煤矿护盾式掘进机器人系统精确定位研究

目前煤矿井下掘进装备定位方法大多采用机器视觉、里程计、全站仪等单一的辅助测量方式与惯导组合测量来抑制惯导解算随时间所产生的位置累计误差,但是单一的辅助测量方式易受井下环境的影响,位置测量存在一定的误差,从而导致与惯导组合测量方法的精度降低。针对上述问题,以煤矿护盾式掘进机器人系统为研究对象,提出了一种捷联惯导+数字全站仪+位移传感器的组合定位方法。首先采用捷联惯导解算出掘进机器人的位置与姿态角参数;然后利用数字全站仪测量的掘进机器人位置信息与位移传感器推算的掘进机器人位置信息对捷联惯导解算出的位置信息进行反馈修正,以减小惯导随时间所产生的位置累计误差;最后利用基于联邦滤波器的多信息融合算法将捷联惯导解算出的位置及姿态角信息、全站仪测量得到的位置信息及位移传感器推算得到的位置信息进行融合,从而得到掘进机器人准确的位姿信息。仿真及工业性试验结果表明:该组合定位方法能够很好地抑制纯惯导位置解算误差累计,实现煤矿护盾式掘进机器人的精确定位,x轴和y轴方向上的位置误差分别控制在±0.03 m和±0.02 m,满足井下掘进工作面要求。

护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

护盾式智能掘进系统截割机器人截割能力研究

为研究全断面滚筒截割在不同硬度煤岩掘进截割过程中截割力变化规律及截割力与煤岩硬度的相互关系,攻克煤矿巷道护盾式智能掘进机器人系统截割控制难题,以护盾式智能掘进系统中的截割机器人为研究对象,采用理论分析、系统仿真和现场试验等相结合的方法,研究护盾式智能掘进系统截割机器人截割能力。结果表明:当截割速度及截割深度一定时,截割力随煤岩硬度增大而增大;当截割煤岩硬度及截割速度不变时,截割机器人的截割力随截割深度的增加而增大,且截割速度、煤岩硬度不变时,可得到截割机器人的最大截割深度;截割机器人截割试验结果与仿真结果保持一致,对比误差在较小范围内。证明仿真研究方法可用于截割机器人截割作业控制的研究,来确定截割机器人的截割能力,为煤矿巷道快速掘进截割提供理论依据。

护盾式全断面岩石掘进机——全断面岩石掘进机技术讲座之四

￥水利部信息研究所华北电力大学＠李仕森＠茅承觉＠叶定海护盾式全断面岩石掘进机（ＳｈｉｅｌｄｅｄｆｕｌｆａｃｅｒｏｃｋＴＢＭ）是在整机外围设置与机器直径相一致的圆筒形保护结构以利于掘进破碎或复杂岩层的全断面岩石掘进机，简称护盾式掘进机。上一讲介绍的支撑式全断...

护盾式硬岩掘进机在引洮供水工程中的应用

引洮供水工程隧洞地质条件恶劣,主要以上第三系N2L3砖红色互层状泥质粉细砂岩为主,含水量较少,围岩类别属Ⅳ、Ⅴ类。本工程采用1台单护盾和1台双护盾硬岩掘进机掘进,在开挖过程中遇到流沙、突泥突水、冒顶、大面积塌方、断层等不良地质,这种地质使用开敞式掘进机风险很大。护盾式硬岩掘进机通过盾体能够对围岩进行临时支护,防止围岩坍塌,采用管片快速支护来开挖围岩松软地层。2台硬岩掘进机在盾体防卡技术上也进行特殊设计,在引洮工程中得到成功应用,为TBM设备选型提供借鉴。

护盾式TBM施工隧洞豆砾石吹填过程模拟研究

豆砾石吹填是TBM施工中非常重要的一道工序,研究吹填过程对分析填充层质量和优化吹填工艺具有一定的工程应用价值。借助PFC在离散体研究方面的优势对豆砾石吹入过程进行多方案模拟,并进行豆砾石的受力运动分析,探究填充层内豆砾石的分布特征及其影响因素。结果表明:依次吹填管片环中部80°、上部160°、顶部180°(补吹)吹填孔,填充层呈4段分布,其中0°~45°和75°~135°区间,粒径不同的颗粒分层分布严重,大颗粒分别靠近管片侧和围岩侧,45°~75°区间存在局部颗粒分层分布现象,135°~180°区间存在吹填不密实的问题;分层分布现象受吹入豆砾石颗粒的粒径组合、表面摩擦系数、所受压力大小等因素的影响;通过改变吹填孔位置和新增吹填孔,控制各孔的填充范围,进而降低颗粒在该范围填充完成前受到的压力,再采用阶梯吹填法吹填,能显著缩小分层分布区且使颗粒分布更为规整。吹填孔的填充范围应控制在45°内,但顶部吹填孔易发生堵塞,不宜用做大量颗粒吹填,因此具体部位吹填孔的填充范围需进一步研究。此研究成果可为工程吹填方案设计提供一定的参考。

煤矿快速掘进系统建设主要模式及应用成效

陕煤集团所属矿井分布广泛,各矿区煤层赋存条件、巷道围岩性质、地质构造、灾害特征、支护参数及掘进现状等差异较大。因此,需要结合各矿区的特点,全面推进快速掘进技术研究与应用,因地制宜、分类、分矿地制定快速掘进装备配套方案,以适应不同条件下的巷道掘进并发挥快掘设备效能。目前已累计建成26套智能高效快速掘进系统,主要有全断面掘锚一体高效快速掘进系统、掘锚护一体机快速掘进系统、护盾式智能快速掘进机器人系统、龙门式钻锚作业平台、迈步支架超前支护快速掘进等五种形式,在不同矿区、不同条件下均实现了成功应用,煤矿掘进装备及单进水平大幅提升,掘进减面减人成效显著,有效地缓解了矿井采掘接续的紧张关系,为灾害治理赢得了时间和空间,提升了矿井综合效益。

掘进机机头与护盾被破碎围岩塌方卡机脱困技术

掘进机在施工过程中,由于地质原因使掘进机在经过断层、裂隙带、渗水带、喀斯特岩层等复杂不良地质地段过程中因遭遇塌方、卡机等停机事故,给工程和工期造成不可预见的影响。通过对厄瓜多尔CCS项目掘进机施工中出现的机头塌方和护盾被压实施的脱困处理技术进行了分析与探讨,可为今后掘进机施工中出现类似问题提供借鉴。

双护盾隧洞掘进机的发展及其试验

一、早期试验经验首台双护盾硬岩隧洞掘进机,生产于1973年。机上装有直径为304.8mm 滚刀。掘进试验采用美国罗宾斯公司144—151型的φ4.3m 掘进机,该机试验报告已于1976年美国内华达州拉斯韦加斯(Las Vegas)召开的快速开挖和隧洞掘进会议上发表过。

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(>2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。

全断面岩石掘进机及其在我国的发展与应用

本文介绍了全断面岩石掘进机的工作原理及其类型，分析了全断面岩石掘进机的一些优点，阐述了掘进机在我国的发展、研制及其应用情况。

陡倾砂板互层岩体中隧洞围岩变形研究

通过建立可反映岩体中砂岩与板岩组成、岩体倾角、岩体走向与隧洞轴线夹角等因素变化对岩体变形影响的砂板互层岩体本构模型,模拟了南水北调西线陡倾砂板互层岩体中隧洞掘进机开挖过程,初步分析了砂板互层岩体中隧洞围岩的变形及其对护盾式掘进机的影响。结果表明:埋深越大,围岩变形稳定过程越缓慢;岩体中板岩含量越高,围岩的前期变形越早、变形率越大,围岩的变形稳定过程也越长;对埋深较大且板岩含量较高的Ⅲ类岩体中的隧洞,应慎重采用护盾式掘进机开挖、管片衬砌的施工方案。

深埋、复杂地质条件大直径隧道TBM的设计进展与创新

要提高在深埋、复杂条件下大直径隧道TBM(隧道掘进机)的应用效率,必须正确选择TBM的类型。为了给复杂条件下TBM的选型提供借鉴和指导,总结现有的各类型TBM的特点,分析其在混合地质条件下开挖大直径、长距离隧道的局限性,提出不同地质条件下大直径隧道TBM选型指南,介绍意大利SELI公司开发的3种新型TBM,即紧凑型双护盾通用TBM(DSU Compact TBM)、土压平衡双护盾通用TBM(DSU EPB TBM)和土压平衡单护盾通用TBM(SSU EPB TBM)及其运行特点和适用范围。得出结论:传统TBM没有专门针对复杂地质条件下的大直径隧道的研究与设计;为满足市场需求,必须开发新型TBM;意大利SELI公司开发的3种新型TBM,每种专门针对特定的地质条件,这些新型的TBM能够应对复杂的地质条件,并能克服在不同覆盖层下开挖长隧道时的最常见危险。