基于锂离子蓄电池的煤矿井下储能微电网设计研究

针对煤矿井下隔爆型锂离子蓄电池电源多采用分布式供电,其储备能量和输出功率不能扩容,导致无法实现带载功率较大设备并提供较长时间电力供应的难题,采用“化零为整”策略,通过研究锂离子蓄电池电源并联控制技术,将多台锂离子蓄电池电源以并联方式组合起来构成一种微电网结构,实现储备能量和输出功率的扩容。对并联控制技术实现原理进行了详细的论述,对微电网架构和构成电网的单体电源设备进行了设计,最后将微电网系统在神东煤炭集团锦界煤矿进行了现场试验测试。通过试验得出微电网系统在续航能力、能源利用率、可靠性和稳定性等方面较原单体后备电源具有显著的提高。项目研究非常符合煤矿安全生产实际需要,对煤矿井下供电系统建设和安全高效生产具有十分重要的意义。

基于激光气体检测技术的甲烷传感器设计

目前激光甲烷传感器在检测精度、工作稳定性、响应时间和功耗方面还有一定的提升空间。设计了基于激光气体检测技术的甲烷传感器。甲烷传感器采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)实现甲烷气体检测,选用DFB激光器作为甲烷传感器的光源。采用限幅滤波和二阶数字滤波相结合的软件数字滤波方法,在软件滤波和硬件滤波双重保障下,显著提高测量数据的准确性。通过温度补偿和压力补偿得到甲烷浓度的最终值。误差测试结果表明,传感器测试值与标气之间呈现很好的线性关系,表征传感器具有较高的测试准确度。功耗测试结果表明,最大供电距离可达6 km。响应时间测试结果表明,甲烷传感器响应时间小于15 s。

基于无线Mesh网络的煤矿应急救援系统设计研究

针对煤矿井下巷道特点,指出煤矿井下无线Mesh网络适于组建链状网络拓扑结构,并应结合巷道具体环境进行电磁波衰减理论分析和节点间距设计;针对现有的路由协议不能满足煤矿井下无线Mesh网络链状拓扑结构的要求,结合MIC判据,提出了一种反应式路由协议与先验式路由协议相结合的方法;在此基础上,给出了基于无线Mesh网络的煤矿应急救援系统的整体结构及特点。实验结果表明,把无线Mesh网络应用到煤矿应急救援系统中,提高了救灾工作的安全性、可靠性及灵活性。

南部非洲几何设计规范平面线形设计综述

为了加强与国外标准对接,该文系统梳理了南部非洲几何设计规范的直线、圆曲线、超高和圆曲线加宽的设计条件及要求。相对于中国公路路线设计方法,南部非洲几何设计强调在公路项目设计中评估直线线形的走向,减小眩目现象对驾驶者的影响;圆曲线最大长度的极限值不应大于1 000 m;当圆曲线超高小于等于最大超高值的60%时,宜设置缓和曲线;当设置缓和曲线时,超高曲线过渡段与缓和曲线重合,超高直线过渡段设置在直线上;当不设置缓和曲线时,习惯做法是将2/3的超高曲线过渡段设置在直线上,将1/3的超高曲线过渡段设置在圆曲线上。

乌干达KE公路中央分隔带混凝土护栏的设计

通过总结美国、英国、法国、中国等四国中央分隔带护栏设置标准和影响形式选择的因素,得出在东非欠发达地区,以新泽西为代表的混凝土护栏更有优势。对比分析美国、英国、法国、中国等四国混凝土护栏的构造特征,提出适用于东非欠发达地区的混凝土护栏结构设计。

煤矿井下应急救援无线生命体征监测系统设计

针对现有煤矿应急救援中通信指挥系统技术落后,无法获取救护队员个体体征参数等各种信息的现状,提出了无线生命体征监测技术在煤矿应急救援中的应用研究,介绍了无线生命体征监测系统总体结构,研究了无线生命体征监测关键技术,包括生命体征传感器结构设计、生命体征监测通信协议设计以及救护队员生命体征监测软件设计。研究结果可为井下救护队员自身采取针对性措施确保自身安全提供依据。

柔性基层沥青路面动力响应试槽试验

根据室内试槽柔性基层沥青路面结构的重复加载试验,总结了路用电阻应变片的选择依据和黏贴工艺,对比分析了压路机压实方式对应变片存活率的影响;利用惠斯登电桥电路测试了柔性基层沥青路面的动力响应,并与数值计算进行对比。研究表明:路用电阻应变片栅长应大于80 mm,并与集料的最大公称粒径相关;电阻应变片在压路机静压的方式下有较理想的存活率,而在强振作用下却极难存活;在移动荷载作用下沥青面层底部横向应变交替出现拉、压应变,其最大值比层状弹性体系模型计算值小。

有源电力滤波器中的谐波检测电路设计

针对现在有源电力滤波器中谐波检测的缺陷,设计出一种基于DSP、AD756和MAX260等硬件相结合的谐波检测电路。分析了ip-iq谐波电流检测算法,并且在硬件上实现。介绍了硬件结构原理,给出硬件设计框图和谐波检测各部分的程序流程,并研制出谐波检测电路。实验结果验证了谐波检测的快速性和准确性,系统运行稳定可靠,有较好的应用前景。

基于三轴极限峰值偏应力的岩石非线性破坏强度准则

根据岩石三轴试验强度的变化规律,提出了一种基于三轴极限峰值偏应力的岩石非线性破坏强度准则。将本文强度准则的预测值与15种岩石的三轴试验强度值进行对比,得到的平均绝对误差为2.964%,所有15种岩石的相关性系数均大于0.96,说明本文强度准则具有普遍的适用性,能够较好地预测不同岩石类型的强度。通过与几种典型强度准则的比较发现,本文准则的预测精度略优于目前岩石力学界认为较好的指数型准则,要远好于Hoek-Brown(H-B)准则以及基于临界状态改进的Hoek-Brown(MH-B)准则和改进的Mohr-Coulomb(MM-C)准则。本文准则克服了高围压下H-B准则的预测值与试验强度偏差较大的局限性,避免了MH-B和MM-C准则在围压达到临界围压后不再随围压变化的缺陷。另外,基于应力空间建立了岩石的瞬时黏聚力和内摩擦角与本文强度准则参数k,a和m之间的关系,岩石的瞬时黏聚力随围压的增加而增大,并最终增加到0.5(k+1)σc;岩石的瞬时内摩擦角随着围压的增加而减小,并逐渐减小到0;内摩擦角减小到0的同时黏聚力增加到最大值0.5(k+1)σc。本文强度准则中岩石的三轴极限峰值偏应力取决于参数k和单轴抗压强度σc,岩石三轴剪切强度随围压在初始段的增大幅度取决于参数a和m;参数k和m的取值范围较大,其中k>0,m>1.0;而a为<1.0的正值,取值范围相对集中,为了便于计算可取a=0.95。

基于断裂及高温损伤的岩石蠕变模型研究

为了反映热-力耦合作用下岩石蠕变变形的全过程,依据断裂力学原理提出了岩石裂纹扩展的临界损伤应力和一个新的可描述岩石在稳态蠕变阶段与临界损伤应力相关的非线性黏性分量,在传统西原模型和Burgers模型的基础上,将指数形式的损伤变量、临界损伤应力以及与其有关的非线性黏性分量引入到流变微分方程,通过叠加原理推导了考虑温度效应的单轴和三轴压缩条件下岩石的流变本构关系,建立了岩石的热-力耦合损伤蠕变本构模型。利用不同温度、不同应力条件下花岗岩的三轴蠕变试验曲线和本文蠕变模型的计算曲线进行比较,结果表明本文蠕变模型能够较好地模拟岩石在初始瞬态、稳态和加速蠕变阶段全过程的变形规律,验证了所建模型的有效性和合理性。该模型为分析高温、高应力环境下岩石工程的长期变形和稳定情况提供了理论依据。

基于Zigbee技术的多参数气体便携仪测定器的设计

煤矿井下开采过程中产生的有害气体,给煤矿安全生产和矿工的生命安全带来隐患。为了解决目前多参数气体检测中存在的工作稳定性差等问题,本文采用ARM微处理器和Zigbee技术,设计了一种准确、快速检测煤矿井下环境气体,并存储检测数据的多参数气体便携设备。该测定器实现了对多参数气体的检测和发送,可有效提高气体检测的可靠性和实时性。

防爆电动车锂电池管理系统设计

根据GB 3836—2010系列标准和《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求(试行)》的相关要求,设计了一种防爆电动车锂电池管理系统。该系统以STM32F105VCT7主控制器、LTC6804-2电池管理芯片为核心,基于RT-Thread实时操作系统设计,采用电池被动均衡策略来均衡电池电压。测试结果表明,采用该系统前后,12串锂电池之间的最大压差分别为0.237,0.025V,电池电压均衡效果明显。

基于LoRa通信的无线液压支架压力传感器设计

针对煤矿顶板压力监测系统中的无线ZigBee传感器使用时间达不到设计预期、需频繁更换电池的问题,设计了一种基于LoRa通信的无线液压支架压力传感器。内嵌LoRa模块的无线液压支架压力传感器安装在液压支架上,采集液压支架前支柱、后支柱及前伸梁的压力值。被测液体介质通过导压孔加压到传感器压阻元件上,压阻元件受压发生形变,产生与压力线性相关的阻值变化;传感器的微控制单元测量加在电阻上的电压,将其换算成实际压力值。该传感器实现了煤矿顶板压力监测信号的远距离、低功耗、高可靠性无线传输:通过高扩频因子的直接序列扩频技术提高接收端灵敏度,获得较高的信号增益,从而增加通信距离;通过前向纠错编码技术提高传输可靠性;采集液压支架压力值并成功发送数据后进入休眠模式,以降低功耗。测试结果表明,该传感器1h的平均功耗为1.18mA·h,容量为5000mA·h的锂电池理论续航时间为141d,满足煤矿使用要求;与ZigBee技术相比,LoRa有效通信距离更远,可靠性更高。

矿山应急救援机器人全局路径规划的研究

针对矿山灾后的非结构化的特殊环境,基于栅格法的环境建模和基于改进的概率路径搜索算法,提出了一种矿山应急救援机器人全局路径规划的方法,实现了矿山应急救援机器人的自主避障和路径选择。仿真结果表明,全局路径规划的方法的精度满足应急救援机器人的需求,减小了在全局路径规划中的误差,提高了应急救援机器人的应急抢险能力。

基于SIM808的CAN总线监控和维护终端

为了实时获取CAN总线数据和监控总线的健康状态,并实现对CAN节点的固件更新功能,设计了一种以SIM808为GPRS通信模块、以STM32F072CB为控制核心、基于RT-Thread实时操作系统的嵌入式CAN总线监控和维护终端。本文详细介绍了终端的硬件和软件设计,为提高数据传输的可靠性和稳定性,使用了大容量的外部数据存储器。本终端实现了对CAN总线的监控和维护功能,提高了CAN总线的稳定性,大大降低了人工维护的工作量。

煤矿机器人用锂离子电池均衡系统设计

设计了一套基于LTC6811-2的矿井机器人动力电源用电池管理系统。该动力电源采用24串磷酸铁锂电池串联,通过电池管理系统对动力电源进行电池信息采集、电池信息分析及控制管理,实现动力电源的可靠运行。该电池管理系统采用了主动均衡与被动均衡相结合的方式进行均衡管理,提高了均衡效率,提升了电源健康状态,延长了电源电池组的寿命。

矿用防爆锂电源均流系统设计

针对矿用防爆锂电源多台并联使用时放电不均流的问题,设计了一种矿用防爆锂电源均流系统。该系统由多台防爆锂电源并联组成,防爆锂电源采用166节60 A·h的磷酸铁锂电池串联在隔爆腔内;采用基于平均电流的数字均流策略,以均流控制器为电流调节部件,采用双闭环方式进行控制,系统内环为电流环,外环为电压环,在电压环的基础上增加一个均流补偿,通过电压偏差信号与均流补偿信号实现均流控制。测试结果表明:采用均流系统后,总负载电流为20 A时均流不平衡度为1%~2%,总负载电流大于30 A时均流不平衡度保持在1%以内;与无均流策略的电源相比,采用数字均流策略的电源并联均流效果更好,供电可靠性更高。

基于RT-Thread的CAN转以太网网关的设计

为了解决煤矿数字安全监控系统中CAN总线网络无法与以太网直接进行数据交互的问题,结合煤矿安全监控系统的应用要求,设计了一种以STM32F107VC为控制核心,基于RT-Thread实时操作系统的嵌入式CAN转以太网网关。详细介绍了网关的硬件和软件设计,并且为了提高数据传输的可靠性和稳定性,使用了大容量的外部数据存储器。经实际测试,网关实现了CAN总线网络与以太网的互连互通,提高了安全监控系统通信的灵活性和可靠性。

基于位置指纹的井下电磁超声联合精确定位算法

根据井下巷道的空间结构特点,提出一种基于位置指纹的井下电磁波超声波联合精确定位方法。使用训练节点生成位置指纹数据库,移动节点通过超声波测距同时与锚节点进行无线通信,得到位置指纹特征信息,通过位置指纹匹配运算找到与移动节点所在位置最近的参考点的二维坐标,定为移动节点的二维坐标。

吉林煤矿安全监察局煤矿事故风险分析平台初步设计

煤矿事故风险分析平台通过云技术为基础,将煤矿安全生产管理、煤矿基本信息、远程智能执法、安全生产监测监控、人员定位监察、应急管理、隐患及事故分析融为一体,实现与国家安监总局、吉林煤矿安全监察局及所属分局、试点煤矿企业之间包括视频信息和数据信息的对接目的。为吉林煤矿安全监察局实时了解和掌握吉林省煤矿安全生产情况提供了有效的手段和途径。