基于PSO-GRNN神经网络的煤矿井下定位算法研究

为进一步提高井下定位精度,本文提出一种基于粒子群算法-广义回归神经网络(PSO-GRNN)的煤矿井下定位算法。该算法利用广义回归神经网络(GRNN)建立井下定位模型,通过粒子群优化算法(PSO)寻找广义回归神经网络最优的平滑因子,降低人为调整的影响,提高定位精度。将信标节点接收到的信号强度(RSSI)值输入训练好的神经网络,神经网络的输出就是待测节点的坐标。仿真实验表明,PSOGRNN模型相比未经优化的GRNN模型和BP模型,定位精度更高;相比BP模型,算法复杂度更低,效率更高,满足井下自适应定位要求。     

煤矿井下随钻测量电磁传输信道建模

煤矿井下随钻测量系统目前主要采用有线方式进行信号传输,但是存在通缆钻杆加工技术要求严格、使用成本高等缺点,研制适用于煤矿井下的电磁波随钻测量系统十分必要。与地面钻进中井下-地面电磁传输信道不同,煤矿井下电磁波随钻测量采用孔内-孔口电磁传输信道,电磁信号传输过程中衰减特性亟待研究。基于经典电磁理论,结合煤层及煤层围岩电性,运用等效传输线法,计算了孔口接收电极间信号电压,包括煤岩层导电性、发射信号频率、钻杆电阻率、钻杆长度对接收信号电压的影响。仿真结果表明,相同工作条件下,煤矿井下孔口电极接收电压小于地面电极接收电压,大于地面电极接收电压一半。     

煤矿井下基于RSSI的多维标度定位算法

针对煤矿井下环境复杂多变,受限无线信道容易受到非视距、多径衰落及人为因素的影响,导致指纹匹配技术定位算法误差较大,提出了一种基于RSSI的多维标度定位算法。该算法根据井下巷道信号传播模型测距构建相异性矩阵,利用多维标度法计算节点相对坐标,通过平面四参数模型转换为移动节点的绝对坐标,引入粒子群算法优化节点位置坐标,实现对井下移动目标的实时定位。对比试验表明,优化后的节点定位精度有了明显的提高,满足低成本定位系统的需求。     

基于多粒子群优化的RBF神经网络瓦斯涌出量模型研究

针对井下瓦斯涌出量预测的问题,建立RBF神经网络,引入多粒子群优化神经网络模型。多粒子群算法分割经典的单粒子群算法为多个线程,同时优化了学习因子和惯性权重,这样既增加算法的遍历性又使算法的二次精细搜索能力增强。     

煤柱稳定性分析评价的高频电磁波CT技术研究

针对回采工作面内区段煤柱稳定性分析定量计算难度大、直观超前预评价难实施问题,应用JW-6型地下高频电磁波CT系统,研究电磁波衰减与煤柱稳定性评价因子(煤层裂隙发育和围岩应力集中程度)相关性,并以灵东煤矿及古山煤矿为工程背景,利用高频电磁波CT技术探测分析大、小煤柱的稳定性。在此基础上,总结了基于电磁波CT技术的煤柱稳定性评价的多参量指标,建立了基于电磁波衰减特征参数指标的煤柱稳定性评价方法。研究结果表明:1)电磁波衰减系数随煤层裂隙的扩展不断增大;2)在采场围岩应力环境中,电磁波衰减系数值呈现应力集中区应力降低区域未采动影响区;3)对于同一性质的煤层,当煤体未发生异常破碎时,电磁波衰减系数越大,表明其所受载荷越高;4)电磁波CT技术可以较准确地实现煤柱稳定性的预测评价,煤柱稳定性预测评价因子反映在电磁波衰减特征图像上,表现为电磁波衰减异常区数目、衰减异常区的分布位置及范围、衰减异常集中系数;5)根据指数分析法确定了煤柱稳定性危险指数W,并对煤柱稳定性进行了等级划分:W≥0.75,较不稳定;0.45≤W0.75,中等稳定;W0.45,比较稳定。该研究结论对煤柱稳定性的超前预评价、煤柱宽度的优化具有重要参考意义。     

煤矿井下高频电磁骚扰工程计算模型

提出了煤矿井下高频连续波电磁骚扰工程计算模型。系统分析了煤矿井下高频连续波电磁波能量损失机制,将巷道内电磁波的计算分为3个阶段：准自由空间传播阶段、高阶模式转换及稳定阶段、主模传输阶段。结合解析法和有限元法,分别给出了这3个阶段的电场场强和传播衰减的计算公式。三维有限元计算结果和实地测量均证明了计算模型的有效性和简便性。     

煤矿井下探测作业机器人轨迹粒子群规划方法研究

针对煤矿井下非结构化、不确定和复杂的未知环境作业轨迹规划问题,提出了一种基于粒子群算法的机器人轨迹规划与优化方法。建立机器人动力学模型,通过将机器人运动学约束转化为三次样条插值曲线的控制关键点约束的非线性约束优化问题,利用三次多项式插值拟合曲线,通过粒子群算法和惩罚函数法相结合,采用自适应函数控制插值收敛速度,得到一条满足实际工况要求的最优时间轨迹。研究结果表明,该方法有效地解决了煤矿井下复杂环境的机器人时间最优轨迹优化问题。     

煤矿井下人员精确定位方法

分析总结了煤矿井下人员定位特点:覆盖范围远大于地面室内;定位信号应能非视距传输;电磁波衰减严重;无线传输衰减受巷道分支、弯曲、倾斜、断面面积和形状、围岩介质、巷道表面粗糙度、支护、纵向导体、横向导体、设备等影响大;必须电气防爆;环境恶劣,粉尘大、潮湿、淋水等。提出无线电传输适用于煤矿井下人员定位;超声波、激光、红外传输不适用于煤矿井下人员定位。提出RSSI基于信号强度测距定位方法、AOA基于角度测量的定位方法和不同类信号源TDOA基于时间差的测距定位方法不适用于煤矿井下人员精确定位;TOA基于传输时间的测距定位方法和TDOA基于时间差的测距定位方法适用于煤矿井下人员精确定位,TDOA基于时间差的测距定位方法较TOA基于传输时间的测距定位方法系统成本低。     

煤矿井下电网有源电力滤波器接入位置和容量研究

针对煤矿井下电网谐波污染严重的问题,提出了一种确定井下电网有源电力滤波器接入位置和容量的计算方法,该方法不仅可以抑制煤矿井下电网的谐波污染,还可以有效的降低谐波治理的投资成本。在该方法中,建立了基于瞬时无功功率的离散化APF时域模型以及基于固定成本和容量成本的优化模型,使用了粒子群优化算法对优化模型进行了求解,保证了所得最优解更加符合工程实际。通过仿真对有源电力滤波器接入位置和容量的计算方法进行了验证,结果证明了其正确性。     

煤矿井下随钻测量信号泥浆脉冲传输特性研究与试验

基于定向钻孔的地质保障技术可实现矿井致灾隐患的超前探查与治理,但受现有有线随钻测量定向钻进装备制约,存在信号传输干扰因素多、对定向钻具要求高、地层适应性差等不足,亟待开发矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统。结合煤矿井下近水平定向钻孔施工特点,小泵量、低泵压和小直径条件下工作需要,建立了泥浆脉冲信号发生机构和水力通道模型,分析了泥浆脉冲信号传输速度、传输强度、衰减规律和传输影响因素等特性,给出了信号反射与透射、泥浆泵噪声干扰、孔内钻头旋转干扰和冲洗液流道阻塞等影响因素的针对性处理方法。分析结果表明,煤矿井下近水平定向钻进宜采用正脉冲方式进行信号传输;以清水作为冲洗液时信号传输速度为1 366.20~1 445.11 m/s;信号脉冲幅值可通过改变流道控制阀与孔板之间的间隙进行调整;信号传输衰减系数随冲洗液流量增大而线性增大,随钻杆柱内径增大而逐渐减小,当信号发射频率f＞0.2 Hz后,衰减系数维持在0.126×10-3 m-1左右;采用煤矿井下常用钻杆,孔深1 500 m时孔口接收信号强度为孔内信号发射强度的73.74%~90.71%。现场试验表明,开发的矿用泥浆脉冲随钻测量系统信号传输误码率为3.2%,脉冲信号实际幅值一般小于理论计算幅值,但误差小于10%,最大实钻传输距离达到1 566 m,且具有更深的信号传输能力。