基于深度学习的轻量化炮孔智能检测方法

在隧道(巷道)钻爆法施工过程中,智能装药可以取代人工作业,减少装药作业中危险事故的发生。然而,隧道中光线条件差、炮孔目标小和掌子面裂隙等因素会造成智能装药时炮孔的错检和漏检,同时车载计算机有限的算力也是制约炮孔识别大模型使用的难点。MCIW-2深度学习模型,可以解决在隧道掘进作业环境中的高精度炮孔检测和实时性部署问题。模型根据采集到的炮孔图像尺寸特征采取自适应锚框聚类算法优化检测框的长宽比尺寸参数;采用了具有动态非单调聚焦机制的损失函数WIoU(Wise Intersection over Union),通过优化边框回归的损失应对低质量炮孔图片的挑战实现了高精度检测;采用了MobileNetv3-Small网络与CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制构建了主干网络结构,减少了模型参数保证了检测准确率,满足车载设备的轻量化部署需求。经实验证明,MCIW-2模型在炮孔识别精确率方面达到了96.18%,检测速度达到了59 fps。与基准YOLO(You Only Look Once)系列目标检测模型文件最小的模型相比,所构建的轻量化炮孔智能检测模型减小了75.86%,模型文件仅为2.80 Mb,优于YOLO系列的基准目标检测模型。使用MCIW-2深度学习模型对工作面现场视频进行测试,实现了快速、精确地检测炮孔,测试结果表明,该模型适用于智能装药工程的轻量化部署需求,具有良好的适应性,在综合性能方面具有显著优势。

基于语言大模型的智能英语口语学习APP调研与设计研究

本研究的核心目标是探索和设计一款基于语言大模型的英语口语学习应用程序,旨在解决英语口语应用缺乏针对性陪练的问题。本研究利用了KANO模型作为对目标用户进行使用意向调研,对目前市场上发展较成熟的英语学习产品进行定性和定量分析,基于调研结果,确定APP设计方向重点;同时,研究还涉及了APP的交互外观设计,探讨了结合用户体验的设计原则和方法,以创造出直观、易用且吸引人的用户界面;本研究还介绍了支撑自身应用成型的核心技术——语音转文字技术、大模型对话系统和文字转语音技术等方面。本研究为开发一个创新的、满足用户需求并具有市场竞争力的英语口语学习应用提供了理论依据和实践指南,挖掘了英语口语教育的潜在可能性。

基于LMIENet图像增强的矿井下低光环境目标检测方法

煤矿井下工作环境复杂,存在人造光源亮度低、粉尘多和水气密度大等不利因素,导致现有的目标检测算法在应用到煤矿井下时,存在提取特征困难、目标识别和定位精度低等问题。提出一种煤矿井下低照度环境目标检测算法,由矿井低光图像增强模块LMIENet和目标检测模块组成,使用图像增强模块对原始图像进行画质提升,恢复各类图像信息,再使用目标检测网络对增强图像进行特定目标检测,有效提高检测的精确度。在图像增强模块中,改进Zero-DCE算法设计轻量级增强参数预测网络,计算像素级增强参数矩阵,用于低光照图像的亮度调整和画质增强,该网络通过设计的非参考损失函数隐性衡量图像的增强效果,引导网络进行无监督学习,使网络能够不依赖配对数据集对原始图像进行自适应的画质增强。目标检测模块中,采用YOLO v8n目标检测模型,其轻量化的模型尺寸和高灵活性可避免模型整体复杂度过高;采用Focal-EIoU Loss改进回归损失函数,有效加速模型收敛并提升模型检测精度。实验结果显示:与经典目标检测算法Faster R–CNN,SSD,RetinaNet,FCOS等相比,提出算法在自建矿井人员数据集上表现出色,低光照环境下目标检测的mAP@0.5达到98.0%,mAP@0.5∶0.95达64.8%,在实验环境中单帧图像推理时间仅11 ms,优于其他对比方法,证明提出算法能够有效实现在煤矿井下低照度复杂环境下的目标检测,且耗时短、计算效率高。

矿井无线电波防爆安全发射功率研究

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法

受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态,在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型,其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节,控制模型实现超前液压支架的自适应控制,机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释,数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据,仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互。根据基于深度Q网络(DQN)的超前液压支架自适应抗冲决策算法,对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策,并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令,实现超前液压支架智能控制。实验结果表明:立柱位移与压力变化一致,说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理,从而验证了数字孪生模型的准确性;基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数,自适应调控立柱压力,提升巷道安全等级,实现超前液压支架自适应抗冲支护。

从局部到全局的零参考低照度图像增强方法

为解决现有的低照度图像增强方法存在的色彩失真、细节损失以及暗区增强不足和亮区增强过度导致低照度图像增强效果不理想的问题,提出了一种从局部到全局的零参考低照度图像增强方法。采用局部照度增强对低照度图像进行像素级增强,改进了自适应光照映射估计函数,提升了照度调整能力,避免了生成大量的迭代参数,提高了模型的推理速度;采用基于Transformer结构的全局图像调整对局部增强后的图像进行全局调整,解决了亮区照度增强过度的曝光问题和暗区照度增强不足的问题,提升了图像的整体对比度;优化损失函数,对低照度图像特征和增强图像特征进行相似性约束,提升了目标检测精度。实验结果表明,LOL数据集上的客观指标峰值信噪比和结构相似性达到了20.18 dB和0.80,MIT-Adobe FiveK数据集上达到了23.31 dB和0.87,ExDark数据集上增强后图像的目标检测精度提高了7.6%,有效提升了低照度图像可视化质量和目标检测效果。

基于Arduino的智能消毒小车设计

文章基于Arduino设计一款能够自动避障并具有消毒功能的小车,分别进行了软硬件系统的设计,搭建了智能小车平台。利用超声波传感器、红外传感器对路况进行监测,采用基于栅格法地图的弓字形遍历路径,以静态路径规划和动态路径规划相结合的方式进行综合路径规划,借助驱动程序实现避障,同时结合消毒液喷洒装置实现消毒作业。试验结果表明,该智能消毒小车能够稳定运行,满足设计要求。

煤矿井下金属结构等效储能模型耦合电磁波能量安全性分析

煤矿井下无线通信设备发射的电磁波能量可以被周围金属结构耦合吸收,这种现象存在点燃矿井内爆炸性气体的危险。现有针对井下金属结构耦合电磁波安全性研究只是对金属结构等效阻性模型耦合电磁波能量进行分析,缺乏对金属结构耦合电磁波能量在时间上积累的储能过程研究。针对上述问题,提出一种适用于金属结构耦合−积累−释放电磁波能量研究的等效储能结构模型,即金属结构等效容性储能模型与金属结构等效感性储能模型。首先通过低衰减度传输线模型,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与接收端感应电压之间的关系。然后建立金属结构等效储能模型,推导出接收端参数与放电火花能量之间的数学关系式,分析了接收端参数对放电火花能量的影响。最后通过接收端感应电压与感应电压有效值的关系,推导出发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离与放电火花能量之间的数学关系式,分析了发射天线输出功率、发射天线与金属结构之间距离对放电火花能量的影响,并给出在其他参数确定情况下2种金属结构等效储能模型各自的理论参考安全点。仿真结果表明:①对于金属结构等效容性储能模型,放电火花能量随着等效储能电容、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电容、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。②放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效容性储能模型理论参考安全点。③对于金属结构等效感性储能模型,放电火花能量随着等效储能电感、接收端感应电压有效值增大而增大,安全点向左偏移,对等效储能电感、接收端感应电压有效值的安全要求变得严苛。④放电火花能量随着发射天线功率增大而增大,随着发射天线与金属结构之间距离增大而减小,得到金属结构等效感性储能模型理论参考安全点。⑤对比2种金属结构储能模型理论参考安全点,得到金属结构等效容性储能模型的危险性远大于金属结构等效感性储能模型的结论。

音频数据驱动的洗煤厂溜槽堵塞检测

溜槽堵塞作为工业生产中的一种常见问题,不仅影响生产效率还可能导致安全隐患,因此实时准确地检测溜槽堵塞状态具有重要意义。然而传统的检测方法在实际应用中存在诸多问题与挑战,如精度不高、依赖人工干预等。文章基于音频信息构建结合了WaveNet和GRU的WaveGNet深度网络模型,通过提取分析声音信号寻找溜槽堵塞的特征,以实现准确的堵塞检测。WaveNet能够提取高质量的声音信号特征,而GRU网络则能够捕获声音序列中的时间关系。通过将两者融合以更好地理解声音信号,在时间和频率维度上进行更准确的分析,揭示与堵塞状态相关的模式从而提高检测的准确性和鲁棒性。通过声音信息直接捕获堵塞状态,减少了人工干预的需求且具备实时性。该方法有望为工业生产中的溜槽堵塞检测提供一种创新、高效且可靠的解决方案,在实际应用中具有重大潜力。

混杂颗粒增强Ni基复合材料的冲蚀磨损性能研究

煤炭开采、石油化工等极端工况条件下的机械装备对部分关键零部件材料的磨损性能提出了更高要求。本研究设计制备了大尺寸氧化锆颗粒(ZTAp)承载与小尺寸碳化钨颗粒(WCp)强化基体相结合的混杂颗粒增强金属基复合材料,研究了介质、冲蚀角度、ZTAp尺寸、WCp含量对复合材料冲蚀磨损性能的影响及其机理。结果表明,适量ZTAp、WCp的添加能够显著提高复合材料的抗冲蚀磨损性能。固定体积分数的ZTA颗粒,尺寸越大,复合材料冲蚀磨损性能越好,其主要失效形式为脆性剥落和疲劳断裂。WC颗粒通过第二相增强、固溶强化以及析出强化的方式,提高了基体的硬度和耐磨性,抑制了酸性介质中腐蚀与磨损的交互作用,冲蚀过程中主要失效形式为脆性断裂剥落。

一种反衍拟合的复小波改进方法在XRF图谱本底扣除中的应用

X射线荧光光谱(XRF)分析是煤中金属元素定量分析的重要方法,本底扣除准确度直接影响矿物金属分选的精细度。针对传统本底扣除方法本底契合度低、衍射峰面积误差大的问题,本文提出了一种基于复小波变换的反衍拟合XRF本底扣除优化方法。利用逆置寻谷的方法获得模拟本底谱线,通过拉格朗日插值法剥离谱线中的重叠峰谷,使模拟谱线进一步逼近实际本底,利用复小波变换方法对模拟本底谱线进行分解与重构,最终获得XRF图谱本底。利用反衍拟合的复小波改进方法对仿真图谱和真实图谱进行本底扣除实验,并与实数小波和双树复小波进行对比分析。实验结果表明,本文提出的方法衍射峰净峰面积误差低于1%,本底面积误差低于0.1%,本底准确性明显优于传统方法。

矿井探地雷达背景杂波抑制方法综述

随着中国煤炭安全高效智能开采需求的不断提升,矿井探地雷达(ground-penetrating radar, GPR)作为一种高精度物探方法,在煤矿井下探测中有广阔的应用前景。由于探地雷达目标回波信号受系统内部噪声、外部电磁干扰、巷道回波、地下介质不均匀等干扰影响,虚警率较高。尤其对于小尺寸目标,其回波信号为弱信号,容易淹没在强烈的背景杂波中,成为目前制约探地雷达探测性能的主要因素之一,进一步实现井下煤层、构造探测、提高探测精度的关键在于对背景杂波的抑制。从对消法、滤波法、分解法和网络法出发,综述这些杂波抑制方法的基本原理、优缺点及其在探地雷达干扰抑制领域的研究进展,并探讨各种方法的适用范围和发展潜力。杂波抑制技术的不断创新将进一步提高探地雷达的信噪比与灵敏度,使其在煤矿井下探测中发挥更大的应用价值。

高压电缆剥离机器人的结构设计与特性研究

针对高压配电网电缆剥线过程中人工操作效率低和不安全性,提出一种用于10 kV电网的自动剥线机器人。根据剥离机器人的工作环境,对安装在绝缘棒上剥线机器人的关键部位进行了结构设计。对剥离机器人的固定齿轮控制箱结构模态和刚柔耦合特性进行了仿真分析,为剥线机器人结构设计的合理性提供理论依据。最后搭建机器人样机,对不同横截面积的电缆进行剥离试验。结果表明:电缆的损伤情况良好,验证了剥离机器人的结构设计具有良好的可靠性,有助于提高电网带电检修工作效率。

无线电波发射功率防爆要求与检测方法

现行国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》规定无线电发射器的阈功率为无线电发射器的有效输出功率与天线增益的乘积。在无线电波防爆安全发射功率阈值一定的条件下,天线增益越大,无线电发射器的有效输出功率就越小,这将限制通过增大天线增益,提高无线传输距离。因此,有必要对国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017中规定的阈功率的正确性进行研究,提出合理的无线电波发射功率防爆要求与检测方法。提出了无线电波防爆安全发射功率与天线增益无关,国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电发射器的阈功率是错误的。提出了煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W,且与天线增益无关;国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定阈功率不得大于6 W,且与天线增益相关,是错误的。提出了无线电波防爆安全性能检测方法——检测无线电发射器输出功率,这既可保证通过检测的防爆无线电设备的防爆安全,又简化了检测方法,更提高了防爆无线电设备的无线电波发射功率,解除了对天线增益的限制,将大大提高煤矿井下防爆无线电设备的无线传输距离。

基于图像内凹度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法

尽早发现矿井火灾并处置,可避免或减少人员伤亡和财产损失及次生事故的发生。井下没有日光、月光、星光及闪电等自然光源,影响矿井火灾图像识别的主要是矿井光源。圆形度能够排除圆形光源的干扰,但难以排除非圆形光源的干扰。矩形度能够排除矩形光源的干扰,但难以排除非矩形光源的干扰。在工程实际中,因摄像机的拍摄角度不同,矿井光源图像会出现变形,无法呈现理想的规则形状,使用圆形度和矩形度算法难以排除矿井光源的干扰。揭示了火焰图像轮廓外接图面积明显大于其图像实际面积,圆形灯、长方形灯和正方形灯等矿井实际光源图像轮廓外接图面积近似等于其光源图像实际面积等特点。提出基于图像内凹度的矿井火灾识别及抗干扰方法,计算目标图像面积与图像轮廓外接图面积的比值(即图像内凹度),根据火焰图像内凹度数值较小,而矿井光源图像内凹度数值较大,区分火焰与矿井光源。提出的内凹度方法不受摄像机距检测目标距离和图像大小、摄像机安装位置和摄像机拍摄检测目标的角度、矿井光源形状等影响,适应性强,识别准确率高。实验表明,内凹度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最大,波动最小,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强,准确率为91.6%。矩形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值较大,波动较小,区分度较好,受摄像机拍摄角度及距离影响较小,抗干扰能力一般,准确率为72.5%。圆形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最小,波动最大,区分度最差,受摄像机拍摄距离影响较小,受摄像机拍摄角度影响大,抗干扰能力最差,准确率为12.0%。因此,提出的内凹度识别方法,优于矩形度和圆形度,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强。

煤矿信息综合承载网标准研究制定

为满足煤矿监控、定位、视频、音频、远控、5G等不同业务对时延、可靠性、带宽等指标的不同需求,煤矿信息综合承载网应具有下列功能:①网络切片功能,支持FlexE接口技术或信道化子接口技术,将端口带宽资源划分到不同网络切片中;不同网络切片之间的业务彼此隔离承载,互不影响。②网络切片在线带宽扩容功能,带宽调整过程中业务不出现丢包。③网络切片设置掉电保护功能。④符合IEEE 802.3和TCP/IP协议,支持IPv6协议和IPv6业务承载,支持IPv4、IPv6业务同时承载。⑤支持万兆光接口、千兆光接口、10/100/1000 Mbit/s自适应接口,核心与汇聚节点宜支持5万兆及以上光接口。⑥宜采用环形或双环结构。⑦业务质量实时监测功能,实时监测指定业务的时延、抖动和丢包率情况。⑧1588v2时钟同步功能,支持5G基站业务接入。煤矿信息综合承载网的主要技术指标应满足下列要求:①光端口传输距离应≥20 km;电端口传输距离应≥100 m。②骨干网传输速率应≥10 Gbit/s;接入网传输速率应≥1 Gbit/s。③不同帧长的丢包率均≤0.01%(在70%网络流量负载条件下)。④单节点传输时延应≤1 ms(当以太网帧帧长度为1518 byte时)。⑤节点转发抖动≤100μs。⑥单接口支持切片数量应≥5。⑦FlexE接口技术最小带宽应≤1 Gbit/s;信道化子接口技术最小带宽应≤2 Mbit/s。⑧网络重构自愈时间应≤50 ms。⑨在电网停电后,承载网设备在备用电源下的连续工作时间应≥4 h。

煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故自动发现与报警方法研究

煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报警方法,煤矿冲击地压事故主要靠人工发现。目前仅有基于甲烷、风速和风向传感器的煤与瓦斯突出自动报警方法,但存在响应速度慢、甲烷传感器损毁前监测不到甲烷浓度大幅升高等问题。提出了煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:根据煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出温度、颜色、深度、掩埋等图像特征,识别煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出;再根据巷道空间和采掘工作面的甲烷浓度变化,区分冲击地压和煤与瓦斯突出,如果甲烷浓度大面积迅速升高,则判定为煤与瓦斯突出,否则判定为冲击地压。该方法具有直观、响应速度快、非接触、监测范围广、简单可靠等优点,可直观地记录煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出真实情况;当煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故报警后,调度室值班人员可以通过录像,立即确认事故,及时进行应急救援。提出了减少煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出抛出的煤岩对图像感知影响的方法:摄像机多点布置,摄像机设置在较高位置,视频数据及时传输,甲烷传感器多点布置等。

矿井无线传输测试分析与矿用5G优选工作频段研究

矿井移动通信系统、人员和车辆定位系统等的研发和布置,需进行矿井无线传输特性分析,优选无线工作频段,优化无线通信基站和定位分站布置。在矿井拐弯巷道、分支巷道、辅助运输大巷、掘进巷道、综采工作面中进行了350 MHz~6 GHz较大频率范围的无线传输测试,并对测试结果进行了分析,揭示了矿井无线传输特性:(1)拐弯巷道中无线传输频率越低,衰减越小,其中350 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(2)分支巷道中无线传输频率越低,衰减越小,其中350 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(3)辅助运输大巷中700 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(4)掘进巷道中700 MHz~900 MHz频段的无线传输衰减最小。(5)综采工作面中433 MHz~1300 MHz频段的无线传输衰减最小。(6)在巷道断面相同的情况下,拐弯巷道中的无线传输衰减小于分支巷道,支巷发射的分支巷道中的无线传输衰减小于主巷发射的分支巷道。巷道拐弯和分支均增加了无线传输衰减。提出了煤矿井下无线通信系统的优选工作频段与天线在拐弯和分支巷道中的最佳布置方式:(1)煤矿井下无线通信系统的工作频段应优选700 MHz~900 MHz。(2)为减小巷道拐弯和分支对无线传输的影响,无线通信基站和定位分站及其天线应设置在拐弯巷道的拐点和分支巷道的分支点。研究成果已被中华人民共和国能源行业标准NB/T11546—2024《煤矿用5G通信系统通用技术条件》、NB/T11523—2024《煤矿用5G通信基站》和NB/T 11547—2024《煤矿用5G通信基站控制器》应用。

煤矿井下爆炸性环境下电磁波热效应的安全性研究

GB/T 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阈功率不得大于6 W,该规定限制了大功率射频设备在煤矿井下的应用,而现有针对爆炸性环境电磁安全性的相关研究缺乏完善的理论分析和实验验证。针对上述问题,推导了电磁波热效应方程,分析得出影响电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生热能的可控参数为电磁波耦合时间、电场强度和电磁波频率。以GB/T 3836.1—2021中可能堆积煤尘的电气设备表面温度最高不能超过150℃的规定为依据,采用多物理场仿真软件COMSOL对不同发射功率的电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体的热效应安全性进行了仿真实验,结果表明:满足温度不超过150℃的电磁波热效应安全阈发射功率为16.48 W;随着电磁波发射功率的增加,电磁波热效应安全时长(电磁波耦合瓦斯和煤尘混合气体产生的热能不会使环境温度超过150℃对应的时间段)逐渐减少,但只要在安全时长内,电磁波的发射功率不受限制。

基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法

冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。