煤矿信息系统自动化运维服务平台研究

针对煤矿信息系统运维工作面临的业务系统软硬件结构复杂多样、运维工作繁重、缺乏自动化的监测和故障处置手段等问题,为提升运维质量,设计并研发了煤矿信息系统自动化运维服务平台软件。平台利用运维工具Zabbix实时监测服务器、网络设备、应用程序等资源的运行状态和资源消耗,采用多种告警方式提供故障告警;建立了故障判识和修复策略,实现故障的“主动式”运维;构建了基于Elasticsearch的故障处置方案知识库,智能匹配并推送故障诊断和处理方案,运用移动终端推送故障分析结果与运维任务执行情况。现场应用表明:该平台可有效提升矿井运维人员故障解决效率。

煤矿井下散射环境雾化图像的气室仿真方法

在粉尘环境中,井下监控图像会出现雾化退化现象,而在井下难以进行环境控制实验开展图像雾化的研究。因此,文章利用相对平均梯度定义图像雾化程度、分析了井下粉尘粒径构成、提出了井下粉尘配比方法、设计并搭建仿真气室模拟井下雾化图像。结果表明:利用平均梯度定义的雾化程度优于其他常用评价参数,其评价结果与人眼判断结果相符,而井下图像的雾化退化程度可以达到80%,此时图像的细节信息基本被雾化影响所掩盖;井下粉尘样本的测试结果显示:99%的井下粉尘粒径小于30μm,粒径小于10μm的粉尘的粒子数占比约为93%;利用仿真气室生成的雾化图像不仅可以涵盖井下图像雾化程度范围,相较于雾化算法生成的结果,具有更准确地模拟粉尘下的光散射扩散效果的优点。

基于UWB的矿用一体化智能车载终端的设计

设计了1种基于UWB精确定位技术,融合精确定位、4G/5G无线通信、视频监控、数据采集、语音通话等多种功能于一体的智能车载终端。智能车载终端采用安卓平台,以ARM RK3399为控制核心,以UWB通信收发芯片DW1000为精确定位核心,实现了井下车辆的精确定位、智能调度、信息采集、安全预警、语音通话、人机交互等功能。测试结果表明:车载终端最大动态定位误差不大于7.3 m,满足煤矿对智能辅助运输的各项功能需求.

基于PLC的液压支架远程监测系统关键技术研究

液压支架是煤矿井下综采工作面重要的设备之一,对液压支架的远程监测是实现综采工作面智能化、信息化和高效化生产的前提条件。根据液压支架的运行特点,开发了一种可以实现液压支架井下位姿、运行状态、行程信息以及工作压力等工况参数的实时采集和远程监测的液压支架远程监测系统,为综采工作面的智能化、高效化和信息化生产提供了解决方案。

基于无人机LIDAR的露天矿填挖方算量范围提取方法

针对传统露天矿填挖方算量范围确定方法工作效率低、劳动强度大、受主观因素影响大等问题;基于无人机LIDAR采集的点云数据,提出了一种露天矿填挖方算量范围确定算法;算法对点云进行格网划分,然后设置高差、连通区域等参数将符合露天矿填挖方算量范围的点云提取出来,最后采用Alpha shapes算法对其进行轮廓线提取,形成填挖方区域边界线。将该算法应用于南芬露天矿两期点云的填挖方算量范围提取,结果表明:输出的边界线和点云均与三维模型重合较好,为2期点云填挖方量计算提供准确的算量范围。

进口采煤机电气控制系统国产化改造研究与实践

为解决旧式进口采煤机电气控制系统配件采购难、采购费用高、故障率高的难题,提出电气系统国产化、自动化、智能化的改造方案和设计思路,通过引进先进的设计理念和制造工艺,对采煤机电气系统的关键部件、控制系统、通信与数据分析、人机交互及安全性能等方面进行优化升级,结果表明新的电气控制系统可以提高采煤机整体性能,降低生产成本并提高矿产回收率,有助于提高采煤机的自动化程度和作业精度。

深井救援技术与装备研究现状和发展趋势

深井救援技术是指在深井事故救援过程中对被困人员进行救援各环节涉及的关键技术,主要包括环境侦测技术、生命探测技术、深井快速破拆技术、应急通信网络构建技术及保障深井事故救援顺利进行的其他辅助技术。深井救援装备是指在深井救援技术实施过程中必要的硬件装备和软件平台等。研究深井救援技术和装备对于保障被困人员生命安全、减少事故损失至关重要。分析了深井救援装备及关键技术的研究现状,指出现有的救援技术和装备并不能完全满足复杂多变的环境要求,存在救援装备的通用性与专用性研究不足、救援装备智能化程度有待提升、网络协同能力难以满足救援复杂环境要求、救援装备创新性研究不足等问题。针对上述问题,展望了深井救援装备与技术的发展趋势:①深井救援装备应通过不同救援场景进行专用性和通用性划分,单一装备向多功能性、高可靠性、高机动性发展。②救援装备智能化、精准化、自主决策化,实现智能装备为主、人员为辅的救援模式。③构建急速组网、多模式组网、一体化救援网络平台。④集成TDLAS虽然目前并没有达到救援标准,但其高分辨率、高灵敏度和可集成化在未来将会发挥重要作用,以实现环境监测装备的高集成、轻量化、高效化。

智能化矿山数据中台构建与关键技术研究

针对智能化矿山多业务子系统海量异构数据概念不统一、数据关系混淆不清、数据重复存储且数据不一致现象普遍存在、各业务系统间相互调用耦合度较高等难题,提出了煤矿元数据描述规范,形成了煤矿安全生产类核心数据元和数据对象模型集合;构建了基于MongoDB面向对象数据库、Redis内存数据库、MySQL关系数据库、PostGIS空间数据库、HBase大数据及文件存储相结合的分布式数据存储中心;通过数据采集与交互服务、数据解析与存储服务,实现了多业务子系统数据的统一采集、解析、存储和基于Web API的数据共享交互,建成了为智能化矿山各类信息系统提供数据服务的数据中台系统。现场工业性试验表明:数据中台的采集入库效率符合行业规范,数据查询响应速度快,满足智能化矿山数据交互需求。

一种用于手机定位的标识卡关键技术

针对现有矿用智能手机大多只具有语音通话、视频拍照、数据传输等功能,没有精确定位、位置坐标显示、消息联动等功能,设计了一种基于UWB技术的用于手机定位的标识卡。该标识卡内置于智能手机,通过低功耗蓝牙(BLE)与智能手机实现双向数据通信;标识卡采用TOF定位算法与UWB基站完成精确定位,获得位置坐标信息,通过低功耗蓝牙(BLE)发送至智能手机,在智能手机APP矿井GIS巷道图上显示当前具体位置坐标。详细介绍了标识卡的矿井巷道位置坐标模型、精确定位算法、消息联动可靠传输机制、低功耗休眠技术等关键技术。测试结果表明:该标识卡的定位精度≤±0.3 m,定位距离可达400 m,消息联动传输时延小于2 s,位置坐标显示准确,休眠电流小于25μA,平均电流满足低功耗设计要求。

煤矿综采工作面作业人员定位与液压支架的协同控制方法研究

为进一步提高煤矿综采面作业安全性,以智能化工作为切入点,提出了一套煤矿综采面作业人员定位与液压支架系统控制系统;通过设计人员精准定位系统、划分采煤工作面控制区、设计系统对接等方面,最终构建出智能化、自动化的煤矿综采面工作系统。协同控制系统在大柳塔煤矿的模拟应用表明:系统安全性强、稳定性高,可有效保障煤矿综采面作业人员的生命安全。

煤矿井下浆体充填智能化系统研究与应用

为了实现煤矿井下浆体充填系统减人增效,加快浆体充填技术智能化进程,提出了一种基于智能型PID算法的充填控制方法,实现了精准制浆。构建了输浆管路监测及故障智能识别方法,实现了管道堵塞的提前预警及故障快速处理;集成了数据化生产管理系统及AI+NOSA智能管控平台,使整个浆体充填系统的安全生产管理达到智能化全覆盖。应用效果显示:系统正式投用后,实现了系统监控一体化、充填生产少人化、生产管理数字化,设备管控规范化;浆体充填效率提升40%以上,充填系统故障停机率降低60%以上,劳动定员从15人减少至3人,劳动强度明显降低,生产效率极大提高。

一种煤矿安全监控系统设备故障智能诊断实现方法

针对现阶段煤矿安全监控系统现场应用过程中,设备故障原因多样化,对于一些深层次的设备故障原因,现场技术人员还不具备进行深入分析能力的现状,提出了一种基于智能诊断模型库的设备故障智能诊断实现方法。方法首先实现智能诊断模型库,通过收集技术专家日常分析、处理问题所需要的指标数据以及分析方法,将收集到的各种分析方法进行模型化,然后将各个模型抽象为机器编程语言进行实现,从而形成设备智能诊断模型库;其次在设备预置软硬件探针的基础上,结合智能诊断模型库对设备故障原因进行模型化综合分析,完成对分站、传感器、断电控制器等设备的自分析、自诊断、自修复功能;最后,通过设备自动拓扑图等系列智能诊断前端UI交互方式,为用户提供便捷的诊断操作以及相关信息的图形化、图表化数据分析展示,在提升煤矿安全监控系统稳定可靠性的同时,实现为用户赋能、助力减人增效智能化发展。

多种通信方式融合的矿用广播系统设计

针对现有矿用广播系统因通信方式不灵活,从而导致煤矿井下覆盖面有限,功能不完善等问题,研究设计了一种融合以太网、CAN(控制器局域网络)总线和模拟音频传输等通信方式的矿用广播系统设计方案,并阐述该系统的系统架构,软硬件设计及核心技术。该系统硬件由广播终端和广播对讲音箱组成:广播终端采用以太网通信实现网络IP电话,完成远距离通话;广播对讲音箱通过CAN总线,结合模拟音频实现双向对讲和流媒体在线播放,自带CAN中继功能,可无限级联,可部署在光纤无法覆盖的地方。整套广播系统可实现煤矿井下语音全覆盖,具有安装方便、硬件成本低等优势,为煤矿日常安全生产调度和防灾避险提供了有力的支持。

一种具有自锁功能的矿用蓄电池组低静态电流放电保护电路

针对矿用设备蓄电池组放电保护电路自身损耗大、放电保护不可靠、保护后自耗电严重的问题,设计了一种具有自锁功能的矿用蓄电池组低静态电流放电保护电路。介绍了3种常见的蓄电池组放电保护电路保护原理,以及具有自锁功能低静态电流放电保护电路的功能;详细论述了保护电路的各单元设计,以及保护窗口锁定和静态低功耗处理2项关键技术。经测试验证:放电保护电路保护前工作电流不大于2.5 mA;保护后静态电流不大于15μA,保护可靠率达100%;有效保障了矿用蓄电池组的安全性能及安全贮存时间。

矿井工作面UWB联动闭锁技术及应用设计

通过对超宽带无线载波通信技术(UWB)及TDOA、TOF 2种定位算法的综合研究及分析计算,在综采工作面部署测量基础点检测源,在综采工作面作业人员及大型设备上部署被测量点发射源,并且被测量点发射源可对大型设备的电液控系统进行逻辑控制,通过计算测量基础点检测源与被测量点发射源之间的距离实现接近监测及联动闭锁。基于此,提出了综采工作面联动闭锁预警系统的整体设计方案,该方案同时适用于综采工作面其他大型设备的接近监测及联动闭锁,降低了工作面人员被液压支架、采煤机、掘进机等大型设备误伤的风险。

煤层瓦斯含量快速测定仪的研制与应用

基于煤的瓦斯解吸速度法研制了一种以低功耗微处理器STM32F103RCT6为核心控制单元的CWH200型井下便携式煤层瓦斯含量快速测定仪。介绍了测定仪的理论公式和测定仪总体设计,详细说明了测定仪的硬件模块原理和软件流程。便携式煤层瓦斯含量快速测定仪2种量程自动切换,可在10 min内测出井下现场煤层瓦斯含量,测量结果可实时打印上传,提高了煤层瓦斯含量的测量效率。

一种井下人员乘车识别与定位方法

现有矿用人员精确定位系统大多基于UWB定位技术,采用人员定位卡+定位分站的布局模式,无遮挡情况下可实现厘米级的高精度定位;当井下人员乘车时,由于矿用车辆的大范围金属遮挡和车厢内人员的密集因素对定位精度的影响,难以实现乘车人员的精确定位。针对上述问题,设计1种井下人员乘车识别与定位方法,在车辆外部安装车载定位卡,同时车厢内安装接收头,通过车辆速度监测、定位卡姿态及车内测距等多信息进行人员乘车状态识别;在车载定位卡与巷道内定位分站测距的同时,通过消息复用将车内乘车人员信息透传给定位分站,定位分站通过矿井环网将乘车人员信息上传至地面数据中心。测试结果表明:该方法对人员乘车识别准确率极高,乘车人员位置信息与车辆位置同步,可有效解决井下人员乘车过程中的定位问题。

煤矿无轨运输机器人多智能体控制系统关键技术研究

为了解决煤矿下井无轨辅助运输效率低、柴油机尾气污染较大、智能化、信息化水平较低等问题,提出了以锂离子电池为动力源的煤矿井下无轨运输机器人的设计方案。无轨运输机器人具备零排放、环境感知、多信息融合、自主路径规划、自导航、自主行走等功能,以及煤矿井下特定区域的物料自主转运功能。给出了无轨运输机器人的技术架构;详细介绍了无轨运输机器人的底盘结构与底盘电气系统设计、逻辑控制过程和无轨运输机器人无线通信与自主定位设计方案;介绍了环境感知与路径规划的方案设计。

基于激光SLAM的矿用巡检装置控制系统设计

为了实现煤矿井下综采工作面的无人化开采,代替工作人员监测危险的开采环境,设计了一款基于激光SLAM的矿用巡检装置控制系统。针对低功耗、并行处理快速等需求,选择NVIDIA Jetson AGX作为主控模块,并采用WiFi和LoRa双通信方式以满足不同的数据传输需求;驱动系统核心采用STM32F103C8T6微控制器,通过接收主控模块指令驱动直流无刷电机;算法采用非极大值抑制精细化特征提取,以实现局部最大搜索,从而更精准地定位和识别目标。在室内实验室场景与煤矿井下综采工作面2种不同的实验环境中对巡检装置控制系统的建图清晰度、精确定位和标靶识别效果进行了样机测试。试验结果表明,设计的建图效果在特征提取等算法方面表现出色,具有较高的定位精度,满足了实际应用需求。

基于精确定位技术的无轨胶轮车超员报警检测

针对因井下车辆移动速度过快、车辆外壳屏蔽等原因造成乘车人员漏识别,车辆乘人超载无法有效管控,存在安全隐患,难以满足《智能化示范煤矿验收管理办法(试行版)》中辅运系统相关要求等问题,设计了一种基于精确定位技术的无轨胶轮车超员报警检测方法。首先,将基站输出的测距数据转换为三维坐标,生成连续性轨迹;其次,利用相邻时刻位置数据确定行进方向向量,进而对轨迹数据预处理;再次,采用动态时间规整(DTW)算法对车辆与乘车人员轨迹对齐,求解最佳路径,获得度量值;最后,以司机轨迹度量值为样本,衡量人员轨迹与样本的相似程度,进而得出人员是否为乘车人员以及车辆是否超员的判定。试验结果表明:各项功能运行正常,正确率约为95.12%,逻辑相应时间约为30 ms,现场应用状况良好。