刊名：《煤矿机电》
COLLIERY MECHANICAL & ELECTRICAL TECHNOLOGY
创刊时间：1980年
出版周期：双月刊
主管单位：
中国煤炭科工集团有限公司
主办单位：
中煤科工集团上海研究院有限公司
编辑出版：《煤矿机电》编辑部
地址：上海市徐汇区天钥桥路1号
主编：雷 煌
执行主编：边永梅
ISSN：1001-0874
CN： 31-1509/TD
邮发代号：4-783
主页：http://mkjd.cbpt.cnki.net
在煤炭行业智能化转型浪潮下，矿鸿MDTP(Mining Data Transfer Protocol)作用突显，为综采智能化变革提供支撑。聚焦MDTP数据传输协议，结合当前应用现状剖析实际成效及不同场景下的冗余情况，特别提出一种基于MDTP数据传输协议的综采动态构建模型FMDCM(Fully Mechanized Dynamic Construction Model)。该构建模型涵盖数据前端处理模块、模型框架搭建模块和模型实时更新维护模块，旨在实现一种适应不同设备、不同应用场景的模型构建方式，助力行业技术创新突破，实现高质量发展。应用结果表明，相比于静态模型创建上，该构建技术在促进设备模型构建优势提升上是有效的。
为解决煤矿井下低矮变形巷道围岩清理施工存在人员劳动强度大、设备选择范围小、执行属具集成度低及自动化程度不高等问题，提出了巷道清理施工工艺及机型的选择要求，设计了煤矿用巷道清理机器人，重点研究了机械臂、履带车体、属具箱、液压系统和电控系统等关键技术，并分析了清理机器人各部件的功能特点。在车间进行了型式试验，清理宽度4.2 m,破碎高度5.2 m,破碎深度0.5 m,爬坡能力15°,远控距离大于25 m。试验表明：各项指标均满足设计要求，充分证明巷道清理机器人结构、液压系统及电控系统设计的合理性和可靠性，清理机器人的研制为煤矿井下低矮变形巷道围岩清理施工提供了装备保证，为类似产品设计提供了研究思路。
我国煤炭资源丰富，其煤矿智能化建设正步入一个快速发展的新阶段。深入剖析了该区域煤矿智能化技术的最新进展、应用成效、面临的挑战以及未来的发展趋势。通过综合运用传感器技术、物联网、大数据、人工智能等前沿科技，煤矿智能化在采掘自动化、运输智能化、安全监控全面化及综合管控平台化等方面取得了显著突破。这些技术的应用不仅极大地提升了煤炭开采的效率和安全性，还促进了煤炭行业的绿色、低碳、可持续发展。然而，煤矿智能化建设仍面临技术路径差异化、软硬件协同不足、标准体系不健全等挑战。通过强化政策引导、深化技术创新、加快标准制定及人才培养等策略，可以有效推动晋陕蒙地区煤矿智能化建设向更高层次迈进。
针对传统人工瓦斯巡检过程中易存在的空班漏检假检问题，提出一种基于多功能LED显示屏的煤矿瓦斯巡检系统设计方案。该系统使用多功能LED显示屏替代井下手写瓦斯检查牌板，支持自动监测和人工巡检两种模式，多功能LED显示屏可配接多种类型传感器实现自动监测，瓦斯检查工可通过手持终端App、智能便携仪、NFC定位卡等设备实现人工巡检，开发了一套B/S架构的瓦斯巡检管理平台软件，能够实现巡检全流程管理和信息发布功能。该系统可提升煤矿瓦斯巡检的工作效率，提高煤矿的智能化水平。
针对目前矿井分散排水系统有线通信施工成本高、开发程度低、缺少设备诊断信息等问题，设计了基于Wi-Fi通信的矿井分散排水监控系统。该系统采用无线Wi-Fi与矿井已经部署的基站进行组网，通过状态机程序设计能够准确判断、响应传感器数据的超限检测结果实现自动控制，同时将设备运行实时数据和报警信息上传至地面上位机。经过试验验证，在监控分站与通信基站直线距离180 m内、无遮挡能够承载ModbusTCP协议有效传输数据，通信在线率超过99.94%,监控分站产生报警后自动停机，提高了系统可靠性。
随着5G通信技术的快速发展，相关科技在煤矿智能化建设过程中的应用愈加广泛，但是由于煤矿井下开采环境复杂等因素，煤矿车辆自动化的调度响应延迟等问题仍有待解决。通过分析煤矿井下的环境特点和5G-V2X关键技术，提出了基于5G-V2X技术的煤矿井下车辆的网联式自动驾驶技术，并通过搭建5G-V2X通信网络系统，设计了“人-车-巷-云”系统架构，该架构可进行车辆与车辆、车辆与行人以及车辆与基础设施之间的实时通信和数据的交互共享，与此同时设计了网联式的自动驾驶方案和智能调度管理系统架构。开展了仿真试验验证，空口测试结果表明，5G-V2X系统的端到端通信时延稳定在20 ms内并且覆盖率可以达到82.5%。该系统有助于提高煤矿井下的智能运输水平，显著提升煤矿井下运输效率和安全性能，为煤矿车辆智能化建设注入新的动力。
由于煤矿井下盾构施工粉尘大、湿度大、设备多导致光路遮挡，影响全站仪导向的测量精度和可靠性。惯导系统受环境影响相对较小可连续地提供设备的姿态角，结合掘进行程可以实时计算出设备的空间坐标及偏差值，但是随着时间的推移，本身的飘移导致累计误差较大~([1])。基于以上问题提出了基于惯导加全站仪组合的盾构系统自主定位定向方法。通过分析惯导与全站仪组合定位导向原理及特点，建立组合定位定向模型，结合掘进过程中的推进里程，利用全站仪测量的位置参数和惯导测量的位姿解算出惯导的位姿坐标进行实时替代，得到盾构机自主定位定向的融合信息。
为了实现煤矿瓦斯抽采钻孔成孔评价，解决瓦斯抽采钻孔施工评价量化问题，以钻孔轨迹的精准测量为钻孔施工评价提供空间数据基础。通过对瓦斯抽采钻孔的开孔、收孔、封孔、施工与钻孔扩孔、压裂、割缝等数据的记录与组织，研究钻孔施工轨迹与设计轨迹偏差计算，量化抽采有效区域的偏离，建立钻孔基础信息数据库。针对不同类型的钻孔，建立相应钻孔施工评价模型，提出将钻孔设计施工空间切合率作为主要评价指标。同时应用二三维GIS视图实现钻孔定位，钻孔轨迹影响范围呈现，在线查看钻孔信息与评价结果。结果表明：该方法能够有效量化钻孔施工与设计的偏差，准确计算抽采有效区域的偏离程度，钻孔设计施工空间切合率这一评价指标具有较强的科学性和实用性，能够综合评价钻孔施工效果。二三维GIS视图的应用，使得钻孔定位和轨迹影响范围呈现更加直观，方便在线查看钻孔详细信息与评价结果。该研究为煤矿瓦斯抽采钻孔成孔评价提供了一种有效的方法，有助于提高瓦斯抽采钻孔施工检验效果。
矿用全断面掘进设备因其应用场所的特殊性，业内尚无完善的行业标准对技术及施工进行指导，为达到快速、高效、安全、优质的施工需要对全断面掘进设备施工进行细致的安全管理。通过介绍全断面掘进设备的安全技术要求和使用要求，引申出风险源辨识、评估及管控方式等风险管理内容，最后明确施工安全管理措施，以此为全断面掘进安全施工管理提供参考。
在运用输送带进行煤矿运输的过程中，常常面临因落料口堵料而导致的产线停滞、设备损坏及物料浪费等问题，传统人工巡检方式存在反应滞后、漏检率高、依赖人力等缺陷，影响料流体积检测精度。基于上述问题提出一种基于机器视觉的输送带料流自适应检测方法。通过融合激光线扫描与高分辨率摄像设备，实时采集落料口图像数据，采用基于小波变换的图像增强算法优化复杂光照条件下的图像质量；结合光流分析技术动态捕捉物料运动轨迹，利用料流面积与方向一致性分析实现堵料预警。最后建立动态煤体积计量模型。试验结果表明，该方法可精确检测煤流体积，平均相对误差为1.613%,满足实际作业误差需求。此外，所搭建的人工智能平台能够实时触发堵料报警，有效提升监测响应速度与准确性。
为解决采煤机惯性导航定位出现累积误差导致刮板输送机调不直的问题，提出了一种高精度动态调直方案，即采用捷联惯导(SINS)和里程计(OD)组合导航采集姿态、位置等数据，通过RTS平滑算法处理，完成最优输出状态的反馈校正。经过理论计算、模拟仿真以及长距离定位试验验证的方式，最终得出，RTS平滑算法后位置误差较不使用平滑算法有明显降低，定位精度有很大提升，同时长距离运行下，各个方向的定位精度仍提高45%以上，有很强的应用价值。
针对综掘工作面自移机尾跟机行走效率低、操作工序专业程度较高等问题，研发了一种履带式总线控制自移机尾系统。该系统采用前后四履带支撑行走，通过CAN总线比例控制负载敏感多路阀、总线遥控控制器，搭配转速传感器等，实现设备手动/自动/遥控、直线行走等功能，满足综掘工作面自移机尾智能化、自动化控制需求，提升综掘无人化、自动化控制水平。
煤矿井下TBM掘进施工始发要求极其重要，由于TBM主机重量偏大，在不稳定围岩容易出现鼓底以及重量过重破坏底板，会造成TBM主机抬高或者陷坑现象发生，从而影响主机始发方向控制。通过采用底板浇筑混凝土和两帮喷射混凝土加固方式减少地压引起的围岩变形影响，从而提高TBM始发掘进方向控制准确度以及设备稳定性，使前期掘进始终保持向上姿态，避免了TBM主机“栽头”现象发生，针对某矿高抽巷始发硐室TBM掘进工作面现场地质情况，提供了底板加固相应方案研究，并成功实施。
针对刮板清渣输送机在不良地质工程现场应用中因楔块效应等因素出现的结构失效、刮板变形及机槽连接稳定性不足等问题，通过现场实测与理论分析相结合，创新性提出驱动端增设限位组件、改进机槽分段式连接结构方法，以抑制链条动态波动和降低机槽应力集中，改进后的设备以模块化的设计便于矿用TBM配套，于现场应用测试效果良好，刮板变形情况未再次发生，机槽连接故障消除，提升了输送效率，降低了刮板清渣输送机的故障率，为不良地质情况下刮板清渣输送机的应用提供了相应的参考。
针对邯黄铁路储运装系统给料控制方案存在的控制精度差、响应时间长的问题，设计基于参数自整定Fuzzy-PID铁路装车给料控制系统。首先，分析了参数自整定Fuzzy-PID控制原理；其次，设计并详细阐述了以参数自整定Fuzzy-PID为核心的铁路装车给料控制器、给料控制器驱动，建立了以控制器、变频器、触摸屏为基础的给料控制系统；最后，完成给料控制系统的仿真、试验。结果表明，设计的给料控制系统可将单车装车时间缩短至小于50 s,单车装车精度为±0.1%,进一步提升了铁路外运产能和效率。
对于煤矿井下通风网络拓扑结构而言，通风相关参量会受分叉和汇合关系影响发生改变，呈现出复杂的非线性特征，使得无法精准捕捉通风相关参量间的关系，导致监测结果与实际存在较大误差。为此，开展了基于改进支持向量机的煤矿通风安全智能监测研究。以通风相关参量——风流温度为核心，构建了煤矿井下通风网络拓扑结构计算模型，得到考虑分叉和汇合关系的通风网络拓扑结构任意节点通风相关参量数据。利用SVM映射输出风温-风量关系函数，以捕捉风温-风量之间的复杂关系，并在给定搜索空间中迭代搜索核函数参数最优值，排除通风相关参量变化对风温-风量关系函数的干扰，提高监测的准确性。利用松弛函数约束风温参数在改进支持向量机中的映射输出，得到精准的煤矿通风状态数据。在测试结果中，监测方法输出的风流密度与实际值误差在0.04 kg/m~3以内，且不同风门体积风量误差也始终低于0.4 m~3/s,均处于较低水平。
为解决盾构机及带式输送机在欧洲非煤瓦斯隧道施工中的防爆问题，提出了一种经济可靠的盾构法防爆解决方案。研究了欧盟ATEX标准和意大利NIR44防爆标准，并根据不同防爆区域进行了相应的防爆设计，完成了防爆正压柜、带式输送机及输送机保护罩的设计。采用了防爆区域随掘进实时动态调整的方法，并改造优化了正压防爆柜，使整个防爆系统安全可靠，经济性好。该防爆系统已成功应用于意大利非煤瓦斯隧道项目。