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2023年 第33卷 第S2期    刊出日期：2023-12-30

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安全社会科学与安全管理

煤矿风险隐患评估系统

李林, 张津鹏, 付恩三, 刘光伟

2023, 33(S2):  1-6.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0027

摘要 ( 86 )   HTML ( 1 )   PDF (2782KB) ( 16 )  

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为解决当前煤矿风险隐患处置不及时、各类风险隐患之间的关联关系不强以及煤矿风险隐患与事故风险之间可量化性不强等问题。首先,通过采集煤矿“三位一体”系统数据,进行语义识别,建立煤矿灾害事故链以及风险评价模型,量化分析煤矿风险;然后,建立包含煤矿综合风险动态评估、煤矿各专业风险动态评估、隐患时间分布、隐患地点分布、煤矿自查风险评估契合度比对分析、重复隐患数据分析、隐患重要度分析以及隐患年份与关键词分析等功能的煤矿风险评价系统。结果表明,通过煤矿风险隐患进行语义识别,可实现对煤矿各类灾害风险的量化表达、可视化展示和风险超前预警,为煤矿降低事故风险、及时隐患闭环处置,提供技术支撑。

安全工程技术

哈尔乌素露天煤矿爆堆粉尘润湿性及其影响因素

李全生, 颜杰, 王斌, 张禹

2023, 33(S2):  7-12.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0032

摘要 ( 47 )   HTML ( 0 )   PDF (2723KB) ( 11 )  

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为提高抑尘剂的降尘效果,探究露天矿爆堆粉尘润湿性及其影响因素。以哈尔乌素露天煤矿不同爆破台阶爆堆产生的煤尘及岩尘为研究对象,采用室内试验和数据统计分析等方法,分析露天矿爆破粉尘颗粒理化特征,并在此基础上讨论其理化特征与润湿性关系,采用SPSS软件进行回归分析,建立回归模型,最终由回归方程得知影响露天煤矿爆堆粉尘润湿性的主要因素。结果表明:影响煤尘润湿的显著因素是固定碳含量和粉尘粒径D₅₀;影响岩尘润湿的显著因素是D₅₀。

基于声信号的带式输送机托辊故障特征分析

刘勇

2023, 33(S2):  13-17.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0036

摘要 ( 42 )   HTML ( 1 )   PDF (7753KB) ( 18 )  

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针对带式输送机托辊数量众多且分布较散,而现有故障诊断方法准确率低、易受环境影响、监测成本高等问题,提出一种基于声信号的诊断方法。首先,通过伯恩斯全向麦克风采集带式输送机30组托辊工作状态下的声信号;然后,利用统计法分析采集的声信号的时域(TD)特征,实现故障特征初步挖掘;最后,分析声信号的频域(FD)以及时频域(TFD)中所包含的特征,以提高对故障特征的表达能力。结果表明:托辊声音的TD特征能够检测锈蚀故障,FD特征能够检测出严重故障,TFD域特征能够检测出各种典型的轴承损伤,在工业带式输送机托辊故障监测方面具有应用前景。

麦垛山煤矿巷道围岩地质力学测试试验

张卫军, 张志佳, 胥海东, 王顺翔, 赵文菊, 兰天伟

2023, 33(S2):  18-22.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0012

摘要 ( 47 )   HTML ( 0 )   PDF (1625KB) ( 14 )  

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为进一步优化麦垛山矿井巷道围岩支护方案,对麦垛山矿井巷道的地应力和巷道围岩强度进行原位测试,利用钻孔窥视法观测巷道围岩结构,揭露煤矿巷道围岩结构形态,选取合适测点测试水压致裂地应力,采用钻孔触探法测试围岩强度;分析麦垛山矿井6煤所处的围岩地质力学分布特征和力学参数。测试结果表明:麦垛山矿井最大水平主应力平均值为15.2 MPa,最小水平主应力平均值为8.17 MPa,垂直主应力平均值为13.94 MPa,试验区地应力场为中等应力值地区;区域巷帮6号煤平均强度为28.16 MPa,煤质较坚硬,在巷道围岩10 m范围内,由浅及深分别为粉砂岩、粗砂岩和粉砂岩;岩体强度依次增大,在4.9 m处岩体强度提升95.41 MPa。

基于改进灰狼优化算法的自移机尾控制方法

鞠兴军, 魏德志

2023, 33(S2):  23-27.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0013

摘要 ( 29 )   HTML ( 0 )   PDF (2582KB) ( 7 )  

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为更好地解决自移机尾的姿态控制问题,将改进后的灰狼算法(GWO)融入到比例积分微分控制器PID控制器中,设计模糊控制器,提出改进的GWO优化模糊PID控制系统架构,实现自移机尾的迈步自移、同步举升、侧移校正的安全控制动作。建立带式输送机自移机尾液压控制系统数学模型,设计自移机尾侧移动作控制仿真与自移机尾多液压缸同步举升控制仿真,通过仿真分析的方法分别对比未加算法的PID控制效果,以及改进前后的灰狼算法所优化的模糊PID控制效果。结果表明:采用PID模糊控制器并融合改进后的灰狼优化算法,可以使自移机尾安全控制系统性能更稳定、控制效率更高。

破碎顶板迈步滑移超前支护设备可靠性研究

胡志伟, 刘少杰, 谢苗, 石忠定, 刘治翔

2023, 33(S2):  28-33.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0030

摘要 ( 42 )   HTML ( 0 )   PDF (4342KB) ( 1 )  

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为解决巷道围岩开采过程中由于支护不及时导致顶板易发生坍塌、冒顶事故等问题,提出迈步滑移式超前支护设备,应用仿真模拟方法分析超前支护设备的可靠性。首先,介绍滑移式超前支护结构组成及原理,明确超前支护设备支护效果的功能可靠性;然后,仿真分析超前支护设备在全支撑状态和迈步过程状态的整机结构强度,验证超前支护设备设计的合理性。最后,利用ANSYS Workbench模态分析超前支护设备,获得设备不同振型特征。结果表明:在全支撑状态下超前支护设备最大变形发生在纵梁前端部位(22.139 mm)、最大应力位于前后支撑纵梁的铰接处(205.45 MPa)、等效应变集中的位置位于拱形横梁与支撑纵梁的相交区域(11.624×10^-4);在迈步过程状态下超前支护最大变形发生在副支撑组前纵梁上(13.411 mm)、支护最大应力出现在支撑纵梁与拱形横梁的铰接处(187.65 MPa)、推移油缸的最大位移出现在活塞杆头与副支撑组铰接部(5.633 2 mm)、最大应力则发生在与主支撑组铰接处(187.65 MPa);整机的一、二、三、四阶固有频率分别为41.715 2、44.591、60.826和62.789 Hz,发生形变的部位分别位于副支撑组前支撑立柱上与副支撑组后支撑立柱上。

民用爆炸物品智能仓储系统研究

曹勇

2023, 33(S2):  34-40.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0040

摘要 ( 40 )   HTML ( 0 )   PDF (1452KB) ( 3 )  

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为提高民用爆炸物品仓储管理的安全性,开发一种能够提高民用爆炸物品存储和运输效率、降低安全风险的智能仓储系统,实现对物品的实时监控、自动盘点、安全预警等功能,首先,界定民用爆炸物的概念;其次,简要说明当前民用爆炸物的安全管理措施;最后,概述及设计智能仓储系统,主要包括需求分析、总体设计、软硬件设计,后基于硬件、软件以及测试。结果表明:所提出的基于物联网技术和大数据处理的民用爆炸物品智能仓储系统,在提高存储和运输效率、降低安全风险等方面具有显著优势。通过科学、合理的测试设计和执行,可以确保系统的可靠性、稳定性和易用性,为用户提供高质量的智能仓储服务。

带式输送机中间段托辊故障检测方法研究

井庆贺, 张启良, 王增仁, 刘东星, 谢苗, 孟庆爽

2023, 33(S2):  41-48.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0009

摘要 ( 35 )   HTML ( 0 )   PDF (13295KB) ( 3 )  

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为及时准确地判断托辊的安全运行状态,减少托辊故障运行,以某矿带式输送机中间段托辊实际运行工况为背景,研究托辊正常工况、轴承损坏和断裂的故障工况振动信号特征,采用离散小波变换(DWT)降噪处理采集的振动信号,通过局部平均分解(LMD)成若干PF分量之和,选取相关系数大的分量作进一步分析,将提取到的最佳特征作为反向传播神经网络(BPNN)输入,构建反向传播神经网络对托辊运行状态分类,并在某矿带式输送机上进行托辊运行状态诊断试验。试验结果表明:通过DWT-LMD-BPNN算法可以准确识别托辊故障类型,并确定托辊故障发生的位置,实现带式输送机中间段托辊故障超前预警,融合DWT-LMD-BPNN方法检测托辊故障的准确度为93%,可为后续搭建带式输送机智能监测平台提供研究基础。

露天矿用潜孔钻机钻进破岩模型

于海旭

2023, 33(S2):  49-54.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0038

摘要 ( 31 )   HTML ( 0 )   PDF (3801KB) ( 3 )  

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针对潜孔钻机工作过程中存在的冲击力过大导致主体结构变形破裂、冲击破岩过程设备振动不稳定等问题,以露天矿用潜孔钻机为研究对象,分析钻进工况下的破岩特征。首先,分析潜孔钻机冲击破岩机制,获得冲击载荷下岩石破坏的主要模式;然后,对比模型屈服与破坏准则,采用Drucker-Prager模型分析钻头冲击作用下的岩石面破碎效果;最后,利用ABAQUS软件分析不同钻进参数下的冲击破岩特征。结果显示:当冲击力过小且转速过大时,钻头对岩石的作用力不够,钻进效率低;当转速过小且冲击力过大时,岩石未完全破坏,碎屑排出困难,导致破碎效果较差;随着转速的增大,钻进速度呈现先增加后减小的规律;随着冲击力的增加,钻头侵入岩石的能量增加,钻进速度得到提升,但推进力过大会造成钻杆钻进不稳定,导致破岩效果不理想,影响钻进效率。

基于神经网络的振动给料机故障诊断算法

张斌, 张辛忻, 杨海涛

2023, 33(S2):  55-59.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0019

摘要 ( 31 )   HTML ( 0 )   PDF (1813KB) ( 3 )  

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为解决振动给料机故障诊断采用传统信号处理方式缺乏自适应性的问题,引入基于自适应一维卷积神经网络(1D-CNN)的故障诊断算法;通过深入分析振动给料机的故障特性,将故障状态的原始振动信号进行预处理,构建训练样本和测试样本;将每个训练样本按照时间划分,作为1D-CNN的输入,在不同时间段内对振动信号的特征进行自适应层级化提取。结果表明:通过引入自适应性,算法能够更灵活地适应振动信号中存在的复杂动态模式。这种自适应性带来了更高的诊断准确度,尤其是在面对振动特性频繁变化或者存在噪声干扰的情况下。通过选取合适的神经网络尺寸,输出针对振动给料机的故障状态的诊断结果,在重叠比例为49%的情况下,准确率高达90.2%。

魏家地煤矿钻孔静压注水治理瓦斯技术

文建东, 刘烜, 李作泉, 苗在全, 王贝贝

2023, 33(S2):  60-64.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0014

摘要 ( 38 )   HTML ( 0 )   PDF (1780KB) ( 3 )  

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为降低回采工作面开采期间瓦斯和粉尘浓度,以魏家地煤矿东一采区东1100回采工作面1号煤层为研究对象,开展煤层注水治理瓦斯及降尘试验;采用静压注水的方式对该工作面煤层注水,计算得到单孔注水量为6.9 m³,注水时间为1.7 h,注水位置设置在工作面前方16 m左右处;测定距离回采工作面注水钻孔不同位置煤样的水分变化,得出注水孔渗透半径约为10 m。结果表明:煤层注水能够降低回风流中的平均瓦斯体积分数,并能够控制煤层钻屑瓦斯解吸指标和最大钻屑量,保证上隅角瓦斯体积分数的合理变化。

露天矿用高台阶电缆安全收放装置的偏差耦合控制研究

刘利杰, 周永利, 田丰

2023, 33(S2):  65-70.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0023

摘要 ( 36 )   HTML ( 0 )   PDF (1896KB) ( 3 )  

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为了优化露天矿用高台阶电缆安全收放装置在受干扰环境下内部电机组的协同性和工作精度,提出一种矿用高台阶电缆安全收放装置的三电机偏差耦合控制方式。首先,构建基于人群搜索算法(SOA)的PI控制器参数整定模型,以时间乘绝对误差积分(ITAE)作为目标函数,然后,通过Schaffer等3个测试函数与多种算法对比,最后,利用Matlab/Simulink搭建3台永磁同步电机仿真模型,并通过算法对参数进行优化。结果表明:SOA算法优化的三电机偏差耦合方法控制的电机组转速可以快速达到设定值,且具有良好的稳定性,而且施加干扰后,电动机组也仍具有良好的跟随性和抗干扰能力。此外,文中方法还具有收敛速度快、误差更低的优点,可为露天矿用高台阶电缆安全收放装置的设计和优化提供有力支持。

基于拾音器的选煤厂噪声诊断系统设计

廉凯

2023, 33(S2):  71-76.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0006

摘要 ( 37 )   HTML ( 0 )   PDF (2214KB) ( 4 )  

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为解决选煤厂无法实时监测工作厂区噪声和基于噪声的故障设备预警问题,设计一种基于浏览器/服务器(BS)架构的噪声管理诊断系统。该噪声管理诊断系统包含噪声采集子系统和噪声时频分析模块;噪声采集子系统利用拾音器阵列采集噪声,噪声时频分析模块采用阵列技术和时频分析算法实现降噪和噪声源定位功能;为方便管理、分析噪声数据,开发基于BS架构的用户管理和分析界面。结果表明:噪声诊断系统能够分析和处理多种设备的噪声数据,识别噪声源位置,并实时显示噪声水平,同时生成详细的对比分析报告,识别超出标准阈值的噪声污染,方便诊断或维修设备。

基于提高环境安全的露天矿空气污染影响因素研究

王桂林, 赵长海, 宋德林

2023, 33(S2):  77-84.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0021

摘要 ( 39 )   HTML ( 0 )   PDF (15153KB) ( 7 )  

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为了解采坑空气污染情况以制定有效的控制措施,围绕吊斗铲建立露天矿空气质量立体监测系统,连续监测采坑中气象要素以及粉尘浓度、CO浓度等各项参数。对比污染物发生频率及浓度,确定主要污染物,分析粉尘浓度随气象要素的变化,确定各因素对采坑污染的影响。结果表明:CO产生频率远小于PM₁₀和PM_2.5发生的频率,粉尘颗粒物是露天采坑大气主要污染物;温度、湿度和风速是污染物的主要影响因素,温度升高,湿度降低,粉尘浓度升高,风速增大,风蚀扬尘作用显著,粉尘浓度升高。可采取增加湿度的措施降低露天采坑粉尘污染,同时,应处理裸露地表,降低风蚀扬尘影响。

瓦斯抽采泵站智能化应用研究

李生亚, 高坤, 张斌峰, 王永健, 贾男, 高宏烨

2023, 33(S2):  85-90.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0029

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (1873KB) ( 4 )  

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为提高煤矿瓦斯泵站自动化与信息化水平,减少瓦斯泵站能耗,提出瓦斯抽采泵站的智能化控制方法。在分析瓦斯泵站高能耗原因的基础上,提出智能瓦斯泵站抽采系统概念;采用瓦斯泵站抽采系统智能化改造的方法,通过对水环真空泵增加变频器控制电机,进一步分析抽采瓦斯的能耗以及瓦斯发电厂发电数据。结果表明:智能瓦斯泵站在满足安全生产的情况下,抽采瓦斯能源消耗减少50%以上;工人的工作强度降低80%。

麦垛山煤矿地应力测量及井田应力场特征分析

刘向阳, 刘永豪, 张顺峰, 兰天伟, 赵文菊

2023, 33(S2):  91-95.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0016

摘要 ( 38 )   HTML ( 0 )   PDF (2682KB) ( 13 )  

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为确定麦垛山煤矿不同构造应力区对采掘工程和矿井动力灾害的影响,采用水压致裂法对麦垛山煤矿6号煤层地应力测量,构建麦垛山煤矿6号煤层顶板岩性数据库和煤岩地质构造模型,并运用“岩体应力状态分析系统”明确麦垛山井田应力分布和分区特征。结果表明:麦垛山煤矿属于典型走滑型应力场,即水平应力为主导的构造应力场,最大主应力为15.02 MPa,方向为N15.6°E,井田范围共划高应力区、应力梯度区、应力正常区及低应力区4个应力区域,并且分别占井田面积7.5%、8%、57.5%和27%。在高应力区和应力梯度区,受采掘扰动叠加影响容易导致巷道发生顶板垮落和底鼓等现象;在应力正常区和低应力区,巷道受原岩应力的影响较小,不易产生能量积聚,巷道破坏的危险性降低。对于正在掘进和未投入使用的巷道,应根据应力分区特征加强对巷道围岩的监测和支护,实现煤矿开采工程与灾害防治工作的分级、分区管理,保障煤矿生产安全。

采动应力与工作面突出指标相关性分析

谢亚东, 吴琪璇, 李作泉, 张建江, 权继业

2023, 33(S2):  96-99.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0015

摘要 ( 39 )   HTML ( 0 )   PDF (1540KB) ( 3 )  

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为准确预测采掘工作面煤与瓦斯突出危险性,以甘肃魏家地煤矿东一采区东1100工作面为例,研究采动应力对突出指标的影响因素。采用数学统计的方法并结合井田情况,通过研究煤层瓦斯压力与钻屑解吸指标二者之间的量化关系,推导出采动应力与瓦斯突出指标之间的关系,通过观测回采工作面的矿压,能够定量分析一定范围内煤体的瓦斯突出指标,通过测量瓦斯突出指标,判断煤体采动应力的分布情况。研究表明:采动应力对瓦斯突出指标产生一定影响,采动应力与钻屑解吸指标可以相互推导求值,两者之间的拟合函数为二次函数关系;随着采动应力的增大,钻屑解吸指标和最大钻屑量均先增大,逐渐趋于平稳后又迅速增大,存在正相关性关系。

危化品安全生产科技支撑能力建设的思考与建议

纪国峰, 张嘉亮, 郭帅

2023, 33(S2):  100-104.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0043

摘要 ( 48 )   HTML ( 0 )   PDF (1444KB) ( 5 )  

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为有效防范危险化学品行业系统性安全风险,通过梳理我国危化品安全生产现状及科技支撑需求,分别从危化品快速检测识别、安全智能化及化工园区提升等方面分析了我国危化品安全科技支撑能力建设存在的不足,提出强化危化品安全生产科技支撑能力的建议。研究表明:安全科技支撑能力是防范化解行业系统性安全风险的重要手段,不断加强安全科技支撑能力建设,可以有效提升危化品安全管理水平,推进危化品安全生产形势持续稳定好转。从科研平台、体制机制、支撑服务等方面,不断加强安全科技支撑能力建设。通过建设国家级科技平台,强化危险化学品安全管理关键技术和装备研发能力;通过建立国内危险化学品安全科技支撑机构合作共享机制,构建安全科技支撑“生态圈”;通过壮大专家人才队伍,提高安全技术支撑服务能力。

利民煤矿井田地应力场反演及分区特征

董海清, 兰天伟, 袁永年, 令向东, 李亚斌, 李阳

2023, 33(S2):  105-110.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0011

摘要 ( 42 )   HTML ( 0 )   PDF (2933KB) ( 4 )  

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为预防矿井采掘过程由应力集中导致的巷道围岩、支护变形和破坏,需要明确井田地应力分布特征。根据区域构造分析和板块构造运动态势,揭示利民煤矿井田应力场形成的动力源及演化特征,通过井田原位地应力测试,确定地应力场主应力方向及量值,得到利民煤矿的水平构造应力场占主要优势,其最大水平主应力方向为S85.78°W—S89.93°W,方向为近EW向,构建9号煤层顶板岩性数据库和岩体应力计算模型,反演井田最大主应力分布特征,并根据应力集中系数对井田进行构造应力分区,分析不同构造应力分区内巷道围岩稳定性的差异。结果表明:高应力分区内围岩变化程度最大,且能量积聚最为集中。巷道围岩产生应力集中的临界尺度更小,更容易发生强矿压显现情况。

破碎站大块物料安全通过能力影响因素分析

杜志勇

2023, 33(S2):  111-115.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0017

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为提高物料破碎效率,解决露天矿破碎站大块物料导致的卡料堵塞问题,建立散体物料模型和物料粒度数学模型。首先,分析物料所受破碎力影响因素,建立不同因素作用下破碎力的数学模型;然后,以CR610/14-35型双齿辊破碎机为例,对不同齿辊中心距和齿高下不同物料的受力进行数值模拟。结果表明:物料粒度、齿辊中心距以及齿辊齿高是影响破碎站大块物料通过能力的主要因素;物料所受切向力随齿辊中心距增加而减小,随齿辊齿高增加而增大。

基于MFCC声音特征信号提取的托辊故障诊断

郭洁, 井庆贺, 闫寿庆, 王鑫, 谢苗, 吴意兵

2023, 33(S2):  116-121.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0008

摘要 ( 47 )   HTML ( 0 )   PDF (3212KB) ( 3 )  

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为监测托辊健康运行状态,通过现场试验的方式提取了托辊正常音频信号与故障音频信号。针对提取的音频信号中包含有大量噪声的问题,提出一种改进的小波阈值去噪方法,该方法有效滤除了音频信号中的噪声,为信号的后期特征提取奠定了基础。为进一步研究正常音频信号与故障音频信号的特性差异性,利用梅尔倒谱系数(MFCC)特征提取法,得出了能明显观测到托辊正常状态与故障状态差异性的梅尔倒谱系数特征表征图。结果表明:故障音频信号时域图与频谱图比正常音频信号波动更加剧烈;托辊正常音频信号的梅尔倒谱系数特性表征图比故障音频信号的起始幅值高,且幅值下降更迟缓。

露天矿挖掘机液压系统特性分析与智能监测系统研究

张周爱, 海素峰, 薛国庆, 张玉华

2023, 33(S2):  122-127.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0039

摘要 ( 28 )   HTML ( 0 )   PDF (3125KB) ( 3 )  

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为预防大型露天矿用液压挖掘机作业过程中由液压系统部件损坏引发的设备故障,开展液压挖掘机工作过程工作性能分析与智能监测系统研究,以某型号350 t液压挖掘机为研究对象,基于AMESim仿真软件,建立挖掘机系统主泵模型和系统整体模型,仿真分析液压挖掘机工作臂、振动杆、工作铲斗独立运动特性;建立包括数据监测系统、数据传输系统、智能分析系统的露天矿挖掘机液压系统智能监测平台架构,并在神华宝日希勒露天矿应用。结果表明:相比于独立工作过程液压缸的位移和压力变化规律,复合运动过程中的压力更高且出现波动现象,原因是实际工作过程中各环节会产生振动及负载的影响。设计的液压系统智能监测平台能够实现对矿用挖掘机的液压系统状态的实时有效监测,大幅提高矿用挖掘机液压系统的稳定性。

基于ADAMS的大型正铲液压挖掘机运动稳定性预测

贾峰, 苏洪刚, 荣宝, 魏志丹, 魏立东

2023, 33(S2):  128-134.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0033

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为提高大型正铲液压挖掘机工作装置的可控性与稳定性,以某350 t大型正铲液压挖掘机工作装置为例展开研究。首先,介绍正铲液压挖掘机的基本构成,基于丹纳维特-哈滕伯格参数(D-H)法求解工作装置的运动学正解和反解,得到挖掘机工作装置各铰点坐标与动臂、斗杆、铲斗液压缸位移及转角变化函数;然后,利用软件Matlab验证位移及转角函数模型,并得出函数变化曲线;最后,利用SolidWorks和机械系统自动动态分析(ADAMS)软件建立350 t大型正铲液压挖掘机的虚拟样机,对工作装置的动臂缸、斗杆缸及铲斗缸进行运动学仿真,绘制出位移变化曲线,对比分析得到的仿真曲线与Matlab所求的函数模型曲线。结果表明:D-H法分析得到的动臂、斗杆、铲斗液压缸位移变化函数曲线与ADAMS仿真得到的仿真曲线基本一致,理论值与仿真值完成了互为准确性证明。

矸石仓仓口装车支架部可靠性分析与研究

张月飞, 王强

2023, 33(S2):  135-139.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0025

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为研究矸石仓仓口装车支架的结构强度,首先,借助solidworks软件构建某矸石仓装车支架主要零部件的三维结构模型;然后,根据实际装车情况,在矸石装车过程中,分析矸石仓仓口的支架强度和变形情况,以验证仓口装车支架部的可靠性;最后,把创建的三维模型导入Ansys workbench中进行静力学分析,并在规定正确约束的情况下,得到主要零部件的应力、应变分析图。结果表明:当支撑滑轮为6时,支撑滑轮最大承受载荷为83.921 MPa,定量仓承受载荷为21.104 MPa,最大变形量为1.588 6 mm,满足矸石装车支架承载矸石的要求。

基于AMEsim的矿用洒水车喷洒系统动态特性研究

王晗, 唐亚东, 杨国吉, 杨保成, 邹琪, 谢苗

2023, 33(S2):  140-144.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0003

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (1952KB) ( 2 )  

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为解决露天矿洒水车无法根据道路扬尘浓度自主调节喷洒水量的问题,设计一种发动机与斜盘式柱塞泵提供动力的变量洒水的喷洒系统。设计喷洒系统数学模型,计算得出喷洒系统中的喷嘴口径,获得喷洒系统的动态特性;建立喷洒系统的AMESim仿真模型,分析发动机转速、柱塞泵开口和喷嘴口径等关键参数对喷洒系统喷洒水量的影响。结果表明:增大柱塞泵倾斜角度、提高引擎转速,可以提升系统稳定性。该变量喷洒系统的喷嘴直径为2 mm,喷嘴在1.1 s后进入振荡状态并逐渐趋于稳定,斜盘倾角开度为0.95时,最先进入振荡状态并趋于稳定,当发动机转速3 000 r/min时,振荡时间短,可减少系统响应时间。

矿用抑尘剂种类及其性能研究进展

唐晓骞, 王韬, 朱俊鹏

2023, 33(S2):  145-151.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0031

摘要 ( 30 )   HTML ( 0 )   PDF (1464KB) ( 3 )  

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为厘清各类矿用抑尘剂的设计原理、配比、作用机理及其抑尘效果,总结井工矿用和露天矿用抑尘剂的研究现状,分析润湿型抑尘剂和环保粘结型抑尘剂的原料种类及抑尘效果。结果表明:井工矿用抑尘剂的重点是润湿型抑尘剂研究,包括煤尘润湿性的物理化学本质以及不同润湿剂作用下的抑尘效果及其微观作用机理;露天矿用抑尘剂的重点是粘结型抑尘剂的固结性能研究;新型环保型抑尘剂作用原理主要包括天然高分子凝聚、微生物固结以及生物质材料粘结作用下的抑尘效果;针对目前各类抑尘剂使用效果差异大、普适性差的现状,未来研究重点应集中在抑尘剂种类精细化、抑尘剂性能测试标准化、抑尘剂研发方法自上而下理论指导化。

矿用洒水车降尘喷洒系统研究

鹿立新, 杜志勇, 孙国思, 唐亚东, 杜勇志, 谢苗

2023, 33(S2):  152-157.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0004

摘要 ( 27 )   HTML ( 0 )   PDF (4938KB) ( 7 )  

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针对矿用洒水车喷洒系统不能根据道路扬尘浓度自主调节洒水量的问题,设计矿用洒水车变量喷洒系统,通过AMEsim软件建立变量喷洒系统仿真模型,分析洒水车经历水平路段-上坡路段-下坡路段变量喷洒系统的压力、流量和系统功率变化特性,并与定量喷洒系统对比;参数化分析变量喷洒系统的管路直径对喷嘴压力的影响特性;通过Fluent软件参数化仿真分析影响喷洒系统车速,获得车速对水雾喷洒过程的影响特性。研究表明:洒水车喷洒系统中发动机的转速在1 700 r/min以上可以有效维持系统稳定,当系统管路直径为50 mm,系统的最大压力为0.508 8 MPa,平均压力为0.456 MPa,维持了喷洒系统的压力。

矿山智能加水站四自由度机械臂运动特性研究

海素峰, 于景斌, 李金辉, 滕春阳, 谢苗, 苗茺

2023, 33(S2):  158-163.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0007

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (2621KB) ( 4 )  

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为解决露天煤矿现有的矿山智能加水站机械臂作业震动问题,避免震动引起安全问题,以四自由度机械臂为对象,研究机械臂运动特性。采用改进的D-H参数法建立坐标系,并通过运动学方程进行正逆运动学仿真,建立加水站加水机构的机械臂模型,采用Matlab的蒙特卡罗法对机械臂模型的末端执行器进行位置采样,得到机械臂工作空间云图,确定机械臂所能达到的工作位置,依此规划用水设备的加水停靠位置;采用5次多项式插值算法,规划机械臂关节运动空间,用处于笛卡尔空间的路径点转换为对应关节角度,以实现机械臂的运动控制,得出各关节的位置、速度、加速度曲线。研究结果表明:机械臂速度、加速度均为先上升后下降,且变化平稳,各关节运动平稳,没有冲击和振动现象。轨迹规划显示速度平稳、没有冲击和震动现象,确保了机械臂较高的工作效率和平稳性,提高了自身的安全性能。

基于Fluent的智能矿用洒水车喷洒系统特性分析

于景斌, 荣宝, 赵子未, 包玮玮, 史印方

2023, 33(S2):  164-169.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0034

摘要 ( 35 )   HTML ( 0 )   PDF (5261KB) ( 3 )  

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为解决井下自动防尘盲区及矿用洒水车智能化不高的问题,研发一种智能矿用洒水车变量喷洒系统。首先,利用SolidWorks软件和ANSYS Fluent仿真软件建立喷洒模型;其次,分析喷洒系统不同工况下,风速对洒水车喷洒范围的影响;最后,分别模拟仿真洒水车在0.9、3.45、4.4、6.7 m/s共4种风速条件的洒布范围并验证。结果表明:喷嘴口径一定时,喷雾喷头的水雾粒子输出量受喷头水速的影响,随着水流量的增加,降尘粒子的输出量增多,喷洒系统的洒布量增加。相同水速条件下,随风速的增加,雾滴粒子受风力影响,降落至地面的被捕捉粒子减少,即洒布范围减小。降尘区域一定时,随着环境风场的加强,应当适当提升水流量,以提升洒水均匀度和有效降尘效果。

露天矿破碎站链条断裂安全监测技术研究

魏德志, 杜志勇, 滕春阳, 辛吴天, 李泽坤

2023, 33(S2):  170-175.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0035

摘要 ( 43 )   HTML ( 0 )   PDF (3058KB) ( 3 )  

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为解决露天矿中破碎站输送机构链条断裂故障检测效率低,传统图像识别方法处理效率低,检测实时性差的问题,提出一种基于深度学习技术的破碎站链条断裂检测技术。首先,从硬件平台搭建和软件架构上提出链条断裂检测系统总体设计方案;其次,使用YOLOv4模型搭建链条检测模型架构,根据破碎站运行工况提出链条断裂检测算法,并结合实际环境特征提出图像预处理方法;然后,采集图像样本用于模型迭代训练,得到链条目标检测识别模型;最后,检测链条断链丢失情况。结果表明:基于深度学习的破碎站链条目标检测可以在输送机构运行过程中精确识别出图像中链条的数量;当链条被遮挡模拟丢失后,能够及时发现并报警。

基于SA-CSA算法的露天矿卡车调度优化方法

田丰, 唐晓骞, 乔东青

2023, 33(S2):  176-181.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0022

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (1479KB) ( 3 )  

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为提高露天矿卡车的运输效率,降低矿山企业的开采成本,以露天矿卡车运输调度的综合成本最低为目标函数,考虑矿石产量、品位均衡、运输时间等约束条件,结合模拟退火法(SA)和乌鸦搜索算法(CSA),提出SA-CSA算法求解露天矿卡车调度优化问题,并以某大型露天矿山为例,将SA-CSA算法的优化结果与SA算法和CSA算法的优化结果比较。结果表明:SA-CSA算法的求解精度和收敛速度均优于SA算法和CSA算法。

电缆RFID定位技术的新型优化算法

焦晓亮, 郭安斌, 张建宇, 苏红俊

2023, 33(S2):  182-187.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0024

摘要 ( 30 )   HTML ( 0 )   PDF (2813KB) ( 2 )  

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为解决露天煤矿电缆智能化管理中的射频识别(RFID)定位问题,提出一种基于改进的鲸鱼优化算法(IWOA)优化RFID定位精确度的方法。首先,采用RFID技术定位电子标签的位置,并进行信息读取;然后,利用接收信号接收强度(RSSI)值计算出阅读器与标签之间的测量距离;最后,通过改进的鲸鱼算法优化距离误差,以迭代寻优选取的位置坐标误差值反应系统的定位精度。结果表明:利用IWOA优化后的系统平均定位误差为0.024 1 m,与传统LANDMARC、差分进化(DE-RFID)、鲸鱼优化(WOA-RFID)定位方法相比平均误差更小,定位精度提高到97.8%,能够更加精准地确定电子标签的位置。

露天煤矿吊斗铲倒堆工艺粉尘扩散特征研究

王瑜, 焦晓亮, 赵长海, 宋德林

2023, 33(S2):  188-194.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0005

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (7878KB) ( 2 )  

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黑岱沟露天煤矿采用抛掷爆破-吊斗铲倒堆工艺完成煤层上部覆岩的剥离工作,生产过程对采坑空气质量影响较大。为有效治理粉尘,了解采坑大气主要污染物性质及其扩散特征,制定有效的采坑空气质量控制措施,采用现场取样测试的方法,研究铲装产生的粉尘浓度及分散度,在此基础上,通过数值模拟方法,研究采坑内粉尘扩散过程。结果表明:吊斗铲作业场所100 m作业半径位置处,粉尘浓度最高为12.5 mg/m³,呼吸性粉尘浓度为1.8 mg/m³,对人伤害最大的<5 μm的粉尘占比为77.2%;粉尘首先在排土坑内聚集,之后向吊斗铲站立平台溢出,且随风速增加,粉尘团最大扩散距离逐渐增加,最大粉尘浓度的位置也逐渐远离产尘点,向吊斗铲所站立的位置移动等扩散特征。

带式输送机托辊故障算法研究

吉日格勒, 柳尧, 尚书宏

2023, 33(S2):  195-201.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0002

摘要 ( 31 )   HTML ( 0 )   PDF (7869KB) ( 2 )  

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为解决当前带式输送机托辊故障检测主要依赖于人工巡检,标准不明确、效率较低的问题,采用数据统计分析、人工智能定位算法及图像匹配技术,研究带式输送机托辊故障检测。通过统计分析托辊异常情况产生的类型,发现托辊异常的主要形式为晃动导致与固定架之间发生角度偏差,进而影响作业安全。为此提出一种检测托辊位置偏转算法,采用基于YOLOv7模型的旋转目标检测,检测托辊位置及托辊角度。并使用采集的历史图像与实时采集图像匹配,对比判断托辊丢失状态及偏转角度,判断托辊视觉异常情况。结果表明:托辊检测精度为99.7%;在弱光拍摄条件下,托辊丢失故障检出率为99.8%,托辊角度变化大于5°的故障检出率为94.5%。

“全-半断面”工况下TBM贯入度影响因素分析

许丙南, 赵新合, 陈良武, 李坤, 张文艳, 许瑞鹏

2023, 33(S2):  202-208.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0028

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (4430KB) ( 3 )  

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为探究不同工况下硬岩隧道掘进机(TBM)贯入度的变化特征,以缙云抽水蓄能电站TBM法开挖排水廊道工程为例,分析隧道线路相交处施工工艺;分析TBM滚刀受力,建立单滚刀破岩模型,采用有限元分析软件探究滚刀破岩流程;根据现场实际掘进数据,对半断面-全断面工况下TBM掘进参数与岩石参数间关系进行了分析。研究结果表明:半断面掘进工况下,TBM贯入度随刀盘推力增加呈对数函数增长,随刀盘扭矩增加也呈对数函数增长;而全断面工况下,TBM贯入度随刀盘推力与刀盘扭矩增加分别呈现指数函数与线性函数增长趋势,且增长率均与岩石参数相关。

基于新型装置的碳刷高质量适形研磨机制研究

李庆健, 柏通, 张津鹏, 王达, 谢苗, 田博

2023, 33(S2):  209-215.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0026

摘要 ( 33 )   HTML ( 0 )   PDF (2939KB) ( 2 )  

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为解决调相机所用碳刷的适形研磨效果不佳问题,以提高碳刷研磨质量为标准,首先基于新型碳刷研磨装置,分析碳刷适形研磨过程、摩擦接触面的摩擦机制;其次建立该结构的运动学模型并运用Adams仿真,进行误差分析;然后在系统偏差影响下,从宏观与微观角度分析摩擦机制;最后通过理论关系式计算,分析在该影响下粗糙度对摩擦力的影响,探究粗糙度及摩擦力之间的影响关系。结果表明:该设备可靠性高,但仍存在微量系统偏差,偏差值在0.002~0.017范围内;通过公式推导分析出宏观层面磨损率呈指数级降低,微观层面形成三体摩擦;碳刷与砂轮研磨块的摩擦力与两者接触表面的轮廓高度标准差呈正相关关系。

露天矿洒水车注水口自动识别与定位技术研究

赵忠奇, 于海成, 白宝山, 谢苗

2023, 33(S2):  216-221.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0010

摘要 ( 32 )   HTML ( 0 )   PDF (2858KB) ( 15 )  

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为解决露天矿应急洒水车加水作业时,注水口人工对中方式速度慢、资源浪费等问题,提出一种基于激光雷达点云的洒水车注水口自动识别与定位方法,实现注水口自动对中,提高加水效率和精度。根据加水架、洒水车及激光雷达位置参数,推导出加水系统坐标相互转换公式;通过激光雷达扫描现场环境,构建洒水车三维点云模型,采用直通滤波法和基于密度的聚类算法处理点云数据,划分出感兴趣区域,提取目标特征信息;运用Matlab最小二乘法对处理后的点云模型做最优圆拟合,建立注水口拟合圆模型求取圆心坐标,并与实际测量结果对比。研究结果表明:采用此方法计算洒水车注水口的圆心坐标,与实际测量数据近似,定位误差小于2 cm,在允许范围内,可应用于露天矿洒水车注水口的识别与定位。

基于改进YOLOv7的托辊温度检测算法

张磊, 吉日格勒, 尚书宏

2023, 33(S2):  222-227.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0001

摘要 ( 39 )   HTML ( 3 )   PDF (3877KB) ( 12 )  

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为保证输煤线路平稳运行,实现托辊智能化监控和故障预警,采用智能巡检机器人搭载红外相机进行故障巡检,巡检机器人采用定点拍摄方式,实时采集红外图像,通过目标识别算法,判断托辊特征、定位托辊位置;采集托辊运行的测温信息,通过AI目标检测算法,判断托辊轴承高温异常情况,完成托辊温度的异常检测。利用托辊检测结果,结合提取的温度值及实际里程值,对运行人员发出告警信号,满足故障预警要求。在托辊异常检测中,借鉴Transformer网络的思想,引入递归门控卷积(gⁿConv),改进YOLOv7算法。结果表明:改进后平均精度为0.98,满足实时处理要求;改进的YOLOv7算法准确率提升3.1个百分点,召回率提升0.4个百分点,平均精度提升0.03个百分点,改进YOLOv7算法具有更优检测效果。

潜孔钻机钻进过程动力学模型及特性分析

于海成

2023, 33(S2):  228-232.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0037

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针对潜孔钻机在钻进过程中关键部件耦合振动的问题,将潜孔钻机简化为多自由度多弹性系统,基于拉格朗日方程构建潜孔钻机钻进过程动力学模型,分析钻机钻进过程中的位移、振动加速度,并通过动力学分析软件ADAMS对钻进过程进行刚柔耦合动力学求解,利用后处理程序PostProcessor对钻杆在垂直和倾斜条件下的加速度曲线进行傅里叶变换,得到相应的功率谱密度分布情况,分析垂直与倾斜工况下钻杆的动力响应特征。研究表明:受煤岩突变等因素影响,在垂直钻孔时钻杆加速度存在瞬时峰值响应,但不影响整体振动特征;倾斜钻进过程的振动加速度强于垂直钻进过程的振动加速度,钻杆三向的振动加速度最大值依次为4、100、80 m/s²。

基于小波变换特征提取的脱介筛故障诊断算法

尚书宏, 曹亮, 鲁伟

2023, 33(S2):  233-237.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0020

摘要 ( 38 )   HTML ( 0 )   PDF (2552KB) ( 1 )  

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脱介作业是选煤工序中非常重要的一环,为降低脱介筛因长期满载荷运转引发的故障,采用基于小波变换-能量特征提取的算法,实时检测和诊断脱介筛。通过自适应修正阈值和改进阈值函数优化小波阈值去噪算法;对正常工作状态及故障状态的脱介筛声音信号进行小波分解,阈值去噪后提取重构信号的能量特征;分析低频子带部分,求解不同状态下的主次频率能量比,进行脱介筛故障诊断。结果表明:改进小波阈值去噪算法的修正准确率提升约10%;小波分解重构信号的低频子带部分能量高于其他子带,对该子带的分析具有代表性;低频子带故障情况的主次频率能量比远高于正常情况,可以实现脱介筛故障诊断;试验结果相较于传统故障诊断方法,诊断准确率提高约5%。

防灾减灾技术与工程

基于中继-巡视无人机协同作业的输电线路山火隐患特征分析

李聪, 许文博, 金衍科, 汪陈徽, 程海涛

2023, 33(S2):  238-244.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2023.S2.0041

摘要 ( 41 )   HTML ( 1 )   PDF (3827KB) ( 3 )  

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为揭示真实环境下输电线路山火隐患特征,提出基于中继-巡视协同作业的无人机巡查技术方案,在全国多个省市开展基于中继-巡视无人机的输电线路巡视作业,深入分析输电线路山火隐患特征。结果表明:输电线路隐患主要包括山火隐患、现场施工隐患以及线路主体隐患,山火隐患占比77.2%是影响输电线路安全的最主要因素。山火隐患从产生原因可分为焚烧杂草、燃烧秸秆、林地/防护林着火以及祭拜烧纸。山火隐患具有明显的时空分布特征,4月份的山火隐患主要集中于清明节祭拜烧纸,78.7%的山火隐患发生在距输电线路50 m以外的区域。山火隐患共包括122次单火源隐患和61次多火源隐患,多火源隐患中双火源隐患较多占比达45.9%,78.6%的多火源点间距位于0~30 m区间。山火隐患的火源面积分布广泛,最大火源面积26.4 m²,最小火源面积0.12 m²,整体上84.4%的火源面积小于4 m²。