Preparation and properties of a new cutting pick of coal shearers

Reliability and wear resistance of cutting picks play a significant role in coal mine exploitation with coal shearers.Tool bit separation,blade breaking,severe erosion of the cutting body and fatigue fractures are the main reasons for failure of cutting picks.We carried out carburization on a 30CrMnMo alloy to synthesize a new cutting pick material with improved mechanical properties and high wear resistance.The results indicated that carburization can effectively strengthen the surface of the 30CrMnMo alloy by forming a thick carburized layer and thus significantly improve the surface hardness and wear resistance.In addition,the excellent toughness of 30CrMnMo alloy as a substrate of cutting picks can prevent brittle ruptures and fatigue fractures under high impact stress conditions.The significant decrease in both frictional coefficient and rate of erosion of this carburized 30CrMnMo alloy suggests that this alloy is a potential material for cutting picks of coal shearers after rational carburization.

Nonlinear multi body dynamic modeling and vibration analysis of a double drum coal shearer

The double drum coal shearer is widely applied for the underground coal exploration in the mining industry.The vibration and noise control are significant factors for the stability design of the double drum coal shearer.In this paper,the vibration properties of a double drum coal shearer are firstly investigated.The horizontal,transverse and torsional vibrations of the motor body and the angle displacements of the rockers are taken into account.The walking units and the hydraulic units are modeled by the stiffness-damping systems.The nonlinear equation of motion of the double drum coal shearer is established by applying the Lagrange’s equation.The nonlinear vibration response of the system is calculated by using the Runge Kutta numerical method.The effects of the shearing loads,the equivalent damping and stiffness of the walking units,the inclination angels of the rockers and the equivalent damping and stiffness of the hydraulic units on the vibration properties of the system are discussed.

An experimental research of dynamic characteristics for long wall shearer cutting unit gearbox in oblique cutting

Oblique cutting is a working condition in fully mechanized mining whose function is making it possible for coal shearer to cut coal wall.Coal shearer often exhibit large vibration amplitudes in oblique cutting since the shearer is forced to be bent.In this study,dynamic behavior in oblique cutting for the coal shearer cutting unit gearbox(SCUG)is investigated experimentally based on National Coal Mining Equipment Laboratory of China.A new long wall mining test set-up consists of a test coal shearer and other auxiliary machines is developed for operating long wall coal mining process.Realistic oblique cutting process is developed,and vibration response will be more accurate since both cutting loads and test machine in this experiment are realistic.A data-acquisition system consisting of sensors,channel conditioner and computer is developed to capture three-dimensional vibratory accelerations.A test matrix which included various combinations of key cutting load parameters is executed under realistic oblique cutting loads within a wide parameter range to establish database.Experimental data is analyzed in time,domain and time-frequency domains for investigating the rules of dynamic behavior for SCUG.Beat vibration phenomenon and the coupling of gear mesh frequencies are found in experiment,resulting in local resonance and reduce fatigue life of SCUG.The influence of cutting load on beat phenomenon and frequency coupling is demonstrated at the end,and some conclusions are obtained.

综采面无线采煤机截煤跟踪降尘系统的设计

为了有效地解决现有综采面采煤机截煤跟踪降尘系统各设备间由于有线连接的安装难度大、线路易扯断、维护繁琐等问题,设计了一种基于无线通信的采煤机截煤跟踪喷雾系统。阐述了系统的总体结构,介绍了采煤机定位发射器和定位接收器的设计原理,重点介绍了喷雾控制箱的硬件设计、软件设计以及低功耗设计过程。通过在实验室搭建模拟系统,进行了喷雾功能实验,结果表明:该系统各设备之间采用无线通信,减少了中间的线路连接,安装及维护简单,系统能够按照设定的系统喷雾参数,控制电动球阀的开启和关闭,实现采煤机滚筒附近的喷雾降尘。

Parameters analysis of shearer drum loading performance

Three drums with different helical angles （15°, 20°, and 25°） were developed to investigate improved loading performance of the shearer drum. Nine trials were performed at different drum rotation speeds （80, 100, and 120 r/min） and different haulage speeds （1.5, 2.0, and 2.5 m/min） in an orthogonal test design. Loaded coal quantity and cutting power of the drum were the responses measured under the dif- ferent conditions. The effect of the parameters was determined by means of the extreme difference method. The significance of the effects was determined by analysis of variance. The results indicate that the effect from changes in the helical vane on loading performance of the drum is the largest in magnitude. The haulage speed has the least affect on loading performance. The helical angle has the least affect on cutting power of the drum. Haulage speed has the largest affect on the cutting power of the drum. 2011 Published by Elsevier B.V. on behalf of China University of Mining ＆ Technology.

采煤机截割部低照度图像的边缘检测技术

针对井下低照度环境下采煤机截割部边缘检测任务中存在的边缘缺失、细节模糊等问题,提出一种基于分数阶微分的边缘检测Lif算法。首先采用更大的检测模板尺寸,根据Grünwald-Let-nikov分数阶定义构造最初的分数阶掩膜算子;然后根据Pascal三角形理论确定掩膜算子上各位置的权重系数,并将掩膜算子扩展到4个不同方向;最后将得到的掩膜算子与图像进行卷积,利用图像的局部特征信息对每个方向的微分结果进行后处理。结果表明:(1)在进行多个不同场景的井下低照度图像上的实验时,Lif算法可以更全面地获取图像中不同方向上的边缘信息,在处理低照度图像时具备更强的抗噪性能,并且提取的边缘线条比其余边缘检测算法更加清晰、完整,保留了更多的纹理细节信息。(2)在客观指标评价的对比上,与基于分数阶灰色系统模型的边缘检测算法以及改进的分数阶Sobel边缘检测算法相比,Lif算法在Entropy指标上分别提高了43%、11%,AG指标上分别提高了23%、23%,SSIM指标上分别提高了152%、6%。表明Lif算法在进行采煤机截割部的边缘检测任务时更具优势,研究对井下设备工作运行时的安全性和可靠性提升具有重要意义。

基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测

采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络(CC-GRU),对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差(MAE)为43.80 mm,平均绝对百分比误差(MAPE)为1.90%,均方根误差(RMSE)为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆(LSTM)神经网络、GRU、时域卷积网络(TCN),CC-GRU模型的预测速度较快且预测精度较高,能够更准确地对采煤机调高轨迹进行实时预测,为工作面煤层模型的建立和采煤机调高轨迹的预测提供了依据。

含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。

薄煤层综采工作面智能化关键技术与应用

针对薄煤层工作面开采长期面临的装备配套性能低、智能化程度低、经济效益低、劳动强度高的“三低一高”问题,构建了工作面生产时地面工艺调度决策,井下设备依据决策自动执行的“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的智能无人开采新模式。建立了以地面控制中心为核心,以井上下万兆网络通讯平台、采煤机规划截割、液压支架主从调度、机载音视频装置、巡检机器人、电缆拖拽、三岗合一为辅的成套化薄煤层智能化开采关键技术。通过工业实践表明,该模式可实现生产时将工作面内作业人员由原来3人减为无人,达到无人则安;生产效率由原来的每天12刀提升到14刀,最高达到16刀,平均提升17%以上。

厚倾斜煤层采煤机的研发

针对厚倾斜煤层的开采需要,对现有大采高采煤机牵引力、制动性能、摇臂润滑、液压系统和电气控制系统方面进行技术改进,开发了一款适用型采煤机。通过地面试验台架大倾角适应性试验和井下工业性试验,验证了该采煤机可满足厚倾斜煤层工作面的安全采煤,为煤矿提供了有力装备支撑。

叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术

常规采煤机调速截割控制多采用直接转矩控制技术,该方法易受到煤层应力集中系数的影响,导致控制后的截割比能耗较大,控制效果不佳。为此,提出叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术。根据薄煤层力学模型,分析采煤机滚筒在叠加扰动下的受力情况,并参照煤层的临界宽度计算煤层的应力集中系数,结合截齿修正函数对煤层截割阻抗进行识别,分析采煤机的截割运动参数,并对其进行优化。采用模糊控制原理,设计调速截割控制策略,通过调整截割阻力范围实现对采煤机调速截割控制。以实际采煤矿区为例,运用所提方法对实验采煤机进行自主调速截割控制。结果表明,设计的方法能够良好地控制采煤机的牵引速度,得到的截割比能耗较低。

采煤机滚筒结构对装煤性能的影响

针对采煤机滚筒截割硬煤、装煤效率低的问题,对设计的鼓形滚筒开展了装煤效率验证工作。仿真分析结果表明,截割相同质量的煤炭,鼓形滚筒的有效装煤效率优于普通滚筒。分析了锥顶角对鼓形滚筒有效装煤效率的影响。结果表明,随着筒毂锥顶角的增大,有效装煤效率呈先增大后降低的趋势,锥顶角为10°的有效装煤效率最大,数值为72.3%。采用旋转截割试验台验证了鼓形滚筒仿真计算结果的准确性,证实了与普通滚筒相比,鼓形滚筒在装煤效率方面具有明显的技术优势。

急倾斜采煤机牵引系统研究

对满足采高1.2~2.0 m、适应最大倾角68°的急倾斜薄煤层采煤机牵引传动系统关键技术进行研究。分别研究了紧凑型大扭矩牵引传动系统总体技术、急倾斜高可靠性行走系统、重载调速和负荷平衡技术三方面关键内容,可有效提高急倾斜薄煤层采煤机的牵引爬坡能力和控制可靠性。该研究成果已在四川达竹集团、川煤集团等国内大型煤炭生产企业推广应用,极大促进了急倾斜采煤机技术的进步和煤矿生产效率的提高,为复杂地质条件下急倾斜薄煤层的安全开采提供了装备技术保障,推广应用前景十分广阔。

基于矿用5G技术的采煤机智能化技术

通过综述当前专家学者及工矿企业对“矿用5G+煤矿智能化”技术的研究与应用,得出其进展长足但仍然存在应用场景和生态匮乏的结论。针对采煤机智能化方面存在全面感知能力较弱、远程控制时效性低、通信系统可靠性差的技术短板,构建基于采煤机的矿用5G通信系统。以单一采煤机通信系统为研究对象,分别阐述了采煤机5G通信系统架构、采煤机5G CPE安装方式、综采工作面5G基站布设方式。基于5G技术具有的大宽带、低延时、广连接的特性,展望5G技术应用于采煤机后,可拓展采煤机在煤机云端控制、海量数据传输、故障远程诊断等智能化方面的应用。

煤矿掘进设备发展及改进研究

掘进设备对煤矿安全生产具有十分重要的意义。随着科技的发展,中国煤矿有必要进一步优化改进掘进设备,使其最大程度地发挥自身优势和作用,为企业带来更好的经济效益。主要分析了煤矿掘进设备的发展现状及设备改进原则,详细阐述了掘进设备的改进方向,并指出了未来掘进设备的发展趋势。

低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制研究

传统采煤机综合控制方法是直接建立综采滤波模型,未对采煤机综采参数进行提取,造成耗电量相对较高。提出对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机综合控制进行研究。对采煤机综采参数进行提取,通过提取的采煤机综采参数建立综采滤波模型,确定获得的压力传感数据是否正确,最后利用该模型实现对低瓦斯煤矿综采工作面采煤机的综合控制,设计对比实验,证明该控制方法的控制效果更好,具有节能性。

采煤机机身智能化连接系统研究与应用

采煤机是综采设备中的重要组成部分,采煤机机身通常由螺栓连接固定,螺栓的松动情况对采煤机的稳定可靠运行有着关键作用,通常由人工定时对螺栓检测以及紧固。采煤机机身智能化连接系统采用传感器得到螺栓微变形情况,并通过数据中心分析得到螺栓轴向受力情况。在实际应用中,采煤机机身智能化连接系统能够检测螺栓轴向受力,单个螺栓轴向受力稳定,浮动范围在10%以内,螺栓能够满足采煤机机身紧固连接要求。当螺栓出现轴向受力突变时,能够根据设定阈值,及时按照不同等级发出警报提示,工作人员能够据此做出判断并维护。该系统能够实时检测、记录、分析、预警螺栓受力情况,减少人工检测,对采煤机的持续运行提供保证。

薄煤层采煤机大截深开采技术研究与应用

针对部分薄煤层工作面通过增大滚筒截深来提高开采效率和减少工人劳动强度的需求,建立了折算单刀开采效率计算模型,对开采效率提高影响较大的装煤效果和牵引速度深入研究分析,并提供两个具有代表性的应用案例。本文研究为矿方研究其通过增大截深提高开采效率的可行性提供分析思路,同时也对薄煤层大截深开采技术的发展有一定的指导意义。

基于Duffing混沌振子的长壁采煤机链轮摆线齿廓生成方法

长壁采煤技术的链轮摆线齿廓对采煤效率和安全至关重要,但其生成过程受开采不确定性影响,特征选择和提取难度大,难以满足高效安全采煤需求。因此,本文提出基于Duffing混沌振子的长壁采煤机链轮摆线齿廓生成方法。利用反转法建立摆线齿廓方程,推导摆线齿廓结构参数;结合实际啮合状态与应用原理,采用展成法对应切齿过程,修正链轮摆线齿廓几何参数;基于Duffing混沌振子构建动力学模型,在非线性周期驱动下描述齿廓几何参数变化过程,生成长壁采煤机链轮摆线齿廓。实验结果表明:在给定设计参数下,研究方法的径向位移、轴向位移,以及法向偏角均与理论值的偏差小,满足周向侧隙和齿廓间隙要求,能够保证采煤机链轮应用过程中的啮合状态和使用寿命。

智能化采煤机电控系统的现状与发展方向

分析了智能化采煤机电控系统的组成、功能、应用等现状,详细阐述了智能化程度提升、远程控制与无人化开采、大数据分析与决策支持、新能源与清洁能源的应用等智能化采煤机电控系统的发展方向。通过在煤矿实际应用表明,智能化采煤机电控系统降低了工人的劳动强度,显著提高了采煤效率和安全性能。