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《工矿自动化》2023年最具传播力论文榜单

来源：工矿自动化

本榜单是编辑部从2023年1月—12月所有刊登在《工矿自动化》公众号的好文推荐微文中，根据阅读数量评选出的2023年度最具传播力前10篇文章，特此发布。

行业视野: 工矿自动化
类别; 64个
关键词; 45位
专家; 10篇
论文; 1942IP
点击量; 664次
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煤矿井下空气质量革命技术现状与展望

作者(Author)：袁亮, 薛生, 郑晓亮, 江丙友

摘要：我国煤矿安全高效开采技术处于世界领先水平，但以粉尘为主的毒害物质、高温、高湿、噪声等多种职业危害因素诱发的职业疾病长期困扰煤矿从业人员，目前职业病危害已超过安全事故对职工的伤害，严重制约行业未来发展。提出了井下空气质量革命理念，全面总结了井下控降尘技术（包括煤层注水减尘技术、喷雾降尘技术、通风排尘技术、化学试剂抑尘技术、井下空气质量革命控降尘体系）、燃油车辆尾气治理、井下空气质量监测预警系统的现状。为进一步推进井下空气质量革命理论与技术突破，立足于“分源−分区−分级−分策”的粉尘高效治理理念，寻求建立多源多相多场粉尘协同降尘与综合治理的理论体系；指明了采掘区域粉尘高效智能防控技术及装备、矿井粉尘环境多参量同步智能监测技术及装备等关键技术装备的发展方向；指出必须充分融合理工医管学科建立煤矿粉尘防控多主体协同体系，为井下空气质量革命由目前的起步阶段向中高级阶段发展奠定理论与技术基础，分步实现煤矿从业人员生命全周期职业健康的目标，最终做到煤矿职业病少发病或零发病，助力健康中国战略。

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2023年第06期

198

105
煤矿智能化掘进关键技术研究

作者(Author)：李飞, 张林, 尚宇琦, 孔德中, 王玉亮, 陈龙, 张枝伟

摘要：介绍了近年来煤矿巷道掘进主要技术（悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术及掘锚一体化掘进技术）的研究成果，分析了这3种主要巷道掘进技术在我国的适用性及推广价值，指出：(1)悬臂式掘进机综掘技术仅能“前掘后锚”，掘进与支护的过程不能同时进行，限制了掘进效率。(2)连续采煤机掘进技术仅可在近水平煤层条件下进行，且对顶板的稳定程度有一定要求，适用性不强。(3)掘锚一体化掘进技术仅适用于巷道断面大的单巷快速掘进，所用到的掘锚一体机机身大且价格昂贵，并对所掘进巷道的底板稳定性有一定的要求。相比连续采煤机掘进技术，掘锚一体化掘进技术在我国有较好的应用前景。将原有掘进机的掘进功能拓展为掘进兼支护的功能，这对掘锚一体化掘进技术的研究与普及可起到推动作用。分析了近年来煤矿巷道机器人化智能掘进技术中智能截割、远程智能监控、智能协同控制3个方面的研究成果，得出：(1)智能截割技术主要集中在对煤岩自适应识别方面的研究。(2)远程智能监控技术已从远程实时监测向远程可视化监控方向发展，虚拟仿真技术的发展将井下掘进巷道的情况可视化地展现在地面，并将控制信号反馈到掘进工作面来对掘进工作面掘进机组进行远程同步控制，成为当前巷道掘进远程监控智能化的重要标志。(3)目前针对智能协同控制技术的研究较少。探讨了煤矿巷道掘进智能化的发展方向：加强掘进设备集成协同化、设备模块化组合、5G矿用无线网络设备、掘进远程智能监控系统及难掘慢掘巷道掘进工程等方面的研究。

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2023年第04期

228
煤矿用5G通信系统标准研究制定

作者(Author)：孙继平

摘要：为满足煤矿远程监控、视频监视、数据采集、语音通信等需求，煤矿用5G通信系统应具有下列功能：① 远程控制、监控、定位、监视和语音等不同业务承载功能。② 采煤机、掘进机、电铲、挖掘机、无轨胶轮车及电机车等远程控制功能。③ 矿用运输车辆应急远程接管功能。④ 摄像机音视频的远程实时传输功能。⑤ 监控设备、传感器、车辆辅助驾驶等数据采集功能。⑥ 语音通话功能，支持矿用融合调度系统。⑦ 端到端切片功能，满足远程控制、监控、视频和语音等差异化的业务性能要求，提供对应的端到端切片资源。⑧ 支持SA组网方式，支持5G NR的通信制式。⑨ 支持5G LAN以太网通信。⑩ 应急惯性运行功能，当矿区专网与通信运营商公用网络失联时，本地业务可持续在线作业。⑪ 设备级冗余保护功能，当单个物理端口故障时，数据业务不中断。⑫ 核心网双设备冗余保护功能，当主设备故障时，切换备用设备继续提供服务。⑬ 核心网控制面传输机密性和完整性保护功能，保证核心网控制面的安全。⑭ 终端认证、检查和限制接入系统非授权终端的功能，支持煤矿企业安全服务器对终端的认证。⑮ 防止终端攻击系统和合法终端功能。⑯ 核心网、传输设备、基站控制器、基站和终端集成一体化管理的功能。⑰ 网络性能和业务服务性能集中监控功能。⑱ 异常可视告警与故障定位功能。⑲ 矿用5G网络资源评估功能，当煤矿增加新业务或更多终端接入5G网络时，应能评估5G网络资源利用率，并给出是否可上新业务的报告。⑳ 备用电源。煤矿用5G通信系统的主要技术指标应满足下列要求：① 上行速率为20 Mbit/s，无线工作频段为700～900 MHz时，井工煤矿的基站无线覆盖半径（无遮挡）≥500 m；无线工作频段为其他工作频段时，井工煤矿的基站无线覆盖半径（无遮挡）≥150 m。当上行速率为30 Mbit/s时，露天煤矿的基站无线覆盖半径（无遮挡）≥400 m。② 基站到基站控制器的有线传输距离≥10 km。③ 系统最大接入终端数量≥20 000个。④ 井工煤矿的基站和终端无线发射功率≤6 W；露天煤矿的基站发射功率≤320 W；露天煤矿的终端无线发射功率≤6 W。⑤ 基站无线接收灵敏度≤−95 dBm；终端无线接收灵敏度≤−85 dBm。⑥ 无线工作频率应在700 MHz、800 MHz、900 MHz、1.9/2.1GHz、2.6 GHz、3.3 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz、6 GHz等频段中选取（井工煤矿优选700～900 MHz）。⑦ 在制式为TDD、帧结构为1D3U1S时，基站接入的多用户的上行平均吞吐率≥600 Mbit/s，下行平均吞吐率≥250 Mbit/s。⑧ 对于井工煤矿，在1 Mbit/s和20 Mbit/s上行业务运行时，系统平均时延应小于20 ms，且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.99%；对于露天煤矿，在1 Mbit/s和30 Mbit/s上行业务运行时，系统平均时延应小于20 ms，且端到端时延稳定性应小于100 ms的概率不低于99.9%。⑨ 单用户的丢包率≤0.01%。⑩ 单用户从基站A小区切换到基站B小区的切换时延≤100 ms。⑪ 移动台蓄电池连续工作时间应不小于11 h，其中，通话时间应不小于2 h。⑫ 在电网停电后，备用电源向基站、基站控制器及传输设备连续供电时间≥4 h。

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工矿自动化

2023年第08期

237

95
煤矿井下无线传输衰减分析测试与最佳工作频段研究

作者(Author)：孙继平, 梁伟锋, 彭铭, 张高敏, 潘涛, 张侯, 李小伟

摘要：5G,UWB,ZigBee,WiFi6等矿井移动通信、人员及车辆定位、无线传输等技术在煤矿井下应用，促进了煤矿安全生产和煤矿智能化建设。然而受电气防爆的限制，煤矿井下无线发射功率不大于6 W，制约着矿井无线传输距离，增加了基站用量和系统成本，不便于系统使用和维护。在无线发射功率受电气防爆限制的条件下，选择传输衰减较小的无线工作频段，可有效提高无线传输距离，减小基站用量和系统成本。为满足矿井无线传输工作频段选择与优化的需求，在国家能源集团国神公司三道沟煤矿的辅助运输大巷和综采工作面分别进行了700 MHz～6 GHz频段的无线传输测试，并对测试结果进行了分析，提出了矿井无线传输优选频段：(1)辅助运输大巷无线传输的最佳工作频段为700～910 MHz。(2)综采工作面无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。(3)辅助运输大巷无线传输衰减比综采工作面无线传输衰减小，且随着频率增大，辅助运输大巷与综采工作面无线传输衰减的差值变小。(4)矿井无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。

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2023年第04期

296
煤巷支护参数预测研究

作者(Author)：陈攀, 马鑫民, 向俊杰, 陈莉影, 梁厅皓

摘要：目前支持向量机（SVM）和随机森林（RF）等算法在煤矿巷道支护领域应用较少。研究了不同的机器学习模型进行支护参数设计的适用性，以建立一个更高性能的模型来实现锚杆支护的合理、科学设计。首先建立煤巷支护智能预测数据库：采用现场调研、问卷调查和文献检索等方式收集煤矿巷道样本；采用缺失值填补、箱形图修改离群点和局部异常因子剔除等方式对数据进行处理，建立煤巷支护数据库。提出一种基于合成少数类过采样（SMOTE）−遗传算法（GA）−SVM的煤巷支护参数预测模型：将数据库中的数据分成训练集与测试集，采用SMOTE技术平衡训练样本，提高模型对少数类样本的拟合能力；训练过程采用GA对SVM的超参数进行全局寻优，进一步提高模型整体性能。测试结果表明，SMOTE−GA−SVM模型的分类精度达到83.8%，比传统的SVM模型提高了21.8%。将SVM、人工神经网络（ANN）、RF、AdaBoost（ADA）和朴素贝叶斯分类器（NBC）等机器学习方法引入到煤巷锚杆支护参数预测中，建立对应的支护参数预测模型，比较结果表明：从最优到最差的预测模型排序分别为SMOTE−GA−SVM、RF、GA−ANN、SVM、NBC和ADA，6种模型的平均分类精度达69.9%，验证了机器学习方法在煤巷锚杆支护参数预测方面的可行性。在山西霍宝干河煤矿有限公司对SMOTE−GA−SVM模型进行了应用，模型预测准确率达87.5%，具有较强的适用性和可靠性。

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2023年第10期

96

26
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

234

111
长距离掘进工作面局部通风智能联动调控研究

作者(Author)：王磊, 王凯

摘要：现有长距离掘进通风调控研究多局限于局部通风机本身进行变频调风，少有针对长距离掘进工作面按需供风导向的研究。针对该问题，提出了一种长距离掘进工作面局部通风智能调控系统设计方案，该系统由井下监控系统、通风异常调控系统、地面工作站组成。井下监控系统通过对井下通风机、风筒和工作面进行实时监控，实现对局部通风机工作异常状态的研判预警、对风筒内部漏风情况的动态分析及对实际供需风量的动态预测。通风异常调控系统通过识别井下通风参数异常情况，制定不同参数不同等级的风险协同处置策略，实时显示掘进工作面瓦斯浓度等参数分布的具体情况。地面工作站挖掘工作面风流状态与风筒参数的潜在规律，形成风流−风筒调控模型，根据掘进工作面风流流动分布状态实现对风筒的实时调控；同时建立理论供风量、实际供风量、实际需风量相匹配的变频预测调风模型，基于变频调风模型和实时通风参数确定通风机运行频率，通过通风机智能变频实现按需供风，并在通风异常情况下，基于瓦斯涌出量预测和风排瓦斯极限能力辅以钻孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯浓度，实现对长距离掘进工作面的通风安全保障。以转龙湾煤矿23303掘进工作面为例，对风流进行数值模拟，研究工作面风流分布状态，为掘进工作面风速传感器的布置调整提供依据。提出2种通风联动调控方式，即常态下变频调风和异常情况下调控排风：在常态下通过供需匹配分析确定通风机运行频率，实现通风机的智能变频调风；在通风异常情况下采用4种调控排风规则，保障长距离掘进工作面的通风安全，同时达到节能减排效果。构建了局部通风系统健康指标综合评价体系，通过综合评价模型和健康指数，实现对局部通风系统的实时健康“体检”，并定量显示不同指标的风险等级，确保局部通风系统处于健康状态。

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工矿自动化

2023年第09期

174

116
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

198

112