基于IMU-LiDAR紧耦合的煤矿防冲钻孔机器人定位导航方法

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。

煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术

针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。

基于无线电磁传输的防冲钻孔机器人钻进轨迹随钻测量方法

防冲钻孔机器人是高地应力矿井实现无人化卸压的必要装备,研发可靠的钻进轨迹随钻测量系统是保障钻孔卸压效果的重要措施。为此,在分析钻进轨迹算随钻测量基本原理的基础上,研制了基于无线电磁传输技术的钻进轨迹随钻测量钻杆;分析了不同电磁信号调制方式的频谱效益和抗噪声性能,设计了钻杆姿态信号的频移键控(FSK)调制和解调流程,进而开发了先放大后滤波的微弱信号调理系统,设计了相应的功能电路,并基于Multisim软件对其进行了测试,各电路模块满足设计要求。对比分析了5种轨迹解算算法的精度和执行效率,选择了均角全距法进行钻进轨迹解算,研究了基于小波滤波的惯性测量单元测量数据振动误差处理方法,验证了小波滤波算法对于提高姿态角解算精度的有效性。提出了基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法,并开展了地面试验与井下试验。试验结果表明:所设计的微弱信号调理系统可以实现煤矿井下微弱信号的接收与处理,基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法可以提高钻进轨迹的拟合精度。

冲钻孔灌注桩在房屋建筑中的应用与施工技术研究

随着社会的不断发展,城市基础设施建设在持续进步,建筑行业在此过程中获得了显著的发展。在房屋建筑工程中,冲钻孔灌注桩施工技术的应用越来越广泛,该技术在房屋建筑工程的地基施工中能有效提高建筑物的安全性和稳定性,详细探讨冲钻孔灌注桩施工技术在房屋建筑中的应用策略和意义,强调了技术准备和现场施工管理的重要性。

冲钻孔灌注桩在房屋建筑中的应用与施工技术

建筑业也迎来了一个新的发展机会,要想更好地满足人们的生活需要,就必须要主动地运用和重视冲钻孔灌注桩施工技术,这样才能提高建筑工程的整体建设质量。这起到了很好的引导和促进作用。适当加大冲孔桩的强度,能够有效地解决既有房屋建筑基础存在的弊端,促进我国建筑业的健康发展。这样的技术,才能让人们的生活水平,得到更好的体现。

复杂工程中冲钻孔后注浆灌注桩施工技术应用研究——以某水利工程安置区建设工程为例

水利安置区施工条件复杂,场地空间有限,基础施工具有一定的难度。随着施工技术的不断发展和革新,冲钻孔后注浆灌注桩施工技术得到广泛应用。以泉州白濑水利枢纽工程参内安置区A-01地块工程为例,介绍了涉及水利工程的安置区复杂条件下冲钻孔后注浆灌注桩的施工方法和施工技术要点,并提出了可行性的质量通病防治措施,希望可以促进同类项目建设水平的提升。

基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其准确定位和定姿是实现卸压作业无人化的基础和前提。通过分析国内外移动机器人及煤矿井下移动设备定位技术的特点,提出了一种基于空间阵列式惯性单元的防冲钻孔机器人位姿解算方法。在分析常规惯性传感单元定位误差类型及来源的基础上,建立了空间阵列式惯性单元数据融合模型,推导出角速度和比例加速度的融合方程,设计了空间阵列式惯性单元位姿解算流程。通过分析防冲钻孔机器人的实际运行工况,模拟了防冲钻孔机器人的曲线运动轨迹,并对钻孔机器人的位姿解算方法进行了仿真分析,仿真结果表明,在曲线运动时,空间阵列式位姿解算方法的位移和姿态角解算精度均优于原始位姿解算方法和差分式位姿解算方法。为了验证所提方法的可行性,根据现场实际情况搭建了移动载体运动工况模拟实验台,根据设定的真实轨迹曲线进行轨迹跟随及监测实验,结果表明:空间阵列式惯性单元的位姿解算精度较高,在x,y,z三轴方向的位移平均误差分别为5.83,8.76和0.84 cm,俯仰角、航偏角和横滚角的平均误差分别为0.07°,0.15°和0.06°。为了进一步验证所提方法的实用性,搭建了防冲钻孔机器人惯性单元位姿监测实验平台,进行了防冲钻孔机器人的直线行走实验,实验结果表明:基于空间阵列式惯性单元解算的钻孔机器人俯仰角、航偏角和横滚角平均误差均小于0.5°,在x,y,z三轴方向的位移平均误差均小于2.00 cm,位姿解算误差均满足实际要求,验证了所提防冲钻孔机器人位姿解算方法的可行性和有效性。

基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。

钻机旋冲钻孔过程中破岩效率的研究

针对岩石钻机旋冲钻孔过程中破岩效率低的问题,基于岩石力学理论和有限元理论,建立了球形钻齿与岩石的相互作用受力模型以及旋冲钻孔破岩的有限元模型。采用了非线性有限元分析软件LS-DYNA来模拟不同参数下的旋冲钻孔过程,得到了钻头破岩过程中钻齿吃入深度与时间以及破碎体积、破碎比功随转速和频率的变化曲线;分析了转速与频率对破岩效率的影响规律。研究结果表明:转速对钻齿吃入深度影响不大,岩石破碎主要发生在冲击力卸载之后,当转速在30 r/min^35 r/min,频率在20 Hz^30 Hz范围内,破岩效率相对较高,能够充分提高能量利用率;该结果可以为钻头的合理设计以及岩石钻具的钻孔工艺参数选择提供依据。

地下工程事故紧急搜救的快速气冲钻孔和实时监测

如何以最快的速度搜救地下工程事故中的被困人员,是完成救援任务的关键,笔者提出了自动监测钻孔过程的DPM方法。该方法在以高压空气作为动力的潜孔锤旋转冲击钻孔中,能够自动、连续地对钻孔过程实时数字监测和记录。这种智能型监测钻孔可以实时建立沿钻孔深度各点的岩土体力学强度与空间分布,从而准确地测定地下洞室或巷道的位置及范围。该技术起到快速搜索以及输送新鲜空气的作用,钻成的孔洞可以将食物和水传递给被困人员。十多年来,实际数字钻孔监测结果表明,这项研究的确可以精确测定和给出地下岩土体的力学强度。该方法可以有效地、具体地应用到地下工程事故紧急搜救工作中。

大直径冲钻孔灌注桩承载力的试验研究——超长桩工程设计建议

自1987年以来,我院结合科研课题,有目的地在中国福建省福州,厦门工程桩试验中预埋测试原件,在已积累整理71项工程148根现场试验资料基础上,着重就18根>50m,超长桩的工作机理进行探讨分析,并提出工程设计建议。

浅谈冲钻孔灌注桩桩基事故的类型及相应的处理措施

桩基质量的好坏直接影响到建筑成本的高低与上部结构的安全与否,而桩基在施工过程中受工程地质、水文地质、人为等各种因素的影响,造成桩基事故的可能性增加,因此对桩基质量事故的准确分析与正确处理就显得及其重要。

复杂地质条件下冲钻孔灌注桩后注浆技术应用

以闽北某大楼冲孔灌注桩基础设计和施工实践为例,探讨了在复杂的地质条件下选用浅层砾卵石层为持力层、使用后注浆技术加固冲孔灌注桩的方法。工程实践显示,该施工技术提高了单桩承载力,缩短了桩长和工期,取得了良好的经济效益和社会效益。

冲钻孔灌注桩在房屋建筑中的应用与施工技术分析

文中主要结合建筑施工技术的具体应用情况,分析了钻孔灌注桩施工技术要点及钻孔灌注桩施工过程当中存在的主要问题,并提出了具体的应对策略。

冲钻孔灌注桩注浆施工工法及承载力研究

针对传统灌注桩沉渣过厚、桩端承载力降低的问题,结合宁德天行万安苑项目,分析桩端后注浆提高承载力机理,研究冲钻孔灌注桩关键技术及工程应用。桩端后注浆技术,利用压力注浆,固化桩底沉积物和桩侧泥皮,增强桩底的稳定性,承载力得到显著提升。随着桩身长度、桩径的增大,承载力提升的效果逐渐减缓,推荐工程中桩径为0.8m或1m,桩身长度保证桩底嵌入稳定持力层2m以下;相同条件下,弹性模量较高的后注浆灌注桩的承载力明显优于低弹性模量的桩,注浆量越多,承载力的增幅越大,基础的沉降量越小。

浅析桥梁冲钻孔灌注桩大直径桩基施工技术

分析大直径桩基施工应注意的技术问题,系统地描述施工方案、施工方法和施工过程的质量控制措施,可供类似工程参考。

市政桥梁冲钻孔灌注桩施工流程及关键技术探析

作为桥梁工程建设中的重要组成部分,冲钻孔灌注桩施工技术的应用显得极为重要,与具体桥梁桩施工质量和技术水平息息相关。文章根据以往工作经验,对市政桥梁冲钻孔灌注桩施工准备工作进行总结,并从加固钻机底座与埋设钢护筒、测量定位与冲击钻机安装就位、冲击成孔、成孔检查、清孔操作、钢筋笼制作吊装和就位、灌注水下混凝土七方面论述了市政桥梁冲钻孔灌注桩施工流程及关键技术。

浅析地下孤石作为持力层在冲钻孔灌注桩基础中的利用

简要介绍厦门武夷嘉园桩基工程———冲钻孔灌注桩基础在设计与施工过程中充分利用地下孤石作为持力层的成功经验。

复杂岩溶地质条件下冲钻孔灌注桩的应用

龙岩邮政楼场地 ,上为泥炭质软土 ,下覆岩溶。对这一复杂的地层采用远离溶洞的支于卵石层的冲钻孔桩与桩底循环式后注浆 ,为同类工程提供经验。

浅议冲钻孔桩基工程泥浆护壁工艺及技术

就冲钻孔桩基工程泥浆护壁工艺及技术进行探讨,为相关工作提供借鉴。