智能采矿数智赋能技术内涵与应用范式 被引量：3

1

作者 付翔 王开 王然风 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页

数据与智能是驱动精准化、高效化和安全化智能采矿可持续发展的核心引擎。提出了基于“数据−算法−装备−生态”四维协同架构的智能采矿数智赋能技术体系,构建了涵盖数据治理、智能决策、装备执行与人机协同的采矿全链条智能化闭环框架。... 数据与智能是驱动精准化、高效化和安全化智能采矿可持续发展的核心引擎。提出了基于“数据−算法−装备−生态”四维协同架构的智能采矿数智赋能技术体系,构建了涵盖数据治理、智能决策、装备执行与人机协同的采矿全链条智能化闭环框架。数据层通过标准化存储架构与多模态数据融合,建立全矿井数据资产平台,支撑实时数据流服务与历史数据挖掘;算法层结合工业机理模型与群智能算法,构建基于多目标优化的动态决策体系,实现采矿工序协同优化与安全权重优先控制;装备层依托智能新型煤机装备群,开发装备自适应控制与多机协同联动机制;生态层通过数字孪生、人在回路优化与专家规则嵌入,构建“人−机−智−环”共生体系,驱动系统动态迭代。基于上述框架,提出了智能采矿“数据流−智能流”双向协同机制与分层解耦逻辑,实现毫秒级装备控制、秒级算法决策与分钟级人工干预的动态响应,构建AI与人类双向赋能的新型采矿生产关系。以综采工艺为典型场景,基于“需求牵引−数据驱动−智能决策−装备执行”的闭环赋能路径,构建了综采工艺的智能采矿数智赋能应用范式,建立了“自动化工艺执行→AI策略生成→人工校验→人机协同控制”循环流程,支持人工/分工/批准/否决多模式动态切换,可实现采煤工艺自动化与AI辅助决策的深度协作,推动采矿行业从“机器替代人”向“人智增强机”范式转型。 展开更多

关键词 智能采矿 数智赋能技术 煤矿人工智能 AI决策 人机协同

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液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势 被引量：4

2

作者 赵继云 曹超 +4 位作者 王浩 泮延召 黄笛 韩静 苗运江 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期676-693,共18页

煤矿井下采煤工作面供液系统为液压支架提供高压大流量液压动力,其性能和可靠性是综采成套装备安全智能高效工作的关键。为进一步保障采煤工作面支护安全,保证液压支架跟机速度,总结供液系统发展现状、提炼智能供液关键技术需求和发展... 煤矿井下采煤工作面供液系统为液压支架提供高压大流量液压动力,其性能和可靠性是综采成套装备安全智能高效工作的关键。为进一步保障采煤工作面支护安全,保证液压支架跟机速度,总结供液系统发展现状、提炼智能供液关键技术需求和发展方向是实现大功率供液系统性能跃升的首要环节。以当前液压支架供液系统大功率化、智能化发展为背景,系统地归纳分析了液压支架大功率供液系统的构型和工作原理,论述并比较了多种泵控和阀控构型的稳压控制方法;着眼于大功率供液系统压力和流量连续控制需求,分析对比了相关研究中高压大流量高水基比例卸载阀和比例流量阀的先导驱动、结构原理、工作参数等方面的特点,指出了高压大流量高水基连续控制阀研发的重点难点;针对支撑按需供液精准控制的长管路动力传递环节建模和稳压控制方法,论述了液压支架长管路非恒定流动力学建模方法的现实意义,总结比较了面向液压支架周期复合动作的强时变供液系统稳压控制策略和方法;围绕系统安全可靠性保障需求,综述了包含监测和诊断的供液系统智能运维技术研究现状。聚焦综采工作面可靠高效应用需求和高水基液压系统智能化技术前沿,分析了限制供液系统控制性能突破的理论瓶颈,全面地总结了目前大功率供液系统关键技术研发的不足;论述了从元件和系统层面提升控制性能及其可靠性以支撑大功率液压支架供液系统智能化发展的必要性,并提出了液压支架供液系统的未来技术发展方向。 展开更多

关键词 液压支架 大功率 高水基 供液系统 稳压控制

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交叉筛透筛率影响因素及其智能预测模型

3

作者 赵啦啦 徐峰 +4 位作者 段晨龙 郭辰昊 汪维 江海深 乔金鹏 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3617-3628,共12页

湿黏细粒原煤的干法深度筛分是实现煤炭高效洁净利用的关键技术之一。交叉式细粒滚轴筛(交叉筛)是一种新型干法深度筛分设备,有效解决了传统干法筛分设备易出现“筛面堵孔”等问题。针对筛分过程的数学模型和DEM(Discrete Element Meth... 湿黏细粒原煤的干法深度筛分是实现煤炭高效洁净利用的关键技术之一。交叉式细粒滚轴筛(交叉筛)是一种新型干法深度筛分设备,有效解决了传统干法筛分设备易出现“筛面堵孔”等问题。针对筛分过程的数学模型和DEM(Discrete Element Method)模型均存在难以准确预测实际筛分性能的问题,基于机器学习方法对交叉筛的透筛率智能预测模型进行了研究。利用斯皮尔曼相关系数矩阵热力图分析了给料率、外水含量、筛面倾角和筛轴转速4个特征变量与透筛率之间及各特征之间的相关性,分别基于线性回归(Linear Regression,LR)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、决策树(Decision Tree,DT)和随机森林(Random Forest,RF)算法建立了4种交叉筛透筛率智能预测模型,并结合粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对支持向量机、决策树及随机森林3种模型进行超参数组合优化,得到模型的最佳参数组合并提高了模型的预测性能和泛化能力。利用拟合决定系数R2(Coefficient of Determination)、均方误差EMS(Mean Square Error)和平均绝对误差EMA(Mean Absolute Error)3个评价指标,比较了各模型的预测性能。其中,PSO-SVM预测模型性能最好,对数据的拟合能力最强,其评价指标R^(2)达到了0.976 1,且预测的结果与实际值的误差最小,相应的评价指标EMS和EMA分别为3.110×10^(-4)和1.353×10^(-2)。LR模型的预测性能最差,其评价指标R^(2)仅为0.722 2,且预测的结果与实际值的误差最大,EMS和EMA分别为1.320×10^(-3)和3.137×10^(-2)。此外,相比于LR模型,添加L_(1)和L_(2)正则化获得的模型预测准确率分别提高了20.26%和4.43%。研究结果为建立交叉筛的透筛率机器学习智能预测模型提供了参考,为分析交叉筛的特征变量对透筛率的影响机理提供了新方法,为实现交叉筛的智能化控制及结构优化提供了理论依据。 展开更多

关键词 交叉筛 透筛率 机器学习 预测模型 粒子群算法

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面向煤矿AI应用的多源异构数据分层分类仓储技术

4

作者 张智星 付翔 +4 位作者 张小强 秦一凡 黄金宇 杨宇琪 贾一帆 《工矿自动化》 北大核心 2025年第9期18-24,共7页

在煤矿智能化转型进程中,多源异构数据呈爆发式增长,但煤炭企业对这些数据的应用仍停留在可视化的初级阶段,且面临三大瓶颈:数据结构多样难以统一存储,阻碍AI应用的数据关联分析;数据质量参差不齐,导致AI模型无法直接有效分析;数据体量... 在煤矿智能化转型进程中,多源异构数据呈爆发式增长,但煤炭企业对这些数据的应用仍停留在可视化的初级阶段,且面临三大瓶颈:数据结构多样难以统一存储,阻碍AI应用的数据关联分析;数据质量参差不齐,导致AI模型无法直接有效分析;数据体量庞大,造成数据查询与分析效率低,严重制约智能应用落地。针对上述问题,提出了一种面向煤矿AI应用的多源异构数据分层分类仓储技术,该技术框架主要由Flink数据流处理服务、数据分层存储、数据分类存储、AI模型应用服务、主数据及元数据管理构成。Flink数据流处理服务是数据的核心处理单元,主要实现井下各子系统(综采、掘进、主运输、综合保障等)实时数据的脏数据清理、异常值填充、数据格式统一等处理,为后续面向煤矿AI应用的特征值快速计算及模型的有效应用提供标准数据条件。数据分层存储完成海量多源异构数据的分级编码与结构化整合后,存储到数据分类存储体系中。通过主数据及元数据管理,确保关键数据的一致性与完整性,并实现数据语义的清晰明确表达,为AI模型应用提供清晰明确的数据信息保障。测试结果表明:该技术可以实现海量多源异构数据的合理分层分类存储、不同类型数据与对应存储介质的精准匹配。煤矿现场应用结果表明:应用该技术后,工业数据平均查询延迟降低到1.1 s,数据质量合格率提高到93%,占用内存大的非结构化数据由高成本的高频存储转为低成本分布式存储。 展开更多

关键词 煤矿AI应用 多源异构数据 煤矿工业数据 数据分类存储 数据分层存储 Flink数据流处理 AI模型应用 主数据及元数据管理

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基于LoRA微调与RAG融合的煤矿专业大模型应用关键技术

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作者 秦一凡 付翔 +2 位作者 张智星 贾一帆 孙岩 《工矿自动化》 北大核心 2025年第8期34-42,50,共10页

目前煤矿行业大模型仅对用户的提问进行知识问答,未与现场实时数据相关联,无法对煤矿生产运行状况进行实时分析与指导。针对这些问题,提出一种基于大语言模型的低阶适应(LoRA)微调和检索增强生成(RAG)融合的煤矿专业大模型。该模型先运... 目前煤矿行业大模型仅对用户的提问进行知识问答,未与现场实时数据相关联,无法对煤矿生产运行状况进行实时分析与指导。针对这些问题,提出一种基于大语言模型的低阶适应(LoRA)微调和检索增强生成(RAG)融合的煤矿专业大模型。该模型先运用LoRA技术从历史文本语料中抽取出知识实体并定义知识结构输入大模型进行微调,使大模型能够深入理解领域知识,再将实时产生的生产数据、实时更新的作业规程、法规条例等数据经过向量化清洗输入向量数据库,并与RAG的检索机制相结合,确保数据信息的实时性和准确性。实验结果表明:①经LoRA微调后,模型回答可以精准契合某煤矿“一通三防”管理制度汇编,不仅详细阐述了控制瓦斯排放的增阻限风、分风限风、逐段排放等具体方法,还对排放时间计算、传感器设置、图纸绘制及断电撤人等操作细则进行说明,实现了从泛泛而谈到精准定位具体煤矿特定文件内容的跨越。②选取现场143万条液压支架时序数据,分别存入Milvus向量数据库与MySQL关系型数据库,从写入效率与查询性能2个维度进行对比,结果表明:Milvus向量数据库写入速度为MySQL关系型数据库的2.4倍;在向量检索场景方面,Milvus的向量相似度检索延迟稳定在20 ms,在混合查询场景效率方面,MySQL需全表扫描后排序,143万条数据延迟超100 ms,而Milvus将设备ID过滤后的子集输入分层可导航小世界图(HNSW)层,仅读取查询涉及的向量字段,避免了全表扫描。③将本地基于LoRA微调与RAG融合的煤矿专业大模型与本地离线deepseekR1−7b模型进行部署,对多项指标进行测试,结果表明:基于LoRA微调与RAG融合的煤矿专业大模型在煤矿专业领域知识学习性、知识动态化更新时效性、模型泛化与回答精确度方面具有显著优势,为工业级AI落地提供了可行路径。 展开更多

关键词 人工智能 煤矿专业大模型 大语言模型的低阶适应微调 检索增强生成 分层可导航小世界图 LoRA微调 RAG HNSW

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融合综采装备姿态约束的采煤机截割路径规划方法研究

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作者 宋述阳 王世博 +2 位作者 王赟 王丽杰 宋栋帅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3668-3678,共11页

采煤机截割路径规划是实现综采工作面智能化开采的关键问题之一。现有的采煤机截割路径规划技术对综采装备在截割空间的适应性考虑不全,缺乏综采装备对截割顶板和底板、工作面方向与工作面推进方向4个维度约束的综合考虑。针对此问题,... 采煤机截割路径规划是实现综采工作面智能化开采的关键问题之一。现有的采煤机截割路径规划技术对综采装备在截割空间的适应性考虑不全,缺乏综采装备对截割顶板和底板、工作面方向与工作面推进方向4个维度约束的综合考虑。针对此问题,提出一种融合煤层地质特征和综采装备姿态多维约束的采煤机截割路径规划方法。首先根据综采工作面开采工艺要求,建立了以液压支架、刮板输送机与采煤机姿态为约束条件的工作面截割空间约束模型,实现煤层顶底板异常区域搜索。然后构建以最小割矸量、最小漏采量为优化目标,以液压支架、刮板输送机与采煤机在截割空间的通过性与姿态限制为约束条件的异常区域优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法求解最优截割路径。仿真试验结果表明:规划后整体割矸率为0.11%,采煤率可达99.78%,煤层顶底板截割规划路径平滑可靠,在煤层断层处,沿工作面与工作面推进方向截割规划路径均消除了断层现象,综采装备布置姿态得到有效改善,刮板输送机中部槽垂直弯曲度最大值由18°优化至2.5°,液压支架俯仰角由-10°~35°优化至-12°~8°,液压支架横滚角由0°~25°优化至-4°~12°,液压支架顶梁间距由-0.7~0.8 m优化至0~0.18 m,液压支架顶梁俯仰角由-20°~20°优化至-4°~4°,液压支架歪斜角度由-40°~40°优化至-5°~2°。所建立的方法能够实现在三维地质模型的基础上进行采煤机截割路径规划,有效提升采煤率、降低割矸率并且提升综采装备在截割空间的适应性,为智能化综采工作面高效常态化运行提供了可借鉴的技术手段。 展开更多

关键词 采煤机 综采工作面 截割路径规划 多目标优化 NSGA-Ⅱ算法

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煤矿工业数据AI模型自动推理技术 被引量：4

7

作者 张智星 付翔 +6 位作者 张小强 李浩杰 秦一凡 刘萌 孙岩 贾一帆 杨宇琪 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期138-143,共6页

煤矿生产过程的智能化主要依托于人工智能(AI)技术分析煤矿工业数据,但单一应用场景AI模型无法适用于煤矿复杂的应用场景,且仅使用分布式计算来处理AI模型输入特征值会导致模型应用效率降低。针对上述问题,提出了一种煤矿工业数据AI模... 煤矿生产过程的智能化主要依托于人工智能(AI)技术分析煤矿工业数据,但单一应用场景AI模型无法适用于煤矿复杂的应用场景,且仅使用分布式计算来处理AI模型输入特征值会导致模型应用效率降低。针对上述问题,提出了一种煤矿工业数据AI模型自动推理技术。该技术架构包括数据层、计算驱动层和模型推理层:数据层采集各类监测数据并统一存储,为计算驱动层提供原始数据;计算驱动层将数据层采集的海量原始数据转换成煤矿应用场景AI模型输入特征值,通过煤矿应用场景AI模型输入特征值双计算引擎自动切换机制,根据数据量自动合理地选择使用基于Spark的分布式计算方式或基于Python的单机计算方式,解决了海量数据计算速度慢、数据应用延迟大的问题;模型推理层将特征值输入应用场景AI模型进行推理,引入煤矿应用场景AI模型多触发方式协同推理机制,通过定时触发、人为交互触发、信号反馈触发3种触发方式,解决了在煤矿复杂的应用条件下单一应用场景AI模型利用效果差的问题。测试和应用结果表明,该技术可实现多应用场景AI模型输入特征值的快速计算,以及不同应用场景AI模型的快速、自动、协同推理。 展开更多

关键词 煤矿人工智能 煤矿工业数据 AI模型推理 海量数据计算 AI模型应用

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基于数据驱动的液压支架初撑后承压效果即时预测技术 被引量：3

8

作者 贾一帆 付翔 +2 位作者 王然风 张智星 孙岩 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第7期32-39,共8页

采煤工作面实际生产中,受顶板条件、采动、液压支架姿态影响,液压支架初撑后立柱压力可能发生变化,进而影响支架初撑后承压效果。液压支架在初撑后出现的承压失效可能导致煤壁片帮、架间冒漏、支架前倾、倒架等问题。目前智采工作面液... 采煤工作面实际生产中,受顶板条件、采动、液压支架姿态影响,液压支架初撑后立柱压力可能发生变化,进而影响支架初撑后承压效果。液压支架在初撑后出现的承压失效可能导致煤壁片帮、架间冒漏、支架前倾、倒架等问题。目前智采工作面液压支架初撑力调控策略大多是直接判断升柱时立柱压力是否达到额定初撑力,缺乏考虑初撑后立柱压力变化引起的承压效果判断。针对上述问题,提出了一种基于立柱压力数据驱动的液压支架初撑后承压效果即时预测方法。将液压支架初撑后3 min内的立柱压力历史数据状况分为6种典型工况,并根据初撑后承压效果的不同将6种典型工况分为有效承压或失效承压;通过相关性分析,确定了影响支架初撑后承压效果的5个特征因素;对立柱压力样本进行有效承压或失效承压人工标注,并进行特征提取,将特征值分别输入决策树、随机森林、支持向量机、K最近邻(KNN) 4种不同算法建立预测模型,经过对比分析,随机森林模型预测准确率最高,达到95.60%,基本满足模型应用的准确率要求;建立了基于随机森林的液压支架初撑后承压效果即时预测模型,在此基础上开发了液压支架初撑后承压效果即时预测系统,并部署到煤矿现场应用,经过连续25 d的运行,该系统采集到液压支架初撑后3 min内的立柱压力后,可在5 s内输出液压支架初撑后的承压效果,预测结果与实际操作记录对比准确率为82.48%,说明该系统具有较高的承压效果预测准确性。 展开更多

关键词 液压支架初撑力 初撑后承压效果 立柱压力 有效承压 失效承压 随机森林

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融合传感器数据和人工调控信息的工作面直线度智能预测 被引量：2

9

作者 孙岩 付翔 +2 位作者 王然风 贾一帆 张智星 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第11期84-91,共8页

目前综采工作面直线度调控采用基于工作面推移行程等传感器数据和人工观测调控相结合的方式,但存在传感器数据和人工调控信息得不到有效利用的问题。针对上述问题,提出了融合传感器数据和人工调控信息的工作面直线度智能预测方法。对支... 目前综采工作面直线度调控采用基于工作面推移行程等传感器数据和人工观测调控相结合的方式,但存在传感器数据和人工调控信息得不到有效利用的问题。针对上述问题,提出了融合传感器数据和人工调控信息的工作面直线度智能预测方法。对支架推移油缸行程、支架立柱压力、采煤机位置等进行数据清洗,并按照正常推溜调控距离和调整推溜调控距离进行分类,构建由工作面正常推溜调控距离矩阵和累计推溜调控距离矩阵组成的工作面直线度分析矩阵;通过特征工程对工作面直线度分析矩阵进行特征提取,生成特征矩阵作为样本,将人工调控距离对应的工况类型作为样本标签;采用机器学习分类算法建立工作面直线度预测模型。实验结果表明,采用随机森林算法搭建的工作面直线度预测模型准确率最高,为91.41%。将该模型应用于高河煤矿2312工作面,结果表明,在运行30 d、115次割煤循环的工作面直线度预测过程中,该模型预测准确率达81.4%。 展开更多

关键词 工作面直线度 推移行程 传感器数据 人工调控信息 工作面直线度分析矩阵

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面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统 被引量：8

10

作者 王学文 刘曙光 +3 位作者 王雪松 谢嘉成 刘京铨 王禧龙 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期2124-2140,共17页

随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-... 随着煤矿智能化的发展与煤矿机器人的研发应用,煤矿操作员与煤矿机器人之间的高效协作对于井下复杂任务起到至关重要的作用。为优化多工种煤矿操作员与多机器人协作的复杂运行关系,基于数字孪生理念与在XR领域的长期实践,开展面向多人-多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统设计与关键技术研究。首先,针对复杂任务中2类煤矿操作员(包括集控操作员与就地操作员)与2类煤矿机器人(包括探测机器人与作业机器人)协作的典型场景,设计了系统总体架构,将系统划分为物理子系统、VR运维子系统与AR运维子系统3部分,并对各部分的内容、功能以及3部分之间的协同运行关系进行介绍;然后,对系统涉及的VR运维子系统构建、AR运维子系统构建以及通讯网络构建等关键技术进行剖析,对各关键技术对应的解决方案进行了探讨,并实现了2类煤矿操作员、2类煤矿机器人与VR/AR运维子系统的集成运行;最后,在实验室环境下模拟井下复杂环境搭建了试验场地,在试验场地中设定了任务点与具体任务,对系统的可行性与有效性进行测试验证。试验结果表明,煤矿XR智能运维系统能够在不同复杂任务对应的多人-多机协作情形中发挥作用。通过VR运维子系统与AR运维子系统的协同运行,可实现虚拟空间和物理空间的协同感知、决策与控制,能够在虚拟空间中对物理空间的复杂任务进行迭代、优化和验算,形成了人-人、人-机、机-机交互协作的智能运行模式。 展开更多

关键词 煤矿智能化 煤矿机器人 煤矿操作员 人机协作 XR智能运维 数字孪生

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救援车载钻机起下钻机构时效优化设计方法

11

作者 曹超 毛炳权 +4 位作者 张忠海 常仁齐 赵继云 韩静 黄笛 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期247-258,共12页

【目的】在矿山事故救援领域,车载钻机开展地面钻孔作业开辟竖直救生通道最为有效。但受车辆载重限制,需平衡起下钻执行机构驱动速度与稳定性,建立参数优化设计配置体系,充分配置钻孔机构作业能力,是保障救援效率的关键。【方法】通过... 【目的】在矿山事故救援领域,车载钻机开展地面钻孔作业开辟竖直救生通道最为有效。但受车辆载重限制,需平衡起下钻执行机构驱动速度与稳定性,建立参数优化设计配置体系,充分配置钻孔机构作业能力,是保障救援效率的关键。【方法】通过构建车载钻机起下钻机构时空多重规划模型,明确了车载钻机关键参数范围和设计流程,按照多执行机构梯形或S形速度曲线分类规划原则,开展了钻机多执行机构时序规划和运动学规划;通过Adams和AMESim构建了双向耦合机液动力学模型,分析了机械系统和液压驱动系统的动态特性,优化了驱动系统参数配置和救援车载钻机主要机构的动态设计参数;构建了包含时序、运动、驱动的全局时效优化设计方法,形成了完整的救援钻机起下钻机构参数设计闭环。【结果和结论】(1)采用并行作业配置策略,可以将下钻时间和起钻时间分别缩短17.7%和17.5%,各执行机构中最大应力集中于铰接点,运动状态切换时振动与载荷冲击最大。(2)通过动力学迭代优化起下钻机构并行动作时序,使给进油缸执行提升动作时最大应力降低37.76%,翘起油缸执行动力头回落动作时最大应力降低4.66%。(3)起下钻机构样机动作时序测试表明,实际运动时间误差≤5.83%,振动幅值满足约束要求。研究提出的车载救援钻机时效优化设计方法对提升钻孔救援装备能力和效率具有重要意义。 展开更多

关键词 救援车载钻机 多机构协同 运动学规划 机液动力学 参数匹配 起下钻机构 时效优化

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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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液压支架供液系统快速泵控补液稳压方法

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作者 曹超 赵继云 +4 位作者 高凯 王浩 李冉 刘浩 张鹤 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期468-479,共12页

针对目前液压支架跟机动作过程中系统供液流量适配不及时、不合理导致的系统压力冲击大、波动频繁等问题,提出了基于伺服泵的快速泵控补液稳压供液系统新构型,推导出适应支架动作的稳压供液流量的计算模型,给出了快速泵控补液稳压供液... 针对目前液压支架跟机动作过程中系统供液流量适配不及时、不合理导致的系统压力冲击大、波动频繁等问题,提出了基于伺服泵的快速泵控补液稳压供液系统新构型,推导出适应支架动作的稳压供液流量的计算模型,给出了快速泵控补液稳压供液系统构型中伺服泵参数配置方法。搭建了AMESim与Simulink联合仿真模型,按照对应不同支架动作的差异性稳压供液流量策略,对比了多泵联动传统供液形式与快速泵控补液稳压供液形式下的系统压力变动特性和支架动作周期,并进行实验验证。结果表明:根据系统压力变化趋势、执行机构结构参数,能够准确得出执行机构不同动作的需液量,进而形成稳压补液流量计算方法;结合快速泵控补液稳压供液方式,改善了系统压力变动特性,并加快了支架动作周期,支架动作过程中升柱和顺序推刮板输送机动作压力波动幅值分别减少23%和56%,动作时间分别缩短了1.5%和5%,降柱和拉架动作的系统压力波动次数减少,动作时间分别缩短了5.7%和3.2%。支架整个动作过程中供液系统压力均不低于卸载阀恢复压力,系统压力波动次数减少25%,支架整体动作时间缩短了4.2%。 展开更多

关键词 液压支架 稳压供液 多泵联动 快速泵控

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基于CLSRIME-XGBOOST的带式输送机托辊故障诊断方法

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作者 江帆 程舒曼 +4 位作者 朱真才 周公博 李强 刘全辉 宋鸿炎 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第4期666-673,840,共9页

针对声音信号分析在诊断带式输送机托辊故障中的高维特征存在信息冗余、计算量大和诊断效果不理想等问题,笔者构建了声音信号特征精简策略,基于Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子改进了霜冰优化算法(rime optimization algorithm... 针对声音信号分析在诊断带式输送机托辊故障中的高维特征存在信息冗余、计算量大和诊断效果不理想等问题,笔者构建了声音信号特征精简策略,基于Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子改进了霜冰优化算法(rime optimization algorithm,简称RIME),记作CLSRIME。再结合极致梯度提升模型(extreme gradient boosting,简称XGBOOST),构建了CLSRIME-XGBOOST带式输送机托辊轴承故障诊断方法。首先,利用梅尔倒谱系数(Melscale frequency cepstral coefficient,简称MFCC)融合方法提取信号关键特征,并通过t-分布领域嵌入算法(t-distributed stochastic neighbor embedding,简称tSNE)进行降维,构建了基于MFCC和tSNE的精简特征提取策略;其次,针对RIME存在初始种群分布不均、霜冰粒子搜索能力弱、收敛速度较慢的问题,引入Circle混沌映射、Levy飞行策略和正弦因子,设计了CLSRIME;最后,利用CLSRIME优化XGBOOST中树的深度、迭代次数及学习率等参数,构建了基于CLSRIME-XGBOOST的诊断模型。结果表明,所提方法能够精简表征托辊轴承故障状态的特性信息,改善了RIME的优化性能,提高了传统XGBOOST诊断模型的准确率,为带式输送机托辊故障诊断提供了新思路。 展开更多

关键词 带式输送机 改进RIME算法 MFCC XGBOOST 故障诊断

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基于VAE-WGAN的矿井提升机主轴承小样本故障诊断方法

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作者 江帆 宋泓炎 +2 位作者 沈熙 朱真才 程舒曼 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期468-482,共15页

作为提升机的关键组件,主轴承在长时间高速重载服役过程中,其性能会发生退化并导致故障产生,故开展提升机主轴承故障诊断对保障矿井提升机安全高效运行具有重要意义。然而,矿井提升机运行状态监测的数据中正常服役与故障状态的比重严重... 作为提升机的关键组件,主轴承在长时间高速重载服役过程中,其性能会发生退化并导致故障产生,故开展提升机主轴承故障诊断对保障矿井提升机安全高效运行具有重要意义。然而,矿井提升机运行状态监测的数据中正常服役与故障状态的比重严重失调,呈现出正常样本多、故障样本少、标签样本不足等特点,导致矿井提升机主轴承故障模型训练效果不理想、诊断准确度低。针对小样本下矿井提升机主轴承故障诊断准确率低的问题,通过融合变分自编码器和Wasserstein生成对抗网络,构建基于VAE-WGAN的矿井提升机主轴承样本增广模型,进而提出基于CBAM-MoblieNetV2的故障诊断方法,实现小样本数据下的矿井提升机主轴承故障诊断。在算法层面上,引入Wasserstein距离度量,解决生成对抗网络训练梯度消失问题。在数据层面上,使用凯斯西储大学数据集对VAE-WGAN进行测试,并通过量化指标评价VAE-WGAN生成能力的方式优选超参数,再用矿井提升机模拟实验台轴承数据集训练VAE-WGAN,实现小样本数据集增广扩容。为了提升故障诊断模型的特征提取能力和故障诊断准确率,在轻量化卷积神经网络MobileNetV2的基础上,将卷积块注意力机制CBAM融合到MobileNetV2深层特征映射,搭建注意力机制卷积分类网络CBAMMobileNetV2,通过融合跨通道信息和空间信息实现更多地关注故障特征。最后与WGAN_GP、DCGAN,VAE以及WGAN等传统生成模型进行了对比分析,VAE-WGAN+CBAM-MobileNetV2在4种小样本比例数据集上的准确率均高于其他4种方法,证明了所提样本增广和故障诊断方法在不同小样本比例故障数据集上的故障诊断准确率更高,能够满足小样本下的故障诊断要求。 展开更多

关键词 生成对抗网络 小样本 矿井提升机 主轴承 故障诊断

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双层振动弛张筛的小阻尼三自由度动力学模型研究

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作者 赵啦啦 李赛 +4 位作者 何德艺 范国帅 刘初升 杨亚东 刘泽平 《振动与冲击》 北大核心 2025年第7期45-53,共9页

双层振动弛张筛(double-deck vibration flip-flow screen,DDVFFS)是一种新型筛分设备,解决了传统单层振动弛张筛无法同时获得多个粒度产品的难题。现有的DDVFFS在实际应用中存在振动不稳定和实际振幅不符合设计要求的问题。基于此,建立... 双层振动弛张筛(double-deck vibration flip-flow screen,DDVFFS)是一种新型筛分设备,解决了传统单层振动弛张筛无法同时获得多个粒度产品的难题。现有的DDVFFS在实际应用中存在振动不稳定和实际振幅不符合设计要求的问题。基于此,建立了DDVFFS的小阻尼三自由度动力学模型,并利用复数法获得了动力学模型的解析解。研制了DDVFFS试验台,根据动力响应中参与度较高的两阶模态获得了构建瑞利阻尼矩阵的比例系数α和β,并将阻尼矩阵代入动力学模型,求解得到了试验台在正常工作过程中振幅的理论值。试验台的振幅测试值与理论值之间的最大误差为3.13%,固有频率的测试值与理论值之间的最大误差为9.33%,验证了所建立的小阻尼三自由度动力学模型的准确性。 展开更多

关键词 双层振动弛张筛(DDVFFS) 动力学建模 瑞利阻尼计算 模态试验

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硬球颗粒-弹塑性聚氨酯平面碰撞特性研究

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作者 赵啦啦 何德艺 +5 位作者 王维楠 李赛 范国帅 刘初升 杨亚东 刘泽平 《振动.测试与诊断》 北大核心 2025年第5期877-884,1058,共9页

为进一步加强Hertz软球碰撞模型中刚性颗粒与弹塑性材料碰撞的相关研究,利用弹塑性半平面接触本构关系,引入一种新的阻尼形式,建立了硬球颗粒-聚氨酯平面的黏弹塑性碰撞模型,并推导出颗粒与弹塑性平面碰撞的非线性动力学方程。首先,通... 为进一步加强Hertz软球碰撞模型中刚性颗粒与弹塑性材料碰撞的相关研究,利用弹塑性半平面接触本构关系,引入一种新的阻尼形式,建立了硬球颗粒-聚氨酯平面的黏弹塑性碰撞模型,并推导出颗粒与弹塑性平面碰撞的非线性动力学方程。首先,通过测定球形煤精颗粒碰撞聚氨酯恢复系数实验,确定了所用聚氨酯材料的Meyer指数与动力学方程中的阻尼系数;其次,在方程中考虑不同的阻尼形式,对比证明了所提阻尼模型的正确性;然后,分析了不同阻尼系数下,不同阶段接触力的变化机理;最后,探讨了颗粒与弹塑性聚氨酯碰撞过程中位移、速度及接触力的变化规律。研究发现:随着初始碰撞速度的增加,聚氨酯不可恢复的塑性变形量由1.636×10^(-4) m增加至5.657×10^(-4) m,颗粒恢复系数由0.5832降至0.5012,碰撞时间由6.963×10^(-4) s降至4.737×10^(-4) s,塑性压缩阶段的占比由59.81%降至59.04%;所建立的模型可用于颗粒与较软平面碰撞的场景,为颗粒系统的输送、碰撞、冲击和分离提供了理论支撑。 展开更多

关键词 非线性接触 恢复系数 颗粒碰撞 黏弹塑性模型

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高压泡沫涨裂破岩特性试验研究

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作者 刘送永 崔松 顾聪聪 《岩土工程学报》 EI CAS 北大核心 2025年第1期125-134,共10页

针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,... 针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,建立高压泡沫涨裂破岩试验系统,探讨不同空气体积分数时的泡沫涨裂特性,揭示高压泡沫涨裂破岩机理。研究表明:高压泡沫释放时,能够在涨裂孔内产生比泡沫初始压力更高的涨裂力,但涨裂力随泡沫空气体积分数增加而先增大后减小,高压泡沫涨裂破岩经历了裂纹初生、裂纹扩展、涨裂抛掷、涨裂结束4个阶段,破岩重量随泡沫空气体积分数的增加而先增大后减小,当空气体积分数为60%时,由高压泡沫冲击涨裂孔产生的压应力波在岩石上表面反射形成的拉应力造成岩石破坏形式为涨裂坑,空气体积分数为70%~90%时,泡沫涨裂形式为大块岩石分离,这主要是由孔底直角处应力集中效应造成。 展开更多

关键词 高压泡沫 涨裂破岩 裂纹扩展 涨裂力

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基于煤矸振动特性的放顶煤支架传感器优化布置策略研究 被引量：1

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作者 王瑶 杨善国 +3 位作者 吴明珂 孟彬 杨政 刘后广 《机械强度》 北大核心 2025年第1期68-75,共8页

针对放顶煤煤矸智能识别研究,为提供完整且有效的煤矸振动信号采集方案,提出了一种基于煤矸振动特性的放顶煤液压支架尾梁传感器优化布置策略。首先,对尾梁模型进行模态分析,提取振型矩阵,利用有效独立法初选测点;其次,获取尾梁试验台... 针对放顶煤煤矸智能识别研究,为提供完整且有效的煤矸振动信号采集方案,提出了一种基于煤矸振动特性的放顶煤液压支架尾梁传感器优化布置策略。首先,对尾梁模型进行模态分析,提取振型矩阵,利用有效独立法初选测点;其次,获取尾梁试验台相应初选测点的落煤和落矸振动信号,进行特征提取;然后,对所提取特征进行t分布式随机邻域嵌入(t-distributed Stochastic Neighbor Embedding,t-SNE)降维可视化,筛选出5个对落煤和落矸信号区分敏感的特征,并以此作为目标特征;最后,经核密度估计法估算目标特征的概率密度函数,利用K-L(Kullback-Leibler)散度评估各测点组合信号与完整信号的近似性和煤矸特征的差异性,构建煤矸振动信号评价指标,结合Fisher信息矩阵准则,形成综合评价指标,确定尾梁的传感器布置最优方案。结果表明,该方法在满足模态可观测性的基础上不仅减少了传感器数量,还使得所测振动信号具有更好的煤矸差异性和信息完整性。 展开更多

关键词 放顶煤 振动信号 传感器优化布置 液压支架尾梁 有效独立法 K-L散度

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基于自抗扰控制算法的负载敏感多路阀阀口压差精准调控 被引量：2

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作者 类兴茂 丁海港 +2 位作者 王思民 杨程程 庞智珍 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期954-962,973,共10页

负载敏感多路阀是工程机械液压系统的核心部件,通过压力补偿器保持阀口压差恒定,但压差易受阀芯开度和负载变化的影响,导致主阀流量控制精度低。提出了一种新型的负载敏感多路阀阀口压差连续调控方法,采用比例电磁铁推动补偿阀阀芯,利... 负载敏感多路阀是工程机械液压系统的核心部件,通过压力补偿器保持阀口压差恒定,但压差易受阀芯开度和负载变化的影响,导致主阀流量控制精度低。提出了一种新型的负载敏感多路阀阀口压差连续调控方法,采用比例电磁铁推动补偿阀阀芯,利用自抗扰控制(ADRC)算法控制比例电磁铁推力,实现主阀压差闭环控制,从而对流量进行精确控制。介绍了系统工作原理,建立了数学模型,基于AMESim-MATLAB联合仿真平台建立了仿真模型,并搭建试验台架进行了实验验证,分析了负载变化、主阀开度变化工况下阀口压差保持特性以及主阀流量调节特性。研究结果表明:与负载变化相比,主阀开度变化对压差的影响更大,采用新型阀口压差控制结构与方法可以精准控制负载敏感多路阀阀口压差,达到精确控制流量的效果,并且可以在不改变主阀开度的情况下主动调控压差,从而实现流量的进一步调控。 展开更多

关键词 负载敏感多路阀 压差补偿 流量调控 自抗扰控制(ADRC)算法

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