《工矿自动化》创刊50 周年纪念专刊_中国煤炭行业知识服务平台

《工矿自动化》创刊50 周年纪念专刊

来源：工矿自动化

《工矿自动化》自创刊以来，在不同的历史阶段都在根植本土与融汇世界的碰撞中不断探索前行，见证了50年来煤炭行业从机械化到自动化和智能化的发展历程，推进了科技成果的有效传播。50年来，《工矿自动化》薪火相传，承上启下，奋发有为，期刊影响力持续提升。站在又一个继往开来的时间节点，《工矿自动化》在建设中国特色一流期刊过程中，将凝心聚力，勇毅前行，让中国煤矿智能化走向世界。

行业视野: 智能化
类别; 254个
关键词; 180位
专家; 40篇
论文; 6497IP
点击量; 3700次
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煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术

作者(Author)：马宏伟, 段优优, 薛旭升, 孙思雅, 张烨, 王川伟, 郭逸风, 崔闻达

摘要：分析了目前常用的5种矿用单轨吊（即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊）的优缺点，指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强，已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输，防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点，逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状，指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题，要实现单轨吊智能化运输，需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术，提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法，及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案；针对精确定位技术，提出了惯导+里程计融合的全局定位方法，及基于视觉+UWB组合的局部定位方法；针对智能测控技术，提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法；针对信息传输技术，提出了基于融合5G网络的“本地−近程−地面”通信系统架构，及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出，为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。

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工矿自动化

2023年第06期

238

115
地下煤火火源探测研究

作者(Author)：邓军, 屈高阳, 任帅京, 王伟峰, 王彩萍, 王津睿

摘要：介绍了煤火的演化发展过程及煤火的特点，阐述了按照探测器空间位置不同划分的4层空间探测技术，即地下探测法、地表探测法、航空探测法及航天探测法的探测机理及研究进展，分析了上述4种探测技术的优缺点。指出现有研究存在的问题：① 探测精度不足，获取范围难以精准圈定。② 探测技术落后，火区高温点精准探测困难。③ 探测手段单一，无法准确判断地下煤火燃烧具体信息。针对地下煤火呈现出隐蔽性、耦合性、复杂性等新特点，提出了地下煤火火源探测技术发展方向：① 对探测仪器数据进行精细化处理，提高磁性差对温度的灵敏度、电阻率法的检测精度、红外探测法的特征提取率及结果精度。② 将高新设备应用于煤火探测技术。③ 完善多层级探测技术的协同利用。首先通过第4层级航天遥感技术进行大规模的火区探测，得到地下煤火异常的基本空间分布特征；然后通过第3层级航空遥感探测技术进一步探测，得到具体的地下煤火空间分布；最后通过第2和第1层级的地表探测技术及地下探测技术进行补充和验证，得到更加详细的煤田火区高温点分布。④ 形成对煤田火区的三维可视化、动态化监测与预警。针对4种不同层级探测技术的数据进行三维反演、联合反演成像，根据成像结果，对煤火发展蔓延进行可视化监测预警，实现地下煤火灾害主动防控。

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工矿自动化

2023年第06期

122

41
煤矿智能化开采光纤传感关键技术体系

作者(Author)：方新秋, 冯豪天, 梁敏富, 陈宁宁, 吴刚, 宋扬

摘要：智能感知是煤矿智能化开采的首要环节，为智能决策与智能控制提供数据支持。光纤传感技术因精度高、抗干扰能力和环境耐受能力强、组网复用方式灵活多样等优势，为煤矿开采智能感知提供了解决方案。在研究光纤传感技术原理基础上，构建了光纤光栅−基材感知信息传递模型，提出了表面粘贴式、刻槽填埋式、表面粘贴基片式光纤光栅封装技术，并进行光谱重构与温度补偿研究，以保障高精度数据感知；开发了高精度光纤光栅钻孔应力传感器、锚杆应力传感器、锚杆测力传感器、顶板离层传感器、温度传感器等开采环境智能感知传感器，光纤光栅支架倾角传感器、支架压力传感器、曲率传感器等采煤工作面装备姿态感知传感器，以及光纤光栅传感器标定工作台，为智能化采煤工作面建设提供了基于光纤传感技术的智能感知设备；整合多种光纤光栅传感器，构建了煤矿开采环境与工作面装备姿态多参量光纤光栅智能感知体系，解决了煤矿开采过程感知数据多源异构容量大、感知设备不易复用、组网难等问题；开发了煤矿开采环境安全预警与装备姿态决策系统软件，形成集“光纤光栅智能感知−动态响应−前兆预警−安全决策”于一体的煤矿开采安全决策体系；分析指出研发多场景适用的特殊材质光纤产品、适应煤矿开采需求的封装技术、兼顾精度与成本的解调仪硬件，将有助于推动光纤传感技术在煤矿智能化开采信息感知方面的应用。

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2023年第06期

200

137
UWB雷达在矿山钻孔救援中的应用研究

作者(Author)：文虎, 周博, 郑学召, 康玉国, 蔡国斌, 黄渊, 丁文

摘要：超宽带（UWB）雷达探测技术可实现面向钻孔救援的矿井人体目标探测，但UWB电磁波易受灾变矿井复杂环境影响，UWB雷达回波信号易受到灾变矿井背景杂波、环境噪声影响，导致难以实现灾变矿井人体目标精准探测。针对上述问题，介绍了基于UWB雷达的井下目标探测场景及人体目标探测原理，分析了UWB电磁波特性研究现状和UWB回波噪声滤除方法研究现状。总结了存在的问题：① UWB电磁波在灾变矿井复杂环境中的传播特性需深入研究。② 背景杂波产生原因尚未明晰，灾变矿井背景杂波与环境噪声滤除技术研究较少。③ 面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术仍需改进。针对现有技术的不足，展望了面向钻孔救援的UWB雷达井下人体目标探测技术的发展趋势：① 深入研究UWB电磁波穿透传输关键表征参数对井下复杂环境特征的敏感程度。② 构建适用于灾变矿井的背景杂波与环境噪声滤除方法。③ 深入优化面向钻孔救援的UWB雷达人体目标探测技术。

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工矿自动化

2023年第06期

133

56
基于底板岩巷全生命周期瓦斯治理技术研究

作者(Author)：翟成, 唐伟

摘要：对于缺乏开采保护层条件的矿井，底板岩巷条带预抽煤层瓦斯是主流瓦斯治理方法。分析指出底板岩巷在实际应用中存在空间层位选择差异较大、穿层冲孔致煤巷围岩稳定性差、底板岩巷掘进造价高且利用效率低等问题。以底板岩巷为基础，考虑整个煤炭生产过程中的瓦斯问题，提出了基于底板岩巷全生命周期瓦斯治理技术，形成了“层位优选−穿层冲孔−穿层注浆−采动抽采−矸石回填”五位一体的瓦斯综合治理模式。以首山一矿为例，通过测定采煤工作面地层的岩石力学性质，基于数值方法分析了巷道掘进和工作面回采条件下底板岩巷的稳定性，根据围岩损伤特征和采动围岩应力分布，确定了将底板岩巷布置在采煤工作面运输巷下部16 m、与上部运输巷内错1 m位置。对底板岩巷穿层水力冲孔钻孔布置进行优化，设定了组间距6.4 m、每组按单双号交错打孔的方案，通过测定水力冲孔钻孔残余瓦斯压力得出水力冲孔有效影响范围超过4 m，钻孔瓦斯浓度较高、衰减较慢，条带预抽效果良好。通过穿层注浆技术改善上部破碎煤体性质，钻孔窥探显示经过穿层注浆加固后的煤体强度提高、破碎程度降低，巷帮变形量监测结果表明巷道围岩整体稳定性较好、煤层强度提高，钻屑量监测结果表明注浆加固范围超过5 m，有效降低了巷道掘进的突出危险性。通过底板岩巷穿层钻孔，对工作面回采期间采动卸压瓦斯进行抽采，发现采动有效影响范围为采煤工作面前方50 m，采动影响区内瓦斯抽采效果良好，采煤工作面风流瓦斯体积分数降低至0.45%以下，有效降低了采煤工作面瓦斯浓度。回采结束后，设计了底板岩巷矸石回填方法，以降低矸石出井成本，提高巷道利用效率。

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工矿自动化

2023年第06期

147

123
灾后救援生命探测仪的现状和发展趋势

作者(Author)：郑学召, 杨卓瑞, 郭军, 蔡国斌, 王宝元, 寇智哲, 肖永福, 张小军

摘要：生命探测仪作为灾后及时救援的一种设备，在定位、探索与搜寻生命体方面发挥着不可替代的作用。分析了目前所使用的生命探测仪即雷达生命探测仪、音频生命探测仪、红外生命探测仪及其他种类生命探测仪的工作原理、技术特点、使用场景及优缺点，并结合实际应用指出上述生命探测仪存在的问题：① 探测技术单一，综合集成化不高。② 探测方式传统、设备智能化程度不足。③ 探测仪零件未统型，设备维修困难。④ 部分生命探测仪体积较大，携带不便，影响救援效率。针对现有的不足和问题，提出生命探测仪的发展趋势：① 提高生命探测仪的集成程度，设计使用采集信息的多源化融合的生命探测装置，使用多种信息源来进行生命信息的获取探测。② 提高生命探测仪的智能化水平，赋予生命探测仪部分自主决策权，降低由于操作人员操作不当导致的生命探测误差。③ 设计模块化的生命探测仪，并制定相关的标准规程，对同种生命探测仪的零件进行统型，降低生命探测仪的维修和保养难度。④ 提高生命探测仪的电路板设计精度，充分利用空间构造，在不缩减生命探测仪功能情况下减小体积，提高便携性。

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工矿自动化

2023年第06期

114

43
智能反射面技术及其在煤矿井下无线盲区覆盖的应用探讨

作者(Author)：李世银, 张鹏, 闵明慧, 李志伟, 张梦迪, 肖家杨

摘要：针对现有无线通信技术在煤矿井下非视距场景中无线盲区覆盖所面临的难题，提出在煤矿井下无线通信系统中引入智能反射面（IRS）实现无线信号覆盖补盲的解决思路。分析了煤矿井下无线覆盖盲区问题的成因，包括封闭的矿井环境特征、普遍存在的非视距场景、发射功率与天线设置的安全约束。然而传统的煤矿井下无线覆盖盲区问题解决方案在硬件部署、维护成本、技术实现等方面存在局限性，无法真正满足矿山具体场景下的安全和高效通信需求。IRS因其低成本、低功耗、易部署和可扩展性等特点，在实现覆盖补盲方面具有性能优势。从硬件结构、辅助的信道模型和典型应用场景（精准定位、信能同传、无人机通信、边缘计算和物理层安全）3个方面介绍了IRS技术。提出了利用IRS技术优化井下无线盲区覆盖：通过在煤矿井下合理部署IRS，减少墙体对主要信号分量的吸收和散射，并利用IRS可调控的反射特性来优化信号的传播，以显著提高信号强度和覆盖范围。指出了IRS技术在煤矿井下无线通信中未来研究方向，包括IRS辅助的覆盖补盲系统的能量管理、基于人工智能的IRS辅助的井下通信、新型IRS技术应用和IRS灵活部署。

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工矿自动化

2023年第06期

162

52
煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型

作者(Author)：王宏伟, 郄晨飞, 付翔, 李进, 王浩然

摘要：智能决策支持的掘进多行为协同控制是煤矿掘进工作面智能化的核心之一，掘进多行为协同控制的最优时序规划是智能决策的关键。针对煤矿掘进多行为控制模式单一、固化、协同作业能力差等问题，设计了一种煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型，实现了掘进多行为在最优时序下的协同作业。首先，提出了掘进多行为协同控制智能决策方法，确定了掘进多行为可行时序规划集和多目标最优时序规划策略；其次，根据掘进现场的规定和工艺要求，确定了掘进动作事件集，通过对事件集中两两动作事件之间时间关系的分析，求出掘进多行为时间关系约束矩阵；然后，根据时间点关系约束矩阵转换方法，将掘进多行为时间关系约束矩阵转换为时间点关系约束矩阵，再求出掘进多行为可行时序规划集；最后，定义不同掘进目标下的求解函数，求得不同掘进目标的最优时序。实验结果表明，在不同掘进目标下，按照模型决策出的掘进动作最优时序规划结果，掘进机器人可无干涉协同作业，且掘进作业1个工作循环的执行时间与决策模型计算的时间基本一致。

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2023年第06期

173

150