基于模糊神经网络PID的煤矿掘进机俯仰控制研究

目前煤矿掘进机俯仰控制主要采用PID控制方法,在掘进机俯仰控制时变性与液压系统非线性情况下的控制精度不高。掘进机俯仰控制通过控制液压缸行程实现,将传统PID算法与模糊控制、神经网络等相结合,可有效提高液压缸行程控制精度。提出了一种基于模糊神经网络PID的煤矿掘进机俯仰控制方法。通过分析掘进机支撑部运动学关系,得到俯仰角与支撑部液压缸的数学关系;介绍了掘进机俯仰控制液压系统工作原理,建立了液压系统及其传递函数模型;将模糊控制与神经网络相结合,形成模糊神经网络,利用模糊神经网络优化PID控制参数,再结合支撑机构数学模型和液压系统传递函数模型,建立掘进机俯仰角模糊神经网络PID控制模型,实现煤矿掘进机俯仰机构自动精确控制。该方法可使掘进机俯仰机构更加快速、准确到达预设位置,解决掘进机俯仰控制中的时变性与非线性难题。仿真结果表明:模糊神经网络PID控制算法相较于模糊PID和PID控制算法,跟踪误差分别降低了69.34%和74.49%。通过液压缸位移控制模拟煤矿掘进机在突变工况和跟随工况下的俯仰控制,结果表明:模糊神经网络PID控制算法相比模糊PID和PID控制算法,俯仰控制跟踪误差最小,对位置信号的平均响应时间分别缩短了27.22%和50.33%,动态控制性能更好。

基于多模态控制策略的TBM掘进参数预测模型研究

针对TBM掘进控制严重依赖人为经验,缺乏科学控制策略和方法等问题,结合TBM掘进过程中“人-机-岩”三因素耦合的闭环控制系统特点,总结常规地层和不良地层控制规则与操作流程,阐述不同地层条件下TBM主司机掘进控制意图和掘进参数控制方法。根据不同围岩等级下控制原则的差异性,提出TBM多模态控制策略和基于TBM围岩分级的掘进参数预测方法,并在吉林引松供水工程TBM 3标进行应用验证。研究表明,基于多模态控制策略的TBM掘进参数预测模型预测准确度大于88%,其中刀盘转速预测准确度为94%,掘进速度预测准确度为88%,满足工程应用需求。

山特维克MB670掘锚一体机智能化掘进控制系统研究与应用

本文介绍了中煤西北能源有限公司山特维克MB670掘锚一体机智能化改造方案及实施效果,分析了存在的问题,以期能对智能化掘进工作面建设提供有益借鉴。

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明:基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。

基于嵌入式软PLC的掘进机控制系统设计

针对现有以普通PLC和专用控制器为核心的煤矿掘进机控制系统存在开发成本高、维护量大、跨平台移植难等问题,设计了一种基于嵌入式软PLC技术的掘进机控制系统,分析了系统的功能需求和实现原理,提出了以嵌入式软PLC为核心的控制系统架构。该系统通过实时操作系统的定制、软PLC运行时系统的移植及驱动组件的开发,实现了掘进机基本逻辑控制、全功能遥控和自动截割功能,可对掘进机状态进行实时监测,通过遥控器实现全功能远程遥控,通过设定断面形状、路径类型、巷道高度、巷道宽度和截割间距等参数实现巷道断面的自动截割成形等。相比于以PLC和专用控制器为核心的控制系统,采用嵌入式软PLC的掘进机控制系统可更好实现掘进机装备的标准统一和系统的组态开发,跨平台移植性好。测试结果证明该系统基本控制功能和遥控操作性能良好,自动截割断面边界最大误差小于10 cm。

悬臂式掘进机视觉导航与定向掘进控制技术

煤矿巷道掘进装备位姿测量是国内外目前研究的热点,不同的巷道快速掘进系统均面临定向导航难题。为解决煤矿井下悬臂式掘进机自动定向掘进控制难题,提出一种基于视觉导航的悬臂式掘进机自动定向掘进控制方法,利用单目视觉测量技术,以巷道中激光指向仪的激光点和激光束为特征构建基于门形结构的掘进机机身位姿视觉测量模型,通过空间矩阵变换解算巷道中机身位姿。根据悬臂式掘进机运动特点确定掘进机纠偏控制策略,基于悬臂式掘进机运动学建立掘进机定向掘进运动控制模型,采用backstepping方法,选取合适的Lyapunov函数设计掘进机轨迹跟踪控制器,有效解决掘进机轨迹跟踪控制问题。实验结果表明:悬臂式掘进机机身位姿视觉测量方法可有效实现井下工作环境中悬臂式掘进机机身的位姿测量,得到掘进机机身位置测量误差在±40 mm以内,姿态角角度测量误差在±0.3°以内;轨迹跟踪控制器可实现悬臂式掘进机的自动定向掘进功能,其运动控制精度在±20 mm以内,满足巷道施工的精度要求。该方法中工业相机固定安装于掘进装备机身,且利用激光指向仪点-线特征构建门型三线模型作为位姿测量基准,与相关研究对比,具有不易脱靶、标靶移动少等优点。

复杂地质中盾构掘进控制技术探讨

文章结合广州地铁三号线和五号线部分标段的施工实践经验,对不同地质条件下盾构控制技术进行了探讨,剖析了一些常见故障产生的原因,提出了解决对策和预防措施。

煤矿掘进机自动截割成形控制方法研究

针对目前煤矿井下综掘自动化控制存在的不足,提出了掘进自动截割成形控制方法。分析了掘进机截割头巷道断面截割工况,研究了截割头工作阻力与截割电机电流之间的关系,在此基础上,提出了一种综合慢开慢停与加减速控制及截割摆速分级自动调控的模型,研究结果表明,该模型能够在保证巷道断面成形质量的条件下,快速区分煤岩过渡区,自动调整截割臂摆速,提高截割臂摆动速度的利用率,且延长了截割电机、截割头及液压系统等元部件的使用寿命,确保了掘进机的安全、高效、可靠工作。

圆砾泥岩复合地层盾构掘进控制技术探讨

结合南宁地铁1号线火朝区间和朝新区间盾构隧道施工情况,对圆砾泥岩复合地层中土压平衡盾构掘进施工控制技术进行探讨。明确在此类地层中盾构掘进施工面临的问题,包括盾构掘进功效不佳、掘进面稳定性难以控制和施工对地表沉降及周边环境影响大,继而从掘进参数优化、渣土改良优化、壁后注浆优化、建筑物保护等方面提出土压平衡盾构穿越圆砾泥岩复合地层的成套掘进施工控制技术。

俄罗斯掘进机用隔爆兼本质安全型控制箱的设计

由于俄罗斯有自己国家的防爆设备等规范,因此在设计掘进机用隔爆兼本质安全型控制箱机械机构时,需按照俄罗斯的规范设计,且需在俄罗斯申请煤安认证。论述了按俄罗斯规范要求设计掘进机用隔爆兼本质安全型控制箱机械结构时应注意的一些问题,同时也阐述了在两国设计规范中的一些区别与联系。

填海区盾构掘进难点控制

为解决填海区盾构施工中困难多、投入大、工效低、工期难以保证等难题,以深圳地铁1号线续建工程5标前海—鲤鱼门盾构区间为例,针对填海区复杂多变的地层,分析总结填海区盾构掘进的各种难点,并提出相应的控制措施。

TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展:(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM(有限元-离散元耦合)方法,提出了挤压变形卡机监测预警方法,形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系;(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息(刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息)实时感知技术,初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。

中强风化泥质粉砂岩复合地层盾构掘进参数控制

盾构掘进参数是盾构隧道施工过程中影响施工安全、施工效率的重要因素。基于三维颗粒流离散元分析方法,建立了复合地层全刀盘滚刀破岩数值模型。通过分析盾构不同掘进参数下刀盘破岩受力情况,确定了盾构最大掘进速度与刀盘转速的关系,提出了中强风化泥质粉砂岩复合地层盾构掘进参数控制区划分范围。盾构掘进参数的取值区域可分为:最大贯入速度控制区、滚刀破岩受力控制区和盾构设计参数控制区3个区域。在最大贯入速度控制区:刀盘转速0<w<0.05,最大掘进速度0<v<175w。在滚刀破岩受力控制区:刀盘转速0.05<w<1.55,最大掘进速度0<v<-8.527w^(2)+61.058w+5.945。在盾构设计参数控制区:刀盘转速1.55<w<3,最大掘进速度0<v<80。

复杂地质条件下土压平衡盾构掘进控制技术

介绍了土压平衡盾构机的构造与特点,结合我国广州、深圳等城市地铁施工经验,总结了穿越不良地质地层时的掘进施工控制技术,为同类工程施工提供借鉴参考。

盾构隧道穿越泉域强富水灰岩地质掘进控制技术

以济南轨道交通1号线盾构隧道穿越泉域强富水灰岩地质为工程背景,分析盾构掘进效率的影响因素,提出强富水灰岩地质刀盘、刀具选型与掘进参数控制技术。研究结果表明:影响盾构掘进的主要因素为灰岩强度高达122 MPa、裂隙水量大、盾构开挖面涌水突泥、螺旋机喷涌以及出渣与外运困难;根据刀具磨损规律,将滚刀优化为一体式滚刀,刃宽减小为19 mm,刀具中心采用楔形镶齿滚刀且刀盘增加耐磨格栅,以提升掘进效率;制定盾构穿越富水灰岩地质关键掘进参数控制范围,同步注浆量应控制在5.0~5.8 m^(3)/环,在岩溶水丰富区域应控制注浆材料的胶凝时间。

悬臂式掘进机与控制爆破组合式隧道开挖技术试验研究

在较软岩浅埋隧道穿越城区时,爆破施工震动会对周边居民和建筑产生干扰甚至造成危害,需要采取特殊减震措施。文章以重庆枢纽铁路新红岩隧道为例,通过引进隧道悬臂式掘进机、铣挖机等机械设备,研究了悬臂式掘进机与控制爆破组合式隧道开挖方法。实际工程效果表明,悬臂式掘进机与控制爆破组合式开挖方法能明显降低施工震动,具有良好的施工效果。悬臂式掘进机与控制爆破组合式开挖方法可运用于埋深在15-20 m的隧道段落,对于15 m以下埋深的隧道段落,建议采取半断面全机械开挖法施工。

富水圆砾层渣土改良与掘进控制技术研究

南宁地铁一号线土建五标盾构区间地层以圆砾为主,多次发生刀盘被困及螺旋输送机被卡的现象。在盾构机脱困过程中多次出现沉降过大,甚至产生塌方风险。为解决上述问题,经反复研究、实践,通过向盾构机土仓内添加一定比例的渣土改良溶液,起到增加渣土细颗粒,悬浮圆砾的作用,同时也可防止圆砾大量堆积在土仓内,造成刀盘被困或螺旋输送机被卡。配合渣土改良优化掘进控制技术,解决了盾构机在圆砾地层掘进过程中的诸多难题。

矿井掘进机基于PLC控制下的关键模块设计及功能研究

为进一步提高竹林山煤矿掘进机整个系统的可靠性、稳定性和安全性,对掘进机基于PLC控制下的液压模块、刀盘模块和掘进控制模块进行了相应设计和功能分析研究。通过现场工业测试表明,掘进机系统采用的各个模块性能良好,控制效果显著,能够保障竹林山煤矿掘进机安全工作。

隧道盾构施工掘进控制优化研究

盾构机是城市地铁和隧道施工的主要机械装备,盾构机各项参数的设定对于掘进速度和施工质量影响重大。从盾构机刀盘扭矩和转速、千斤顶总推力、推进速度、螺旋输送机转速和压力、注浆流量和压力、加泥加泡沫流量和压力等参数分析入手,详细分析各项参数的设置对掘进性能的影响。并以北京地铁盾构施工为例,设计各项参数优化的具体实现思路,为盾构施工的科学组织和优化管理提供理论指导。

悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法的研究

通过对悬臂掘进机的自动切割和记忆切割这两种技术进行深入研究,在实现在巷道环境稳定的状况下,采用“记忆截切”这种新的控制技术完成作业任务。通过各种地面功能测试结果显示,系统在满足记忆和自动切割的需求外,同时满足高精度控制要求,确保了巷道切面质量,该系统完全符合井下作业高精度施工要求。