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煤矿安全监测监控体系中边缘计算模式研究

煤炭科学技术 2022年第5期50卷 247-252页

作者：屈世甲武福生贺耀宜中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

针对煤矿现有监测监控体系下井下融合度不高,现场灾害分析和联动处理能力缺乏,无法满足监测监控深度融合需要的问题。对标智慧矿山建设中安全保障方面对监测监控体系的要求,论述了建立深度融合监测监控体系的必要性。分析了边缘计算技... 详细信息

针对煤矿现有监测监控体系下井下融合度不高,现场灾害分析和联动处理能力缺乏,无法满足监测监控深度融合需要的问题。对标智慧矿山建设中安全保障方面对监测监控体系的要求,论述了建立深度融合监测监控体系的必要性。分析了边缘计算技术在煤矿监测监控体系中的适用性,提出了建立基于云、边、端三级的煤矿监测监控体系架构,增加“端”侧传感信息的采集和第一级安全分析预警并实现区域联动功能。提出了煤矿监测监控体系中设置两级边缘节点的模式,分析指出边缘网关是当前更为关注的边缘计算节点。结合EdgeX Foundry平台架构对智能边缘网关的硬件平台和软件平台设计提出了构想,设计了煤矿安全监控系统边缘网关的整体架构。以煤矿工作面外因火灾为例,分析了现有监测监控体系和基于边缘计算监测监控体系下对火灾信息采集、分析预警和灾变处置的不同流程,将原有的火灾9步处理流程优化为4步处理流程,分析认为基于边缘计算的监测监控体系在系统井下深度融合、区域安全融合分析和处置方面相比较现有监测监控体系都有一定的优势。

关键词：边缘计算边缘网关监测监控数据分析火灾监测

基于物联终端的工作面甲烷数字场实现方法研究

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煤炭科学技术 2021年第12期49卷 112-118页

作者：屈世甲吴雪菲中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015 西安科技大学能源学院陕西西安710054 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

从系统监测和人工检测2个方面对现有综采工作面甲烷监测现状进行了分析,针对工作面现有甲烷传感器体积、功耗大,移动、维护困难和设备成本高等问题,在物联网技术和边缘计算理念的基础上,提出了利用微功耗甲烷数据采集、微功耗传感终端... 详细信息

从系统监测和人工检测2个方面对现有综采工作面甲烷监测现状进行了分析,针对工作面现有甲烷传感器体积、功耗大,移动、维护困难和设备成本高等问题,在物联网技术和边缘计算理念的基础上,提出了利用微功耗甲烷数据采集、微功耗传感终端定位、无线数据传输和终端自供电4种关键技术和开发微功耗甲烷感知终端的思路,并提出了4种关键技术的具体技术指标和性能要求。针对监控系统工作面区域甲烷监测点少,人工检测甲烷数据实时性、可读性和共享性不足的问题,以工作面区域落煤甲烷涌出、煤壁甲烷涌出和采空区甲烷涌出三大主要涌出特征为基础,结合现场生产班和检修班的实测甲烷数据分布特征,提出了综采工作面区域按照26台物联甲烷感知终端布置方案。在26个甲烷实时监测数据点基础上,为更直观、清楚地展示工作面区域甲烷分布状态,对有限的甲烷监测数据进行插值,拟形成工作面区域甲烷浓度数字场。在笛卡尔二维坐标系下分别优选了工作面区域X和Y方向的数字场实现方法并进行了验证,结果表明该方法大幅提高了工作面区域甲烷监测数据的可读性和实时性,为进一步做区域甲烷分析预警提供了实时性高、覆盖面广、可读性强的工作面甲烷浓度表达方式。

关键词：物联网甲烷感知物联终端甲烷浓度数字场

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基于边缘计算的采煤工作面甲烷监测模式研究

煤炭科学技术 2020年第12期48卷 161-167页

作者：屈世甲武福生中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

针对工作面现有甲烷监测点不足,无法满足智慧矿山建设中工作面甲烷感知、分析和预警需求的问题,结合边缘计算技术、矿山物联网环境感知技术和数据传输等相关技术,分析了甲烷微功耗感知、自组网传输、监测终端供电和传感位置服务问题。... 详细信息

针对工作面现有甲烷监测点不足,无法满足智慧矿山建设中工作面甲烷感知、分析和预警需求的问题,结合边缘计算技术、矿山物联网环境感知技术和数据传输等相关技术,分析了甲烷微功耗感知、自组网传输、监测终端供电和传感位置服务问题。提出了集微功耗甲烷感知、自供电、自定位及自组网数据传输于一体的甲烷监测终端,配合工作面区域边缘网关、矿端边缘服务器和云端大数据分析,建立了基于云、边、端三级的甲烷边缘监测模式的系统架构,解决了工作面区域基于边缘计算的甲烷感知和传输问题。以100台液压支架、2台端头支架工作面为例,在笛卡尔二维坐标系下设计了该工作面基于边缘计算的甲烷监测方案,实现了甲烷浓度二维空间范围的大数据量监测,提出了工作面区域全覆盖的甲烷含量数字场实现方法和云图直观展示方式。在甲烷含量空间场和云图展示的基础上,提出了2种基于大数据支撑的甲烷含量分析预警模式和思路,一是对甲烷超限含量前后区域空间场进行关联分析,提取工作面甲烷含量超限对应空间场的分布特征和变化规律,利用区域含量场及早发现甲烷含量超限问题,另一种是利用大数据分析工具解决甲烷监测报警阈值以下的显现异常问题。

关键词：边缘计算边缘网关智慧矿山甲烷监测甲烷感知煤矿智能化

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基于单一测点瓦斯异常预报警方法的探讨

煤矿安全 2012年第11期43卷 168-170,177页

作者：屈世甲中国煤炭科工集团常州自动化研究院江苏常州213015

通过对当前矿井安全监控系统运行状况的分析,对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘,并进行二次开发和利用,最终达到对瓦斯浓度异常增幅过程实时监控和提前预警的目的。提出了一种将巡检浓度值与巡检时间结合起来的基于单一测点瓦斯异常预... 详细信息

通过对当前矿井安全监控系统运行状况的分析,对井下瓦斯采集数据进行深层次挖掘,并进行二次开发和利用,最终达到对瓦斯浓度异常增幅过程实时监控和提前预警的目的。提出了一种将巡检浓度值与巡检时间结合起来的基于单一测点瓦斯异常预报警的方法,并在数理统计学的基础上提出了采用均值置信区间估计的方法来动态设定瓦斯异常预报警模型报警上限值的方法,结合矿井实际进行了相应的验证。

关键词：瓦斯浓度预警方法巡检时间误报警置信区间

矿井通风基础数据获取及网络图优化方法的研究

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矿井通风基础数据获取及网络图优化方法的研究

作者：屈世甲西安科技大学

学位级别：硕士

矿井通风是矿山生产的一个重要环节，通风安全工作的好坏直接关系到矿山的安全生产和经济效益。目前我国矿井通风安全工作存在的一个重要问题是缺乏必要准确的通风数据以及清晰可读性好的通风网络图，而准确的通风数据和可读性高的通风... 详细信息

矿井通风是矿山生产的一个重要环节，通风安全工作的好坏直接关系到矿山的安全生产和经济效益。目前我国矿井通风安全工作存在的一个重要问题是缺乏必要准确的通风数据以及清晰可读性好的通风网络图，而准确的通风数据和可读性高的通风网络图将是对通风系统做出可靠分析的基础和前提。本文在详细分析现有矿井通风安全计算及相应软件的研究现状的基础上，根据矿井的实际情况和需要和现有通风软件的不足，提出了矿井通风基础数据计算的研究。在研究矿井通风理论的基础上，对已知矿井风量数据分配的基础上应用最优化方法计算风阻数据分布的方法进行研究，建立了相应最优化计算的数学模型，从理论分析和实例验证两方面说明了这种在获得矿井风量数据分配基础上，按照不同精度给出巷道风阻值及范围，通过最优化计算方法得出全矿井风阻值分布计算的可行性和科学性。通过对比指出该风阻数据获取方法相对于传统方法的计算和精度优势，从理论和模拟实验两方面对“测风求阻”计算进行分析，结合实例提出了提高计算风阻值精度的方法。在通风基础数据的基础上，根据节点风压的概念，提出了网络图的优化和简化方法，在网络解算的基础上，提出了对两类巷道在网络图上的简化原则和方法。本文对这种已知矿井风量数据分配的基础上应用最优化方法计算风阻数据分布的方法进行分析研究，该方法能够充分利用日常通风管理中的通风数据信息，通过计算得到矿井全部巷道较高精度的风阻和风量数据，为网络解算和矿井安全管理提供完整且准确度高的基础数据，在此基础上提出了网络图的优化和简化方法，为矿井通风计算和分析打下了很好的基础，在复杂矿井通风系统中有着重要意义。

关键词：矿井通风测风求阻通风网络图

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矿井掘进巷道生产工序自动识别方法的探索

煤矿安全 2015年第4期46卷 206-209页

作者：屈世甲中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

从瓦斯浓度分析的需求入手,指出要做好瓦斯浓度数据的二次分析,就必须能够正确区分瓦斯浓度序列所对应的生产工序。针对目前监控系统无法直接获得开停数据的掘进巷道,提出了一种通过监控系统监测到的瓦斯浓度数据序列的变化规律自动识... 详细信息

从瓦斯浓度分析的需求入手,指出要做好瓦斯浓度数据的二次分析,就必须能够正确区分瓦斯浓度序列所对应的生产工序。针对目前监控系统无法直接获得开停数据的掘进巷道,提出了一种通过监控系统监测到的瓦斯浓度数据序列的变化规律自动识别掘进工作面生产工序的方法。指出通过直接监测到的实时巡检瓦斯浓度来直接识别生产工序所遇到的问题,提出了通过求瓦斯巡检浓度平均值的方法对原始数据做均匀化处理,并采用相关性系数对新的浓度序列和原始浓度序列吻合程度进行判断的方法。建立了利用处理后瓦斯浓度序列各浓度值的斜率变化来自动识别不同生产工序的方法。

关键词：瓦斯浓度数据序列巡检周期相关系数自动识别斜率

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小风速巷道风流中瓦斯含量计算方法的探讨

煤矿安全 2014年第9期45卷 169-171页

作者：屈世甲中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

从小风速巷道风流状态分析入手,以煤矿现场常见到的小风速巷道为例,结合国内煤矿行业使用较多的GFW15和GFY15型矿用风速传感器,量化分析了了当前风速传感器在测量小风速值所带来的误差和对瓦斯涌出量计算所带来的误差,指出小风速巷道直... 详细信息

从小风速巷道风流状态分析入手,以煤矿现场常见到的小风速巷道为例,结合国内煤矿行业使用较多的GFW15和GFY15型矿用风速传感器,量化分析了了当前风速传感器在测量小风速值所带来的误差和对瓦斯涌出量计算所带来的误差,指出小风速巷道直接使用风速传感器测量值计算瓦斯涌出量结果准确度不够的特点。结合现场实测数据序列变化特点和瓦斯涌出量等数据分析精度的需求,提出了采用分段函数的方法来区别对待不同测量区间传感器本身所带来的误差,建立了相应的分段函数,并结合现场数据对该方法进行了验证,得出通过该分段函数确定的风速值计算瓦斯涌出量的方法更为准确的结论。

关键词：瓦斯浓度风速传感器误差瓦斯涌出量趋势分析

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巷道风速传感器数据实时处理方法

煤矿安全 2017年第2期48卷 163-166页

作者：屈世甲中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

巷道风速监测点由于人、车经过等因素造成气流波动,导致风速传感器监测值存在"噪声"数据,这种问题无法从现阶段传感器测量技术的本身上解决,使得巷道风速值虽然被实时监测却不能被很好的采信和应用的问题。依据巷道风速变化的特征和拉... 详细信息

巷道风速监测点由于人、车经过等因素造成气流波动,导致风速传感器监测值存在"噪声"数据,这种问题无法从现阶段传感器测量技术的本身上解决,使得巷道风速值虽然被实时监测却不能被很好的采信和应用的问题。依据巷道风速变化的特征和拉依达准则本身的特点,提出了应用改进的拉依达准则对实时测量的风速值是否异常进行判定的方法。依托某工作面连续500次巡检风速数据对方法进行了实例验证。结果表明,虽然这种处理方法对巷道风速确实发生变化的状况响应会有延迟,但是对由于风速监测点气流波动所导致的干扰数据能够很好的进行剔除,数据实时处理效果较好。

关键词：风速传感器数据分析实时处理干扰数据异常识别

矿井工作面突出危险性与瓦斯涌出特征回归分析的研究

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工矿自动化 2015年第5期41卷 74-77页

作者：屈世甲中煤科工集团常州研究院有限公司江苏常州213015 天地(常州)自动化股份有限公司江苏常州213015

分析研究了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值之间的相关关系,通过提取瓦斯涌出量平均值、最大值以及落煤瓦斯浓度数据斜率作为瓦斯涌出特征值,结合煤与瓦斯突出危险性指标,提出了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值回... 详细信息

分析研究了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值之间的相关关系,通过提取瓦斯涌出量平均值、最大值以及落煤瓦斯浓度数据斜率作为瓦斯涌出特征值,结合煤与瓦斯突出危险性指标,提出了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值回归分析方法。实例应用验证了该方法的有效性。

关键词：瓦斯突出瓦斯涌出回归分析时间序列特征值预警指标