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基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 92-107页

作者：刘杰中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西天地煤机装备有限公司煤矿采掘机械装备国家工程实验室

在井下锚杆支护过程中，及时了解工作压力对提高钻机使用寿命、保障煤矿生产安全具有重要的意义。针对目前锚杆支护中钻进压力反馈滞后、煤岩硬度分布非线性、现有方法不适用等问题，提出了一种基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历... 详细信息

在井下锚杆支护过程中，及时了解工作压力对提高钻机使用寿命、保障煤矿生产安全具有重要的意义。针对目前锚杆支护中钻进压力反馈滞后、煤岩硬度分布非线性、现有方法不适用等问题，提出了一种基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测方法。这种方法通过高斯随机过程、核函数以及贝叶斯理论进行锚杆支护时间序列煤岩压力预测，是一种对非线性问题适应性高、具有概率意义输出的机器学习方法。以巷道掘进过程中钻箱钻进1 000 mm时的钻进压力试验数据作为最优核函数和历史点数的筛选样本，以10种核函数（E、SE、RQ、Matern3/2、Matern5/2、ARDE、ARDSE、ARDRQ、ARDMatern3/2、ARDMatern5/2）和7种历史点数（8、10、12、14、16、18、20）作为筛选对象，通过负对数边缘似然函数为极小化目标函数自适应获取最优超参数，以单步外推的方式和训练集、测试集7∶3的比例对筛选样本进行了70次数值解算。分别以测试集可决系数（R2）、测试集均方根误差（RMSE）、测试集平均绝对误差（MAE）为数值解算评价指标，获取了4种锚杆支护钻进压力预测策略的最优核函数和最优历时点数组合（Matern5/2+历时点数10、ARDMatern5/2+历史点数10、SE+历时点数18、RQ+历史点数18）。基于最小化计算量，选取最优核函数为Matern5/2、最优历史点数为10，再次分别对巷道掘进过程中钻箱钻进1 200、2 400、3 000 mm的钻进压力试验数据进行数值解算，给出95%置信区间下锚杆支护钻进压力预测分布。所提出的方法对于钻箱钻进1 200 mm的钻进压力的预测数据，R2为0.613 17,MAE为0.026 957，区间平均宽度百分比为3.072%；所提出的方法对于钻箱钻进2400 mm的钻进压力的预测数据，R2为0.931 18,MAE为0.010 895，区间平均宽度百分比为0.581%；所提出的方法对于钻箱钻进3 000 mm的钻进压力的预测数据，R2为0.996 47,MAE为0.009 184 7，区间平均宽度百分比为0.614%。最终发现，不同核函数和历史点数的组合选择会有较大差距的预测效果，是不可忽略的两个重要因素，本研究方法对围岩硬度分布均匀的数据波段预测结果优秀，对围岩硬度突变的数据波段预测结果在可接受范围内。

关键词：锚杆支护钻进压力预测高斯过程回归核函数历时点数置信区间

基于VMD-LSTM-SVR的IGBT寿命特征时间序列预测

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半导体技术 2024年第8期49卷 749-757页

作者：崔京港冯高辉中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006 煤矿采掘机械装备国家工程实验室太原030006

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)失效是变频器等电力电子设备故障的主要原因,精确预测其寿命是解决该问题的方法之一,这对寿命预测模型的准确性和可靠性提出了更高要求。关断瞬态尖峰电压(Vce,peak)可以反映IGBT的老化状态,首先通过变分模态分... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)失效是变频器等电力电子设备故障的主要原因,精确预测其寿命是解决该问题的方法之一,这对寿命预测模型的准确性和可靠性提出了更高要求。关断瞬态尖峰电压(Vce,peak)可以反映IGBT的老化状态,首先通过变分模态分解(VMD)技术将Vce,peak构成的时间序列分解为趋势序列和波动序列,再利用长短期记忆(LSTM)网络的时间序列特征提取优势和支持向量机回归(SVR)的非线性求解能力,建立VMD-LSTM-SVR组合模型,提升模型的预测性能。模型预测对比实验结果表明,VMD-LSTM-SVR模型提升了IGBT寿命特征时间序列预测能力,与其他模型相比,该模型的预测精度指标均方根误差下降至0.0411 V,决定系数提升至0.75111。

关键词：绝缘栅双极型晶体管(IGBT) 寿命预测变分模态分解(VMD) 长短期记忆(LSTM)网络支持向量机回归(SVR)

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基于边缘计算和ST-YOLO的矿井智能监控技术研究

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煤炭工程 2024年第7期56卷 165-173页

作者：田佳伟唐子山中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030032 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030032

矿井视频监控在保障煤矿企业生产安全方面有着关键作用。目前矿井智能监控技术主要在云端进行监控数据处理,存在着网络拥塞,计算要求高等问题。针对该问题,研究了边云协同矿井视频监控总体架构,提出了基于任务卸载的自适应视频帧卸载策... 详细信息

矿井视频监控在保障煤矿企业生产安全方面有着关键作用。目前矿井智能监控技术主要在云端进行监控数据处理,存在着网络拥塞,计算要求高等问题。针对该问题,研究了边云协同矿井视频监控总体架构,提出了基于任务卸载的自适应视频帧卸载策略,利用边缘端检测速度快、精度高、实时性强的优点,进行模型的优化更新,实现边云协同架构的不断完善。针对YOLOv5模型检测精度低,深层网络结构易发生梯度消失和过拟合的问题,Transformer应用到视觉领域面临同一种目标的多尺度无法识别和高分辨率图像构成的序列过长,计算量大,显存资源不足的问题,构建了基于Swin Transformer-YOLOv5的目标检测模型。实验结果表明,基于ST-YOLOv5的目标检测模型,提高了平均检测精度,适用于矿井智能工作面边缘端设备部署。

关键词：矿井智能监控边云协同目标检测 Swin Transformer YOLOv5

页岩平行/垂直层理剪切裂缝导流特性对比研究

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 298-307页

作者：卢义玉赵贵林汤积仁贾云中陈罗成其刘彦麟重庆大学煤矿灾害动力学与控制全国重点实验室重庆400044 重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室重庆400044

在页岩气开采过程中,储层中的剪切裂缝作为重要的渗流通道,受页岩层理方向的影响,表现出不同的导流特性。为揭示层理对页岩剪切裂缝导流特性的具体影响,选取中国重庆涪陵地区龙马溪组页岩,制作平行层理与垂直层理2个方向的剪切裂缝,采... 详细信息

在页岩气开采过程中,储层中的剪切裂缝作为重要的渗流通道,受页岩层理方向的影响,表现出不同的导流特性。为揭示层理对页岩剪切裂缝导流特性的具体影响,选取中国重庆涪陵地区龙马溪组页岩,制作平行层理与垂直层理2个方向的剪切裂缝,采用三维形貌扫描仪对裂缝表面进行表征,分析裂缝初始形貌与机械开度,采用煤岩三轴流变实验系统开展不同有效应力下的气体导流实验,分析裂缝导流特性。研究结果表明:垂直剪切裂缝表面具有较大的粗糙度、较大的开度分布标准差、较多的小开度裂缝(<200μm)等特征;在有效应力较低时(<8 MPa),垂直剪切裂缝的等效水力开度(17~100μm)高于平行剪切裂缝(22~66μm),此时垂直剪切的导流能力更强,随着有效应力的增加,平行剪切裂缝具有更强的导流能力;相较于平行剪切裂缝的临界雷诺数(4.2~8.5),垂直剪切裂缝的临界雷诺数(3.1~15.6)整体较大,在相同条件下更不易发生非线性流动,对裂缝的气体流态分析也表明垂直剪切裂缝中同时存在层流、过渡流和紊流,而平行剪切裂缝中只存在过渡流和紊流。

关键词：岩石力学页岩层理剪切裂缝裂缝开度导流能力气体流态

基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法

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工矿自动化 2024年第3期50卷 42-47,141页

作者：徐慈强贾运红田原煤炭科学研究总院北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030032 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030032

综采工作面的目标具有高速运动、多尺度、遮挡等特点,现有的目标检测算法存在精度低、模型占用的内存大、硬件依赖强等问题。针对上述问题,提出了一种基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法。采用轻量化设计,将MobileNetV3作为主... 详细信息

综采工作面的目标具有高速运动、多尺度、遮挡等特点,现有的目标检测算法存在精度低、模型占用的内存大、硬件依赖强等问题。针对上述问题,提出了一种基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法。采用轻量化设计,将MobileNetV3作为主干网络,以减小模型占用的内存,提高CPU端的检测速度;在颈部网络添加高效多尺度注意力(EMA)模块,融合不同尺度的上下文信息,并进一步减少计算开销;采用SIoU损失函数代替CIoU损失函数,以提高训练速度和推理准确性。消融实验结果表明:MobileNetV3大幅减少了模型占用的内存和检测时间,但mAP损失严重;EMA模块和SIoU损失函数可在一定程度上恢复损失的精度,同时保证模型在CPU上具有较高的检测速度,满足煤矿井下目标实时检测需求。对比实验结果表明,与DETR,YOLOv5n,YOLOv5s,YOLOv7模型相比,MES−YOLOv5s模型综合性能最好,mAP为84.6%,模型占用的内存为11.2 MiB,在CPU端的检测时间为31.8 ms,在高速运动、多尺度、遮挡和多目标的工况环境下能够保持较高的召回率和精度。

关键词：综采工作面目标检测大块煤检测 YOLOv5s MobileNetV3 高效多尺度注意力模块 SIoU损失函数

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掘进机截割机构力学特性研究

煤矿机械 2024年第8期45卷 86-91页

作者：吴君山西天地煤机装备有限公司太原030006 煤矿采掘机械装备国家工程实验室太原030006

针对掘进机截割机构力学特性分析过程中复杂边界条件和外部载荷难以准确设置的问题,考虑关键部件联接处的非线性接触行为,建立了某型号悬臂式掘进机截割部、回转台、升降油缸、回转油缸和销轴相互耦合的有限元分析模型;分析讨论了3种极... 详细信息

针对掘进机截割机构力学特性分析过程中复杂边界条件和外部载荷难以准确设置的问题,考虑关键部件联接处的非线性接触行为,建立了某型号悬臂式掘进机截割部、回转台、升降油缸、回转油缸和销轴相互耦合的有限元分析模型;分析讨论了3种极限工况下截割部和回转台整体结构的位移变形和应力分布情况。研究结果可用于指导掘进机截割机构的优化设计,对于提高掘进机安全性和可靠性、延长使用寿命、保证安全和高效截割具有重要的工程实用价值。

关键词：掘进机截割机构力学特性有限元分析

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宽煤柱窄条带点柱式充填开采技术与实践

中国矿业 2024年第7期33卷 208-215页

作者：魏帅贾建伟梁大海中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 山西天地煤机装备有限公司山西太原030006 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030006

针对某煤矿地下水保护的需要,提出一种宽煤柱窄条带点柱式充填开采技术。为成功实现条带式保水煤层开采,首先,分析条带开采时煤柱的留设;其次,分析了充填方法后,结合煤矿的充填材料来源,提出膏体充填工艺及流程;最后,对充填效果评价指... 详细信息

针对某煤矿地下水保护的需要,提出一种宽煤柱窄条带点柱式充填开采技术。为成功实现条带式保水煤层开采,首先,分析条带开采时煤柱的留设;其次,分析了充填方法后,结合煤矿的充填材料来源,提出膏体充填工艺及流程;最后,对充填效果评价指标接顶率分析,提出点柱式充填加强支护效果。开采块段采用单翼长壁法布置充采双工作面,并形成全风压通风系统,在工作面内平行于切眼方向划分数量不等的宽煤柱,每个宽煤柱安排不同轮次的窄条带进行回采。条带开采后实施沿空留巷,采空区(回采后的窄条带)实行点柱式充填法与完全充填法相间的方法处理,第一轮与第二轮采用点柱式充填法、第三轮与第四轮采用全部充填法管理顶板。采用数值模拟分析,对充填后地表最大下沉量进行了预判与分析,地表最大下沉量发生在采区中部,为106mm,现场地表沉降监测数据和理论计算结果相吻合。研究成果在煤矿现场得到了应用,实现了地下水资源保护性采煤,提高资源回收率,降低充填成本,减少地表沉降。

关键词：充填开采条带开采点柱式岩层控制 “三下”压煤

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矿用电动车辆驱动系统主动冷却控制策略研究

煤矿机械 2024年第7期45卷 53-57页

作者：薛喆山西天地煤机装备有限公司太原030032 煤矿采掘机械装备国家工程实验室太原030032

针对矿用电动车辆电机、电控的热管理控制策略进行研究,通过驱动系统的换热关系,建立了冷却回路仿真模型,根据电机台架试验对仿真模型的参数进行匹配,并验证仿真平台的真实性和准确性。优选冷却液温度作为模型预测目标,冷却液流量和散... 详细信息

针对矿用电动车辆电机、电控的热管理控制策略进行研究,通过驱动系统的换热关系,建立了冷却回路仿真模型,根据电机台架试验对仿真模型的参数进行匹配,并验证仿真平台的真实性和准确性。优选冷却液温度作为模型预测目标,冷却液流量和散热风量为被控对象,设计了车辆驱动总成的模型预测控制器(MPC),对比分析了温控效率和系统能耗在MPC、PID、开关量策略下的不同表现。结果表明,对比PID和开关量控制方法,MPC方法在高效控温的同时系统能耗量更小。

关键词：矿用电动车辆热管理控制策略冷却仿真 MPC

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基于差分进化算法的掘进机截割轨迹规划研究

煤矿机械 2024年第10期45卷 41-43页

作者：范柄尧中国煤炭科工集团太原研究院有限公司煤矿采掘机械装备国家工程实验室

针对掘进机截割轨迹规划问题，首先通过栅格法对截割断面环境进行精确编码，构建了悬臂式掘进机截割适应度函数；然后通过差分进化算法对截割轨迹进行寻优处理，并针对算法中的变异因子，设计了适应性调节策略，根据算法的运行状态和进... 详细信息

针对掘进机截割轨迹规划问题，首先通过栅格法对截割断面环境进行精确编码，构建了悬臂式掘进机截割适应度函数；然后通过差分进化算法对截割轨迹进行寻优处理，并针对算法中的变异因子，设计了适应性调节策略，根据算法的运行状态和进化趋势动态调整变异因子的取值，从而确保算法能够在搜索过程中保持足够的多样性和收敛速度；最后通过试验验证，该算法在收敛速度和求解质量方面均达到了预期要求，实现了掘进机截割轨迹规划的快速有效求解。

关键词：差分进化算法截割轨迹规划适应性调节