我国煤矿煤机智能技术与装备发展研究 被引量：53

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作者 葛世荣 张晞 +4 位作者 薛光辉 任怀伟 王宏伟 庞义辉 范磊 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2023年第5期146-156,共11页

煤机装备是煤炭开采技术变革、煤炭能源生产体系的关键支撑,受“双碳”战略目标、智能煤矿建设浪潮的驱动,我国煤机装备产业将朝着智能、绿色、安全、高效方向转型升级;煤机市场的机遇与挑战并存,煤机智能技术与装备发展成为迫切需求。... 煤机装备是煤炭开采技术变革、煤炭能源生产体系的关键支撑,受“双碳”战略目标、智能煤矿建设浪潮的驱动,我国煤机装备产业将朝着智能、绿色、安全、高效方向转型升级;煤机市场的机遇与挑战并存,煤机智能技术与装备发展成为迫切需求。本文立足我国煤炭智能化开采尚处于初级阶段的发展实际,梳理了煤机智能技术与装备的发展现状与趋势,剖析了煤机智能装备关键技术体系,涵盖煤矿智能装备支撑、智能综采综放、智能快速掘进、主/辅助运输系统智能感知与控制、煤矿机器人等技术;提出了关键基础材料和先进加工工艺、柔性制造和虚拟仿真、装备再制造、第五代移动通信+工业互联网深度融合、工业大数据与人工智能、物联网智能感知与互联、信息物理与数字孪生系统等煤机智能装备产业发展方向。研究建议,加强煤机智能技术与装备攻关,完善煤机人才支撑体系,规划引导与产业布局优化并举,建立煤机研制创新生态系统,以此推动煤机装备高质量发展。 展开更多

关键词 煤机装备 智能化 关键技术 产业升级 低碳

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新一代智能煤矿人工智能赋能技术研究综述 被引量：25

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作者 付翔 秦一凡 +1 位作者 李浩杰 牛鹏昊 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第9期122-131,139,共11页

煤炭工业与人工智能(AI)深度融合是现代化矿井实现智能少人、降本提效的重要路径,而煤炭行业全流程、全业务应用场景的AI赋能是实现煤矿智能化的具体技术措施。在当前煤矿智能化发展背景下,提出了初级智能煤矿向新一代智能煤矿演进的基... 煤炭工业与人工智能(AI)深度融合是现代化矿井实现智能少人、降本提效的重要路径,而煤炭行业全流程、全业务应用场景的AI赋能是实现煤矿智能化的具体技术措施。在当前煤矿智能化发展背景下,提出了初级智能煤矿向新一代智能煤矿演进的基本范式,对比分析了初级智能煤矿与新一代智能煤矿的组成、功能与技术内涵,揭示了新一代智能煤矿AI赋能技术的重要性及其应用实施的2个关键:煤矿工业机理AI模型与煤矿工业互联网平台。总结了关于煤矿地质、采煤、掘进、安全监控等复杂作业环节的工业机理AI模型研究现状,阐明了工业机理AI分析在智能煤矿建设中的快速发展态势。设计了新一代智能煤矿多级云边协同工业互联网平台架构,利用集团数据中心、矿井数据中心、生产系统集控中心等工业信息软硬件设施,结合海量数据云计算和少量数据边缘计算特点,提出了集团云、矿井云与环节边、场景边的多级云边协同机制。指出了未来进一步研究方向,应不断加强煤矿工业机理AI模型的开发与软件化研究,逐步形成煤矿全流程AI赋能的知识软件体系,并充分运用煤矿工业互联网平台的数字资源与信息设施,逐步实现煤矿工业互联网平台的AI技术承载。 展开更多

关键词 新一代智能煤矿 人工智能 AI赋能 煤矿工业机理AI模型 煤矿工业互联网

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基于图像增强和改进YOLOv8的煤矿低光照目标检测

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作者 王宏伟 刘学刚 +4 位作者 王浩然 曹文艳 付翔 刘泽平 李建忠 《工矿自动化》 北大核心 2025年第9期33-42,65,共11页

目前煤矿井下图像增强技术在实际应用中存在稳定性不足和生成图像质量波动较大的问题,影响后续目标检测的精度;而目前基于YOLOv8的煤矿井下目标检测技术在低光照环境下应用时,由于图像特征弱化和信息丢失,YOLOv8的性能仍然存在一定局限... 目前煤矿井下图像增强技术在实际应用中存在稳定性不足和生成图像质量波动较大的问题,影响后续目标检测的精度;而目前基于YOLOv8的煤矿井下目标检测技术在低光照环境下应用时,由于图像特征弱化和信息丢失,YOLOv8的性能仍然存在一定局限性。针对上述问题,提出一种基于图像增强和改进YOLOv8的煤矿低光照目标检测算法。采用去噪概率扩散模型(DDPM)对原始图像进行去噪和增强处理,恢复图像的光照及细节信息;在YOLOv8基础上进行改进,通过引入低频滤波增强模块(LEF)和特征增强模块(FEM)提高低光照图像的特征提取性能,并将YOLOv8模型原有的CIoU回归损失更换为MPDIoU,得到YOLOv8-DLFM;使用YOLOv8-DLFM进行目标检测,提高目标检测准确性和鲁棒性。实验结果表明:(1)与目前主流的图像增强方法进行对比,DDPM的峰值信噪比为28.379 dB,结构相似性为0.886,感知相似性为0.104,表现出优越的图像重建质量和结构相似性。(2) YOLOv8-DLFM在综合性能上表现优异,准确率、召回率和mAP@0.5分别达到0.878,0.791和0.896,帧率达到88.6帧/s,相较于原始YOLOv8n模型,YOLOv8-DLFM的准确率、召回率与m AP@0.5分别提升了8.13%,6.6%和8.74%。(3)与目前主流目标检测模型相比,YOLOv8-DLFM在复杂低光照环境下具有更强的鲁棒性和更高的检测精度;在目标遮挡、光照干扰、目标稀疏和目标密集等典型工况下,YOLOv8-DLFM展现出较高的鲁棒性和适应性。 展开更多

关键词 井下目标检测 低光照 图像增强 YOLOv8n 去噪概率扩散模型 低频滤波 特征增强

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压力对内混式喷嘴雾化特性及降尘效率的影响研究

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作者 金智新 杨富康 +1 位作者 曹孟涛 王宏伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期146-155,共10页

为了研究压力对内混式喷嘴雾化特性及降尘效率的影响,利用自行搭建的喷雾降尘平台,对气压和水压在0.15~0.4 MPa范围内的雾化特性及降尘效率进行了试验研究,探究两相流体压力对喷嘴流量、雾化角、雾滴粒径及降尘效率的影响机制。结果表明... 为了研究压力对内混式喷嘴雾化特性及降尘效率的影响,利用自行搭建的喷雾降尘平台,对气压和水压在0.15~0.4 MPa范围内的雾化特性及降尘效率进行了试验研究,探究两相流体压力对喷嘴流量、雾化角、雾滴粒径及降尘效率的影响机制。结果表明:在恒定供水压力条件下,随着供气压力增加,耗气量近似线性递增,耗水量呈指数递减,雾化角逐渐减小,各种雾滴粒径参数均减小,当气压进一步提高时,雾滴粒径减小,速率逐渐减缓,粒径分布更加集中。气压由0.15 MPa增加至0.4 MPa,耗气量增加47.5 L/min,耗水量降低0.61 L/min,降幅近83.56%,雾化角减小38°,D_([3,2])减小了约54μm。在恒定供气压力条件下,水压增加会使气流量减少,水流量增加,雾化角增大,继续增加水压,气液相互作用减弱,雾化角又减小。雾滴粒径分布范围扩大,频度峰值呈下降趋势。水压从0.15 MPa增加至0.4 MPa,气流量减少10.2 L/min,水流量增加0.94 L/min,雾化角增大16°,D_([3,2])约增大了31μm。增加供气压力或供水压力均会导致全尘和呼吸性粉尘的降尘效率呈现先上升后下降的规律。结合压力对喷嘴流量、雾化角及雾滴粒径的影响分析,确定最优的供水压力和供气压力组合为P_(L)=0.3 MPa、P_(air)=0.25 MPa。在此条件下,全尘和呼吸性粉尘的降尘效率分别达到71.99%和45.96%。 展开更多

关键词 喷雾降尘 雾化特性 气压 水压 内混式空气雾化喷嘴

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煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型 被引量：6

5

作者 王宏伟 郄晨飞 +2 位作者 付翔 李进 王浩然 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第6期120-127,共8页

智能决策支持的掘进多行为协同控制是煤矿掘进工作面智能化的核心之一,掘进多行为协同控制的最优时序规划是智能决策的关键。针对煤矿掘进多行为控制模式单一、固化、协同作业能力差等问题,设计了一种煤矿掘进多行为协同控制智能决策模... 智能决策支持的掘进多行为协同控制是煤矿掘进工作面智能化的核心之一,掘进多行为协同控制的最优时序规划是智能决策的关键。针对煤矿掘进多行为控制模式单一、固化、协同作业能力差等问题,设计了一种煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型,实现了掘进多行为在最优时序下的协同作业。首先,提出了掘进多行为协同控制智能决策方法,确定了掘进多行为可行时序规划集和多目标最优时序规划策略;其次,根据掘进现场的规定和工艺要求,确定了掘进动作事件集,通过对事件集中两两动作事件之间时间关系的分析,求出掘进多行为时间关系约束矩阵;然后,根据时间点关系约束矩阵转换方法,将掘进多行为时间关系约束矩阵转换为时间点关系约束矩阵,再求出掘进多行为可行时序规划集;最后,定义不同掘进目标下的求解函数,求得不同掘进目标的最优时序。实验结果表明,在不同掘进目标下,按照模型决策出的掘进动作最优时序规划结果,掘进机器人可无干涉协同作业,且掘进作业1个工作循环的执行时间与决策模型计算的时间基本一致。 展开更多

关键词 掘进工作面 协同作业 多行为协同控制 智能决策 最优时序规划 掘进动作事件集

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采煤机滚筒工作性能优化研究 被引量：5

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作者 王宏伟 郭军军 +3 位作者 梁威 耿毅德 陶磊 李进 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期133-143,共11页

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM−MBD双向耦合机理,结合力学性能... 在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM−MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.4677 kW·h/^(3),装煤率为43.01%,载荷波动系数为0.3278。 展开更多

关键词 采煤机滚筒 双向耦合机理 离散元法 多体动力学 多目标优化 改进多目标灰狼优化算法 优劣解距离法

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HCPS理论体系下新一代智能煤矿发展路径 被引量：11

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作者 金智新 王宏伟 付翔 《工矿自动化》 北大核心 2022年第10期1-12,共12页

在当前煤矿智能化高质量工业发展背景下,基于新一代智能制造“人-信息-物理系统”(HCPS)技术机理,提出了以人为核心的新一代智能煤矿理论体系和技术路径。通过介绍近代煤矿机械化-信息化-智能化的生产模式演进和人、信息系统、物理系统... 在当前煤矿智能化高质量工业发展背景下,基于新一代智能制造“人-信息-物理系统”(HCPS)技术机理,提出了以人为核心的新一代智能煤矿理论体系和技术路径。通过介绍近代煤矿机械化-信息化-智能化的生产模式演进和人、信息系统、物理系统的技术发展,以及新一代智能煤矿发展过程中主要面临的关键场景技术,构建了新一代智能煤矿的HCPS技术体系,阐述了人、煤矿信息系统、煤机装备物理系统相互协同作用机制,并从人、煤矿信息系统、煤机装备物理系统及三者集成这4个维度给出了HCPS技术组成要素。根据以人为核心的发展理念,提出了新一代智能煤矿HCPS理论体系下人机协同技术路径,重点阐明了煤矿安全生产目标下人机自主协同交互模式、人在回路的煤矿安全生产态势感知、人机信任与交互模式下的煤矿系统控制共享、煤矿任务场景的人机信息交互可视化应用开发等核心技术。指出采矿、机械、信息、计算机、管理等多学科交叉人才培养与实践,煤矿管理创新、安全制度创新、生产模式创新、人员工种创新等,是新一代智能煤矿发展的2个关键点。 展开更多

关键词 新一代智能煤矿 智能制造 人-信息-物理系统 人工智能 人机协同

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新一代信息技术赋能煤矿装备数智化转型升级 被引量：21

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作者 金智新 闫志蕊 +2 位作者 王宏伟 李正龙 史凌凯 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第6期19-31,共13页

当前,煤矿智能化建设正处于初级向中高级智能化过渡探索期,现有智能装备自主创新能力尚需加强,核心技术“卡脖子”,井下复杂赋存条件下可靠性问题突出,如何利用新一代信息技术,纵深推动煤矿装备数智化转型升级,以数字化、智能化推动煤... 当前,煤矿智能化建设正处于初级向中高级智能化过渡探索期,现有智能装备自主创新能力尚需加强,核心技术“卡脖子”,井下复杂赋存条件下可靠性问题突出,如何利用新一代信息技术,纵深推动煤矿装备数智化转型升级,以数字化、智能化推动煤炭安全高效绿色开采具有重要意义。回顾了我国煤炭开采技术与装备智能化发展的演进过程,分析了煤炭开采各阶段的生产特征,认为煤矿智能化彻底改变了煤炭生产方式,生产要素以智能装备、智能化系统和复合型技术人才为主,从本质上提升了煤矿安全高效生产水平,助推煤矿实现减人增安提效。其中智能煤矿装备是煤矿智能化的核心要素,面对未来煤矿装备数智化转型发展的需求,探索了新一代信息技术与煤矿装备融合发展的路径,即以装备为智能化载体,通过新一代信息技术赋予装备智能感知与分析、智能判断与推理、智能决策与控制、智能诊断与学习的类人化智能化能力,并构建了物联网、5G、大数据、云计算、人工智能技术赋能煤矿装备智能感知、智能传输、智能分析、智能计算和智能决策的系统架构。深入分析了煤矿装备数智化发展过程中存在的理论、技术和人才难题,提出了煤矿装备数智化发展的建议:夯实基础是第一要务,须构建煤矿装备智能化顶层设计理论体系,加强关键核心技术攻关,加快新型基础设施建设,夯实煤矿智能化发展根基;煤矿装备智能化技术与煤矿特殊应用场景协同耦合发展,贴近煤矿井下现场需求,形成煤矿专用场景智能化技术,探索装备数智融合创新模式;智能技术与绿色开采技术相互融合促进,打造数字化、智能化、绿色化装备,开发煤炭智能高效低碳开采新模式,促进煤炭生产节能降耗;建立健全煤矿智能化人才培养体系,培养多学科交叉复合型人才,为煤矿智能化建设增强人才储备力量。 展开更多

关键词 煤矿智能化 新一代信息技术 煤炭开采 煤矿装备 数智化 顶层设计 协同耦合

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煤矿巷道支护钢带锚孔智能识别与定位 被引量：9

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作者 张夫净 王宏伟 +2 位作者 王浩然 李正龙 王宇衡 《工矿自动化》 北大核心 2022年第10期76-81,共6页

煤矿井下掘进巷道使用钢带辅助锚杆支护时,如果支护钢带锚孔的定位不准确,钻头打在钢带或锚网上易造成设备损坏,存在较大安全隐患。针对上述问题,提出了一种基于改进YOLOv5s模型的煤矿巷道支护钢带锚孔智能识别与定位方法。①通过超分... 煤矿井下掘进巷道使用钢带辅助锚杆支护时,如果支护钢带锚孔的定位不准确,钻头打在钢带或锚网上易造成设备损坏,存在较大安全隐患。针对上述问题,提出了一种基于改进YOLOv5s模型的煤矿巷道支护钢带锚孔智能识别与定位方法。①通过超分辨率重构技术(SR)增加锚孔图像的清晰度,防止因图像模糊而丢失图像中锚孔边缘高频信息。②由于锚孔较小且摄像头距锚孔有一定距离,在卷积神经网络中易丢失较小锚孔的特征信息,影响锚孔检测效果。在YOLOv5s模型的Backbone网络中添加坐标注意力机制(CA)模块,增加YOLOv5s网络中特征提取网络的网络层数,将目标物体的坐标信息融入到卷积网络中,可有效提取锚孔小目标特征信息,从而提高锚孔检测成功率。③利用嵌入CA模块的YOLOv5s网络训练经SR重构后的锚孔数据集,得到改进后的YOLOv5s模型,即SR−CA−YOLOv5s模型。④采用SR−CA−YOLOv5s模型结合双目摄像头对锚孔进行实时识别与定位。实验结果表明:相较于YOLOv5s模型,SR−CA−YOLOv5s模型的平均精度均值为96.8%,较YOLOv5s模型提高了3.1%;SR−CA−YOLOv5s模型有更好的检测能力,在一定程度上避免了漏检;虽然SR−CA−YOLOv5s模型的每秒填充图像的帧数(FPS)降低了18.5帧/s,但其FPS仍保持在166.7帧/s,并不影响模型的实时检测功能。实际测试结果表明:SR−CA−YOLOv5s模型能够在不同光照条件下准确检测出锚孔并获得锚孔相对于摄像头的三维坐标,坐标误差在6 mm以内,且FPS满足实时性要求。 展开更多

关键词 巷道支护 锚杆钻机 钻锚位置 支护钢带 锚孔智能识别与定位 YOLOv5s 超分辨率重构 坐标注意力机制

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废弃矿井采空区覆岩裂隙网络水气两相渗流特性研究 被引量：4

10

作者 张纯旺 金智新 +2 位作者 冯国瑞 高瑞 李春 《中国矿业》 北大核心 2024年第8期37-45,共9页

在“双碳”目标实现与煤炭深化供给侧改革的大背景下,大量资源枯竭及产能落后的煤矿被逐步淘汰,我国废弃矿井的数量不断增加。覆岩裂隙对于采空区内流体的运移具有一定的控制作用,为了揭示废弃矿井长期闭坑过程中采空区覆岩裂隙网络内... 在“双碳”目标实现与煤炭深化供给侧改革的大背景下,大量资源枯竭及产能落后的煤矿被逐步淘汰,我国废弃矿井的数量不断增加。覆岩裂隙对于采空区内流体的运移具有一定的控制作用,为了揭示废弃矿井长期闭坑过程中采空区覆岩裂隙网络内水气两相渗流规律,本文采用数字图像处理技术对物理相似模型覆岩裂隙网络进行了识别及提取,统计分析了纵向破断裂隙和层间离层裂隙的几何参数特征,建立了覆岩裂隙网络几何模型,采用两相流理论探究了覆岩裂隙网络内瓦斯上浮和离层水下渗的流动规律。研究结果表明:采空区覆岩裂隙整体呈现“梯形”状,纵向破断裂隙与层间离层裂隙纵横交错、互相贯通,两种类型裂隙的开度、面积、周长均随频数的增加呈现指数递减的分布趋势,迹长呈对数正态分布、角度呈正态分布。数值模拟再现了采空区覆岩裂隙网络内进水、驱气、出水的过程,揭示了采空区两侧裂隙优势渗流通道的形成机理,由于渗流速度的非均衡性,导致高位层间离层裂隙存在瓦斯滞留区,裂隙两端被封堵、交叉点处存在偏流等现象。研究成果对于废弃矿井遗留资源二次开发利用具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 废弃矿井 采空区 覆岩 裂隙网络 渗流特性

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基于改进A*和势场法的轮式煤矿救援机器人路径规划 被引量：8

11

作者 王宏伟 李超 +2 位作者 梁威 姚林虎 李永安 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期159-170,共12页

煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容... 煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容易偏离预设路线或与路口壁面发生剐蹭。为了克服这些问题并提高机器人的导航精度,提出了针对轮式煤矿救援机器人的路径规划算法改进方案:①改进启发式全局路径规划A*算法,通过分层邻域搜索与剪枝的方法改进邻域搜索方式,优化代价函数以更好地平衡实际代价和启发式代价的影响,更准确地评估每个节点的代价,使其适应实际情况且缩减了计算量,并利用B样条方法对路径进行平滑处理;②利用随机样本一致算法(RANSAC)构建煤矿巷道壁面的几何模型,以便提取交叉路口特征点坐标纳入规划系统,利用B样条曲线基函数的局部支撑性优化路径,当后续添加路径优化点时,仅影响相应区间的曲线形状,对路径的其余部分不产生影响;③根据构建的环境几何模型和提取的特征点建立综合局部势场,引入调整系数优化势场分布,并使用粒子群算法(PSO)优化的PID算法实现运动控制,增强机器人针对巷道交叉口等复杂环境通行的适应能力。通过MATLAB和机器人操作系统(ROS)仿真验证了算法原理与应用的可行性,结果表明该方法可以实现在复杂交叉环境中路径规划、自主行驶等功能。 展开更多

关键词 煤矿救援机器人 路径规划 B样条方法 势场控制 PID控制算法

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冷热交替循环作用后花岗岩渗流特性及微观结构演化规律研究 被引量：1

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作者 李春 马文成 +4 位作者 张纯旺 胡耀青 孟涛 冯淦 靳佩桦 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期712-722,共11页

我国深层地热资源分布广、储量大,具有广阔的开发利用前景。为了探究间歇注水地热开采条件下深部高温储层的渗流特性及演化规律,采用室内试验与微细观分析相结合的方法,对不同温度交替循环作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了试件在不... 我国深层地热资源分布广、储量大,具有广阔的开发利用前景。为了探究间歇注水地热开采条件下深部高温储层的渗流特性及演化规律,采用室内试验与微细观分析相结合的方法,对不同温度交替循环作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了试件在不同围压下渗透率随温度及循环次数的变化规律;结合显微薄片特征和CT扫描重构结果,研究了微观孔裂隙结构随温度及循环次数的演化过程。研究结果表明:(1)不同温度交替循环作用对花岗岩的渗透率存在较大影响,两种冷却方式下花岗岩渗透率随温度的升高逐渐增大,当温度超过400℃时渗透率急剧增大,且遇水冷却条件下的渗透率增幅明显大于自然冷却,遇水冷却循环10次后的参数变化更加显著。(2)应力状态对渗透率具有明显的影响,围压作用下试件内部孔裂隙结构闭合,不同温度交替循环作用后花岗岩的渗透率随着围压的增大呈递减趋势,随着渗透压的增加呈现逐渐增大的趋势。(3)高温-冷却循环作用下花岗岩内部微观孔裂隙逐渐发育,温度梯度应力造成矿物颗粒间的非均匀变形,同时在脱水、相变等物理化学反应的联合作用下产生沿晶裂纹、穿晶裂纹及颗粒剥落等劣化损伤,且随着循环次数的增加,裂纹数目、尺寸及连通程度进一步增大。研究结果可为深层干热岩地热开发及储留层建造提供理论支持和技术参考。 展开更多

关键词 地热开发 花岗岩 冷热交替 渗流特性 高温

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基于AMESim的智能综采工作面电液控制系统的仿真研究 被引量：5

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作者 孙优 李永安 +1 位作者 王宏伟 杜会峰 《机床与液压》 北大核心 2023年第11期155-161,共7页

以智能综采工作面电液控制系统为研究对象,介绍该系统的工作原理,分析五柱塞乳化液泵、卸载阀、电液换向阀组的工作原理和结构特点,建立关键元件的数学模型。基于AMESim仿真软件,构建系统关键元件的仿真模型,对不同工况状态下的系统进... 以智能综采工作面电液控制系统为研究对象,介绍该系统的工作原理,分析五柱塞乳化液泵、卸载阀、电液换向阀组的工作原理和结构特点,建立关键元件的数学模型。基于AMESim仿真软件,构建系统关键元件的仿真模型,对不同工况状态下的系统进行仿真,分析卸载阀关键结构参数对系统压力特性的影响。结果表明:仿真模型准确,液压系统性能良好,乳化液泵的流量仿真结果与传统计算方法数值吻合,卸载阀不同阻尼孔参数对系统压力特性影响效果不同。 展开更多

关键词 电液控制 乳化液泵 卸载阀 动态特性

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基于改进SFS算法的锚杆钻臂参数整定研究

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作者 陶磊 陈岳 +2 位作者 王宏伟 李超 姚林虎 《煤炭工程》 北大核心 2024年第4期218-224,共7页

针对锚杆钻臂井下自动控制过程中存在的环境恶劣、地质复杂等特殊工况,需着重考虑PID的参数选取,为此采用随机分形搜索算法(SFS)对PID参数进行整定。由于随机分形搜索算法存在局部搜索能力不足、易陷入局部最优等问题,在面对机械臂待整... 针对锚杆钻臂井下自动控制过程中存在的环境恶劣、地质复杂等特殊工况,需着重考虑PID的参数选取,为此采用随机分形搜索算法(SFS)对PID参数进行整定。由于随机分形搜索算法存在局部搜索能力不足、易陷入局部最优等问题,在面对机械臂待整定参数多及参数间耦合严重时,其整定效果不佳。因此,引入混沌初始化、正余弦策略、自适应K值选取策略以提高算法的局部搜索能力以及全局搜索速度;采用柯西、差分定向变异策略使算法跳出局部最优。通过标准测试函数测试表明改进后的随机分形搜索算法收敛速度及精度均有一定提高。最后通过锚杆钻臂参数整定仿真实验表明:改进后随机分形搜索算法整定的PID参数总体适应度值提高21%;各关节的量化指标表示改进后随机分形搜索算法跳出了局部最优,提高了整体寻优精度与速度。 展开更多

关键词 锚杆钻臂 参数整定 随机分形搜索算法 PID控制

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基于DR-YOLOM的带式输送机运行状态多任务检测方法 被引量：1

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作者 李永安 陈腾杰 +1 位作者 王宏伟 张之好 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期454-467,共14页

煤矿井下带式输送机运行状态的检测是带式输送机安全运行的关键,但现有检测方法大多只能处理单一检测任务,难以实现多任务同时检测。针对现有技术难以实现综合检测的现状,提出一种基于改进YOLOM的带式输送机运行状态多任务检测方法:使... 煤矿井下带式输送机运行状态的检测是带式输送机安全运行的关键,但现有检测方法大多只能处理单一检测任务,难以实现多任务同时检测。针对现有技术难以实现综合检测的现状,提出一种基于改进YOLOM的带式输送机运行状态多任务检测方法:使用单一网络同时完成大尺寸煤块识别、输送带边缘检测和煤流状态检测3项任务。相较于各任务使用单独模型的方法,将3个不同的颈部和头部集成到具有共享主干的模型中,可以节省大量计算资源和推理时间。首先,在低照度和多尘雾的运输巷道内,采集图像语义信息薄弱使得模型对目标语义信息的提取能力较差。因此利用扩张式残差模块(DWR)替换主干网络P6层和P8层C2f模块中的Bottleneck结构,在减少参数量的同时增强模型提取多尺度上下文语义信息的能力。其次,针对模型需进行目标识别和分割不同类型任务的需求,采用具有跳层连接结构的高效层聚合网络(RepGFPN)优化特征融合部分,在控制模型参数数量和推理速度的同时极大提高模型对不同检测任务的检测精度;最后,为应对3种标签形状各异的检测任务,引入Inner-CIoU损失函数,弥补CIoU损失函数在不同检测任务中泛化能力较弱的不足。为验证DR-YOLOM算法的适用性和鲁棒性,选用U-net和DeepLabV3+网络模型与DRYOLOM多任务检测模型分割任务的分割效果进行对比分析,采用Faster RCNN和Yolov8进行目标检测效果对比,同时进行模型改进前后的损失函数与精度曲线对比。结果表明,相较于主流的单一检测算法,DR-YOLOM多任务检测算法有更好的综合检测能力,并且该算法可以在维持少量参数量的同时,保证高的目标识别精度、分割精度以及合适的推理速度,其中大尺寸煤块识别的mAP50为90%,输送带边缘分割和煤流分割的mIoU分别为78.7%,96.6%,模型参数数量为4.43 M,推理速度可以达到40 fps,对比基础模型mAP50、mIoU分别提高了1.3%、0.7%、2.1%。为验证DRYOLOM算法的实用性,使用巡检机器人在实验室进行视频数据采集,并用DR-YOLOM多任务检测算法对其采集的视频数据进行检测。实验结果表明,DR-YOLOM多任务检测算法能够满足带式输送机运行状态的多任务检测要求。 展开更多

关键词 带式输送机 多任务检测 大尺寸煤块识别 输送带边缘检测 煤流状态检测

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操作参数对质子交换膜燃料电池阴极侧壁缩型流道性能的影响

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作者 史叶诚 赵富强 +1 位作者 耿振钟 王宏伟 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第21期8914-8925,共12页

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)阴极流道作为氧化剂还原的场所,流道构型和操作参数相互作用是提升电池性能的关键之一。针对PEMFC侧壁缩型流道对操作参数的设计需求,建立了一个采用阴极侧壁缩型流道的... 质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)阴极流道作为氧化剂还原的场所,流道构型和操作参数相互作用是提升电池性能的关键之一。针对PEMFC侧壁缩型流道对操作参数的设计需求,建立了一个采用阴极侧壁缩型流道的三维质子交换膜电池模型,研究了在不同温度、压强和阴极化学计量比下,电化学性能、膜表面温度分布及含水量分布的变化规律。研究表明:操作参数不变时,脊背中线、流道中线的电流密度曲线呈脉冲式波动,膜表面温度曲线、膜表面水含量曲线呈现规律性波动,且脊背中线处的电流密度、温度、水含量明显高于流道中线处;操作参数变化下,当温度从50℃升高到80℃时,电流密度从0.822 A/cm^(2)增大至0.856 A/cm^(2),提高了4.1%;当压强从0.1 MPa增大至0.3 MPa时,电流密度从0.860 A/cm^(2)增大至1.500 A/cm^(2),提高了74.4%;当阴极化学计量比从10增大至90时,电流密度从1.502 A/cm^(2)提升至1.568 A/cm^(2),提高了4.4%。进一步建立了基于组合赋权法和改进雷达图法的PEMFC输出性能评价方法,得到操作参数在压强0.25~0.3 MPa、温度70~80℃、化学计量比70~90范围下,阴极的侧壁缩型流道表现出优异输出性能。 展开更多

关键词 质子交换膜燃料电池 操作参数 侧壁缩型流道 电化学性能 综合评价

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高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀流场特性仿真分析

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作者 朱明亮 李永安 +1 位作者 王宏伟 陶磊 《机床与液压》 北大核心 2025年第8期114-120,共7页

为了提高煤矿智能综采工作面液压支架的位置控制精度,基于二通插装阀结构原理,设计一种高速开关阀先导驱动的高水基大流量比例调速阀。针对高水基、高压、大流量液压阀易出现阀口空化损坏的问题,基于AMESim软件获取阀口压力、压降等参数... 为了提高煤矿智能综采工作面液压支架的位置控制精度,基于二通插装阀结构原理,设计一种高速开关阀先导驱动的高水基大流量比例调速阀。针对高水基、高压、大流量液压阀易出现阀口空化损坏的问题,基于AMESim软件获取阀口压力、压降等参数,作为比例调速阀中节流阀与定差溢流阀腔流场数值计算的边界条件,并进行流体仿真分析。仿真结果表明:节流阀由于出口存在背压,基本无空化现象,且节流阀开度越大,其阀口处高速射流区越大;溢流阀阀口处阀套不同倒角对流场分布影响显著,倒角为45°时阀内最大负压值最小,空化发生概率较低;此外,溢流阀由于出口无背压,在高压工况下空化现象剧烈,且入口压力越高,阀的开度越小,空化现象越明显。 展开更多

关键词 高水基大流量比例调速阀 流场特性 数值计算 空化

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矿用履带式退锚机器人液压行走系统仿真分析

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作者 孔庆宇 周建平 +3 位作者 顾喜鹏 李永安 朱明亮 王宏伟 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期215-220,共6页

根据煤矿用退锚机器人的研发需要,设计退锚机器人履带行走系统的液压驱动与控制回路,并对其主要性能进行仿真分析。基于回路工作原理,在AMESim中建立其仿真模型,对比分析了定量泵与负载敏感泵供液系统的节能效率,结果表明负载敏感泵输... 根据煤矿用退锚机器人的研发需要,设计退锚机器人履带行走系统的液压驱动与控制回路,并对其主要性能进行仿真分析。基于回路工作原理,在AMESim中建立其仿真模型,对比分析了定量泵与负载敏感泵供液系统的节能效率,结果表明负载敏感泵输出功率随负载变化而变化,节能效果更好。对退锚机器人直线行走工况下液压马达同步控制特性进行研究,分别分析了行走回路采用开环、闭环控制模式时变负载工况下回路的压力特性以及退锚机器人直线行走工况下行走马达同步性能。结果表明:在行走马达突变负载工况下,开环控制无法对马达的转速进行稳定控制;闭环控制下,左、右两侧马达可以较快响应给定控制信号,同时直线同步控制效果较好。研究结果可为矿用退锚机器人液压控制系统的工程设计开发提供参考。 展开更多

关键词 退锚机器人 负载敏感系统 节能 直线同步行走

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基于含噪Retinex模型的煤矿低光照图像增强方法 被引量：10

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作者 李正龙 王宏伟 +2 位作者 曹文艳 张夫净 王宇衡 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第4期70-77,共8页

低光照图像会导致许多计算机视觉任务达不到预期效果,影响后续图像分析与智能决策。针对现有煤矿井下低光照图像增强方法未考虑图像现实噪声的问题,提出一种基于含噪Retinex模型的煤矿低光照图像增强方法。建立了含噪Retienx模型,利用... 低光照图像会导致许多计算机视觉任务达不到预期效果,影响后续图像分析与智能决策。针对现有煤矿井下低光照图像增强方法未考虑图像现实噪声的问题,提出一种基于含噪Retinex模型的煤矿低光照图像增强方法。建立了含噪Retienx模型,利用噪声估计模块(NEM)估计现实噪声,将原图像和估计噪声作为光照分量估计模块(IEM)和反射分量估计模块(REM)的输入,生成光照分量与反射分量并对二者进行耦合,同时对光照分量进行伽马校正等调整,对耦合后的图像及调整后的光照分量进行除法运算,得到最终的增强图像。NEM通过3层CNN对含噪图像进行拜耳采样,然后重构生成与原图像大小一致的三通道特征图。IEM与REM均以ResNet-34作为图像特征提取网络,引入多尺度非对称卷积与注意力模块(MACAM),以增强网络的细节过滤能力及重要特征筛选能力。定性和定量评估结果表明,该方法能够平衡光源与黑暗环境之间的关系,降低现实噪声的影响,在图像自然度、真实度、对比度、结构等方面均具有良好性能,图像增强效果优于Retinex-Net,Zero-DCE,DRBN,DSLR,TBEFN,RUAS等模型。通过消融实验验证了NEM与MACAM的有效性。 展开更多

关键词 煤矿低光照图像 图像增强 含噪Retinex模型 噪声估计 拜耳采样 多尺度非对称卷积 注意力模块

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综采液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统 被引量：11

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作者 付翔 李浩杰 +3 位作者 张锦涛 王然风 王宏伟 秦一凡 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1717-1730,共14页

我国煤矿智能化综采工作面建设处于初级阶段,液压支架电液控自动化技术已广泛应用,但目前液压支架单一固化的自动化控制逻辑难以适应复杂、多变、动态的工作面生产场景,现场实际控制过程仍大多采用自动化+人工干预方式。针对综采工作面... 我国煤矿智能化综采工作面建设处于初级阶段,液压支架电液控自动化技术已广泛应用,但目前液压支架单一固化的自动化控制逻辑难以适应复杂、多变、动态的工作面生产场景,现场实际控制过程仍大多采用自动化+人工干预方式。针对综采工作面复杂场景中液压支架人机交互协作任务需求,提出液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统的理论方法与技术原理。首先,设计了人工式、分工式、批准式、否决式4种人机协同模态,以煤层地质、瓦斯粉尘、采煤机速度、液压支架智能水平、系统状态、岗位工技术水平、任务负荷等为判别因素,构建了基于AOG的液压支架人机协同模态选择模型,实现了人工、机器偏好的模态选择。然后,设计了液压支架中部跟机人机协同控制决策机制,提出液压支架中部跟机再次调控策略AI推理技术思路,利用现场数据学习人工操作经验,分别构建了液压支架是否再次调控决策树分类模型和再次拉架时间贝叶斯回归模型,基于上述模型开发了液压支架人机协同控制决策程序,实现了基于多模态与或推理和再次调控策略AI推理的液压支架人机协同控制。最后,采用云-边-端架构软硬件技术,开发了液压支架多模态人机协同控制系统,实现了模型进化、运算推理、程序执行等液压支架多模态人机协同控制功能。该系统在沙曲二矿3404工作面进行了工业试运行,相比于系统使用前,该工作面液压支架中部跟机效率平均提高2%。 展开更多

关键词 液压支架 人机协同 多模态 AI赋能 云边端架构

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