加测陀螺边在煤矿井下巷道贯通中的应用研究

加测陀螺边可以提高煤矿井下贯通精度,重点在于考虑巷道贯通最佳点和陀螺边最佳位置点问题。文中推导了加测陀螺边巷道贯通最佳点及陀螺边最佳位置点的理论计算,分析了计算中存在的误差。通过在两个井筒之间巷道贯通的实例计算表明,所述方法在井下巷道贯通测量中精度较高。     

煤矿救灾机器人超声波和惯性导航技术

针对煤矿救灾机器人导航系统的导航精度低的问题,结合煤矿井下非结构化环境的特点,提出一种适于煤矿井下灾后环境的超声波导航和惯性传感器的导航方法,并利用粒子滤波技术进行算法设计。结果表明,基于超声波和惯性传感器融合的导航性能满足煤矿救灾机器人的导航需求,算法的收敛速度很快,提高了煤矿救灾机器人的导航性能和应急抢险能力。     

自制激光上对点器在井下导线测量中的应用

矿山井下导线测量点绝大部分在巷道顶板位置,细线绳悬挂对点垂球,采取上对点的方式进行对中整平,由于受巷道内风流影响,垂球摆动,影响对中的速度和精度。文中通过自制的激光上对点器,可以在井下快速准确的进行对中、整平,不受巷道内风流的影响,提高井下导线测量的效率。     

基于GIS和人工神经网络的井下无线传感器网络定位数据修正方法研究

 针对传感器节点在自身定位过程中,受煤矿井下巷道复杂环境因素的影响,导致定位结果不够精确的问题,利用GIS系统的地图管理功能和人工神经网络（Artificial Neural Network）无需建立数学模型的特点,提出了GIS—ANN修正方法。实验结果表明：该方法对存在误差的节点坐标进行了有效的修正,从而提高了节点自身定位的精度。     

煤矿井下应急导航系统设计

为了保证煤矿井下在突发事故情况下能安全高效的进行人员疏散撤离,设计了一种煤矿井下应急导航系统。该系统提出了一种煤矿井下通信网络框架,设计了一种井下移动终端用于WIFI位置数据采集和语音导航播报。该系统在煤矿井下进行了试运行,应用结果表明其定位导航模块运行状况良好,导航误差精度控制在3m以内,能够满足煤矿井下人员的撤离需求。     

井下巡检机器人实时高精度定位方法

针对煤矿井下巷道内特殊的地质环境,提出一种组合 捷联式惯性导航(SINS)系统和射频识别(RFID)修正技术的 矿井组合导航定位系统,运用射频标签内部存储的实际位置 信息对捷联惯性导航系统由于时间、距离积累造成的误差进 行校准,并通过扩展卡尔曼滤波技术对数据进行融合,减少 惯性导航累计误差,完成对巡检机器人的高精度定位研究.     

煤矿井下应急导航系统设计

为了保证煤矿井下在突发事故情况下能安全高效的进行人员疏散撤离，设计了一种煤矿井下应急导航系统。该系统提出了一种煤矿井下通信网络框架，设计了一种井下移动终端用于WIFI位置数据采集和语音导航播报。该系统在煤矿井下进行了试运行，应用结果表明其定位导航模块运行状况良好，导航误差精度控制在3m以内，能够满足煤矿井下人员的撤离需求。     

井下GRPM定位研究与地磁匹配的仿真试验

针对无电、无网络情况下井下人员逃生定位和救援导航的难题,架构了井下地磁与RFID 射频结合的井下定位方法GRPM(Geomagnetic and Radio Positioning Method)。GRPM采用射频初定位、地磁特征精定位的主动定位模式,适合应急避险与救援定位需求。根据井下高精度地磁测量数据和井下地磁“日变”规律,分析了井下巷道地磁数据具有带状连续、区域易突变的数据特点。采用了分段线性法、最近邻域法和三次曲面法插值方法和MSD,HD和NPROD三种匹配准则,开展了地磁基准构建和地磁匹配定位的仿真实验。实验结果表明:分段线性插值法适合小区域巷道地磁基准建立,拟合快速,精度较高,符合井下巷道磁场分布的收敛性。NPROD定位匹配模型适合井下人员动态行走定位,匹配速度快,达到2/3格网精度,满足精确定位要求。     

基于测距值二次重构的弯曲巷道目标定位方法

在矿井地下巷道环境下,多径效应和非视距信号会造成TOA测距精度大幅下降。针对这一问题,在研究井下巷道扩频测距偏差产生机制的基础上,发现非视距信号与视距信号在接收端有相似的时延统计规律,据此,提出了一种适用于弯曲巷道的基于测距值二次重构的定位方法,由于矿井巷道的位置、走向是已知的,为巷道内移动目标的位置估计带来了许多有利的空间约束,因此,方法充分利用了巷道的位置信息,首先对弯曲巷道的NLOS测距值进行第1次重构以获得移动目标与相应基站直线距离的估计值,利用此重构值建立观测方程;接着第2次重构将观测方程的解点投影到巷道空间,获得位置估计点;最后,设计卡尔曼滤波器进一步优化位置估计点的定位精度,从而实现在更为一般的曲线巷道下的定位。仿真结果表明,方法在平均曲率为0～0.30的弯曲巷道中具有较为理想的定位精度;进而在平均曲率为0.192的某地铁人行弯曲通道所做的实测实验显示,方法定位均方根误差为0.891 m,误差累积分布理想,适用于井下人员精确定位。     

陀螺全站仪仪器常数对巷道贯通精度的影响分析

以GT3-3型陀螺全站仪分析陀螺定向对矿山井下巷道高精度贯通的重要性,以及地理位置不同的已知边测定的仪器常数对巷道贯通精度的影响。通过实例应用研究发现:陀螺全站仪井下定向能够确保巷道顺利贯通,满足贯通限差要求;定向时选择靠近定向边的已知边测定仪器常数能有效地提高巷道贯通精度,使贯通误差减小一倍左右。     

露天矿卡车低成本GPS/INS组合导航系统动态对准模型

低成本GPS/INS组合导航系统是露天矿卡车调度系统的理想定位系统,但低成本GPS/INS无法实现静态初始对准。提出地固系下捷联惯性导航系统动态初始对准的非线性误差模型,该模型不需要假设失准角为小角并且直接在地固系下解算,尤其适合于GPS辅助INS动态对准。提出一种简化的Cubature卡尔曼滤波进行GPS/INS数据融合。采用车载实测数据仿真露天矿卡车初始对准实验,实验结果表明：利用GPS信息辅助INS动态初始对准,即使在大失准角情况下,姿态角误差也可以较快收敛。     

最小二乘算法在煤矿导航中的应用研究

对最小二乘算法在煤矿导航中的应用进行了较深入的研究。推导了最小二乘定位算法和源选择算法,建立了最小二乘平滑滤波器,对TOA测距进行平滑过滤,消除了噪声,提高了定位精度。     

基于UWB系统的井下车辆高精度定位研究

随着无线通信技术的进步,超宽带(UWB)技术从缩减硬件成本及定位精度的提升都有了大幅的进步,因此其在定位系统中的使用越来越多。通过研究适用于在井下巷道环境的高精度定位方法,研制出了一套适用于井下环境的超宽带无线车辆定位系统。试验结果显示,该系统定位精度高,对进一步实现井下的车辆无人自主导航具有非常大的支撑作用。     

煤矿救灾机器人的惯性/视觉组合导航方法研究

针对机器人在煤矿灾后进行环境探测及救援中的应用,研究了切平面捷联惯导方案、视觉导航方案、惯性/视觉组合导航方案,使救灾机器人能够实现定位和导航功能,进而完成矿井信息的采集及遇险矿工的搜寻。并且,视觉/惯性组合导航系统还能使煤矿救灾机器人的导航精度有很大的提高。     

基于多维联系云的巷道围岩稳定性

为提高地下金属矿山巷道围岩稳定性评估的准确性,有效分析处理具有随机性、模糊性特征及多指标因素之间交互影响的复杂性问题,根据工程实际,选取5个典型影响因素,构建了围岩稳定性评价体系,运用区间层次分析法（Improved AnalyticHierarchyPwcess,IAHP）和改进独立性权重法（Improved Criteria importance Though Intercrieria Correlation,ICRITIC）分别计算指标主、客观权重,基于博弈论思想,确定指标最优综合权重,结合多维联系云模型理论,建立了地下金属矿山巷道围岩稳定性综合评价模型。以国内14条典型巷道工程为样本数据进行检验,并与模糊综合、未确知测度两大模型的判别结果及实际情况进行对比。最后,将模型应用到某金矿巷道围岩稳定性实例分析与评估中。研究结果显示,基于博弈论-多维联系云的地下金属矿山巷道围岩稳定性评估结果与现场调查结论完全一致,验证了本模型在巷道围岩稳定性评价方面具有可行性和有效性,可以为地下金属矿山巷道围岩稳定性评估提供一种准确的、可量化分析的新思路。     

地下矿火灾烟流蔓延的三维仿真构模技术

为有效指导地下矿火灾救避灾方案的制定与实施,探讨火灾烟流蔓延过程的三维仿真模型构建技术非常必要。为此提出了以井巷空间三维结构模型构建为载体、以通风系统三维网络模型构建为保障、以烟流蔓延参数模型构建为核心的烟流蔓延三维仿真模型构建技术。通过以时间为序、采用体绘制技术对构建的烟流蔓延三维仿真模型进行了可视化实现,主要模拟了烟流在三维井巷中的动态蔓延过程,进而揭示了烟流温度、浓度等在时间、空间上的发展变化。并以国内某矿山为例,检验了烟流蔓延三维仿真构模技术的有效性。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

某铁矿通风系统监测点选址布局研究

矿井通风监测系统可以实时掌握矿山通风系统现状、分析诊断井下系统故障、危险事故时的决策救援。以某铁矿的通风系统作为研究对象,通过计算铁矿通风系统的灵敏度矩阵、分支巷道的被影响度,根据灵敏度矩阵的特征选取了通风系统监测点,借助Ventsim模拟软件分析分支巷道风阻改变时其他巷道风量发生变化的巷道集合,验证监测点的合理性和必要性。根据分支巷道影响范围优化监测点数目,将根据灵敏度性质选址的监测点优化为8个。     

再论数字矿山:特征、框架与关键技术

基于中国矿山信息化推进工作中的问题分析,以智能交通体系为参照描述了数字矿山（Digital Mine,简称DM）的六大基本特征：以高速企业网为“路网”;以组件式矿山软件为“车辆”,以矿山数据与模型为“燃料”;以3D地学模拟（3D Geoscience Modeling,简称3DGM）与数据挖掘为“过滤”;以数据采集与更新为“保障”,以矿山GIS为“调度”,基于4层C／S结构和矿山业务流程,设计了数字矿山的基本组成图与网络架构。提出并讨论了数字矿山战略实施的9项关键技术：矿山数据仓库技术;矿山数据挖掘技术;真3DGM与可视化技术;矿山3D拓扑建模与分析技术,组件式矿山软件与模型;地下快速定位与自动导航技术,井下多媒体通讯与无线传输技术,智能采矿机器人“班组”技术及矿山3S（GIS,GPS,RS）,OA（Office Automation),CDS(Command DIspatch System)五位一体技术,并简要介绍了“数字开滦”的实施进展。