著；锚杆支护应力场由锚杆预应力场及锚杆抑制围岩变形破坏本该释放的应力两部分组成，前者表现为锚杆支护对无变形破坏围岩的加固效应，后者是锚杆支护对围岩变形破坏的主动及被动约束控裂作用结果。预应力场只占锚杆支护应力场的一小部分，但锚杆预紧力对锚杆支护应力场的产生及分布有极大的影响

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煤炭学报

2020年第S1期

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基于HSV空间改进融合Retinex算法的井下图像增强方法

作者(Author)：张立亚, 郝博南, 孟庆勇, 温良, 吴文臻

摘要：煤矿的安全监控技术一直是煤矿开采过程中重要的一部分,煤矿井下视频监控是保证煤矿安全的重要手段,而监控图像的质量直接决定监控的有效性,目前受煤矿井下粉尘和低照度等条件的影响,煤矿视频图像的增强效果有待提升。针对这一问题,提出一种在 HSV 空间变换的条件下, 利用改进双边滤波算法与多尺度 Retinex 算法融合的方法。首先针对多尺度 Retinex 算法中存在的容易出现光晕、边缘模糊等问题,利用改进的双边滤波理论与多尺度 Retinex 算法融合的方法进行增强,增加了修正函数的双边滤波作为多尺度 Retinex 算法中的中心环绕函数;同时将图像由 RGB 空间转换到 HSV 空间中,保持色调分量不变,通过融合 Retinex 算法对亮度分量进行增强,并对饱和度分量进行校正;最后将图像由 HSV 空间转换会 RGB 空间,完成图像增强。通过实验验证,提出的改进的融合 Retinex 算法相较于多尺度 Retinex ( Multi-Scale Retinex,MSR) 算法、带色彩恢复因子的多尺度 Retinex( Muti-Scale Retinex with Color Restoration,MSRCR) 算法,在色彩和边缘模糊处理等方面有所改进;同时在煤矿井下工作面等环境中,对图像均值、标准差、峰值信噪比( PSNR) 和信息熵等指标进行评判,相较于 MSR 算法分别提高了 15. 24%,16. 54%, 42. 77%,2. 82%,相较于 MSRCR 算法分别提高了 8. 13%,5. 51%,10. 90%,0. 59%。实验数据表明,改进的融合 Retinex 算法对图像的增强过程中,提高了图像的亮度、对比度,抑制了图像光晕和边缘模糊现象,为煤矿安全生产和智慧矿山的建设提供决策支持

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煤炭学报

2020年第S1期

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冲击载荷作用下层状岩石破碎能耗及块度特征

作者(Author)：武仁杰, 李海波, 李晓锋, 于崇, 夏祥, 刘黎旺

摘要：采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置，对0°,22.5°,45°,67.5°和 90°五种不同层理倾角的层状岩石进行了不同冲击速度下的动态压缩试验，对破碎后的试样碎屑进行筛分，对比分析了层状岩石动态破坏时的块度分布特征;探讨了不同入射能对层状岩石反射能、透射能、耗散能密度和块度分布的影响。结果表明:对同一层理倾角试样，随着冲击速度增大，块度平均粒径逐渐减小，破碎程度逐渐增大;相同冲击速度下层理倾角为67.5°的试样破碎程度最大，0°试样破碎程度最小。分形维数可以很好的量化表征破碎块度分布特征，破碎块度越小，分形维数越大。相同入射能时，90°试样耗散能密度最大，0°或22.5°耗散能密度较小，表明高倾角试样能量利用率高，0°或22.5°的利用率较低。层理倾角为45°,67.5°和90°的试样在入射能相同时反射能较大，层理倾角为0°,22.5°的试样透射能较大，表明大倾角下无用功大多以反射波形式耗散，低倾角下无用功大多以透射波形式耗散;反射能、透射能与耗散能密度随入射能增大而增加;分形维数随耗散能密度增大而增大。高倾角时随能耗增大，试样破碎程度越剧烈;低倾角随耗散能密度增大，试样破碎趋势变化较小，产生新裂纹与破裂面所需能量较多。在实际工程中，选择45°~67.5°倾角的动态加载角度，不仅岩石强度较低，岩石破碎程度高，且能量利用率较高。

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煤炭学报

2020年第03期

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