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
随着煤炭产量的增加，部分煤矿井下运输系统发展不协调，导致煤仓堵塞问题逐渐严重。煤仓堵塞不仅会影响生产效率，还会发生安全事故。基于多频高声强声波发生装置的井下煤仓清堵设备在井下煤仓清堵中取得了不错的实际应用，根据井下煤仓清堵设备在实际应用中的问题，提出了一种基于改进PSO算法的井下煤仓清堵控制系统，通过改进PSO算法来实现声波发生装置的频率自调节，通过性能测试来验证改进PSO算法的性能。相较于人工频率调节，清理时间缩短50%以上，符合煤仓自动化改造的需要。
针对采煤机液压系统中传统滑阀在复杂工况下存在的换向冲击大、控制精度差及易卡紧等问题，基于滑阀实际工作条件，通过CFD(计算流体力学)仿真与试验验证相结合的方法，对比锥形、U形槽和三角形槽三种不同节流槽结构的阀芯，对滑阀内部流场特性进行系统性对比研究。研究结果表明：三角形槽阀芯能够有效提高对通流量控制的精确性，并为后续采煤机液压滑阀的优化设计和系列化开发提供参考。
为了实时掌握井下人员身体健康状况及周围环境安全状态，采用STM32F103C8T6为主控制器、HDXZ-30102为心率血氧监测模块、MQ-2为气体监测模块、NTC热敏电阻为体温监测模块，并配合蜂鸣器模块，设计研发了入井人员生理及环境参数便携式监测装置，实现了心率、血氧、体温及可燃气体(环境参数)的实时监测；基于LabVIEW开发了上位机系统，并通过ZigBee无线通信技术将数据传输至上位机，实现了分析、显示、警报和储存。对各模块功能进行测试，结果表明本装置具有经济便携、安全可靠的特点，为井下人员及环境多源信息融合技术在煤矿安全领域的创新应用提供理论和技术依据。
煤炭能源是我国能源安全的压舱石，为解决非系统岩巷施工中炮掘这一主要开拓方式所存在的钻爆法施工人工占比高、工艺流程繁琐等问题，采取基于淮南矿区小断面岩巷炮掘施工的研究方法，开展了钻装锚护一体机的设计与钻臂工作状态分析，并进行炮掘全流程机械化施工工艺的研究。研究结果显示，该一体机及施工工艺在顾北煤矿取得较好效益，实现单月进尺80 m以上，这一成果为非系统巷道中炮掘施工机械化的推进提供了技术参考和指导，具有重要的实际应用意义。
针对煤矿井下新型煤巷横川以孔代巷螺旋顶管施工中承插式混凝土管道不适用的问题，设计一种适配螺旋运输方式的新型管节结构，需满足三项核心需求：一是为掘进机提供有效推力传递；二是实现井下同步可靠支护；三是通过内壁耐磨镀层消除螺旋摩擦火花风险，同时优化连接方式以提升施工效率。采用端面法兰快速连接设计，优化连接部结构并增设注浆孔，以最小化台阶积煤对推进的干扰；基于ANSYS有限元分析软件，结合螺旋顶管施工工艺，模拟不同工况下管节的力学性能，通过参数化分析确定结构最优解。设计的新型管节结构在推力传递、支护稳定性和耐磨防爆方面均达到预期目标，法兰连接与注浆孔设计显著减少了积煤导致的推进阻力；有限元分析结果表明，该结构在复杂荷载下具有较高的安全性和适应性，同时兼顾经济性。所提出的管节结构有效解决了传统管道在螺旋顶管工艺中的局限性，通过力学优化与工艺适配，显著提升了掘进效率，为煤矿井下高效、安全施工提供了可靠的技术支撑。
针对煤矿巷道喷浆支护中传统人工作业效率低、质量不稳定等问题，通过复合轨迹规划、结构优化与仿真验证，提出匀速横向位移叠加周期性旋转的复合运动模式，结合喷枪垂直姿态控制(0.8～1.2 m喷射距离),将材料回弹率降至±6 mm以内，并通过多段分层喷射策略实现侧壁与拱顶的全覆盖喷涂，机械臂采用多自由度液压驱动系统及可伸缩防护装置，关键部件经有限元分析验证：喷枪画圆机构最大von Mises应力为材料屈服强度的4.46%(37.22 MPa),安全系数达22.4;伸缩臂最大应力78.81 MPa,变形量1.104 mm,满足ISO 13849标准。基于作业空间试验分析表明，机械臂最大作业半径3 m,伸缩臂定位误差稳定在±6 mm,动态特性良好，有效解决了小型巷道适应性差、轨迹突变导致的回弹率高等问题。
为提升人工放煤智能化水平，提出了基于图像分割的放顶煤控制方法。通过分析不同照度下煤块与矸石的差异度，选取差异度最大时的照度值用于图像采集。结合井下生产实际，提出了一种基于暗通道的去粉尘算法。设计了具有矸石和前景双任务头的语义分割模型，对图像中的像素点分别进行前景分类和矸石分类。在得到分类结果后，通过计算矸石区域在前景区域的占比计算混矸率，并设置关门阈值，从而实现放煤过程的智能化控制。将训练后的分割模型部署于81202工作面，并通过测试分割结果验证了模型的分割精度满足实际生产需求。在设置混矸率关门阈值为20%的情况下，利用灰分仪检测模型部署后8刀的煤质，结果显示混矸率为17.6%,证明了所提出的控制方法能够满足生产控制精度要求。
为了规避单一定位方法在煤矿井下巷道环境中的劣势，实现超宽带(UWB)与惯性导航系统(INS)的优势互补，提高井下导航定位的精度，在处理不一致的观测数据时，提出了基于改进贝叶斯估计的融合定位方法，通过引入不一致性因子来调整似然函数中的方差，从而更准确地反映数据的不确定性。通过仿真试验中设计了视距(LOS)和非视距(NLOS)两种环境下的对比试验，评估了改进方法在不同环境下的效果参数。结果表明，视距环境下UWB定位误差保持在0.5 m内，表现出良好的精度和稳定性，INS误差持续增大，最大误差达到了2.9 m;非视距环境下UWB最大误差达到2.3 m,而INS误差并未出现明显变化；通过贝叶斯估计的方法对两种定位方法融合后，在非视距环境下最大误差降低到0.9 m,且不同权重系数对误差也有一定影响，f_(UWB)=0.8、f_(INS)=0.2各项误差达到最小，有效减小了NLOS误差对定位结果的影响，显著提高了定位系统的鲁棒性和可靠性。相较于单一UWB或INS定位方法，提出的融合定位方法在提升定位精度、抑制路径偏移上具有积极作用。
针对不同开采空间下坚硬顶板破断演化规律不清晰的问题，以某煤矿11煤层一采区多个工作面为工程背景，采用微震监测及理论推演相结合的方式，分析了不同开采空间坚硬顶板破断特征，构建了顶板破断演化模型，获得了不同开采空间坚硬顶板非典型破断机制。结果表明：随着开采空间扩大，初次来压期间回采空间矿压显现强度降低，与此同时，高位坚硬顶板破断跨度减小，并最终与下位基本顶同步破断，这也是矿压显现强度降低的原因；在四边固支力学环境下，尤其是倾向跨度较小时，顶板极限承载力较大，破断跨度较大；而在三边固支一边简支的力学环境下，倾向跨度的增大破坏了顶板承载力，导致高位坚硬顶板走向破断跨度减小。研究成果为深部矿井的安全高效开采提供一定的理论依据。
针对移动式防爆设备隔爆外壳重量大、成本高、不利于井下运输和日常移动等问题，本项目通过研究煤矿用隔爆电源箱外壳防爆因素，结合数学中的最优化理论，建立目标函数，确定优化方法，设定边界约束条件，形成适合隔爆电源箱外壳优化设计的仿真模型。通过研究非金属材料的材料特性以及材料力学性能，确定适合隔爆电源箱外壳轻量化设计的新材料。通过有限元分析，研究结构型式对隔爆电源箱外壳轻量化的影响~([1])。形成基于有限元分析、选用新型材料以及合适的结构型式的隔爆电源箱外壳轻量化设计方法及验证方案，为今后隔爆电源箱外壳轻量化设计提供理论依据~([2])。
利用脱钩历史数据直接识别脱钩态势依赖数据质量，在冗余较多数据集中的识别效率较低。为了提升卸煤车厢脱钩态势自动化识别效果，提出基于灰狼优化算法的卸煤车厢脱钩态势自动化识别方法。运用SVM算法依据脱钩间距差异分类卸煤车厢脱钩态势信息，去除冗余数据。计算权值与分类依据值，通过相似度排序完成初步脱钩异常识别。引入粒子群算法二进制初始化特征向量，构建适应度函数获取最佳适应度值及特征分量，结合灰狼算法形成灰狼优化算法动态调整粒子位置优化提取特征。根据特征结果设置识别框架，确定脱钩动作概率与威胁等级，计算异常值自动化识别脱钩态势。试验结果表明，所提方法的车厢脱钩态势识别准确率较高，均方根误差为0.18,误差均值低于对比方法，且识别效率最高。
针对煤矿井下工作面刮板输送机直线度监测中存在的误差大、实时性差的问题，以光纤光栅(FBG)曲率传感器为基础，通过理论分析、模型构建和方案设计等角度，开发刮板输送机调直系统。首先构建了刮板输送机姿态模型，其次利用FBG曲率传感器实时采集机身姿态数据，并结合LSTM神经网络预测调直参数，最终实现了“感知-修正-调直-预测-修正”的动态调直流程。工程实践表明，经过3次调直处理后，刮板输送机的初始直线度偏差从322 mm降至152 mm,降幅53%,达到允许范围。该研究不仅解决了刮板输送机直线度实时监测与调直的技术难题，还为煤矿综采工作面的自动化与智能化发展提供了有效支持，具有显著的推广应用价值。
随着矿产资源开发向深部延伸，传统岩巷掘进方式在效率、安全和成本等方面面临挑战。TBM(全断面硬岩隧道掘进机)作为一种高效、安全的机械化掘进设备，在深部矿井岩巷施工中展现出巨大潜力。针对深部矿井复杂井工条件和地质条件，开展TBM施工工艺研究，包括大件模拟运输工艺、部件“四标”下放工艺、小硐室组装工艺、顶管始发工艺、掘进工艺和整机回撤工艺等，旨在提高TBM在深部矿井岩巷施工中的适用性和效率，为类似工程开展提供可借鉴的经验。
针对目前采煤机注脂润滑方式可靠性低、人工注脂工作强度高且存在安全隐患等问题，研究集中注脂润滑系统驱动控制技术、支路注脂量分配及精准控制技术、设计开发集中注脂润滑系统的结构以及注脂控制系统，研制采煤机自动集中注脂润滑系统，实现遥控器自动注脂和系统定时注脂的双控制策略自动注脂电控系统，电控系统的注脂时间和注脂周期可参数化配置，用户可根据实际工况和生产需求自定义设置对应参数，结果表明自动注脂电控系统提高了采煤机润滑部件润滑的效果，降低了采煤机检修人员的劳动强度和安全风险，提高了检修的效率。
随着煤矿安全生产要求的不断提高，矿用隔爆型电源设备作为煤矿井下电气系统的关键组成部分，其外壳设计与耐压性能直接关系到设备的安全稳定运行。研究旨在探讨矿用隔爆型电源设备外壳的设计原则与耐压性能，通过理论分析与3类常用加强筋强度的仿真校验，以及试验验证相结合的方法，对电源设备外壳的耐压性能进行深入研究，提出了一种将薄板理论与有限元分析相结合的电源设备外壳设计方法。该方法能够有效预测和优化外壳的耐压性能。通过1.5 MPa水压试验测试，验证了箱体外壳的耐压与密封性能，经受1 min高压后无塑性形变。研究结果对于提高矿用隔爆型电源设备的安全性和可靠性，具有重要的理论和实践价值。
针对采煤机行走箱在使用过程频繁出现的故障问题，如驱动轮及行走轮磨损严重和开式传动系统轴承润滑效果差等，重点从增加齿轮自动滴油装置与行走箱壳体及齿轮组件等关键部件的结构优化设计两个方面，深入探究传动系统免维护技术。现场使用效果验证了免维护技术的有效性，改进设计很大程度上提高了行走箱在生产过程中的可靠性。
煤矿井下盲巷存在气体积聚、火灾扩散、人员被困等安全隐患，目前对盲巷的管理，基本是依赖工作人员定期巡检，因此就有诸多问题如参数监测不便利、不实时、不准确，违章人员入侵行为不能及时制止、占用瓦检人员等。为解决上述问题，实现煤矿井下盲巷无人巡检，设计了煤矿井下盲巷安全监控系统，该系统具有远程监视和控制功能，能够实时监测井下盲巷环境温度、水位、压差、CO浓度、CO_2浓度、CH_4浓度等参数，通过上位机组态系统，实现盲巷环境参数超限报警并启动控制设施，排除隐患；通过视频系统远程监控盲巷周边人员流动情况，实现井下人员违规入侵盲巷及时报警。通过试验验证，该系统能够完成预设功能，有助于提升煤矿盲巷管理的智能化水平。
<正>~~
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