《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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矿井无人驾驶环境感知技术研究现状及展望

作者(Author)：胡青松, 孟春蕾, 李世银, 孙彦景

摘要：矿井辅助运输系统是煤矿企业运输人员和重要物料、装备的必备系统，实现矿井无人驾驶是提高运输效率、保障运输安全的必然要求，也是落实国家煤矿智能化建设部署的必由之路。矿井无人驾驶依赖于准确实时的环境感知，即利用激光雷达、毫米波雷达等车载感知器件和车联网支持下的协同感知，实现车辆局部甚至矿井全局的精确详尽感知。对矿井无人驾驶环境感知技术的研究现状进行了系统梳理，指出巷道特殊环境使得矿井车载感知设备的性能都将出现不同程度的下降，并对各种车载感知设备的优劣进行了总结归纳；详细阐述了矿井无人驾驶环境感知的关键技术，包括基于可见光图像或激光点云的单传感器障碍物识别方法，多传感器融合感知的分类及可见光图像+激光点云、可见光图像+毫米波点云、可见光图像+激光点云+毫米波点云、4D毫米波雷达+其他感知器件等多传感器融合方式，智能网联协同感知的实现方式、数据处理方法及其对无人驾驶的促进作用，井下巷道交通标志检测与识别方法，井下无轨胶轮车和有轨机车的巷道可行驶区域分割方法等；对矿井无人驾驶环境感知技术的发展方向进行了展望，建议提高矿井多传感器融合性能、研究矿井自适应感知算法并突破矿井智能网联协同感知技术。

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工矿自动化

2023年第06期

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智能矿山低代码工业物联网平台设计

作者(Author)：贺耀宜, 陈晓晶, 郝振宇, 丁磊, 高文

摘要：随着智能矿山建设的稳步推进和煤炭企业数字化转型的加速实施，煤矿企业用户业务数字化应用需求呈指数式增长，对业务应用开发效率提出更高要求，传统的煤炭行业应用系统开发模式过度依赖专业厂家，实施周期长、实施成本高、资源重复利用率低，难以满足煤矿用户对快速开发业务应用的管理要求。针对上述问题，提出了一种采用“模型驱动”开发模式的智能矿山低代码工业物联网平台设计方案。基于微服务技术设计了包含数据采集层、数据处理层、数据存储层、数据发布层、人机交互与应用层的平台架构，在每个层级运行平台通过解析引擎解析开发平台配置对应的功能；通过设计数据编码与主数据规范、平台内部数据交互规范、平台接口与服务等构建统一技术体系，实现了煤矿作业现场各类物联网监控对象的统一监管；通过开发低代码组件工具箱，将原本在煤矿各类监控系统软件中需要通过定制化开发的系列通用功能和业务逻辑进行统一封装，形成可直接复用的组件，使其可适应煤矿不同类型监控系统应用，为用户提供一个通过拖拽组件和配置参数等方式即可完成智能矿山应用软件开发的可视化开发环境。应用结果表明，该平台可为煤矿监控类系统提供快速开发平台，满足煤矿用户日常提出的紧急定制化任务开发需求。

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2023年第06期

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带式输送机系统故障诊断方法综述

作者(Author)：杨春雨, 曹博仕, 张鑫, 姬明君

摘要：输送带和驱动装置是带式输送机的主要组成部分且为故障高发部位，以输送带故障和驱动装置故障为切入点，分析了输送带跑偏、打滑、损伤、堆料撒料等故障及驱动装置滚筒、托辊、减速器等故障的机理，重点阐述了知识驱动和数据驱动的带式输送机故障诊断方法研究进展。知识驱动法以知识处理技术为基础，实现符号处理和数值处理的统一、推理过程和算法过程的统一，主要包括专家系统、故障树分析法。数据驱动法采用机器学习和数据挖掘等技术对历史数据进行分析处理，建立诊断模型，达到故障诊断目的，主要包括支持向量机（SVM）、比差法、基于声音和视觉的诊断方法。分析了带式输送机故障诊断方法目前存在的挑战和未来发展趋势：① 结合历史故障数据和实时数据推断设备健康状况，预测早期微小故障，提醒工作人员进行预测性维护。② 揭示带式输送机耦合故障的关联关系，利用人工智能等新兴技术研究耦合故障联合诊断方法。③ 利用多模态机器学习技术研究带式输送机多模态信息融合利用机制，开发带式输送机多模态信息融合故障诊断方法。④ 将故障知识图谱和带式输送机领域知识相结合，实现带式输送机设备故障追踪、故障超前预警，通过知识查询、知识推理和辅助决策功能，提高故障处理、精准挖掘设备潜在故障风险的能力。

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工矿自动化

2023年第06期

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半波振子结构在井下5G辐射场中的安全性分析

作者(Author)：田子建, 降滉舟, 常琳, 刘斌, 王文清

摘要：GB 3836.1−2021《爆炸性环境第1部分设备通用要求》规定，爆炸性环境中射频设备的射频阈功率不得大于6 W，该规定引自欧盟标准，缺乏试验验证，严重制约了5G技术在煤井下的应用。为了重新评价矿井5G通信设备辐射电磁波能量的安全性，分析得出金属结构耦合电磁波产生放电的形式应为低压分断电路电弧放电；分析了金属结构耦合电磁波产生的放电能量，选择最易耦合电磁波的半波振子结构为研究对象，通过比较得出等效半波振子等价直流放电电路产生的放电能量大于等价高频放电电路产生的放电能量，从而将分析金属结构耦合电磁波放电的安全性转换为分析金属结构的等效半波振子天线等价直流放电电路的安全性。选择直流本安电路的安全性判别原则来判断等效半波振子等价直流放电电路的安全性，通过计算放电功率和能量，得出5G射频设备辐射功率不大于10.5 W时，将不会点燃爆炸性的瓦斯气体，因此，可将5G通信系统射频基站的安全辐射功率提高到10.5 W。

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2023年第06期

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矿用5G网络切片技术研究

作者(Author)：孟庆勇, 姜玉峰, 李晨鑫, 张立亚

摘要：网络切片是5G网络的一项重要技术，现有矿用5G研究主要集中于系统架构及应用场景，缺乏对切片技术具体实现方案的研究。针对该问题，通过分析矿用5G网络的基本结构及智能矿山的应用需求，提出利用FlexE的通道化功能实现传输网的资源分配及业务隔离，从而在同一网络基础设施上构建多个按需定制的专用逻辑网络，即网络切片。根据当前矿用信息通信系统及智能矿山应用情况，提出矿用5G网络基础切片划分+基于带宽权重的传输资源分配方法，将网络划分为低时延业务、大带宽业务、工业环网业务、特定业务（无人化协同控制）及预留业务5类切片，并通过进一步的虚拟专用网(VPN)划分方法，设计差异化的带宽权重，以确保充足的传输资源，避免信道拥塞。根据不同业务对时延、带宽的要求，定义具体的5G QoS标志符（5QI），并根据5QI进行业务映射及隔离，为各类业务提供所需的服务级别。在实验室条件下，对矿用5G网络系统的业务调度时间和端到端时延2项指标进行测试，结果表明：网络切片与传统的尽力而为服务模型相比，能够实现更加高效的业务调度，在高负载的场景下，平均调度时间减少了10.9%；在同一业务切片内，矿用5G网络的平均端到端时延为10.33 ms，为无人化协同控制等业务的实施提供了必要条件。

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工矿自动化

2023年第06期

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基于改进概率路线图算法的煤矿机器人路径规划方法

作者(Author)：薛光辉, 刘爽, 王梓杰, 李亚男

摘要：路径规划是煤矿机器人在煤矿井下非结构化狭长受限空间中应用亟待解决的关键技术之一。针对传统概率路线图（PRM）算法在空间狭长封闭巷道环境中难以保障采样的节点均匀分布于自由空间中导致路径规划失效，以及节点可能距离障碍物较近导致规划的路径可通行性差等问题，提出了一种基于改进PRM算法的煤矿机器人路径规划方法。在构造阶段引入人工势场法，将落在障碍物中的节点沿与其距离最近自由空间中的节点连线方向推至自由空间，并在障碍物边缘建立斥力场，实现节点的均匀分布且使其距离障碍物有一定距离；在查询阶段融合D* Lite算法，当遇到动态障碍物或前方无法通行时可实现路径的重规划。仿真结果表明：改进PRM算法的节点均匀分布在自由空间中，且均距离障碍物一定距离，提高了路径规划的安全性；当节点数为100个时，改进PRM算法成功率较传统PRM算法提高了25%；随着节点数增加，传统PRM算法和改进PRM算法路径规划成功次数均呈增长趋势，但改进PRM算法在效率方面优势更明显；当节点数为400个时，改进PRM算法运行效率较传统PRM算法提高了35.13%，且规划的路径更平滑，路径长度更短；当障碍物突然出现时，改进PRM算法能够实现路径的重规划。

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2023年第06期

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基于煤岩可钻性的钻孔机器人自适应控制方法

作者(Author)：李旺年, 张幼振, 田宏亮, 李泉新, 魏宏超

摘要：由于含煤地层的地质力学环境复杂，导致钻孔机器人给进系统的给进阻力和回转系统的负载转矩复杂多样。现有技术仅通过既定程序控制执行机构进行流程化的动作，钻进过程的自适应智能控制水平低，当钻进工况变化时易造成卡钻、断钻等事故，降低钻孔机器人的钻进效率，影响工作周期。针对该问题，提出一种基于煤岩可钻性的钻孔机器人给进回转双回路PID自适应控制方法。首先以钻进效率和钻进安全为控制目标，选择钻压、转矩作为煤岩可钻性模型的输入参数，运用小波包分解对钻进过程数据进行特征提取，得到样本数据和测试集，利用BP神经网络进行训练和验证，建立煤岩可钻性模型，获取当前钻进工况下推荐钻速和转速。然后基于煤岩可钻性模型，设计了基于PID控制的恒转矩控制策略和恒钻速控制策略，钻孔机器人给进回转控制系统通过恒转矩控制回路对设定钻压进行调整以实现恒转矩控制，通过恒钻速控制回路对设定转矩进行调整以实现恒钻速控制，在确保其安全工作下提高钻进效率。最后建立反映给进回转负载的钻头−煤岩相互作用模型并对钻孔机器人给进回转双回路PID自适应控制方法进行仿真测试。结果表明：① 在煤岩硬度不变时，该控制方法可以实现恒转矩和恒钻速控制，转矩保持在2 000 N·m，钻速保持在6 mm/s。② 在50 s时，增大煤岩硬度，采用自适应调整策略后，钻孔机器人给进回转控制系统的钻压、转速等可以很快达到稳定状态。③ 若推荐钻速6 mm/s对应的实际转矩2 350 N·m超过钻孔机器人工作允许的负载转矩，且其实际转速85 r/min小于推荐转速的95%时，通过钻速微调模块降低推荐钻速设定值，进而通过调整钻压使钻孔机器人的转矩调整至最优转矩，确保钻孔机器人再次稳定在恒转矩和恒钻速控制状态。

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2023年第06期

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从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年

作者(Author)：王国法, 杜毅博, 陈晓晶, 王晖, 包建军, 邢震, 贺耀宜, 韩安, 顾义东

摘要：回顾《工矿自动化》杂志推动和见证中国煤炭50年从煤矿机械化到自动化和智能化发展与创新实践的发展概况，阐述了煤矿自动化和智能化的创新历程。对煤矿信息基础设施、自动化及智能化装备和系统的研发与实践进行了分析。实现异构网络融合与统一承载是煤矿自动化、智能化的信息基础。在主干网+接入网异构网络不断成熟的基础上，有线通信传输速率已达10 Gibit/s以上，5G和WiFi6等无线通信技术得到广泛应用，为煤矿智能化建设提供了可靠的通信平台；将有线通信、无线通信、IP广播、人员位置监测系统、视频监控系统融合，构建多网融合通信系统，实现了融合承载网络与统一位置服务。煤矿自动化、智能化装备发展迅速，采煤工作面在实现工作面采煤机记忆截割、液压支架自动跟机移架等技术的基础上，探索基于透明地质的工作面自适应截割技术、自动放煤控制技术等；掘进工作面在实现仿形截割、定位导航、远程控制的基础上，针对钻锚一体化、多机协同、基于地质模型的掘进截割模板规划等技术进行攻关，取得较好效果；智能变频节能传动支撑煤流运输系统智能装备发展；煤矿机器人集成研发及应用，巡检机器人成熟应用，智能辅助作业机器人得到攻关，多场景机器人集群调度指挥系统研发形成机器人集群。煤矿自动化和智能化建设由单系统自动化、矿井综合自动化、矿山物联网阶段正式迈入智能矿山综合管控阶段，实现智能感知、智能自控、高速传输、协同管控和智能决策是智能化发展的必然要求。提出了煤矿智能化技术迭代发展重点方向，包括建立高精度透明地质模型、无人操作系统常态化可靠运行、构建煤矿巨系统智能化兼容与协同机制、“掘、采、运、洗、销”全流程智能协同管控、优化柔性煤炭生产供给体系。

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2023年第06期

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