基于长带状煤矿巷道的无线传感器网络LEACH路由协议的改进

在矿井中部署无线传感器网络可以提高通信的安全性。针对传统无线传感器网络路由协议应用在煤矿中存在的缺点,在深入分析LEACH协议应用在长带状煤矿巷道中不足的基础上,将LEACH协议进行了改进,优化了簇首选择与分簇算法,采用改进的最小跳数路由算法使簇首通过多跳方式与汇聚节点通信,减少了节点能量消耗,使其更加适合长带状煤矿巷道中的要求,经过仿真实验验证了新协议的性能优越性。     

矿井火灾预测和矿井沼气监测的新仪器和新方法

本文概括地叙述了德意志联邦共和国用于煤矿工业分析火焰气及测量甲烷、一氧化碳、氧气和二氧化氮浓度的新的本质安全型仪器。近来,在气体检测仪表中,除采用催化燃烧原理测量甲烷的传感器件外,以电化学电池原理工作的传感器件的应用也日趋广泛。以红外吸收原理工作的分析仪器在测量甲烷、一氧化碳及二氧化碳方面已能提供携带式和固定式两种产品,以金属氧化物作为传感器件制作一氧化碳检测仪可提高仪器测量的灵敏度。     

悬臂式掘进机巷道位置及机身姿态检测方法

掘进机在煤矿巷道中的位置及姿态检测是实现煤矿巷道自动化掘进的基础,因此提出了悬臂式掘进机位置及姿态检测方法及实现,即通过在悬臂式掘进机上安装超声波传感器、油缸行程传感器、陀螺仪传感器等检测装置,实现悬臂式掘进机在煤矿掘进工作面位置及姿态的检测,为掘进机自动控制提供实时数据。该设计方案中超声波传感器通过在靖远煤电某矿井下EBZ160推进机进行测试,总体在可接受范围之内,陀螺仪在电气车间通过试验,可满足试验需求。     

巷道测风站风速传感器平均风速测定位置优化研究

为了得到井下巷道测风站内风速传感器测定巷道平均风速的最佳布置位置,以郑煤集团白坪煤矿井下-175 m水平并联进风石门测风站为研究对象,根据巷道测风站实测通风参数建立测风站巷道风速场CFD计算模型,经现场实测结果与模拟结果对比,验证了巷道测风站风速场CFD模型模拟计算的可靠性。利用巷道测风站风速场CFD模型,对测风站内人员处于极端位置条件下巷道测风站风速场进行定量模拟分析,研究结果表明:巷道测风站的中垂线距巷道底板距离区间3.63~3.64 m为风速传感器最佳布置区域,将风速传感器布置该区域内,可保证测风站附近区域存在人员时测风站内风速传感器的测风精准度,可为巷道精准化测风工作提供指导。     

对矿井风速监测的模拟分析

针对目前矿井监控系统对井下巷道风速的监测广泛存在不准确的问题,从提高矿井巷道风量监测准确性的需要出发,对有无胶带布置的矩形、梯形和半圆拱共6种巷道情况,建立了巷道风流流动力学模型,采用Fluent软件进行了风速场模拟研究,分析确定了风速传感器监测的合理布置点,以及巷道平均风速的监测计算公式,提高了对风量连续监测的准确性,为矿井风流传感器合理布置提供理论依据。     

基于相似材料的光纤应变传感器在分区破裂模型试验中的研究

基于模型相似材料研制了适用于地质力学模型试验的光纤光栅应变传感器,能够同时实现横向、纵向和切向3个方向的应变测量。将7个光纤应变传感器依次预埋在模型巷道的左边墙,采用波分复用技术组成光纤传感网络,实现对模型内部应变分布的实时监测。光纤传感器的监测结果表明,在巷道开挖过程中,深部巷道周围径向应变值没有表现出随距离巷道远近而递减的规律,而是呈波浪形分布;超载试验完成后,巷道周围径向应变值依然呈波浪形分布。最后将模型剖开,成功观测到了高地应力深部巷道围岩的分区破裂现象,同时验证了设计的光纤光栅应变传感器的可靠性。     

PVDF压电传感器的动态标定及应用研究

为了监测冲击荷载作用下巷道周边围岩应力变化特性,制作PVDF压电传感器的外壳并封装,将PVDF压电传感器预埋砂蜡材料制作的试块中,通过标准传感器进行PVDF压电传感器的动态标定。依据千秋矿21141工作面为工程背景制作相似模型,将标定的PVDF压电传感器埋入巷道周边围岩体中,监测巷道不同位置施加动荷载后围岩动态应力。结果表明,扰动位置与巷道距离越近,巷道顶底板及左帮动态应力越大;巷道左帮和底板扰动后,底板动态应力均大于左帮和顶板;顶板扰动,顶板动态应力大于底板和左帮。实验结果验证了PVDF压电传感器测试动态应力的可靠性,以及作为预埋件直接测试技术的可行性。     

矿井顶底板及两帮移近量传感器设计及应用

针对煤矿井下巷道顶底板及两帮形变特点及环境影响因素,设计基于激光检测原理的顶底板及两帮移近量传感器。该传感器以PIC单片机为核心,具有遥控设置、数码显示、声光报警、总线通讯、局部电池供电等功能。试验及现场应用表明,该传感器测量精度高、传输速度快、环境适应性强,能够准确、及时地反映巷道变形情况,为顶板动态监测及分析提供了可靠数据基础。     

均压灭火自动监测与调节系统中风速传感器显示值修正系数的确定

根据风速传感器的功能及巷道断面风速分布规律，讨论了均压灭火自动监测与调节系统中几种典型巷道断面风速传感器显示值修正系数的确定问题。正确的确定将会提高风速传感器在系统中运行的精确性和可靠性。     

煤矿井下WSN多重覆盖分簇-休眠调度算法

针对LEACH分簇算法中传感器节点都处于活跃状态,而在休眠调度算法中又没有对网络进行分簇来均衡网络能耗,使网络的生存周期未达到最佳状态这一问题;根据煤矿井下巷道的空间特性,提出了一种基于k重矩形覆盖的无线传感器网络分簇-休眠调度混合算法。该算法首先将部署的节点分成2重,对第1重覆盖的节点进行分簇,并且休眠第2重节点,当部署的第1重节点中的某个节点"死亡"时,唤醒第2重节点中与其临近的节点。实验结果表明,该混合算法有效延长了网络的生存周期。     

钨矿井下破损高压导线对WSN节点电磁干扰机理的建模分析

钨矿输电高压导线遍及整个巷道，常发生电晕和火花放电，由此带来的电磁辐射对无线传感器网络节点造成严重干扰。为此，对钨矿高压导线进行辐射场强建模仿真计算，结果证明，降低干扰后温度数据的错误率由25%下降到10.4%，建立的矿井模型和电磁辐射仿真结果能够很好地反映实际运行状态，对实际应用中传感器节点的布置和高压导线的布线具有很强的理论指导意义。     

基于WiFi传感器网络的矿井通风监测系统

通过采用超低功耗微控制器MSP430F149设计出便携式Wi Fi传感器,负责对矿井巷道内各类有毒有害气体浓度的采集、处理、存储以及管理;再利用交换机和综合基站并以光纤为传输介质,建立Wi Fi传感器网络系统,实现了便携式Wi Fi传感器采集的数据在无线传感器网络与Internet之间进行传输与转换;为矿山采场及巷道特别是掌子面和独头巷道的通风环境远程在线监测提出一种可靠的解决方案,有效避免了因在不了解具体环境参数的情况下爆破作业后盲目进行其他作业而造成的安全事故,并且在矿山的实际运用中获得良好的效果,确保了矿山企业安全生产,同时极大地提高了企业的经济效益。值得运用和推广。     

巷道竖直方向瓦斯传感器部署

针对煤矿井下瓦斯传感器的安放位置参数缺乏提供理论依据，首先建立了巷道几何模型，根据湍流状态下的守恒方程以及湍流动能方程和湍流耗散率方程以及标准k-ε模型，仿真了井下巷道数值方向上瓦斯的分布情况.通过比较巷道纵断面瓦斯的分布情况，得出：瓦斯传感器应放置在距顶板小于等于0.3 m的位置.该结论与煤矿安全标准中的规定吻合.     

二氧化碳和氮气对煤自燃性能影响的对比试验研究

为研究二氧化碳和氮气对于抑制煤自燃的不同效果,设计了煤自燃程序升温静态试验和动态试验,测试了在不同试验条件下煤的耗氧速度和一氧化碳的产生速度,验证了二氧化碳气体和氮气对煤的氧化反应速度产生不同的影响,得到煤样在分别通入空气、氮气-空气混合气体和二氧化碳-空气混合气体后的表观活化能,分别为38.952 75,40.600 59和46.795 35 k J/mol。可见惰性气体可以增大煤样的表观活化能,但是氮气-空气的混合气体只是略微增大了煤样的表观活化能,而二氧化碳-空气混合气体则显著增大了煤样的表观活化能,说明在通入二氧化碳气体情况下煤样更不易自燃,二氧化碳比氮气具有更好的抑制煤炭自燃的能力。     

瓦斯隧道中煤的渗透性研究

煤的渗透率是反应煤体中气、水等流体的渗透性的重要参数,决定着煤体中瓦斯等气体产出量大小及产出的速度.煤的渗透率除受自身裂隙程度影响外,还受外部因素(如有效应力、Klinkenberg效应、基质收缩效应等)的影响,其中煤体自身裂隙系统起着关键作用.本文以山西省临吉高速松卜岭隧道穿过的煤层为试验煤样,分析研究了煤的渗透率与体积应力和渗透压力的变化规律,为隧道的开挖、瓦斯监控、通风量大小等现场施工工作提供指导,并为以后注入二氧化碳气体驱替煤层甲烷的研究工作提供理论参考.     

隧道施工中围岩应力的监测

采用钢弦式传感器对某公路隧道施工过程中围岩和初次衬砌应力进行监测,并将监测结果与数值模拟结果进行对比。结果表明:钢弦式传感器可以测出围岩和初次衬砌应力的变化情况,对施工和隧道的长期安全监控具有指导意义。     

Evaluation of ventilation flow charts for double-line subway tunnels without air chambers

The authors inspect operation of ventilation system in a double-line subway tunnel. It is found that air flow rates required for tunnels and passenger stations differ greatly. For routine operation modes in subway tunnels, the authors evaluate longitudinal ventilation flow chart without station-to-station air chambers, which considerably decreases construction cost of subway ventilation infrastructure. Static pressure fluctuations on outside faces of trains that move in a tunnel in opposite directions are determined. For emergency operation modes of subway tunnel ventilation, under train fire in a tunnel, the authors evaluate a fore-and-aft chart of smoke removal. Toxic emission concentration due to smoke fumes on the way of a breakdown train evacuation is determined. It is proposed to install longitudinal screens in tunnels to ensure safe concentrations of carbon monoxide and carbon dioxide on either way from a breakdown train to a station.     

矿井通风自学习动态监系统的研究与开发

 将井下风速数速传感器与通风解算技术相结合,能够准确的将风速传感器采集到的实时风速转换为巷道风量,并能根据月风量统计结果进行巷道阻力系数的自动调整,利用准确的实时风量,通过通风解算系统,对全矿井的风网进行反算,从而得到全矿井较准确的实时分风量分布状况。     

井下多媒体无线传感器网络自适应调制研究

针对煤矿井下较为简单的无线多媒体监测场景,在一定的误码率(BER)限定下以系统吞吐量最大化为优化目标,对基于多带-正交频分复用-超宽带（MB-OFDM-UWB）的井下多媒体无线传感器网络自适应调制技术进行了初步研究.选用IEEE 802.15.3a作为超宽带无线信号在井下传输的信道模型.首先通过仿真读图的方式求得在一定误码率限制下多进制正交幅度调制（MQAM）自适应调制的固定阈值,并进一步采取4种不同的子带信噪比计算方式,进行分组自适应调制技术的仿真和分析.仿真结果表明,采用自适应调制技术可有效地提高煤矿井下MB-OFDM-UWB多媒体无线传感器网络系统的性能.     

二氧化碳驱替煤层瓦斯研究现状与发展

二氧化碳是主要的温室效应气体,二氧化碳煤层地质处置具有废物处置和置换瓦斯的双重效益。研究结果表明:煤体属于孔隙、裂隙发育的双重介质,为二氧化碳煤层地质储存提供了物理基础;同时,在相同外部边界条件下,煤对二氧化碳的吸附量是瓦斯的2倍~8倍,二者在煤层中存在竞争吸附,因此,用二氧化碳驱替煤层瓦斯理论上是可行的。但是,由于煤体的渗透性和吸附性均与温度、压力等外部条件密切相关,必须进行大煤样试件对瓦斯、二氧化碳气体的渗透性、吸附性研究,才能为二氧化碳煤层地质处置、驱替瓦斯提供可行性依据。