新一代全矿井无线信息系统理论与关键技术

提出将先进的无线通信技术、无线网络技术和光纤通信技术相结合,全面突破传统矿井巷道中无线通信理论与技术,构建集调度移动通信、机车的无线定位和导航、人员定位与追踪、无线可视多媒体监视、移动计算、矿井环境无线安全监测一体化的且功能较为完善的新一代全矿井无线信息系统,提炼出了其中所涉及的理论与关键技术,指出了开展相关研究的迫切性.

基于膨胀/腐蚀运算的神经网络图像预处理方法及其应用研究

数学形态学在数字图像处理领域中的应用越来越广泛,各种形态结构和算法不断涌现.数学形态学以集合运算为基础,其基本思想是用具有一定形态的结构元去度量图像中的形态以解决理解问题.该文利用细胞神经网络(CNN),运用数学形态滤波适时、并行完成各种数学形态运算.文中给出了有关CNN的全局和局部稳定状态的定理,证明CNN在一定的条件下可以通过动态过程的稳定达到数学形态滤波的结果.将其结果运用在煤矿井下煤仓图像的预处理当中,取得了满意的结果.

煤炭企业信息网络安全和管理策略浅析

分析了煤炭企业信息网络所面临的网络安全需求,提出安全体系设计模型和安全防御措施,并根据网络安全和管理理论,提出了适合于煤炭企业信息网络安全管理策略。

弯曲等离子体中X射线激光传播特性研究

介绍了在泵浦激光辐照弯曲靶情况下X射线激光（XRL）的生成放大过程，依照London理论建立了简化的弯曲等离子体模型，并通过简化模型研究了X射线激光在弯曲等离子体中的传播和增益过程，给出了光线传播的简化解析方程．模拟结果说明当弯曲靶表面曲率半径为2．8～3．0m时输出效果最好，并在随后进行的类氖-钛XRL实验中证明了弯曲靶技术能明显提高XRL输出强度．但实验结果表明输出强度没有质的跃变，原因可能是驱动能量低．模拟结果较好地符合了实验结果。

基于信号分布图构建的煤矿井下定位系统的研究与设计

针对煤矿井下WiFi定位方式存在的定位精度不高的现状,提出了一种基于信号分布图构建的煤矿井下定位系统,分析了该定位系统的总体架构,介绍了该定位系统的硬件系统设计和软件系统设计,经过实际场景测试表明,采用信号分布图实现指纹定位算法可以满足煤矿井下定位精度的要求,能够有效解决现有煤矿井下定位系统精度差、部署复杂以及向新工作面扩展困难等问题。

基于监测覆盖范围的瓦斯传感器无盲区布置

通过建立矿井通风网络的图论模型,提出将监测范围作为传感器部署的理论依据,以节点间风流流经时间作为监测等级,应用覆盖度作为优选最佳测点标准,基于D ijkstra算法和极小支配集算法求得传感器的最佳布点.以一小型矿井通风网络为例,求解瓦斯传感器的最优布点,结果表明监测等级不同对应的安全等级也不同,布点的数量、位置以及监测覆盖度也不同.

煤矿井下长巷道瓦斯传感器间距设计

为了解决瓦斯传感器空间布设位置标准问题,为煤矿安全的规范提供理论依据,采用了理论推导和示例相结合的方法,研究了瓦斯涌出源稳定情况下,依据相似原理求出了瓦斯与空气的混合距离。结果表明:巷道瓦斯平均浓度与风速、巷道截面积、瓦斯涌出强度、传感器间距之间存在一定的函数关系,矿井监控系统所需要的最短响应时间是目前迫切需要解决的问题。该成果对提高瓦斯监控系统运行效率,节省经济成本,有着重要的参考价值和指导意义。

电导率对巷道中电波传播的影响

为了研究真实巷道中电波传播的特性,必须考虑巷道壁电导率的影响。根据圆形巷道和矩形巷道的电波传播模型,分析了电波衰减率和电导率的关系,并且提出了电导率断点的概念。研究结果显示:当电导率小于断点时,电磁波衰减率几乎不受影响,当电导率高于断点时,电磁波传播特性会有较大的变化。电导率断点主要受传播频率的影响,而与巷道横截面尺寸和极化方式几乎无关。

基于RFID技术的井下人员实时管理系统

介绍了RFID技术,并对井下使用RFID技术进行可行性分析。在分析了井下无线资源特点的基础上,提出了采用915MHz的RFID技术进行矿井人员实时管理系统的开发。系统可以实现对井下人员进行实时跟踪监测和定位,可为工作人员提供矿井巷道网络、人员位置、危险区域及相应提示的动态信息。如果发生灾变,还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、遇险人员撤退线路等信息,为事故抢险提供科学依据。

煤矿井下高频电磁骚扰工程计算模型

提出了煤矿井下高频连续波电磁骚扰工程计算模型。系统分析了煤矿井下高频连续波电磁波能量损失机制,将巷道内电磁波的计算分为3个阶段:准自由空间传播阶段、高阶模式转换及稳定阶段、主模传输阶段。结合解析法和有限元法,分别给出了这3个阶段的电场场强和传播衰减的计算公式。三维有限元计算结果和实地测量均证明了计算模型的有效性和简便性。

煤矿井下自燃火灾的图像识别及综合判据系统

煤矿自燃火灾的早期探测及预报是保证煤炭生产安全的有效手段。目前已有的各种预测预报技术,虽对煤炭自燃火灾的防治起到一定的作用,但对于不同煤质和不同地质赋存情况下的煤矿,单一探测方法的预测精度有限,在探测的准确性和有效性方面尚不能完全满足各种类型煤矿安全生产的需要。为了提高煤炭自燃灾害早期探测的可靠性,笔者提出一种以图像识别技术为基础的煤炭自燃发火探测方法,并进一步利用信息融合技术结合其他探测方法建立一套煤矿自燃发火综合判据系统,该系统有助于提高煤炭自燃预测的准确性,对煤矿的安全生产能发挥重要作用。

TRF6900在矿井移动通信系统中的应用

超高频通信已成为矿井无线通信的主要发展方向,文中论述了工作于900MHz的FM/FSK射频收发芯片TRF6900的DDS /PLL工作原理以及本振电路的设计,介绍了由该芯片及微处理器、功率放大器、天线开关设计的矿井移动通信手机组成结构,并提供 了同其它频段通信手机对比的井下试验数据。试验证明TRF6900非常适合应用于井下电池供电的移动通信系统。

梯形隧道中横截面尺寸对电磁波传播特性的影响

采用有限元法分析了梯形隧道中横截面尺寸对传输特性的影响。分别对梯形隧道上边宽度、下边宽度和高度尺寸的变化对主模和最低次高阶模截止频率及通信带宽的影响进行了研究,并得出结论:梯形隧道中上边宽度、下边宽度和高度的增大会使隧道中电磁波截止频率降低;在隧道下边宽度增加或者隧道高度减小的情况下会得到较大的通信带宽。

巷道竖直方向瓦斯传感器部署

针对煤矿井下瓦斯传感器的安放位置参数缺乏提供理论依据,首先建立了巷道几何模型,根据湍流状态下的守恒方程以及湍流动能方程和湍流耗散率方程以及标准k-ε模型,仿真了井下巷道数值方向上瓦斯的分布情况.通过比较巷道纵断面瓦斯的分布情况,得出:瓦斯传感器应放置在距顶板小于等于0.3 m的位置.该结论与煤矿安全标准中的规定吻合.

矩形隧道围岩电参数对电磁波传播的影响

隧道围岩电参数对电磁波的传播特性有很大影响。基于矩形隧道传播模型和软件模拟的方法,研究了隧道顶、底板和侧壁电参数的不同变化对不同极化方式电磁波的影响。结果表明:矩形隧道的顶、底板电参数的变化对垂直极化模式有很大影响,对水平极化模式没有影响;而侧壁电参数的变化只对水平极化模式的电磁波有影响,对垂直极化模式的影响很小。

煤矿智能化与矿用5G和网络硬切片技术

为减少煤矿井下采掘工作面作业人员,提出了采掘工作面无人5G地面远程控制方法:在采掘工作面设置工业摄像机和传感器,将视频、音频和传感器信号通过5G网络传输至地面,地面操作人员远程操作设备,将控制命令通过5G网络传输至采掘工作面,控制采掘设备动作。提出了用于综采工作面无人地面远程控制的无线传输距离和传输带宽计算方法。综采工作面两端头的基站之间无线传输距离应不小于综采工作面长度的1/2。综采工作面无人地面远程控制所需上行传输总带宽与综采工作面长度成正比,与液压支架中心距成反比,与支架和摄像机数量比成反比,与单台摄像机视频压缩后所需传输带宽成正比。为减少综采工作面无人地面远程控制对上行传输带宽的需求,可以只传输邻近采煤机的摄像机视频。综采工作面无人地面远程控制所需上行传输最小带宽与邻近采煤机的摄像机数量成正比,与单台摄像机视频压缩后所需传输带宽成正比。提出了综采工作面无人地面远程控制系统无线传输距离测试方法,用于综采工作面无人地面远程控制的5G等无线传输系统,在保证传输带宽、时延和可靠性的前提下,对无线传输距离进行测试,基站上行无线传输带宽不得小于20 Mbit/s,同时无线传输距离不小于150 m。提出了基于网络硬切片的全矿井一体化信息传输网,通过网络硬切片,给煤矿安全监控、矿井监控、人员及车辆和设备定位、视频监视、语音通信、5G通信等分配不同的信道,既保证了煤矿安全监控和矿井监控等高可靠、低时延的要求,也统一了煤矿井下信息传输网络,将煤矿安全监控网、矿用工业以太网和矿用5G通信网等多网合一。

梯形巷道中电磁波传播的等效分析方法

梯形巷道中电磁波的传播性质很难用理论方法进行研究。采用等效分析方法,比较了利用矩形巷道和圆形巷道的最低衰减模式等效梯形巷道中的最低衰减模式的结果。结果表明,使用等下底等截面积的矩形巷道的最低衰减模式等效梯形巷道的最低衰减模式的方法是可行的。

光纤传感技术在矿井安全监测中的应用

简要介绍了光纤传感技术在矿井安全监控方面的应用优点,并对气体传感器、粉尘传感器和应力(应变)传感器的原理和关键技术进行了分析,同时对OTDR以及Bragg光栅等新技术进行了理论分析和应用研究,并在此基础上提出了光纤传感技术进一步应用需解决的几个关键问题。

基于矿用双绞线的矿井视频信号传输的分析

在研究矿井视频监控系统特点的基础上,比较了光纤、同轴电缆和双绞线的优缺点,选取矿用双绞线作为监控系统的传输线。分析了将ADSL技术应用于井下的可行性,并提出解决问题的思路。

一元线性回归分析在回采工作面瓦斯传感器部署中的应用

为了给回采工作面上的瓦斯传感器放置提供理论依据,从数理统计的角度,应用线性拟和算法去分析解决问题。首先通过对回风巷3个不同点瓦斯浓度和回采工作面瓦斯浓度采样,建立散点图和回归线,根据最小二乘原理确立一元线性回归方程,并检验方程的合理性,最后预测回采工作面瓦斯浓度的区间范围。结果表明:《煤矿安全规程》对于回采工作面传感器要求布置的位置是合理的,如果在其他位置布设传感器则应调整其报警浓度。