主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團、中國煤炭學會學術期刊工作委員會
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工礦自動化

期刊英文名:Industry and Mine Automation

  《工礦自動化》(原名《煤礦自動化》),月刊,創刊于1978年,是由中國煤炭科工集團有限公司主管、中煤科工集團常州研究院有限公司主辦的面向國內外發行的報道煤礦自動化、信息化、智能化技術的專業性技術期刊。《工礦自動化》為中文核心期刊、中國科技核心期刊、RCCSE中國核心學術期刊(A),是中國煤炭學會煤礦自動化專業委員會、中國煤炭工業技術委員會信息與自動化專家委員會及電氣專家委員會學術交流的會刊。


  • 工礦自動化
    工礦自動化
  • 作者(Author):王程魯晶津
    關鍵詞(KeyWords):煤礦水害 含/導水陷落柱 音頻電穿透 三維反演 電阻率

    摘要:為精確探查含/導水陷落柱,實現含/導水陷落柱的三維立體解釋,基于含/導水陷落柱與圍巖的電性差異,利用音頻電穿透探查工作面底板巖層富水性,對音頻電穿透觀測數據進行三維反演成像,得到電阻率變化情況。結果表明,應用音頻電穿透三維反演可準確識別含/導水陷落柱空間位置、展布范圍等,為煤礦防治水工作提供可靠參考。
  • 作者(Author):趙良
    關鍵詞(KeyWords):煤層氣開采 車載鉆機 電控系統 鉆進參數監測 鉆進邏輯控制

    摘要:針對傳統機械儀表及液控方式不能滿足煤層氣車載鉆機安全、精準、高效的施工需求問題,設計了一種煤層氣車載鉆機電控系統。該系統由傳感器、副控臺、控制箱、主控臺組成:副控臺采集柴油機參數并實現柴油機啟停、油門調節和油門切換等控制功能;控制箱通過驅動液壓系統電磁閥進行邏輯控制;主控臺用于司鉆人員觀察鉆進參數和操作鉆進作業。現場應用結果表明,該系統可實時、準確地監測并顯示柴油機和鉆機鉆進參數,實現柴油機運行及鉆機鉆進邏輯控制,為輔助鉆進施工及提升鉆進質量提供了保障。
  • 作者(Author):劉飛許超王鮮姜磊畢志琴
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采 瓦斯抽采 順煤層定向鉆孔 鉆壓傳遞 復合定向鉆進

    摘要:為進一步增加順煤層定向鉆孔深度、提高超長定向鉆孔鉆進效率,分析了順煤層超長定向鉆孔鉆壓傳遞影響因素,包括鉆孔軌跡、鉆孔深度、孔內沉渣和鉆遇地層;以保德煤礦2 570 m順煤層超長定向鉆孔為工程背景,對復合定向鉆進狀態下鉆壓傳遞規律進行了研究。研究結果表明:① 隨著鉆孔深度的增加,滑動定向鉆進給進壓力呈指數型上升,最終達到鉆機額定給進壓力,鉆壓傳遞效率降低;復合鉆進狀態下,隨著鉆孔深度的增加,復合鉆進給進壓力始終保持在較低水平,且遠低于鉆機額定給進壓力,鉆機回轉壓力近似呈線性增長,但低于鉆機額定回轉壓力,鉆壓傳遞效率高。② 泥漿泵泵壓和泵量越高,排渣效率越高,鉆具摩擦阻力越小,鉆壓傳遞效率越高,反之鉆壓傳遞效率越低。
  • 作者(Author):燕斌程建遠蔡遠利李萍馮宏
    關鍵詞(KeyWords):井下鉆探 鉆機開孔定向儀 尋北系統 單軸光纖陀螺 四位置尋北 誤差補償

    摘要:針對現有鉆機開孔定位裝備在測量精度、成本及操作性上不能滿足實際需求的問題,設計了一種將基于單軸光纖陀螺的尋北系統與基于微慣性測量單元的跟蹤系統相結合的新型鉆孔開孔定向儀。以四位置尋北方法為例,介紹了尋北系統的基本原理,并從光纖陀螺的輸出誤差、安裝誤差、傾斜角誤差、轉位誤差、地球物理量誤差等方面介紹了尋北系統的各種誤差及來源。針對安裝誤差和傾斜角誤差,建立了非線性加速度誤差補償模型;針對光纖陀螺的隨機漂移誤差,采用卡爾曼濾波方法進行修正。實驗結果表明,減小傾斜角、光纖陀螺隨機漂移誤差、轉動機構轉位誤差、安裝誤差均可有效提高開孔定向儀尋北精度,滿足煤礦井下鉆探需求。
  • 作者(Author):高曉亮張獻振路前海
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采 穿層鉆孔 瓦斯抽采 隨鉆式機械掏穴鉆頭 掏穴鉆進

    摘要:為提高穿層鉆孔瓦斯抽采效果,目前常采用掏穴鉆進技術增大煤層段局部鉆孔直徑,避免了巖層孔段的無效進尺,但受掏穴鉆頭結構限制,一般需要在先導鉆孔完成后提鉆,然后重新下入掏穴鉆頭進行掏穴鉆進,存在工序多、輔助作業時間長的問題。為解決以上問題,采用齒輪齒條結構形式設計了一種隨鉆式機械掏穴鉆頭。該鉆頭在巖層孔段鉆進時翼片收回,進入煤層后,利用水力參數的改變推動帶齒條的活塞軸向運動,活塞帶動帶齒輪的翼片旋轉并張開,從而進行掏穴鉆進;掏穴鉆進完成后,翼片縮回,鉆頭順利退出鉆孔,進行封孔連抽。現場試驗結果表明,該鉆頭能夠在巖層段保持閉合時進行先導孔施工,進入煤層后增大泵量時可順利張開并進行掏穴鉆進,增大了煤層孔段鉆孔直徑,降低了穿層鉆孔輔助作業時間,提高了穿層鉆孔掏穴施工效率。
  • 作者(Author):馬小敏
    關鍵詞(KeyWords):瓦斯抽采 深孔定向鉆進 順層定向鉆孔 定向長鉆孔布置

    摘要:為解決試驗礦井采用傳統抽采技術存在巷道掘進速度慢、采掘接替緊張的問題,提出采用深孔定向鉆進瓦斯抽采技術施工定向長鉆孔替代常規鉆孔進行煤層瓦斯抽采的方案。定向鉆進對煤層有效作用面積大,可以大范圍改變煤體原始應力的分布,從而打破煤層瓦斯吸附-解吸的動態平衡,使大量吸附態瓦斯轉化為游離態;在鉆孔負壓與煤體地應力和瓦斯壓力形成的壓力梯度作用下,游離態瓦斯源源不斷地流向鉆孔空間,使周圍煤體瓦斯得到有效排放,煤體發生收縮變形,透氣性系數大幅增加,地應力與瓦斯壓力梯度減小,從而使得定向長鉆孔抽采影響范圍擴大,實現煤層瓦斯大面積有效抽采。試驗結果表明:采用深孔定向鉆進技術施工定向長鉆孔成孔良好,試驗鉆孔總進尺為2 213 m,主孔最大孔深達523 m,日均抽采純量為3 528 m3;鉆孔平均瓦斯抽采體積分數高達88.3%,最高為98.0%;單孔平均瓦斯抽采純量為1.23 m3/min,最大超過2 m3/min,瓦斯抽采效果顯著;與常規鉆孔抽采相比,定向鉆孔單孔瓦斯抽采純量提高了16倍多,單孔瓦斯抽采體積分數提高了2~4倍,巷道月均進尺提高了1倍多。
  • 作者(Author):楊帆陳江
    關鍵詞(KeyWords):礦用組合開關 繼電保護 控制集約化 故障診斷

    摘要:從短路保護、過載保護、漏電閉鎖和漏電保護、暫態過電壓保護、溫度保護等方面介紹了礦用組合開關控制保護技術的現狀;指出礦用組合開關控制保護技術存在繼電保護不全面、保護誤動作、控制方式繁瑣、自診斷功能簡單等問題;提出了礦用組合開關控制保護技術的發展趨勢,包括繼電保護方法完善、軟件濾波方法改進、控制集約化、智能自診斷和遠程診斷等。
  • 作者(Author):馬海龍
    關鍵詞(KeyWords):軸承剩余壽命預測 主元特征融合 支持向量機 主元分析 退化特征量

    摘要:為解決采用單一特征量預測軸承剩余壽命誤差較大、有限數據樣本條件下軸承剩余壽命難以估算的問題,提出了一種基于主元特征融合和支持向量機(SVM)的軸承剩余壽命預測方法。該方法采集振動加速度信號構建數據樣本,提取有效值、峰值、小波熵等表征軸承退化趨勢的特征指標;采用主元分析融合多個特征指標,消除特征間的冗余和相關性,構造出相對多特征的退化特征量;將退化特征量輸入SVM模型中進行軸承剩余壽命預測。現場工程應用結果表明,基于主元特征融合和SVM的軸承剩余壽命預測方法可在小樣本條件下篩選出包含信號絕大部分信息的主元,從而在保證預測精度的同時,減少了計算量。
  • 作者(Author):田原
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采 巷道成形 掘進機定位 零速修正 慣性導航

    摘要:針對掘進機定位采用光電導航存在環境適應性差、慣性導航存在長時定位精度低等問題,在分析掘進機運動特點的基礎上,提出了一種基于零速修正的掘進機慣性導航定位方法。在較短的掘進機停車時間間隔內,利用二次曲線擬合慣性導航系統的速度誤差曲線,經過積分得到位置誤差曲線,從而修正慣性導航系統的位置測量值。試驗結果表明,基于零速修正的掘進機慣性導航定位精度可達厘米級,定位誤差波動范圍小,定位累計誤差隨時間增加沒有明顯增大趨勢,滿足掘進機定位要求。
  • 作者(Author):劉宇陳根林劉永忠
    關鍵詞(KeyWords):煤炭開采 煤礦全斷面掘進機 捷聯慣導系統 掘進曲線偏差測量 捷聯姿態更新算法 巷道實際曲線 巷道設計軸線 行程傳感器

    摘要:針對現有煤礦掘進巷道偏差曲線測量系統存在不通視和實時測量難的問題,設計了一種煤礦全斷面掘進機捷聯慣導曲線測量系統。捷聯慣導系統通過捷聯姿態更新算法實時采集掘進機推進的姿態角;行程傳感器安裝于掘進機上,用于測量每次截割部向前推進的行程值;將姿態角和行程值代入巷道實際曲線算法得到實際的掘進曲線,與巷道設計軸線進行比較后得到掘進偏差曲線,根據偏差曲線及時對掘進巷道進行糾偏,以保證工程質量。實驗結果表明,該系統可實現快速、實時的高精度曲線監控,能夠準確計算測量出煤礦全斷面掘進機前進的曲線偏差,掘進5 m時,最大偏差約為23.2 mm,滿足煤礦掘進曲線精度要求。
  • 作者(Author):韓安
    關鍵詞(KeyWords):智慧礦山 煤礦數據中心 Hadoop 大數據 云計算

    摘要:根據煤礦安全生產業務需求及智慧礦山發展要求,新型的煤礦數據中心需滿足對同一時空坐標體系下煤礦海量、多元數據的高效處理、緩存、計算、存儲與發布。針對傳統煤礦數據中心各類數據離散存儲,數據集成、業務應用及數據分析難度大等問題,設計了一種基于Hadoop的煤礦數據中心架構。采用Storm實時數據流引擎進行數據實時計算,并應用MapReduce、Spark實現批處理計算和內存計算,解決高頻時序數據存儲與海量數據計算問題;采用Hadoop分布式文件系統(HDFS)實現文件的可靠存儲,并采用HBase分布式存儲數據庫實現歷史數據的持久化存儲,利用其無模式稀疏設計滿足同一時空坐標體系下的數據分析需求;采用Redis作為實時數據庫存儲數據快照進行最新數據檢索。基于Hadoop的煤礦數據中心充分利用大數據技術的高速數據存取和壓縮性能,通過統一的云計算數據中心,有效降低了煤炭企業數據應用的復雜度及數據中心日常運維難度,可為智慧礦山建設奠定數據基礎。
  • 作者(Author):杜志剛陳康王偉
    關鍵詞(KeyWords):煤礦調度通信 音頻通信 視頻通信 音視頻聯動 消息隊列 多線程 ocp中間件

    摘要:針對目前礦井融合調度通信系統中音頻通信和視頻通信缺乏有效聯動,無法支撐調度員進行高效音視頻聯動通信的問題,設計了一種礦用音視頻聯動軟件。軟件中間件通過OCP協議實時獲取調度通信主機終端狀態,數據處理模塊判斷電話狀態,并將聯動視頻信息通過消息隊列RabbitMQ發送給客戶端,客戶端接收數據處理模塊傳送的合法指令,控制視頻終端開啟和關閉。測試結果表明,該軟件運行穩定,安裝簡便;通過Web配置管理平臺,用戶可以方便地對電話、視頻信息進行管理,同時對二者的對應關系進行配置;對每個客戶端綁定的調度電話,當該電話主叫或者被叫時,均可在屏幕上顯示對端電話綁定的攝像儀信息,視頻信息顯示流暢,可在1 s內響應,滿足用戶的實時性要求。
  • 作者(Author):何橋許金陳清
    關鍵詞(KeyWords):煤礦安全隱患 隱患生命周期 區域隱患風險 動態顯性隱患 隱患排查辨識 隱患治理 風險評價 預警

    摘要:現有的煤礦安全隱患風險評級只是簡單的隱患疊加,隱患風險評價沒有考慮時間因素,不能達到實時預警目的,更不能反映不同時刻隱患的狀態,且風險評價沒有與隱患排查閉環管理流程緊密結合,不能反映風險的動態變化。針對以上問題,分析了煤礦安全隱患的形成、發展到事故發生的隱患生命周期,并結合隱患排查及預警管理流程,對單個隱患風險和區域隱患風險進行了綜合評價,并建立相應的應急處理機制。采用評點法,從隱患排查辨識難度、隱患易發性、隱患可控性等方面對單個隱患風險進行評價,將隱患整改持續時間納入到隱患風險評價中,實時反映出不同時刻隱患的狀態,更加符合隱患的發展規律;根據煤礦安全隱患排查治理能力與動態顯性隱患的制約關系對區域隱患風險進行綜合評價,根據區域綜合隱患風險值,結合區域實際可分別設置不同的預警等級,實現區域隱患綜合預警,將隱患排查治理能力因素考慮在區域隱患風險評價中,更能準確反映出區域隱患的風險程度和風險趨勢。
  • 作者(Author):孟慶勇顧闖
    關鍵詞(KeyWords):煤礦工業互聯網 智慧礦山 信息系統 信息安全 安全風險評估 安全防護

    摘要:針對煤礦工業互聯網信息安全防護手段多應用于較小區域、難以對整體信息安全風險進行評估的問題,提出了一種基于靜態和動態2個維度的煤礦工業互聯網信息安全風險評估方法。該方法根據《信息安全技術 網絡安全等級保護基本要求》及GB/T 34679—2017《智慧礦山信息系統通用技術規范》,對煤礦信息系統已實施的安全防護條例進行特征化轉換,建立各系統中安全防護要求的關聯系數矩陣,進而計算出系統實際實施的安全防護條例數量;再結合威脅發生數和發生更高級風險的概率,建立安全風險評估模型,進而對煤礦工業互聯網進行信息安全風險評估。測試結果表明,該方法能有效評估煤礦工業互聯網信息安全狀況,指導煤礦企業進行信息安全風險分析、安全防護規劃設計及實施,從而降低煤礦工業互聯網信息安全風險。
  • 作者(Author):包建軍
    關鍵詞(KeyWords):煤礦井下精確定位 定位基站 方向判斷 飛行時間 接收信號強度 插值預測 多源數據融合

    摘要:煤礦巷道非視距條件下單獨使用飛行時間定位算法或接收信號強度算法存在方向判斷不準確、定位誤差較大等問題;飛行時間定位算法與接收信號強度算法聯合定位,雖然在方向判斷的準確率上較單獨的飛行時間定位算法有所提高,但對于標簽在非視距運動場景下的判斷仍不夠準確,定位軌跡不夠平滑。針對上述問題,提出了一種基于飛行時間定位算法、接收信號強度及多項式插值方法的煤礦巷道多源數據融合定位算法。該算法首先測量標簽與定位基站間的飛行時間,并計算接收信號強度,然后根據標簽歷史軌跡采用多項式插值方法擬合、預測當前時刻標簽位置,根據預測位置、飛行時間和接收信號強度組合判定標簽相對基站所在方向,最后通過加權數據融合優化定位結果,從而提高定位穩定性及準確度。實驗結果表明,相比于單一飛行時間定位算法或接收信號強度算法,該算法有效提高了定位系統的精度和穩定性,可以更準確地判斷標簽相對基站的方向,方向判斷準確率高達99%。
  • 作者(Author):李泉新褚志偉
    關鍵詞(KeyWords):煤礦井下定向鉆進 隨鉆測量 無線隨鉆測量裝置 信號發生器 泥漿脈沖 驅動短節 脈沖發生器

    摘要:針對煤礦井下定向鉆進小泵量、低壓力工況,研制了一種礦用泥漿脈沖無線隨鉆測量裝置,分析了該裝置的技術要求、結構組成、使用條件;重點闡述了該裝置信號發生裝置(礦用泥漿脈沖無線隨鉆測量信號發生裝置)的設計方案,介紹了信號發生裝置中防爆驅動短節及其電磁閥、脈沖發生器的結構設計,以及脈沖發生器中流道控制閥及其閥頭參數設計。現場試驗結果表明,信號發生裝置能夠穩定、可靠地產生泥漿壓力脈沖信號,最大信號傳輸深度達2 570 m,泥漿壓力脈沖衰減速率為5.8%/100 m,衰減速率低,具備向更深鉆孔應用的能力。
  • 作者(Author):寧小亮
    關鍵詞(KeyWords):煤與瓦斯突出 煤與瓦斯突出預警 預警理論 預警信息采集 預警指標 預警模型 預警軟件系統

    摘要:從煤與瓦斯突出災害預警理論、預警信息采集途徑、預警指標與模型、預警軟件系統4個方面對煤與瓦斯突出預警技術的研究成果進行了綜合梳理和詳細分析,指出了現有煤與瓦斯突出預警技術存在的問題:部分預警信息獲取的時效性和可靠性有待進一步提高,預警模型未實現信息有效深度挖掘等;提出了煤與瓦斯突出預警技術的發展趨勢:高自動化水平、高精度的突出預警信息監測采集技術及裝備研發,基于大數據的突出預警指標與模型研究,基于云技術的突出預警軟件系統開發。
  • 作者(Author):潘俊鋒劉少虹馬文濤馮美華王書文高家明
    關鍵詞(KeyWords):深部開采 智能開采 深部沖擊地壓 智能防控 基礎靜載荷 地震波CT成像

    摘要:為了解決沖擊地壓威脅深部智能開采與防控人員安全問題,提出了深部沖擊地壓智能防控方法。基于基礎靜載荷誘發沖擊地壓啟動的關鍵作用,指出深部沖擊地壓智能防控的理論基礎是自動探測采掘空間內圍巖基礎靜載荷,并實現智能化、精準化降低其集中程度,以提高后期獲取增量靜載荷、動載荷的門檻,從而達到沖擊地壓防控目的。提出了未來深部沖擊地壓智能防控研究發展路徑:沖擊地壓災害多源信息主動調度理論與方法,多源信息融合的防災治災方案專家庫,高速交互智慧機器人與信息化裝備,沖擊地壓災害智能治理與復合災害自適應技術,重大災害防控效能自評價技術。
  • 作者(Author):賀耀宜王海波
    關鍵詞(KeyWords):煤礦監控系統 可融合性監控系統 數據融合 應急聯動 融合分站 多業務融合網關 多系統融合軟件平臺 物聯網

    摘要:根據《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》中對監控系統多系統融合的要求,設計了一種基于物聯網的可融合性煤礦監控系統,分別對井下數據融合與地面數據融合提出了解決方案:井下數據融合通過融合分站為區域內各類業務子系統提供相對獨立的數據采集傳輸通道和業務處理單元、將各類數據進行融合后分發給相應的業務子系統,通過多業務融合網關調度多臺融合分站來實現跨區域業務子系統數據融合;地面數據融合通過多系統融合軟件平臺實現數據分類存儲、分析挖掘、綜合利用和一體化展示。研究了主數據、消息服務總線、“一張圖”模式展示等可融合性煤礦監控系統關鍵技術。該系統能為智慧礦山提供統一、一致的數據源支撐,從而實現監控系統一體化融合與應急聯動。
  • 作者(Author):田浩趙小虎張凱王寬李祎宸
    關鍵詞(KeyWords):煤礦安全監測 井下數據傳輸 傳感器 多數據匯聚節點 6LowPAN

    摘要:針對煤礦井下現有數據傳輸系統存在數據傳輸距離有限、節點部署不便、傳感器地址有限、數據傳輸不及時等問題,設計了一種基于6LowPAN的煤礦井下數據傳輸系統。該系統采用以太網與6LowPAN協議組合,在數據采集節點預留SPI、RS485等接口實現傳感器數據的采集。數據采集節點為無線網絡節點,可通過路由系統選取合適的路由路徑將傳感器數據發送至數據匯聚節點;匯聚節點與邊界路由構建有線連接,將數據經以太網上傳至地面服務器,從而實現數據的穩定可靠傳輸。測試結果表明,該系統無論在傳輸時延、丟包率,還是吞吐量方面都明顯優于傳統的數據傳輸系統,可高效、可靠傳輸煤礦井下數據,具有良好的實時性、較高的通信速率和穩定性。
  • 作者(Author):孫繼平張高敏
    關鍵詞(KeyWords):礦井 應急通信 無線中繼 調度通信 透地通信

    摘要:分析了現有礦用通信系統用作應急通信系統的可行性:漏泄通信、感應通信、多基站移動通信、廣播通信和救災通信系統不能用作應急通信系統;礦用有線調度通信系統可用作礦井應急通信系統;透地通信系統可用作應急通信系統,但事故會造成長達百余米的井下發射天線損壞,影響井下向地面通信。提出了無線中繼礦井應急通信系統:采用多級無線中繼,無線傳輸距離不小于10 km;井下電網停電或事故后,由備用電源供電;將基站、基站電源、基站電纜設置在機電硐室或加以防護;天線饋線埋入巷道,天線采用弧形或流線型結構緊貼巷幫或頂板;天線、基站及其電源、天線饋線、電纜等采用防水、防高溫、防沖擊設計;基站采用冗余布置。提出了無線+有線雙鏈路礦井應急通信系統:具有有線和無線路由自動選擇功能;有線網絡結構宜選用抗故障能力強的星形結構、雙樹形結構或樹形結構;雙樹形結構的電纜或光纜應設置在不同的巷道,或采用不同的電纜或光纜;基站與地面調度室之間沒有需要供電的設備;采用樹形或雙樹形結構的光纜時,應選用無源光網絡。

主辦單位:煤炭科學研究總院出版傳媒集團 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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