神东矿区煤矿掘进工艺及装备智能化技术研究

为了实现神东煤炭集团煤矿巷道掘进由人控到数控、由自动到智能的全面提速,分析了神东矿区煤矿单巷掘进、双巷掘进、大断面切眼贯通的工艺及设备配套技术现状,研究了智能化掘锚一体机、智能化连续采煤机、智能掘锚一体机惯性导航技术、成套智能化掘进技术、近端AI识别和远程云控制技术等掘进设备智能化技术,同时研究了预埋孔钻进机器人、智能化管路抓举设备、智能化防爆柴油开槽机、电缆自动收放车辆、智能清仓机器人等掘进辅助作业设备及技术。在此基础上给出神东煤炭集团煤矿掘进智能化发展建议,即:加快推广掘锚一体化生产工艺、发展5G无线网络技术、完善透明地质保障系统等,从根源上解决智能设备自主可控、智能互联、安全可信等关键问题。

基于卷积神经网络的煤矿支架搬运车轮胎助力机械手抓取姿态规划方法

为解决当前煤矿支架搬运车轮胎助力机械手抓取姿态规划精度较低、无法保证抓取轮胎受力均匀、导致轮胎部分位置受力过大、对轮胎产生了不同程度损害、消耗大量人力与物力资源的问题,提出基于卷积神经网络的轮胎助力机械手抓取姿态规划方法。引入卷积神经网络,通过提取目标物体位姿变化特征,得出目标物体在坐标系中的位置信息与姿态信息;基于卷积神经网络建立抓取预测模型,获取机械手抓取物体成功的概率;设计轮胎助力机械手的抓取轨迹,并设计机械手抓取姿态规划算法。通过试验分析可知,该方法在抓取过程中最大耗时与平均耗时均较短,抓取质量与效率得到了显著提升。

基于IGA的煤矿用机械臂位置校准方法

针对煤矿用机械臂定位精度较低问题,提出了一种基于改进遗传算法(IGA)的机械臂校准方法。该方法利用煤矿用机械臂正向运动学模型计算空间位置,并采用激光跟踪仪测量空间位置,用计算和测量的多组位置值建立数据集。运动学模型位置误差函数是多元非线性函数,误差校准即最优解问题,采用自适应交叉概率阈值(PC)和自适应变异概率阈值(PM)结合精英主义的IGA求解运动学模型位置误差函数最优解。研究结果表明,基于运动学模型和IGA实现煤矿用机械臂位置校准,能够取得较高的定位精度,满足煤矿井下100 mm×100 mm规格锚网支护需要。

煤矿掘进装备液压系统智能化改进设计

针对煤矿掘进装备的智能化功能需求,对液压系统进行智能化改进设计,对改进设计中电液控制、液压参数检测的关键问题、传感器选型、安装方式等进行总结和说明。工程应用表明,经过液压系统的智能化改进,掘进装备具备了初级智能化功能,可为高级智能化提供基础,具备较高的实用价值,为系列化掘进装备液压系统的智能化升级改进提供一定的参考。

煤矿掘进装备截割臂动力吸振器半主动振动控制方法研究

针对煤矿掘进装备截割臂由工作载荷引起的剧烈振动问题,提出一种变阻尼动力吸振器半主动振动控制方法。根据带耗散函数的拉格朗日动力学方程建立了截割臂-动力吸振器耦合动力学模型;根据动力学模型通过定点理论和迭代计算的方法分别计算了被动式动力吸振器和半主动动力吸振器的各项物理参数;设计了动力吸振器的标准地棚控制和开关地棚控制策略,实现了动力吸振器的半主动控制。仿真结果对比表明:动力吸振器标准地棚控制能够有效地降低截割臂的振动强度,显著降低了截割臂一阶模态角度响应与角加速度响应的峰值,具有最佳的控制效果。

煤矿智能掘进装备发展现状与关键技术探讨

智能掘进是煤矿智能化建设的关键组成部分,也是缓解我国煤炭采掘突出问题的重要手段。根据国内外智能掘进研究现状,梳理了影响和制约智能掘进发展面临的主要问题,详细阐述了智能快速掘进装备中智能截割技术、智能导航技术、地图构建技术、远程可视化控制4项关键技术,并对其要点进行了详细介绍。认为,智能掘进整体技术水平还处于初级阶段,智能化程度相对较低,智能掘进成套装备的适应性和可靠性还需检验,需要创新科研组织模式,开展共性关键技术的联合攻关。

我国煤矿快速掘进20a发展与展望

针对煤矿智能化快速发展,煤矿掘进面临新的机遇和挑战,笔者对我国煤矿快速掘进20 a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、全宽横轴截割滚筒为主,全断面截割滚筒为辅的截割滚筒结构形式,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315 kW、全宽横轴截割功率达560 kW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,形成了以连续采煤机、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。

采掘机械用截齿磨损的研究进展

介绍了采掘机械用截齿磨损的研究进展,包括截齿破碎岩石与磨损的机理、影响截齿磨损的主要因素。按照截齿磨损的研究方法,从标准台架试验、模拟工况试验和数值仿真等方面对国内外的主要研究内容和成果进行了梳理,并对截齿磨损研究的应用和未来发展方向进行了阐述和探索。

煤矿巷道开槽机械臂控制策略开发及仿真分析

针对现有开槽装备的技术不足,提出一种大折展比开槽机械臂构型,完成其结构设计,该机械臂最大作业高度为4280 mm,最大作业深度为2706 mm,最大作业宽度为4212.5 mm,针对矩形巷道,基于栅格法,开发了机械臂智能控制策略,在宽度5000 mm,高度4000 mm的巷道条件下,对控制策略仿真分析可得,顶板开槽过程中轨迹最大偏差为22 mm,侧帮开槽过程中轨迹最大偏差为53 mm,底板开槽过程中轨迹最大偏差为53 mm,满足巷道施工需求。

煤矿智能无轨辅助运输装备关键技术研究与应用

介绍了煤矿无轨辅助运输技术与装备的发展背景以及当前无轨辅助运输产业政策,针对井下无轨辅助运输技术与装备应用现状,简要地对我国防爆柴油机动力和防爆蓄电池动力辅运车辆的发展现状进行了系统梳理,详细阐述了清洁动力、高效传动匹配、车辆驱动控制和安全制动等防爆柴油动力无轨辅助运输装备的关键技术及其发展趋势,以及防爆蓄电池动力、牵引逆变交流变频调速、分布式多轮驱动转矩协同控制等关键技术;同时,分析了智能化技术在无轨辅助运输中的应用。指出,柴油机降排、新能源车辆续航里程、井下安全驾驶和行业标准体系不足是现存无轨辅助运输发展的技术难点。对未来煤矿无轨辅助运输技术与装备的发展方向进行了展望,认为绿色安全和高效智能是煤矿辅助运输的发展方向。

煤矿机械液压系统滑模控制研究

探讨滑模变结构控制在煤矿机械液压系统上的可行性。设计并计算了滑模控制器,通过仿真分析滑模变结构控制的控制性能,通过实验验证了滑模控制在煤机上的应用可行性。滑模变结构控制可以实现对煤机动作油缸的高精度控制,抖振小、超调量小,对参数的不确定性具有很好的鲁棒性,但对煤机油液纯净度和传感器质量提出了更高的要求。

少人化智能煤矿掘进、辅助运输、辅助作业技术与装备

煤炭作为我国最安全和可靠的能源,其战略资源地位是长期稳固的,为了保障煤炭工业高质量发展,国家做出了重要战略部署。习近平总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略重要论述,强调能源技术要以绿色、低碳、智能发展理念为指引,推动煤炭安全高效绿色智能开采技术、清洁利用和转化技术研究和推广。

沿空留巷工艺配套成套支护装备技术

介绍了沿空留巷工艺行业发展现状和趋势,根据现有沿空留巷配套支护装备存在支护效果不理想、效率低、安全性差的问题,研制了采空区挡矸支架组、后伸缩端头支架、循环交替支护成套装备。阐述了成套支护装备的总体结构、主要特点、运行方式、巷道中的布置方式以及使用效果。

选煤机械企业工艺装备管理研究

针对选煤机械企业工艺装备管理大多停留在人工管理阶段,存在信息分散储存、数据文档无法及时有效共享和协同等问题,结合企业产品生命周期管理(PLM)系统,提出一种适用的工艺装备管理方案。该方案可将工艺装备设计、材料清单(BOM)管理和变更管理纳入系统进行统一管理,从而实现企业工艺装备过程管理的标准化、透明化和高效化。工艺装备管理方案可以有效保障工艺装备数据的一致性、完整性和可追溯性,有助于提高企业的生产效率和产品质量,增强企业的市场竞争力。

煤矿液压支架搬运车液压系统故障诊断方法

煤矿液压支架搬运车液压系统在运行过程中容易出现故障,若处理不及时,会对煤矿开采工程的安全建设造成严重影响。针对这一问题,提出了一种新的液压系统故障诊断方法。根据液压支架搬运车液压系统的工作原理,建立液压系统故障诊断数学模型;提取液压系统故障时域信号特征,获取故障样本均值与方差;分析液压支架搬运车运行状态与运行模式,对液压系统故障进行全方位诊断。通过实验分析,该方法能够在短时间内快速完成故障诊断,且诊断结果的准确率在95.27%以上,可行性较高。

失效模式及影响分析方法在煤矿机械子系统中的应用

讨论了煤机设备开展失效模式及影响分析(FMEA)的重要性和难点,介绍了VDA&AIAG的FMEA手册及其方法。针对煤机设备的特点,以钻车的除尘系统为例,按照最新的第5版FMEA方法进行了分析。

机器视觉技术在煤矿井下工作中的应用——评《机器视觉技术与应用实战》

煤矿是我国重要的能源产业,由于煤矿井下工作环境的复杂性和高风险性,事故发生率较高,对矿工的生命安全造成严重威胁。因此,实施智能化技术,提高煤矿井下的安全性成为煤矿行业的重要课题。机器视觉技术作为一种能够模拟人类视觉系统的技术,具有高速、高精度、非接触等特点,在煤矿井下工作的市场应用中潜力巨大。通过机器视觉技术,可以实现对煤矿井下环境、设备和人员的实时监测和分析,提供准确可靠的信息支持,从而有效预防事故的发生。

CAN总线在矿用采掘装备电控系统上的应用与发展

伴随着近20年煤炭工业的快速发展以及近年来矿用采掘装备自动化、智能化水平要求的不断提高,"一点集中,多点分布"的设计已经成为煤矿采掘装备电控系统发展的趋势,然而众多的分布式电控单元、传感器与整机的控制器之间需要进行大量的数据及信息的交互,这些数据信息的交互如果采用线对线的连接,将大大增加系统线束的工作量同时增加设备电控系统的故障点,降低设备运行的可靠性。讨论了CAN总线的应用,为矿用采掘装备分布式系统的发展以及数据、信息的交互提供了有效解决方案,并随着CAN总线器件种类的不断增加,形成采掘装备独特的CAN总线网络。

关于煤矿机械设备电气自动化技术的应用研究

本文主要对煤矿机械设备,电气自动化技术进行研究,分为三部分阐述。第一部分简述了煤矿开采工作的现存问题;第二部分就自动化技术应用的必要性做了探讨,第三部分重点探讨应用策略,以期为这一项技术在煤矿机械设备中的应用奠定良好基础。

基于Rs-BasicVSR的煤机装备视频超分辨率算法

煤矿井下煤机装备搭载的摄像仪传输的视频信息存在信号干扰,分辨率低,细节缺失等问题,对后续的视频智能分析有着极大挑战。针对该问题,提出一种基于Rs-Basic VSR的煤机装备视频超分辨率算法。首先,在光流对齐部分改用RAFT网络,通过对图像特征建立相关空间,并根据特征信息进行搜索,提升光流计算精度;接着对网络结构进行裁剪,减少卷积层个数。实验结果表明,该算法在平均PSNR上可达31.83 dB,SSIM上达到了0.8919,平均推理时间为60 ms,模型参数量为5.9×10~6,主观视觉效果和客观指标上可以满足煤矿井下视频处理需求。