矿井主动噪声控制技术的应用研究

采用MATLAB软件对采集的KCS250矿用湿式除尘器的噪声进行了频率特性分析,并基于改进的FXLMS算法,采用离线建模方法建立了次级通道模型。通过设计的主动噪声控制系统对采集的噪声数据进行降噪实验,结果表明,采用改进的FXLMS算法建立的主动控制系统对KCS250矿用湿式除尘器的噪声消声量约为5~6 d B。     

矿井噪声主动控制技术研究及参数优化

矿井下有很多主动降噪设备降低噪声,但主要对高频噪声有较好的效果。针对井下环境中的复杂噪声信号,采用主动降噪算法降低噪声对矿工身心健康的影响,分析了LMS算法存在的次级声源信号的反馈和声音信号传输的延迟两大问题;针对存在的两大问题,采用FX-LMS算法,在次级通道上引入一传递函数对原始参考信号进行预处理,并给出了FX-LMS算法中收敛步长取值范围的求解方法,为寻求最优实验参数提供了参考依据。在MATLAB开发环境中,对混有白噪声的声音信号进行降噪处理,给出了不同收敛步长下的仿真结果,结果表明FX-LMS算法是有效的,并验证了收敛步长会影响收敛速度和稳态误差。     

改进的遗传算法在矿井阵列天线中的应用

由于矿井下无线电波存在大量的反射、折射、散射波,导致严重的多径。如此之多的干扰信号容易导致近亲繁殖等现象,更重要的是几乎不可能使天线方向图的干扰方向都形成零陷。针对这些问题,提出GA-I算法使遗传算法能运用于矿井下的阵列天线,主要通过在交叉过程中判断个体相似度来改进近亲繁殖现象和通过改进适应度函数来解决了因为信号干扰数大于天线阵列数的情况而使干扰方向形成了零陷。MATLAB仿真表明了此算法的有效性,形成的波束图获得了很好的结果。     

基于改进布谷鸟算法与SVM的矿用变压器故障诊断

矿用变压器主要用于含有易燃气体和煤尘的矿井中,为采煤机、运输车及照明系统提供电源。针对目前矿用变压器故障诊断准确率不高的情况,提出了一种基于改进布谷鸟算法和支持向量机(SVM)的矿用变压器故障诊断方法。首先引入改进的布谷鸟算法对支持向量机参数进行寻优,获得具有最佳参数的支持向量机模型,然后利用支持向量机对变压器故障进行分类来实现变压器故障的诊断,最后,通过算例仿真对所提算法和检测方法进行了验证,Matlab仿真结果表明：利用改进布谷鸟算法和诊断模型得到的矿用变压器故障诊断准确率要高于传统的矿用变压器故障诊断方法。     

槽波地震勘探延时校正技术的研发与应用

地质构造透明化是我国煤矿智能化开采的基础。随着矿井物探技术的发展,槽波地震勘探备受关注,其中,槽波速度分析是主要处理方法之一。但是,矿用雷管的不确定延迟误差严重影响地震数据初至,如果槽波旅行时拾取出现偏差,极易造成探测结果偏移、误探、漏探。从硬件研发和软件改进两方面开展槽波地震勘探延时校正技术以及延时校正套筒的研发,实现了槽波探测设备与锚杆的对接,可逐炮采集雷管的延迟误差;延时校正流程的改进,实现了逐炮采集到雷管延迟误差在处理软件中的加载和应用。研究应用表明,延时校正技术可有效提高槽波探测准确率,对回采工作面内地质构造的位置圈定和解释具有重要意义。     

矿用本安型便携式钻孔深度检测仪的设计

为提高瓦斯抽放孔的检验效率,提高矿井的安全性,设计了一种便携式矿用钻孔深度检测仪。在钻杆的侧面安装振动加速度传感器探头,通过力锤敲击钻杆产生冲击弹性波信号,加速度传感器探头接收从钻杆底部反射回来的信号波并传到PAD手持终端进行处理与显示,因为弹性波在钻杆中的传播速度是已知的,根据其传播时间可自动计算出已经打入的钻杆深度。     

矿用永磁同步电机改进模型预测电流控制研究

为了进一步改善矿用电机作为动力源时的可靠性和控制性能，研究了使用永磁同步电机来代替传统矿用泵中的异步电机，为了保证电机在矿井中安全长效运行，提出了一种新型不连续脉冲宽度调制技术，该技术可降低开关器件损耗，同时保证其控制性能。在电机的控制策略中，使用改进模型预测电流控制，并在价值函数中引入转速预测误差，优化了预测控制的性能，使用DPWM3算法降低了开关次数；考虑到提高转矩控制特性，引入了扩张状态观测器观测负载转矩，进一步提高了系统转矩控制特性。最后，通过仿真和实验证明了所提出方法，相比较传统的预测控制方法，在速度响应、开关次数、转矩控制、电流谐波方面有了改善。     

基于蚁群算法的矿井提升机变频调速系统

针对老式矿井提升机调速方案难以协调快速性和稳态特性的缺陷,提出了基于蚁群算法和直接转矩控制技术相结合的交流调速方案。仿真实验证明,新型的调速方案鲁棒性强,速度响应快,有效地提高了矿井提升机的动态性能,具有广阔的应用前景。     

基于MFCC-CS-MUSIC的矿井提升机故障源精准识别方法研究

在煤矿生产领域中,矿井提升机作为一种辅助运输的设备,在矿井整个运输工程中承担着非常重要的作用,其安全性和稳定性直接影响着煤矿生产效率和井下工作人员生命安全。矿井提升机故障发生后,其声音信号也会随着设备运行状态而改变,因此可以通过分析该声音的特征来检测设备是否处于不正常运行状态。鉴于此提出了基于MFCC-CS-MUSIC实现的矿井提升机故障源精准识别方法。通过采集提升机音频信号,应用MFCC（梅尔频率倒谱系数）算法提取多个通道声音信号梅尔频率倒谱系数进行故障识别;应用MUSIC（多信号分类）故障识别后的音频信号进行定位求得信号的最小化波达方向。将MUSIC算法求得的DOA（波达方向定位）值作为优化变量,以计算DOA和测量DOA之间的差异为目标函数,利用CS（布谷鸟）算法对目标函数进行寻优,从而实现对提升机故障源精准定位。试验和应用结果均表明,利用CS算法优化后MUSIC算法得到的定位坐标误差Δψ在5°以内,实际位置坐标方位角误差Δθ在4°以内。该方法实现了提升机故障准确识别和提升机故障源的精准定位,大幅缩短了排查矿井提升机故障位置的时间,显著提升了矿井提升机的工作效率。     

基于UWB的矿井人员精准定位技术

提出了一种基于UWB技术的矿井人员精准定位系统的设计与实现方案。分析了SDSTWR测距算法原理,结合矿井巷道一维线性空间特征,采用单个读卡器实现精准定位和方向判别,并且采用时分复用技术解决无线信号碰撞问题,保证了定位成功率,提高了定位精度。试验结果表明:该系统定位精度达到了0.3 m以内,有效覆盖范围达到300 m,满足矿用实际需求。     

基于PURE-LET的激光光斑图像快速去噪算法

煤矿井下低照度成像环境会导致图像中产生泊松噪声，将引起激光光斑图像的强度和形状分布的不确定性，从而影响激光三角测距的精度。提出了一种基于PURE-LET（Poisson Unbiased Risk Estimator-Linear Expansion of Threshholds）的煤位表面激光光斑图像的快速小波域去噪算法。给出了泊松噪声下小波系数估计MSE（Mean Squared Error）的一个无偏估计子PURE，并将小波系数估计子写作一组基本阈值函数的线性组合以提高算法速度。仿真图像与真实煤仓图像的实验显示，与3种典型图像去噪算法（BayesShrink，Poisson_NLMeans，PURE-LET）相比，提出的PURE-LET-Smooth算法具有更好的噪声抑制能力，同时具有保持图像边缘结构和快速计算的特点，这在实时光斑质心精确计算和三角测距应用中是一个明显优势。此外此算法具有阈值函数组合系数的快速自动计算特点，适用于自动煤位检测应用。     

基于数据实时分析的煤矿建筑工程安全监测系统

为了精准、稳定监测煤矿建筑工程安全,缩减监测效果受数据量及噪声影响,设计了基于数据实时分析的煤矿建筑工程安全监测系统。通过感知层采集煤矿建筑工程相关数据,数据处理模块对数据进行聚类操作,通信模块将聚类后数据安全传输至煤矿建筑工程安全监测中心,利用改进隔离森林算法对数据执行异常检测操作,并将检测结果存储数据库中,通过安全监测与管理中心为客户呈现监测结果。实验结果表明,该系统可有效聚类煤矿建筑工程数据,且煤矿建筑工程安全监测精度与稳定性好,监测效果受数据量及噪声影响较小。     

基于DWT与改进中值滤波的矿井视频监控图像去噪

井下光照不均、煤尘浓度大以及视频图像获取设备电路电压不稳定等各类因素的存在,导致矿井视频监控系统获取的图像存在大量噪声,影响了对矿井各类生产信息的准确判读。为此,将离散小波变换(Discrete wavelet transform,DWT)与改进中值滤波算法相结合,提出了一种矿井视频监控图像高效去噪算法。首先,对获取的矿井视频图像进行自适应噪声检测,根据检测结果,对图像采用改进中值滤波算法处理;然后对滤波后的图像进行3层离散小波变换,鉴于图像的噪声信息绝大部分集中分布于高频分解系数中,故对低频分解系数不作处理;最后对高频分解系数采用一种改进软阈值去噪函数模型进行去噪,将去噪后的高频分解系数与原始低频分解系数进行重构,得到去噪后清晰度较高的图像。采用实地获取的山西潞安某煤矿井下视频图像进行试验,并与小波软阈值去噪、中值滤波等算法进行去噪效果对比分析,此外,对各算法的试验结果分别采用信噪比(Signal noise ratio,SNR)以及算法运行时间进行评价,结果表明:新算法对于矿井视频监控图像的去噪效果优于其余2类算法,且算法运算时间也具有一定的优势。     

基于WT特征增强的cICA带式输送机齿轮箱故障诊断

约束独立分量分析对于测量信号中的传感器噪声(测量噪声)具有很强的免疫能力,但对源噪声的免疫性却很差。针对这个问题,提出了小波变换特征增强的约束独立分量分析的齿轮箱故障特征提取方法。通过对测量信号小波分解,有针对性地选择某子频段小波系数重构,有利于提高信噪比,增强信号的统计独立性和非高斯性,从而增强约束独立分量分析方法提取齿轮故障特征的效果;而未经小波变换除噪时,约束独立分量分析的效果不佳。通过仿真分析和在矿用带式输送机齿轮箱故障诊断的应用结果综合表明,该方法能有效降低源噪声的影响,准确提取出齿轮故障特征,尤其是微弱低频故障特征。为矿用齿轮箱多通道振动状态监测与故障诊断提供了一种新的有效手段和途径。     

矿井多波多分量地震方法与试验

多波多分量地震勘探近些年发展迅速,但其在矿井地震中的研究与应用仍不足。矿井全空间效应下波场复杂,在可激发出的体波、煤层槽波、巷道面波与声波等中的有效波与干扰波成分随成像波型选择而改变;同时来自空间多方向的地震波混叠,无方向性的成像难免会出现假象,影响矿井地震勘探的精度。为有效利用不同类型波进行成像,提出基于地震波偏振特性的矿井多波多分量地震方法。此方法利用三分量地震记录,通过时窗自适应的极化分析方法获取准确极化特征参数,避免了因时窗选取不准确而造成极化参数错误的问题;其在散射原理基础上构建的极化滤波函数包含偏振因子和方向因子,可随成像点空间位置及成像的波型的变化而实时更新;偏振因子利用信号的偏振系数可压制非线性干扰波,达到提取纵横波及勒夫型槽波等线性极化波的作用,提高矿井地震信号的信噪比;方向因子根据成像点空间位置与特定波型的振动方向的空间关系,不仅可分离振动方向不同的波(如纵波与横波),还能获取空间任一点的地震波信号,从而实现针对空间任一位置的多波偏移成像。现场试验表明:在岩巷中可分别进行纵波和横波的成像,两者相互验证,提高了探测准确度,同时其探测区域空间位置不受地震测线的约束,可实现测线范围外的地震探测,解决矿井地震勘探施工空间受限的问题;在煤巷中可分别进行槽波与体波的成像,解决槽波反射探测距离受限的难题,故在槽波勘探中建议采用三分量接收,理想情况下,采用煤层三分量和顶板三分量同时接收,形成槽波、体波六分量记录,作为槽波、体波联合勘探的基础数据。     

基于LCL滤波的三电平有源滤波器研制 基于LCL滤波的三电平有源滤波器研制

永城煤矿部分矿井提升机系统采用直流电动机调速设备,产生谐波,污染电网。针对这一问题,本研究研制了一套基于LCL滤波的三电平有源滤波器以降低系统谐波。该装置采用二极管箝位型三电平拓扑结构,通过电容电流反馈的有源阻尼方法进行谐振抑制,并且将智能化粒子群算法应用于LCL滤波器参数设计。本研究所采用理论及方法,经仿真验证证明其正确可行,可以有效降低系统谐波。通过样机实验结果证明,所研制的有源滤波器可以有效补偿直流提升系统产生的谐波,将电网谐波含量控制在5%以内,满足国家标准。     

井下危险区域目标检测

建立适合煤矿井下特殊环境的危险区域目标检测系统结构和新的目标匹配算法。新算法基于SIFT(scale invariant feature transform)多尺度变换,结合形态学技术用降维后的局部区域匹配方法提高系统实时性;交叉匹配粗筛选后将RANSAC(random sample consensus)算法和L-M(Levenberg Marquardt)非线性优化算法结合估计优化参数,解决现有算法计算复杂,匹配时间长,复杂环境匹配精度低的问题。实验证明,新算法对煤矿井下模糊、低照度、遮挡、高噪声和尺度变化等情况均具有良好的鲁棒性,解决多摄像机不同视角目标匹配问题,适合实时处理的监控系统中井下危险区域目标检测。     

矿井视频监控图像改进模糊中值滤波算法

由于矿井空气粉尘较多且光照不均匀,导致井下视频监控系统获取的图像含有大量噪声且明暗不均,在一定程度上影响了对井下生产状况的实时有效监控。为此,提出了一种改进模糊中值滤波算法。首先设计了一种自适应改进模糊隶属度系数计算方法,该方法将图像滤波窗口内像素点的灰度最小值、最大值、均值等作为阈值来计算不同像素点灰度值的模糊隶属度系数,克服了经典模糊隶属度系数计算时需设置大量阈值的不足;然后根据模糊隶属度系数进行模糊加权中值滤波,并对滤波后图像的灰度直方图进行了均衡化处理。采用C#语言编写算法运算程序,试验数据为2幅某矿井视频监控图像,试验中引入了模糊中值滤波、加权中值滤波、开关中值滤波等算法进行对比分析,并对各算法的试验结果采用峰值信噪比（Peak signal noise to ratio,PSNR）和算法耗时2个指标进行评价,结果表明：改进模糊中值滤波算法相对于其余3类算法而言不仅去噪效果较优,而且耗时较少,对于批量处理矿井视频监控图像有一定的参考价值。     

巷道布置对易燃厚煤层自然发火危险性的影响

为了有效地对煤矿自然发火危险性进行评估,控制煤矿自然发火源和降低火灾危险性.结合模糊数学和多目标决策理论,运用层次分析法建立评价工作面自然发火危险度的指标体系和评价模型,采用现场专家打分法确定一次采全高不同巷道布置形式开采易燃厚煤层单因素依附目标层的隶属度,并对镇城底矿22204工作面煤炭自然发火危险程度进行定量评估.对比得出,在易燃厚煤层中改革巷道布置,可以降低煤层自然发火概率.