一种基于WSN的井下无线应急通信节点设计

摘　要：针对井下应急通讯需求,本文提出了基于无线传感器网络（WSN）的井下无线应急通信系统架构,设计由微处理器电路、无线收发模块、传感器电路、电源、和天线所组成的井下无线应急通信系统节点,低功耗设计。按照功能开展模块化,提高节点灵活适用性。最后测试了设计节点点对点通信性能,得到相应的距离与丢包率之间的关系曲线。井下无线应急通信有效通信距离达到45m,能够满足井下大规模应用组网需求。     

矿井瞬变电磁精细探查技术在铁矿防治水中的应用

在铁矿开采过程中,经常会遇到断层破碎带、软弱夹层及含水异常体等不可直接预测的不良地质构造,不及时预测及治理将影响安全生产.在诸多的预测方法中物探技术以其无损、准确、高效、快捷而得到认可.其中,矿井瞬变电磁对存在视电阻率差异的岩性响应明显,其探测结果能准确区别岩性电性变化界面,在很多煤矿防治水工程中得到了印证.本文在简单介绍矿井瞬变电磁基本原理及精细探测技术的基础上,结合大牛铁矿实际地质情况,通过具体的探测实例的尝试,阐述了矿井瞬变电磁精细探测技术在铁矿防治水中的作用.     

HB型恒温补偿微压计

本发明提供了一种测定气体微小压力的新型高精度微压计——HB型恒温补偿微压计. 随着科技和生产的迅速发展,人们对测定空气微小压力仪器(尤其是微压计)的要求越来越高.而仪器的高精度和可靠程度则是最突出的问题.据国外有影响的杂志报道,目前也许是因为可以应用计算机和先进电子元件的原因,世界各国大都采用无液气压表进行空气压力测量.但此种气压表毕竟是十分昂贵和娇脆,使用前后通常射均需要大量的时间进行校准.不少类型的压力表在获得最后结果前,还需要进行十分麻烦的计算.此外,这类仪器的最大缺点是,在实际应用中数据离散程度大,不能以…     

基于可拓和组合赋权的矿井通风系统优化评价

矿井通风系统具有随机性、模糊性和不确定性等特征,一般单一的赋权评价法难以对其进行准确的优化评价.采用模糊层次分析法和熵权法的组合赋权法不仅可以提升对目标评价的准确性还能避免单一赋权的偶然性和局限性,结合可拓学的优度评价法,依据优度排序,得到最优方案.事实证明,基于组合赋权的可拓评价模型较其他评价方法更为客观,评价结果更加符合实际,可为解决类似优化方案问题提供一种新思路和方法.     

基于LabWindows/CVI的矿井提升机钢丝绳张力监测仪设计实现

针对煤炭生产企业矿井多绳摩擦式提升机存在的钢丝绳张力不平衡问题,设计和开发了基于LabWindows/CVI的钢丝绳张力不平衡监测分析仪;该仪器装置能实时同步采集箕斗钢丝绳的张力和箕斗在井筒中的位移行程数据,箕斗的位移行程数据采用直接从在工控机端建立的OPC服务器内读取的方法,节省硬件成本;该监测仪装置能将箕斗的张力和位移监测数据自动存储于MySQL数据库,能自动绘制每根钢丝绳的张力-位移历史变化趋势曲线;当钢丝绳张力不平衡度超限时发出报警信息;该仪器装置可靠分析了箕斗在井筒中上下运动时的钢丝绳张力变化规律,对进一步提高提升系统的安全高效可靠运行性能具有十分重要的意义。      

基于模式跳变的井下便携式高精度CH_4浓度监测系统设计

为了在矿井中实现快速、便携式的甲烷浓度检测,同时系统还具备高灵敏度及长的工作周期,设计了基于半导体激光器模式跳变的差分光学光谱吸收法,建立了井下甲烷浓度无线检测系统。系统利用调制电流使半导体激光器的输出波长发生模式跳变,从而获得了两个相近波长的激光,其中一个在甲烷的特征吸收峰上,而另一个基本不被吸收。实验中将两束光分别照射被测气室时,两束光的光强之差代入比尔朗伯定律即可求解气室内的甲烷浓度。实验结果显示,调制电流从20.0 mA增大到60.0 mA过程中,输出波长在电流达到48.3 mA时发生跳变,由1 650.888 nm改变为1 651.020 m。通过HITRAN光谱数据库可知,波长1 650.888 nm位置可作特征吸收峰,而波长1 651.020 nm适合作参考波长。在此基础上,对密闭容器内标准浓度的甲烷气体进行测试,采用H-BD5GD410-HC型便携式甲烷检测仪的测试数据作对比。两种检测结果相近,但随着浓度不断地增高,该系统的检测误差相对平稳,略优于甲烷检测仪。系统的检测误差均低于0.050%,在不采用昂贵的锁相器、检相电路的条件下,实现了精度优于0.10%的井下甲烷浓度检测。     

基于i PLS的矿井突水激光诱导荧光光谱特征波段筛选

矿井突水一直威胁着煤矿井下施工人员的生命安全,准确且快速识别矿井突水水源类型对于矿井的安全生产起到关键性作用。激光诱导荧光(LIF)光谱技术识别矿井突水水源,有效避免了常规的水化学法需要测定多种化学参数,水源识别时间过长的缺点。提出一种间隔偏最小二乘法(iPLS)与粒子群联合支持向量分类算法(PSO-SVC)相结合的方法,iPLS算法常应用于光谱波段优选和模型的回归分析,PSO-SVC则在机器学习领域有着重要的应用,激光诱导荧光技术具有快速的时间响应、测量精度高等特点,iPLS和PSO-SVC算法运用于光谱图和光谱数据的分析,进而可以对突水水源类型识别分类。首先,用淮南矿区采集到的7种(每种水样30组)共210组荧光光谱数据进行实验,对老空水、灰岩水、灰岩水和老空水不同体积比混合水样的激光诱导荧光光谱图的差异性进行分析。比较了留出法和Kennard-Stone样本划分方法所得到的PSO-SVC模型分类准确率,采用留出法得到的训练集水样(140组)和测试集水样(70组)作为实验样本。其次,用iPLS算法将全光谱波段依次按10～25波段区间进行等分,选取划分区间的RMSECV(交叉验证均方根误差)值小于全光谱波段RMSECV值(阈值)的波段作为特征波段,结合光谱图对比分析了划分10和14个子区间的建模结果,发现通过直接观察得到的特征波段与iPLS算法筛选出的特征波段存在误差。最后,在不进行去噪、降维等预处理条件下,根据iPLS划分不同区间数的评价指标统计数据,选取划分11个区间所筛选出具有561个波长点的410.078～478.424和545.078～674.104 nm特征波段范围数据作为PSO-SVC模型的输入,以iPLS结合PSO-SVC算法筛选出的特征波段与全光谱波段、直接观察得到波段建模准确率相比,训练集与测试集的分类准确率高达100%,PSO寻优到的最佳惩罚系数c为1.367 0,核函数参数g为0.576 2。从实验结果可以看出,利用iPLS进行荧光光谱的特征波段筛选是切实可行的,提取出的特征波段能充分反映出全光谱波段的有效信息,为激光诱导荧光光谱技术用于矿井突水水源精准在线识别的研究提供了理论依据。     

基于组合导航的超深矿井提升容器状态监测系统

针对浅矿井提升容器仅有速度和位置监测,无姿态、冲击和纵横振动等监测,不满足超深矿井在超深、高速、重载工况下的安全监测需求的问题,设计了一种捷联惯性导航系统(SINS)/旋转编码器/接近开关组合导航式提升容器状态监测系统。通过IMU(惯性测量单元)测量容器加速度和角速度,由SINS解算出容器的速度、位置、姿态和纵横振动等参数,利用信息融合反馈校正SINS,提高监测精度。完成了系统软件设计和硬件搭建,并进行模拟实验,结果表明:系统竖直位置、横移竖直位置和姿态的测量精度分别为30 mm、5 mm和0.4°,竖直位置精度不受提升钢丝绳影响,解决了井筒内GPS和地磁无法使用问题,是一种超深井提升容器状态监测的可行方案。     

分布式矿井粉尘浓度在线监控系统

为解决矿井中粉尘浓度测量精度低和在线监测难的问题,利用电荷感应原理设计了高精度矿井粉尘浓度传感器,使输出的感应电流与粉尘浓度之间建立了良好的线性关系;采用三级管理结构设计了分布式矿井粉尘浓度在线监控系统,系统主要由粉尘监测节点、风机控制器、数据汇聚基站、监控中心和传输网络组成;粉尘监测节点与数据汇聚基站通过ZigBee网络组成星型结构,定时采集周围环境中的粉尘浓度信息,并发送给数据汇聚基站;数据汇聚基站与监控中心采用C/S架构设计,将接收到的各监测节点数据打包后,通过局域网实时发送到监控中心的服务器上;监控中心接收、处理、分析和显示从各终端发来的数据,并将存入数据库ACCESS2003中;当某区域出现粉尘浓度过高时,会自动发出报警信号,并控制对应的风机加大排风量,使粉尘浓度保持在安全范围;通过测试实验结果表明,设计的粉尘浓度传感器具有较高的测量精度,平均误差仅为2.95%,且粉尘浓度在线监控系统工作稳定可靠。