悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统研究

针对目前煤矿井下掘进过程自动化程度低、掘进效率低、巷道成型质量差等问题,提出了一种悬臂式掘进机器人巷道成形智能截割控制系统。该系统结合巷道尺寸和截割工艺要求,基于三次多项式光滑函数的悬臂式掘进机器人关节空间轨迹规划方法,通过建立的悬臂式掘进机器人坐标系统及悬臂式掘进机器人运动学正问题与逆问题求解,确定轨迹规划光滑函数参数;规划好截割轨迹后,以视觉定位方法获得的悬臂式掘进机器人截割头位姿数据作为反馈量,基于反馈线性化积分滑模控制器的截割轨迹控制算法实时计算控制量,以规划轨迹点和视觉测量位姿点构建反馈控制系统,实现对悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的动态控制。实验结果表明,该系统能够实现悬臂式掘进机器人巷道成形截割过程的智能控制,定位精度高,稳定性好,轨迹跟踪误差小于25.61mm,可满足巷道成形质量需求。

光面爆破在岩巷掘进时对巷道成形的重要性

介绍了光面爆破技术原理、优点、炮眼的种类、技术要求以及炮眼布置的基本要求,从而阐述了光面爆破技术在岩巷掘进时对巷道成形的重要性。

掘进机巷道成形及恒功率截割技术研究

为进一步提升煤矿综采工作面的生产效率和安全性,以提升掘进环节对应巷道成形的质量和速度为抓手,重点对涉及的掘进机位置及姿态的监测、巷道成形的控制及恒功率截割的控制三项关键技术进行研究,总结得出各个关键技术应用时的核心内容,为其功能实现奠定了良好的基础。

数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法研究

针对目前巷道自动成形截割控制调试周期长、调试成本大、安全风险大、成形质量难以评价等问题,提出了一种数字孪生驱动的巷道自动成形截割虚拟调试方法。采用基于即时外观建图(RTAP−MAP)技术重建巷道三维环境,构建掘进机控制系统模型,形成虚拟调试环境,并利用虚拟传感器技术实现物理空间到虚拟环境状态的精准映射。针对难以量化评估断面成形质量的问题,确立了巷道自动成形截割性能评价方法,以断面成形截割控制过程在数据传输中心的记录为基础,主要对断面成形精度、截割效率与油缸开关次数、硬岩切割调整、超挖欠挖4个评价指标进行计算,从而为深度学习算法的迭代优化提供精准反馈信号,并提出了一种融合强化学习的自动截割控制策略,以提高自动化作业的适应性和精确度。为验证该虚拟调试方法的有效性和准确性,搭建了掘进机自动控制实验平台,并将虚拟调试系统应用于掘进巷道成形截割自动控制程序中。虚拟仿真结果表明:①被调试软件在控制关键点位处的X,Y,Z轴定位误差的最大值分别为74.8,72.93,123.67 mm,说明虚拟调试方法的定位精度达到性能要求。②虚拟样机与物理样机轨迹基本一致,说明该调试方法实现了对物理空间的映射。应用结果表明:①强化学习控制器在虚拟掘进测试中适应了复杂环境,将虚拟传感器输入有效转换为精准控制指令,验证了模拟−现实迁移训练的可行性。通过处理掘进精度和避免超欠挖的实时反馈,控制器学习并优化了策略。②优化后的断面成形截割控制性能得到了提升,根据数据库中控制量时间戳的记录,用时126 s,较优化前耗时减少了8 s。③优化后截割部末端轨迹跟踪最大误差为6.0 mm,较优化前降低了0.3 mm,避免了截割轨迹抖动导致的欠挖,同时使得轨迹和断面更加平滑。

浅析机械化掘进巷道的成形控制

在机械化掘进过程中,“三软”煤层的巷道成形较难控制。本文以此为出发点,分析了巷道成形关键因素,并提出了相应的解决方法。力求在确保机械进尺高水平的情况下,巷道按设计要求成形,进而完成机械化掘进巷道的质量标准化建设。最终结果满足安全生产标准化建设对巷道本身的要求,希望给同业人员提供借鉴。

油缸位移传感器精度对掘进机截割成形误差影响规律研究

考虑到掘进机截割部油缸内位移传感器的检测误差会影响到掘进机截割成形精度,运用机器人运动学分析方法,建立考虑油缸位移传感器误差的截割头在巷道断面坐标系中的运动学方程,然后利用蒙特卡洛模拟方法模拟分析不同油缸位移传感器误差等级对截割头在巷道空间内定位偏差精度影响规律。基于巷道外轮廓的创成机理,构建截割头截割巷道外轮廓的数学模型,通过数值计算分析油缸位移传感器误差对截割表面形貌特征的影响规律。研究结果表明,截割头坐标误差概率密度分布呈细长型的椭圆空间区域,水平回转油缸传感器的误差,主要影响截割头在X轴上的偏差;升降油缸传感器的误差,主要影响截割头在Y轴上的偏差。截割后在煤岩上形成"凹坑"和隆起"峰脊"之差的最大值是主要取决于截割头形状,外轮廓平均值会受油缸传感器误差影响。当升降油缸传感器误差超过±10‰FS时,巷道成形轮廓偏差超过了掘进机自动成形的要求。

截割头几何因素影响下的巷道表面形貌特征与建模

考虑到纵轴式掘进机截割头运动轨迹直接影响巷道成形表面形貌特征,分析了截割头截割巷道得到的巷道外轮廓的创成机理,运用机器人运动学分析方法确定掘进机截割头在巷道空间坐标系内的坐标,构建截割头截割巷道外轮廓的数学模型;通过数值计算分析截割进给量、截割角度、截割头形状、截割头半径及截割头锥角等参数对截割表面形貌特征的影响规律。研究结果表明:“球冠+圆柱”式截割头截割得到的巷道表面最不平整,“球冠+圆锥+圆柱”式截割头截割得到的巷道表面最为平整;随着截割升降角度和截割进给量的减小、截割头球冠半径和截割头圆锥角的增大,截割得到的巷道平整度提高;截割升降角度越大,越需要对巷道平整度进行精确控制。

悬臂式掘进机自主调速截割控制系统

现有悬臂式掘进机截割控制采用较为单一的控制方法且截割头以定速完成巷道断面截割,未综合考虑轨迹规划和自主调速控制,在复杂地质条件下难以实现较高的巷道工程质量。针对上述问题,提出了一种悬臂式掘进机自主调速截割控制系统。首先,建立截割头和煤层的三维模型并导入ABAQUS软件进行有限元分析,获取截割头受到的反作用力与截割臂摆动速度之间的关系,进而得到截割臂摆动速度与截割头加速度之间的关系,利用k-means聚类方法对加速度进行分层。然后,采用层次包围盒算法建立截割头碰撞检测模型,规划合适的矩形巷道断面截割轨迹,经多次离散化生成离散截割轨迹规划点,对截割臂进行运动学逆解计算,获取截割头到达离散截割轨迹规划点所需的截割臂回转弧度、抬升弧度和伸长量,并利用全局最优速度模型求解截割头运动至离散截割轨迹规划点的速度。最后,利用加速度传感器采集截割臂振动信号,根据加速度分层结果确定截割臂目标摆动速度,并通过模糊PID控制使截割臂摆动速度及时准确地随截割头加速度的变化调整到目标摆动速度。实验结果表明:采用模糊PID控制可实现较为快速、无超调量的截割臂摆动速度调节;与定速截割控制相比,采用自主调速截割控制的巷道断面成形质量高,宽度规格偏差降低了37%,高度规格偏差降低了17%,满足MT/T 5009-1994《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定的巷道成形质量要求。

基于Power Panel和PCC的悬臂掘进机新型电控系统设计

分析了掘进机电控系统的功能需求;提出了一种以Power Panel和PCC为控制器的悬臂掘进机新型电控系统的设计方案,详细介绍了该新型电控系统的软、硬件设计和实现方法。该新型电控系统以PCC为下位机、Power Panel为上位机,具备巷道断面自动成形功能、截割臂恒功率自动牵引调速功能、机身位姿自动检测功能、定向掘进功能及全功能遥控,实现了巷道自动截割与定向掘进系统的计算机控制,为悬臂掘进机的自动化和智能化奠定了基础。实际运行结果表明,该系统控制效果良好。

基于零速修正的掘进机惯性导航定位方法

针对掘进机定位采用光电导航存在环境适应性差、惯性导航存在长时定位精度低等问题,在分析掘进机运动特点的基础上,提出了一种基于零速修正的掘进机惯性导航定位方法。在较短的掘进机停车时间间隔内,利用二次曲线拟合惯性导航系统的速度误差曲线,经过积分得到位置误差曲线,从而修正惯性导航系统的位置测量值。试验结果表明,基于零速修正的掘进机惯性导航定位精度可达厘米级,定位误差波动范围小,定位累计误差随时间增加没有明显增大趋势,满足掘进机定位要求。

大红山铁矿Ⅰ号铜矿带台车掘进光面爆破试验研究

巷道成形良好的关健因素主要是矿岩的岩性、构造的发育情况、炮孔起爆顺序、孔内装药量和周边眼的间距。目前大红山铁矿井下掘进施工中起爆顺序和孔内装药量都已是成熟的技术,现阶段对台车光面爆破试验研究以调整周边眼的间距为主。为探讨大红山铁矿Ⅰ号铜矿带台车掘进光面爆破技术,通过不同周边眼间距的台车掘进光面爆破试验研究的效果对比,得到台车掘进光面爆破最优效果的最优周边眼间距,为大力推进台车光面爆破掘进奠定坚实的基础,随着研究的深入和实践经验总结,对各类金属矿山的采掘施工中,提高作业效率,降低安全风险,将得到更为广泛的应用。

矿用掘进机自主定位导航控制系统的研究

为解决矿用掘进机定位难题,从理论上介绍了EBZ318(H)型悬臂式掘进机组成结构及其自主定位导航控制系统,分析了系统的构成和工作原理。借助实验的手段,比较了理论与实际的自主定位导航控制下掘进机运动轨迹,结果显示,掘进机在自主定位导航控制下,定位精度高,效果理想,能够显著提高掘进巷道质量,为掘进机井下作业提供了一种高效的定位方法。

煤巷锚网索支护断面欠佳原因分析与对策

曲江矿井煤巷掘进工作面采用爆破施工工艺,锚网(梁)索联合支护。在712(b)开切眼前期施工过程中,成巷及断面轮廓的整形方面难以达到验收标准的要求,分析断面成形欠佳的原因,提出对策,使712(b)开切眼后期施工质量符合要求。

聚能乳化炸药在煤矿井下的应用

聚能乳化炸药是利用乳化炸药在一定的约束条件下,爆炸后的爆轰波及其爆轰产物形成的气体按照一定方向传播,此产品在煤矿井下开拓系统的应用,改变了巷道开拓工作面周边眼装药结构,这种爆破技术减少了对围岩的破坏,提高了巷道的成形质量,降低了材料消耗,有利于提高掘进速度和降低工程成本。

煤巷炮掘锚杆支护施工技术优化

针对煤巷炮掘锚杆支护施工中出现的问题,包括巷道成形不好、巷道易“坠包”、出现放炮“推网”和崩坏离层指示仪等现象,进行了技术分析和工艺优化,为锚杆支护更好地在煤巷炮掘施工中推广应用提供了技术借鉴。