基于前馈补偿LQR与PID的矿井无轨胶轮车横纵向控制研究

无人驾驶技术是实现无轨胶轮车井下安全、智能、高效运输的重要方案之一,为了提高无人驾驶过程中的轨迹跟踪精度,提出了基于前馈补偿的横向线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)与纵向比例积分微分(Proportion Integration Derivative,PID)位移速度调节器相结合的控制策略,实现车辆的横纵向协调控制。通过建立考虑轮胎侧偏特性的2自由度无轨胶轮车动力学模型和跟踪误差模型,并采用井下无轨胶轮车实车参数建立其电机模型,得到车辆的驱动制动输出。利用Carsim和Matlab/Simulink搭建联合仿真环境,分别在井下双车道工况、单车道工况与颠簸路面工况下进行了轨迹跟踪仿真验证。结果表明:在3种工况下车辆轨迹跟踪过程中的最大横向误差仅为5 cm,最大纵向误差仅为10 cm,速度误差控制在1 m/s以内,航向误差范围为±0.1 rad,前轮偏转角变化平稳未出现抖动现象。为验证控制器在井下实际环境下的跟踪性能,使用实验室小车于陕西某井下巷道进行了现场试验验证,结果表明:井下实际巷道下试验结果误差仍在合理范围内,解决了车辆运行过程中的速度和路径的时变问题,反映出该控制器具有较高的精度和较好的稳定性。

李官集铁矿溜井三维激光扫描测量及稳定性分析

溜井是矿石运输的主要通道,溜井内部的精细测量是评估井筒健康的重要步骤。为精细测量李官集铁矿0 m中段8#采场溜井内壁的破损情况,通过翼目神HM100型三维激光扫描仪对其进行扫描测量,进行点云数据采集处理、模型建立、成果分析和溜井健康状况评估;进一步通过Rhino-FLAC3D耦合建模分析方法,开展溜井在自重应力及地应力作用下的稳定性分析;最后基于分析结果提出了符合实际的溜井放矿管理和修复措施。结果表明:溜井在自重应力及地应力作用下相对稳定,溜井井壁破损的主要原因为矿石放矿过程中的冲击及磨损作用,为李官集铁矿溜井的安全运行提供基础依据。

SLAM技术在矿井智能化的研究现状与应用进展

智能采矿是矿井生产发展过程中的重要阶段,直接影响矿产企业的安全生产、矿产产量、经济效益和社会效益,随着矿井智能化水平的提高和相应政策的颁布,特别是我国智慧矿山和智能感知设备的快速发展和普及,矿井智能化地图构建和定位导航技术已成为重要的研究课题。回顾传统矿井地图绘制和定位技术的发展历程,结合矿井环境特点分析传统技术面临的挑战。介绍同步定位与建图(SLAM)技术在矿井智能化应用方面的优势,综述SLAM技术在非结构化复杂矿井工作环境下数字地图构建及无网络井下人、机/车定位导航的研究现状与应用进展。最后,对未来SLAM技术在矿井智能化领域中的发展趋势进行展望,即融合深度学习、三维重建与可视化、5G与云计算等。

基于脑电数据的不同噪声工况下矿工注意力研究

为探究噪声因素对矿工大脑认知的负面影响,通过设计脑电(EEG)试验,结合山东富全矿山实地采集的噪声数据,开展在不同噪声工况(30、50、70、90 dB)下的矿工注意力研究。将采集到的EEG信号利用小波包变换进行特征提取,选取θ/β的值作为注意力特征值,并结合Stroop试验进一步验证分析结果。结果表明:β波在能量占比图中始终占据主导地位,在脑地形图中于工况2时达到峰值;注意力特征值(θ/β)呈现出整体增大趋势,试验进行到40 min时,工况4较工况2的值增长46.19%,表明在噪声为50 dB时矿工的注意力达到最佳,90 dB时注意力的衰减性显著增强;Stroop试验显示工况2用时最短且正确个数最多,在工况4时可靠度仅为78.8%。

隔离矿柱参数优化与监测分析

针对李官集铁矿-320m中段采区水平隔离矿柱设计厚度过大造成资源浪费问题,采用理论计算与数值模拟方法对隔离矿柱进行了参数优化,最终推荐厚度不低于23m。为监测隔离矿柱在开采中的稳定性,矿山在-320m中段建立了一套地压监测系统。应力与位移监测结果显示,监测时段该隔离矿柱上方各测点岩体无大范围应力集中和明显变形,整体处于稳定状态。局部区域因地质构造出现小范围喷层开裂,但尚未达到影响稳定性的破坏尺度,后续可根据监测数据适时调整隔离矿柱参数。

基于Auto CAD二次开发的露天矿DTM曲面快速构建计算研究

在AutoCAD平台下完成露天矿DTM曲面构建,采用三角剖分算法基于线框模型构建地表模型及二次境界模型,并求取它们的交线。以此交线剪切地表及二次境界线框模型,组成含有地形线的终了境界线框模型,实现三维可视化模型的建立。构建应用菜单,编制应用程序,最终实现露天矿终了境界中DTM曲面构建及其运算的程序化。本研究成果在降低误差的同时提高设计的精度和工作效率,对于露天矿终了境界设计图绘制具有重要的意义。

巷道掘进水害电磁透视超前预报研究

矿井水害因其突发性和危害性成为地下开采主要危险源之一。针对矿井水电阻率低于围岩这一特点,选用矿井瞬变电磁法透视掘进面前方水体分布范围。分别探测掘进面仰角、顺层方向、俯角和竖直方向的地电断面,立体化展示掘进面前方低阻异常区域。反演结果显示掘进头前方不同角度矿井水位置较近、范围分布较大,并且右帮水害比左帮危害更大。电磁法巷道掘进水害超前预报取得良好效果,能为后续掘进工作提供可靠参考。

李官集铁矿采场顶板稳定性分析及控制研究

以李官集铁矿-400 m中段3号采场顶板支护为工程背景,对比《工程岩体分级标准》,将-400 m中段3号采场岩体划分为质量较差的Ⅳ级岩体,通过对破碎顶板失稳模式及机理分析,确定采用树脂锚杆的支护方式对顶板进行加固。利用FLAC^(3D)数值模拟方法分析采场支护前后顶板稳定性,得出顶板岩层位移场与应力场变化特征及塑性区扩展规律。结果表明:使用锚杆支护后顶板岩层移动下沉量从未支护32 cm降低至16 cm,覆岩塑性区高度由未支护的9.6 m下降至6.4 m,证明该支护方式可以有效控制顶板位移,研究成果可以为类似矿山采场支护提供借鉴。

基于视觉惯性融合的井下无人车定位方法研究

同步定位与建图(SLAM)技术是矿山井下作业车辆实现复杂环境下自主运行的关键技术之一。基于ORB-SLAM3的算法提出了一种视觉相机和惯性传感器融合的全局定位方法,通过地图点管理机制简化ORB-SLAM3算法中的特征点管理,提高了特征点匹配的准确性。试验结果显示,融合定位新方法在公开数据集的5个序列中,单目、双目以及双目+IMU的模式下平均分别提升了50.5%、8.89%和77.46%,比上一代ORB-SLAM算法更具优势。在矿山井下实地测试中,融合定位新方法在最优模式下实现了更高的全局轨迹精度,全局轨迹误差仅0.4 m,在实际应用中不仅具有更优的性能,而且部署成本更低,有很大的潜力。