不同倾角巷道下掘进机的防滑控制研究

为研究悬臂式掘进机在复杂底板行走时防滑控制的可靠性,基于综掘工作面巷道底板特性分析,得到不同情况下掘进机履带打滑率与牵引力的计算函数。掘进机牵引力因打滑率的增加而迅速减小,从而严重影响掘进机正常掘进,求取不同路况下的掘进机履带期望打滑率计算方法,并通过分析掘进机掘进阻力,建立了倾斜巷道中掘进机掘进动力学模型,提出了基于BP神经网络的PID掘进机履带防滑控制方法。通过Simulink与AMESim建立系统仿真模型与液压模型,基于Matlab得到控制算法,并模拟3种典型底板防滑控制情况。仿真结果表明,BP神经网络PID防滑控制系统具有较高的控制精度、响应速度与环境适应能力,保证掘进机在不同路况下的正常掘进。     

悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法

悬臂式掘进机机身位姿参数的实时精准感知是煤矿巷道定向掘进,乃至综掘工作面智能化、无人化建设的关键环节,在综掘工作面复杂工况下目前还不能真正实现掘进机机身位姿实时、自主、精准感知。提出了一种悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法,旨在实时确定掘进机机身的方位偏差,为掘进机定向掘进提供纠偏基准参数。在以往研究的基础上,搭建了基于激光偏距感知、捷联惯导、二维里程计的掘进机行走轨迹及偏差感知系统,分析了掘进机机身方位偏差与巷道定向掘进的关系,制定了基于此系统的掘进机自主定向掘进策略;基于捷联式惯性导航系统在综掘工作面的适用改进推导了其初始粗对准和姿态更新算法,确立了掘进机航向角与偏角的联系;研制的二维里程计可同时测量掘进机横向和纵向里程增量,推导了基于二维里程和偏角的航位推算算法,得到了掘进机实时位置坐标。研发了掘进机位姿参数可视化交互式远程显示系统,搭建了包括掘进机井下、井上可视化远程控制平台、全站仪在内的掘进机行走轨迹及偏差感知精度验证实验系统。工业性实验结果表明所提方法实现了掘进机机身偏角、偏距(横坐标)、纵坐标的精准感知,验证了所提方法的可行性及优越性,满足巷道掘进对于掘进机机身定位定向要求。     

巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展

针对当前煤矿巷道综掘工作面的智能化程度较低,掘进效率低下的问题,分析了煤矿综掘工作面实现智能化快速掘进的关键技术--自主感知和调控技术。首先,探讨了智能化快掘创新方法与理论,以智能感知技术、自主控制技术、群组协同技术为核心,构建智能化快速掘进技术体系,以实现煤矿综合掘进机器人化装备的探-掘-护-锚一体化协同作业。其次,重点阐述了智能化掘进的自主感知技术,包括基于超宽带原理的位姿感知、基于双频激电法的超前探测、基于SLAM原理的环境感知、基于变迁记忆故障Petri网的故障感知等;自主调控技术,包括基于群体智能算法的智能截割、基于遗传变异粒子群算法的路径规划、基于BP神经网络PID算法的自主纠偏等。再次,详细论述了智能临时支护感知,包括围岩压力、顶底板状况、支架位姿等多维信息的感知,研究了非水平场景下掘支协同与多机组多缸联动的自适应控制方法;介绍了智能永久支护感知,包括围岩位移感知和支护装备受力变形感知,探讨了锚护网络结构优化方法,提出了基于粒子群优化算法的自适应钻进控制策略。最后,展望了煤矿巷道智能化掘进的自主感知及调控技术的发展方向。     

基于AMESim的快速支护装备液压系统仿真研究

通过液压仿真技术研究,利用AMESim软件建立巷道快速支护装备液压系统模型,模拟该快速支护装备运动的实际工况,进行行走液压系统与制动液压系统仿真分析,得出了行走液压缸和制动液压缸在工作过程中各个状态下活塞杆的位移、速度和加速度的液压特性曲线,同时分别对其分析,验证该液压系统满足工作要求。     

综掘巷道全液压履带钻机的研制与应用

为了解决淮北矿区综掘巷道前探钻孔施工综合钻进效率低的问题,设计了一种适用于综掘巷道使用的大功率履带钻机,研制了具有双转盘结构的履带车体和可伸缩的下稳固装置。通过现场工业性试验证明,该钻机不仅可便捷地在综掘巷道中行走,还可在施工一排前探钻孔时快速移位,对在综掘巷道中施工各类钻孔有着良好的适应性。     

机载式液压临时护顶技术的研究与应用

根据中平能化集团综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载式液压临时护顶装置。该装置利用掘进机为载体,通过铰接在工作臂两端上的铰接耳轴将两折叠一伸缩架可变纵梁送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护。结果表明,液压临时支护成功地实现了综掘临时支护的机械化,为综掘巷道的快速掘进和施工安全提供了有效的设备。     

基于激光测量技术的掘进机航向角精度研究

为实现悬臂式掘进机位姿的高精度自主测量,建立了基于激光测量技术的掘进机位姿检测系统,并对掘进机航向角精度进行研究。介绍了测量系统的组成和工作原理;由误差传递理论及掘进机航向角解算数学模型,推导出航向角误差传递方程;并应用MATLAB进行仿真分析研究。结果表明:实验仿真与实际理论分别得出的航向角在多因素条件下测量误差变化规律基本相同,此测量系统在目前的各类掘进机定位定向方法中测量精度是最高的。完全满足目前煤矿综掘工作面对悬臂式掘进机航向角测量精度的要求。     

履带行走式液压支架液压系统仿真分析

主要介绍履带行走液压支架的液压系统组成,分析行走支架液压系统5种主要回路的原理,利用AMEsim建立了履带行走式液压支架的负载敏感压力补偿液压系统模型,分别对该支架的行走、支护和犁煤3个主要功能进行仿真,通过对该支架液压系统工作过程中参数变化的分析,直观地反映出行走支架运动过程的动态工作特性,为履带行走式液压支架液压系统的设计和改进提供了可靠的参考依据。     

综掘巷道快速掘进工艺及钻锚运输车结构设计

针对掘进机开机率低、采掘比例失衡、综掘巷道超前支护效率与设备全智能化程度较低的现状,提出一种综掘巷道无反复支撑快速掘进新工艺,具有无反复支撑、多工序并行的特点。介绍了综掘巷道快速掘支锚协同作业系统的装备组成与工艺原理,论述了其中运输钻锚车的结构与力学模型,利用ANSYS软件进行有限元分析,分析了运输钻锚车托举梁在恶劣工况下的位移特性与应力分布特征。结果表明,该工艺可以实现掘进、支护协调并行作业,加快了煤矿巷道掘进整体进度,极大地提高了深部煤层开采作业效率。     

基于掘进机位姿测量系统的自主标定方法误差分析

围绕在狭长综掘巷道中掘进机位姿激光测量系统位姿参数高精度自动测量的问题,首先系统介绍了位姿测量系统,研究了位姿测量系统测站移站后高精度自动全站仪自主标定原理。依据激光测量原理及掘进机工作特点,构建了全站仪移站后全站仪设站点坐标与定位棱镜坐标测量误差数学平差模型,并通过Matlab进行了不同标定距离、不同测量距离对悬臂式掘进机位姿参数测量误差影响规律的仿真分析。分析结果表明:掘进方向的位姿误差比较大,掘进机姿态角误差均随测量距离和标定距离的增加而增加,且测量距离对姿态角误差影响更明显;姿态角的最大测量误差为航向角,测量误差为0. 015 7°。从而验证了激光导向系统自主标定的可行性,并由此提出了一种相对最优的自主标定策略。完全满足目前煤矿综掘工作面对悬臂式掘进机位姿测量精度的要求。     

基于Chan算法的掘进机超宽带位姿检测方法

为实现综掘工作面的无人化,提出了一种基于Chan定位算法的掘进机超宽带位姿检测方法。开展了超宽带模块的测距精度实验,仿真分析了位姿检测精度。结果表明,该检测方法在90 m范围内的航向角、俯仰角、横滚角误差均可达到3°以下,满足巷道成形过程中掘进机位姿检测精度的要求。     

综掘机载式液压临时护顶技术的研究与应用

基于国内及中平能化集团综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载式临时支护装置。该装置以掘进机为载体,通过铰接在工作臂两端上的铰接耳轴将两折叠一伸缩架可变纵梁送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护。结果表明,增加液压临时支护,可成功实现综掘临时支护的机械化,为综掘巷道的快速掘进和施工安全提供有效的设备。     

煤矿综掘机整体搬迁技术应用研究

根据某煤矿八采区的具体情况,充分利用EBZ132型综掘机自身良好的行走性能,拆卸掉二运皮带,采用了综掘机整体搬迁的方案,内侧履带倒车,外侧履带前进,综掘机转弯进入施工的东翼皮带巷道。实践表明:该技术的实施避免了拆卸运送综掘机部件所带来的不安全隐患,提高了搬迁效率,带来了显著的经济和社会效益。     

煤矿巡检机器人自主导航轨迹纠偏控制研究

针对煤矿巡检机器人在井下运行中位置不准、导航轨迹偏差大和易受外部干扰等问题,通过分析煤矿巡检机器人的运动情况,结合巡检机器人的运动学和动力学模型,提出一种基于RBF神经网络的煤矿巡检机器人自主导航轨迹纠偏控制器,提高煤矿巡检机器人轨迹纠偏精度和自调节能力,提升自主导航运行控制的实时快速响应性。实验仿真表明,与传统PID控制器进行对比,所提出的控制系统具有实时性和有效性,有益于提高煤矿井下巡检机器人的工作效率,提升智能化程度。     

“三软”条件下的综掘巷道支护

分析"三软"条件下影响综掘单进的主要因素,介绍综掘机临时支架、液压转换器、水压式注浆的配套设备,提出在"三软"条件下综掘巷道的二次支护设计方案。     

悬臂式掘进机机载临时支护研究

针对目前煤矿综掘巷道锚杆临时支护速度较慢的现状,为提高巷道临时支护的效率和安全性,缓解综掘工作面掘进机与支护的矛盾,结合悬臂式掘进机的结构和工作特点,研究一种适合悬臂式掘进机的机载临时支护,提高综掘巷道的支护效率和支护的安全性。     

悬臂式掘进机机载临时支护研究

针对目前煤矿综掘巷道锚杆临时支护速度较慢的现状,为提高巷道临时支护的效率和安全性,缓解综掘工作面掘进机与支护的矛盾,结合悬臂式掘进机的结构和工作特点,研究一种适合悬臂式掘进机的机载临时支护,提高综掘巷道的支护效率和支护的安全性。     

深部综掘巷道机器人化超前支护方案与最佳支护时机研究

综掘工作面为顶板垮落、片帮等事故多发区,且随着煤炭开采深度的增加,安全问题更为 严峻,严重威胁着煤矿工人的人身安全。 超前支护是事故预防和安全保障的有效途径之一。 基 于自主设计的机器人化自移式支锚联合机组,提出了综掘巷道超前支护方案和支护时机的概念, 阐述了支护机器人的结构与工作原理。 以旗山矿地质条件为例,建立了巷道围岩－超前支架力学 耦合模型,采用数值模拟分析了不同支护时机下巷道围岩变形与支架受力情况。 结果表明:顶板 下沉10~15mm时,巷道围岩承载能力较强,平衡后顶板最大下沉量最小,约29.64mm,超前支 架顶部受力最小,约0.13Mpa,有利于超前支架的设计与巷道安全支护,为最佳支护时机。 总结 了综掘巷道最佳支护时机的确定方法,为利用巷道围岩的自承载能力、减小巷道围岩变形、降低 巷道支护成本、提高巷道支护效率和安全性提供了思路。     

快速掘进配套临时支护液压支架设计

针对目前国内煤矿综掘巷道临时支护存在的工人劳动强度大、安全性能差、效率低等问题,设计了一种巷道掘进的配套临时支护液压支架,可以实现巷道安全高效的掘进。     

机载式临时支护装置在济宁二号煤矿的应用

基于国内综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载式临时支护装置。该临时支护装置利用掘进机为载体,通过在机身中前部安装临时支护顶架和配套的液压系统,将顶架送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护。结果表明,增加了临时支护的强度,成功地实现了综掘临时支护的机械化,缩短了工序时间,为综掘巷道的安全高效掘进和施工安全提供了有效的设备。