煤矿智能化学术专题_中国煤炭行业知识服务平台

煤矿智能化学术专题

来源：《煤炭科学技术》2019年第3、4期

煤矿智能化是适应现代工业技术革命发展趋势、保障国家能源安全、实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过改革开放四十年的创新发展，我国煤矿实现了从普通机械化、综合机械化到自动化的跨越，并开始向智能化迈进，为我国经济社会发展提供了可靠的能源保障。然而，我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段，存在研发滞后企业发展需求、技术标准与规范缺失、技术装备保障不足、研发平台不健全、高端人才匮乏等问题。因此，应理清发展思路，创新发展模式，加快推进煤矿智能化技术与装备标准体系建设，持续深入开展煤矿智能化基础理论与技术短板攻关，加强产学研用的协同创新，推动煤矿智能化人才队伍建设，提高煤矿智能化建设的综合保障能力。为促进矿山智能化技术成果交流与理论实践进步，推进我国煤矿智能化建设进程，《煤炭科学技术》于2019年第3、4期组织策划了“煤矿智能化学术专题”，邀请国内煤矿智能化技术研究与应用领域的专家、学者撰稿，报道了智慧煤矿建设主体架构设计、智慧矿山标准体系建设、智能化无人开采技术、大数据分析与处理技术、智能装备制造、矿井水智能探测与防治技术、智能辅助运输系统、智能综合管理技术等方面的研究。在此衷心感谢各位作者为此专题撰稿，特别感谢王国法院士工作团队、中国煤炭科工集团、中国矿业大学（北京）、陕西煤业化工集团、神东煤炭集团、兖矿集团、大同煤矿集团等在专题组稿、撰稿等方面给予的大力支持与帮助！

行业视野: 采矿
类别; 90个
关键词; 60位
专家; 20篇
论文; 33089IP
点击量; 26786次
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矿用装备全生命周期服务系统的研究与应用

作者(Author)：秦翥

摘要：针对目前矿用装备制造业在设计选型、加工制造、安全生产、监控追溯等方面，存在信息技术发展缓慢、数据整合程度低下、问题反馈滞后等现状，提出了一种基于WSRF的矿用装备全生命周期服务系统，实现了分布式矿用装备从设计到应用阶段相关软、硬件资源的封装与存放，利用资源虚拟化及动态构建技术敏捷响应用户需求，通过XML文档解决消息传递过程的标准化问题。该系统在实际环境下完成搭建并试运行，结果表明：能够有效提高矿用装备的资源利用率，实现接入域内的信息共享与功能重组，将实际应用中存在的问题及时反馈，用于改进产品在设计、检测及制造等环节存在的缺陷，进一步加强矿用装备的安全监管力度，为矿用装备智能制造与智能化管控奠定基础。

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煤炭科学技术

2019年第04期

764

693
矿山设备全生命周期信息集成与工况判别算法研究

作者(Author)：于嘉成, 王刚, 刘卫东, 宁永杰, 蒋晗晗

摘要：针对矿山设备的全生命周期数据集成和设备大量监测数据信息挖掘问题，提出一种基于矿山物联网平台的设备全生命周期信息集成与工况判别算法。通过基于“逻辑设备-逻辑节点-数据类和数据属性”的分层模型结构完成数据的基本划分，采用松耦合方式完成基于矿山物联网平台的设备的全生命周期数据集成。最后，结合异常检测算法，提出了一种基于状态的设备监测数据判别算法，完成设备的工况判别。试验测试结果表明：结合从矿山物联网平台采集的设备运行检修阶段信息，利用Python语言完成用户接口构建，验证了集成方法的可行性，并以通风机设备为例验证了工况判别算法的有效性。

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煤炭科学技术

2019年第04期

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可视化矿山的发展现状及关键技术

作者(Author)：贺雁鹏, 黄庆享, 曹健

摘要：可视化矿山的建设是智慧煤矿的重要组成部分。通过总结目前可视化矿山的国内外发展现状，分析了可视化矿山建设存在的若干问题，结合模拟仿真、多场智能监测监控、大数据处理、物联网与互联网+ 等先进技术手段，提出了可视化矿山的建设应包括数据可视化、模型可视化、场景可视化和沉浸式（CAVE）可视化4个方面。同时，提出了以采矿模拟仿真的可视化矿山建设为基础，自动化和信息化建设为手段，智能化开采为目标的新型采矿研究体系，设计了由设备感知层、网络数据处理层、关键技术应用层和协同管理层构成的系统总体架构，形成了“一个核心（可视化矿山建设为核心）、多类数据库（数据库是可视化的载体）、一个标准平台（多信息融合）和一个服务目标（协同管理与决策）”的技术框架，基于2类3种（文档型和关系型2类，结构化、半结构化和非结构化3种）数据的处理和信息展现，实现4A式（Anyone、Anytime、Anywhere和Anydevice）关联互动平台。根据煤矿生产实践环节，针对矿山作业环境的特殊性和复杂性、安全隐患的不确定性、生产数据多样性与容量巨大性等实际问题，提出8个可视化矿山建设的关键应用技术：三维立体仿真模型、开拓和开采方案设计、矿井风量风速配置、专家决策、动态处理、危险源辨识与预警以及建立数字化集成操作平台，实现各生产环节的信息融合和智能化协同生产，促进煤炭资源的安全绿色开采。

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煤炭科学技术

2019年第04期

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基于巨磁阻效应的采煤机摇臂角度传感器设计研究

作者(Author)：李曼, 王志鹏

摘要：为解决采煤机自动高调中缺乏有效检测手段的问题，在分析采煤机摇臂结构和工作原理的基础上，提出了适合采煤机实际工况的摇臂角度测量方法，并设计了基于巨磁阻效应的角度传感器。传感器通过在摇臂销轴处安装摇杆-旋转机械部件以获取摇臂位置，并将其摆动转换为磁场旋转运动；采用集成巨磁阻（IGMR）芯片TLE5012B作为磁感应元件，单片机STM32F103C8T6为核心控制单元，实现角度信号的采集、转换、处理、显示、WiFi和RS485方式传输等。试验结果表明：基于巨磁阻效应的采煤机摇臂角度传感器在采煤机摇臂摆动范围内具有良好线性关系，非线性度为0.13%，最大绝对误差为0.23°，最大相对误差为0.20%,可实现较高精度的角度测量。

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煤炭科学技术

2019年第04期

867

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煤矿信息物理系统场景感知自配置与优化策略研究

作者(Author)：李敬兆, 宫华强

摘要：针对煤矿信息物理系统（CPS）场景感知信息多源、异构、量多等问题，导致煤矿物联网建设困难的现状，提出了一种基于云服务、边缘计算和WSN等技术的煤矿信息物理系统场景感知自配置系统。利用边缘计算的规则计算、函数计算、消息路由和断网续传等功能实现煤矿场景信息本地处理，结合云服务的资源管理和调度等优势来优化煤矿场景感知信息管理，提升煤矿场景感知的实时性和系统性，实现对自配置系统的优化，并利用WSN技术与煤矿有线感知技术相结合的方式，扩大煤矿场景感知的覆盖面，保障信息传输的可靠性，同时利用分布式文件存储系统和区块链的信息保护特性，保障煤矿生产信息存储安全。煤矿信息物理系统场景感知自配置的实现对提高煤矿生产的智能化水平和安全性具有重要的作用。

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煤炭科学技术

2019年第04期

850

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基于PSO优化NP-FSVM的煤矸光电智能分选技术研究

作者(Author)：郭永存, 于中山, 卢熠昌

摘要：为提高分选的稳定性和准确率，提出一种多特征融合的基于粒子群算法优化的法平面型隶属度函数模糊支持向量机(PSO-NP-FSVM)煤矸石分选方法。介绍了X射线探测识别煤矸石技术的基本原理与工作流程。对采集到的X射线图像经中值滤波去噪预处理后，分别提取灰度特征下的灰度均值、灰度方差，以及基于灰度共生矩阵的纹理特征下的能量、相关性、对比度和熵共计6个特征向量，并对选择的特征进行融合。利用法平面型隶属度函数能有效剔除孤立样本的优点，结合粒子群算法对模糊支持向量机分类器模型的主要参数进行优化，提出经优化改进后的PSO-NP-FSVM分类算法，采用相同的训练样本，与PSO-FSVM分类器模型进行仿真对比分析。最后，分别采用PSO-NP-FSVM、PSO-FSVM算法与单一灰度或纹理特征进行识别的方法建立分类器模型，并通过交叉验证的方法进行对比试验。试验研究结果表明：PSO-NP-FSVM算法经56次的迭代，参数达到最优，PSO-FSVM算法参数寻优需迭代63次；PSO-NP-FSVM算法的适应度函数值较小。通过多特征融合的PSO对NP-FSVM进行优化的分选方法，煤矸石的分选准确率达到93.8 %，其准确率和稳定性较普通PSO-FSVM分类器模型与单一特征识别方法，均有所提高。X射线探测的光电智能分选技术是未来煤矸石分选发展的重要趋势，此方法可改善在分选过程中因煤矸厚度的影响，导致识别准确率降低的缺陷。

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煤炭科学技术

2019年第04期

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基于多机械臂协同的煤矸分拣方法研究

作者(Author)：曹现刚, 费佳浩, 王鹏, 李宁, 苏玲玲

摘要：为了实现煤和矸石的自动化和智能化分选，降低煤炭洗选的投资和生产成本，提高煤炭质量，针对国内外目前煤炭分选方式存在的资源浪费、环境污染，分选效率较低和成本较高等问题，提出了一种多动态目标多机械臂协同的煤矸分拣方案，依据国内煤矿的煤矸分选现状和迭煤厂的工况，设计了一种适应于狭小工作空间和速度较快手拣矸输送带的煤矸分拣机器人，该机器人构建了一种基于深度学习的煤矸快速识别方法，通过实时采集煤和矸石流的图像数据，利用训练好的卷积神经网络模型自动提取煤矸图像特征，给出准确的识别信息，并通过双目立体视觉技术对已识别的矸石进行三维信息提取。由于机器人分拣目标为动态目标，对分拣运动进行了规划，采用三自由度桁架式机械臂进行分拣，提出多机械臂协同的煤矸分拣策略。试验结果表明：基于多机械臂协同的煤矸分拣机器人能够有效改善煤矸分选方法，对煤矸混合物进行快速识别和定位，煤矸混合样本下的目标识别准确率可达76.92%；采用多臂协同方案能够提升煤矸分拣效率，最终实现对煤矸快速分拣。

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煤炭科学技术

2019年第04期

1662

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煤矿机器人电气安全技术研究

作者(Author)：孙继平

摘要：研究了煤矿机器人必须要解决的动力、蓄电池防爆及充电安全等问题，并提出解决方案。提出通过限制蓄电池容量，增加防止过充、过放、过载、过热等保护，可以将免维护铅酸蓄电池放置在隔爆外壳内，用于煤矿井下爆炸性环境。提出煤矿机器人蓄电池宜采用隔爆型防爆型式。提出采用隔爆型防爆型式的锂离子蓄电池，应限制隔爆外壳内蓄电池容量，并根据隔爆外壳内锂离子蓄电池容量，提高隔爆外壳的耐爆和不传爆性能。提出难以建设机器人专用充电硐室的矿井，可设置机器人充电舱；煤矿机器人充电舱宜采用钢材制成，设置在进风巷和机器人作业区域内；机器人充电舱内必须设置灭火器材和甲烷传感器。提出煤矿机器人蓄电池有线充电宜采用隔爆型充电装置；隔爆裂充电装置和隔爆蓄电池，在对接、充电和分离状态均应保证形成独立的隔爆腔；在对接、充电和分离状态均有独立的安全闭锁机构，确保充电接口未可靠连接和充电隔爆腔未形成前，机器人及其充电装置的充电接口不带电。提出煤矿机器人蓄电池井下无线充电，会在周边金属物体上感生电动势，引爆电雷管，较高的感生电动势将会放电，会引起瓦斯爆炸和火灾；单点小功率、多点分散无线充电，不但要考核单一充电点的本质安全防爆性能，还要考核邻近多点的功率和能量叠加；提出不得将较大功率定向充电天线正对固定岗位操作工。

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煤炭科学技术

2019年第04期

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