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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

作者：崔京港冯高辉 1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室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

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，精确预测其寿命是应对该问题的方法之一，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... 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，精确预测其寿命是应对该问题的方法之一，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模型不同程度地提升了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0.041 1 V，决定系数提升至0.751 11。

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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我国煤矿快速掘进20年发展与展望

煤炭学报 2024年

作者：王虹陈明军张小峰中国煤炭科工集团太原研究院有限公司煤炭科学研究总院煤矿采掘机械装备国家工程实验室

针对煤矿智能化快速发展，煤矿掘进面临新的机遇和挑战，本文对我国煤矿快速掘进20年的发展进行全面综述，以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势，以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方... 详细信息

针对煤矿智能化快速发展，煤矿掘进面临新的机遇和挑战，本文对我国煤矿快速掘进20年的发展进行全面综述，以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势，以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方面，双巷掘进开辟了截割、支护在不同巷道同时作业的新途径；掘锚同步工艺，时间-空间多维同步快速掘进工艺打破了先掘后支、及时全部支护的传统，创立了掘锚同步、迎头必要支护与多维空间永久支护动态匹配的分区支护方法。在掘进装备方面，形成了以纵轴、全宽横轴截割头为主，全断面截割头为辅的截割头结构形式，并且在高功率密度减速器及整机设计理念不断突破的基础上，成功研制纵轴截割功率达315kW、全宽横轴截割功率达560kW的系列高效截割系统。在锚护装备方面，由传统的单体锚杆钻机发展出臂载、机载锚杆钻机、一键操作流程化钻机、钻机集群等，在有限空间内钻机的数量和作业安全性得到大幅提升，作业流程得到大幅简化，锚孔识别、锚护路径自动规划等智能化技术已进入工业性试验阶段。柔性运输系统的发明解决了掘进面短距离高效转载难题。在成套装备配置上，形成了以连采机、掘锚一体机、掘锚机（掘进机+机载锚杆钻机）、煤矿全断面掘进机为龙头的四大类快速掘进系统，在四大快速掘进系统下，又分别形成了不同的作业线，实现了对不同地质条件巷道快速掘进的全覆盖。掘进工程系统层级上实现了具有成套装备的远程控制、集中控制、视频监测、闭锁联动、人员接近预警等智能化功能。回顾快速掘进的发展历程，提出完善时间-空间多维同步快速掘进理论、以智能掘进搜集透明地质的基础大数据、加强掘进巷道辅助作业工艺及设备研究、加强装备的智能化核心技术研发等智能掘进的发展方向。

关键词：快速掘进智能掘进截割锚护掘进成套装备

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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

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

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... 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，其最大下沉量106 mm，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

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 280-287页

作者：王虹李发泉张小峰中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 煤矿采掘机械国家工程实验室山西太原030006

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速... 详细信息

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括:(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容,研制了可控作业空顶距掘锚一体机,并进行了井下试验。试验表明,该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距,实现了作业空顶距“可控”,适应于软弱围岩巷道快速掘进,掘进效率提高了1倍。

关键词：软岩巷道快速掘进掘锚一体化钻锚一体化协同支护

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 86-91页

作者：吴君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

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... 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

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

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不同工况下可见-近红外光谱的煤矸识别研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 821-828页

作者：刘涛李博夏蕊李瑞王学文太原理工大学机械与运载工程学院煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024

在实现煤炭高效利用过程中,煤矸分选是一个非常重要的步骤,但现有的煤矸分选技术存在资源浪费,效率较低等问题。可见-近红外光谱识别技术具有快速可靠的优点,在煤矸识别领域已有一定的研究基础,但大多数研究并未结合实际工况进行有效分... 详细信息

在实现煤炭高效利用过程中,煤矸分选是一个非常重要的步骤,但现有的煤矸分选技术存在资源浪费,效率较低等问题。可见-近红外光谱识别技术具有快速可靠的优点,在煤矸识别领域已有一定的研究基础,但大多数研究并未结合实际工况进行有效分析。首先,在实验室中搭建可见-近红外光谱采集装置,模拟实际环境下不同探测角度(0°、10°、20°、30°)、探测距离(10、15、20、25 cm)、光照角度(15°、25°、35°、45°)三种工况,并分别在单因素条件以及正交试验设计的多因素条件下,采集山西西铭煤矿的煤和矸石样本在可见-近红外波段的光谱数据。其次,对采集的光谱数据进行分析,并先后经过标准正态变量变换和Savitzky-Golay卷积平滑,以减少噪音和误差对数据的影响。最后,在单因素试验中,结合预处理算法并基于决策树(DT)、K近邻(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、支持向量机(SVM)、AdaBoost五种机器学习模型对光谱数据进行训练。单因素试验结果表明,AdaBoost算法具有较强的学习能力,在不同工况下对煤和矸石的识别准确率均为100%,优于其他识别模型。在正交试验中,支持向量机(SVM)作为识别模型进行训练,结果表明,在原始数据和预处理后的数据中,三种工况对煤矸识别准确率的影响程度不同,影响次序从大到小为不同光照角度、探测距离、探测角度。同时,对比实验结果可以得出,选用合适的预处理和建模方法可以降低不同工况对识别准确率的影响。预处理后的数据中,最优的工况组合为探测角度0°、探测距离20、光照角度35°。随机选取一组条件与最优组进行三次重复对照试验,结果表明最优组的识别表现优于随机对照组。研究结果对煤矸识别最优工况条件的寻找具有借鉴意义,并为可见-近红外光谱技术在煤矸识别领域的实际应用提供了理论基础。

关键词：可见-近红外光谱不同工况煤矸识别 AdaBoost 正交试验

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新型薄煤层蓄电池支架搬运车的研制及应用

煤炭工程 2024年第6期56卷 211-217页

作者：韩飞王丽威神华神东煤炭集团有限责任公司山西天地煤机装备有限公司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

针对防爆柴油机支架搬运车难以运输薄煤层液压支架的问题，通过分析支架搬运车在薄煤层综采工作面多通道回撤工艺中的作用，确定了新型薄煤层蓄电池支架搬运车的功能参数，设计了与薄煤层支架相匹配的承载功能结构，分析了车辆轴荷分布... 详细信息

针对防爆柴油机支架搬运车难以运输薄煤层液压支架的问题，通过分析支架搬运车在薄煤层综采工作面多通道回撤工艺中的作用，确定了新型薄煤层蓄电池支架搬运车的功能参数，设计了与薄煤层支架相匹配的承载功能结构，分析了车辆轴荷分布特点及驱动模式适应性，设计了开关磁阻电机驱动系统及电回馈制动系统，分析了大容量特殊型铅酸蓄电池的充放电特性，指出了蓄电池的使用维护事项及提升续航里程的方法，介绍了车辆相关智能化配置及采用的先进技术。工业性试验表明，新型薄煤层蓄电池支架搬运车整车性能完全满足使用需求。

关键词：薄煤层支架搬运车铅酸蓄电池开关磁阻电机