Profibus在采煤机上的应用

阐述了基于现场总线(Profibus)设计的采煤机电气控制系统的硬件配置和软件设计,讨论了通过Profibus实现S7-300与ACS800变频器之间通讯及控制的方法。该系统具有布线少,查找故障方法方便优点,在采煤机上应用会越来越广泛。

智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。

基于多传感器融合的模糊PID采煤机截割路径自适应控制方法

截割路径自适应控制是提高采煤机生产效率和质量的重要手段,但现行方法控制精度较低,在实际中,截割路径RMSE、MAE均比较高。针对现行方法存在的不足和缺陷,提出基于多传感器融合的模糊PID采煤机截割路径自适应控制方法。采用多传感器融合技术感知采煤机截割运动学模型中位置及状态信息,并对多传感器数据融合处理,根据采煤机截割运动学规律得到采煤机截割路径,模糊化截割路径偏差,利用PID控制器调控比例、积分、微分3个参数,修正采煤机截割路径偏差,实现基于多传感器融合的模糊PID采煤机截割路径自适应控制。实验证明,设计方法应用下的采煤机截割路径RMSE和MAE得到了明显降低,为采煤机截割路径自适应控制提供了一定参考。

基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统设计

目前煤矿瓦斯智能抽采管控系统存在以下问题:①系统功能局限于某一段流程管控,导致瓦斯抽采业务管理覆盖不全、措施落实不到位。②基于传统的“烟囱式”IT架构,导致子系统分散、数据利用率低、协同能力差,后期子系统融合代价大、系统扩展不便。③瓦斯抽采过程仍存在较多的人工环节,系统智能化、自动化能力还有待进一步提升。针对上述问题,设计了一种基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统。基于发布/订阅模式开发了瓦斯抽采多源异构数据采集流程,促进了数据的解耦和共享,降低了系统复杂度,实现了瓦斯抽采管网数据、钻孔作业及轨迹数据、设备工况数据、达标评判数据等多源异构数据的统一采集。基于数字孪生技术,构建了三维抽采系统模型,达到了井上下抽采系统的立体化展示。基于规则引擎技术,根据订阅的Topic对经过消息中心处理后的传感器数据进行判断,可进行告警消息的推送,并将处理后的传感器数据存入数据库中,以实现瓦斯抽采达标评判的自动化、流程化运行。利用机器视觉视频分析技术识别钻杆根数,从而实现钻孔过程的钻杆根数(钻孔深度)的自动计数和钻孔工程的信息化管理,结合钻孔测量仪器,实现了钻孔轨迹左右、上下偏差分析及可视化。现场应用结果表明:瓦斯抽采相关管理人员通过查看瓦斯智能抽采管控系统软件,可实时快速地了解各抽采面抽采情况、抽采评判情况、钻孔工程施工情况、系统故障情况,提高了瓦斯抽采信息化和智能化管理水平。

煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程,研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备,以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备,解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题,提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵,研究了典型超级煤矿建设成效与经验,并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

智采工作面三机数字孪生驱动控制架构

为了进一步提高煤矿综采设备智能控制水平,实现智采工作面常态化运行,提出基于数字孪生智采工作面驱动控制的相关概念和系统架构。智采工作面数字孪生系统由物理设备、虚拟孪生体、虚实交互模型组成,通过数字化方法建立与实体设备相映射的虚拟模型,来达到综采设备在作业过程中虚实交互、智能决策、精准控制和动态演化的目的。阐述智采工作面常态化运行要求和采煤机、液压支架和刮板输送机的相关控制难点。提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构,包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素;研究数字孪生虚实交互方法,利用信息物理系统来保障信息交互能力,采用知识模型来解决数据拥堵问题,为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法,包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制。最后以矿山数字孪生实际应用为例,通过建立相关模型和设计相关实验方案,对数字孪生智能控制进行验证。通过展开数字孪生智能控制架构、模式等理论研究,旨在解决目前综采工作面存在的环境感知程度低、设备预测精度差和人工干预强度大等问题,实现在复杂环境条件下设备的自适应控制与人机交互,为煤矿智能化建设提供借鉴意义。

采煤机自动化与智能化控制技术的改进研究

山西晋城某煤矿薄煤层工作面采用MG300/700-WDK型采煤机,该采煤机自动化和智能化程度不高,为实现该煤矿9103工作面智能化建设,对该采煤机进行自动化与智能化控制技术改进。实践应用表明,改进后采煤机可实现自动记忆截割功能、降低设备故障率、实现了少人作业,提高了生产效率的优点,安全经济效益显著。

采面刮板输送机与采煤机协同控制技术研究

通过实时监测采煤机牵引速度、负载及刮板输送机负载等实现刮板输送机与采煤机协同控制,具体采煤机牵引速度快时且刮板输送机负载呈增加趋势时适当增大刮板输送机运行速度,反之则适当降低运行速度。对协同控制使用的硬件设备结构及控制方式等进行分析。现场应用后,刮板输送机运行速度可随采煤机牵引速度改变而改变,在一定程度提高了刮板输送机运行效率。

带压开采工作面综合勘探技术和施工治理的应用研究——以内蒙古不连沟煤矿F6226工作面为例

不连沟煤矿位于准格尔煤田的北部。由于F6226工作面的部分煤层在奥灰水水头以下,需要进行带压开采,必须对潜在的顶板砂岩裂隙水和底板奥陶系灰岩岩溶裂隙水导水构造进行采前探查,并对导水构造实施治理。在探查工作中,利用瞬变电磁法在工作面顶板发现2处低阻异常,均为断裂影响形成岩石破碎,相对富水;经钻孔验证均未出水,预测在回采作业中只会产生局部淋水,不会出现大规模涌(突)水。音频电透视探测发现煤层底板中有4处低阻异常,槽波地震探测共探查出13条断裂和1处地质异常;对异常验证的25个钻孔注浆处理后,最大出水量为0.3 m^(3)/h,并未见到岩层的错乱等异常现象。评价认为,基本可以排除F6226工作面范围内煤层顶板砂岩水和底板奥灰水涌(突)水的可能性。

基于煤流量监测的带式输送机节能控制系统研究

采用机器视觉技术获取带式输送机煤流量并预测煤流变化趋势,通过模糊控制调节带式输送机变频器输出电流频率,从而使得实际带速接近期望带速;采用阶梯调速方式避免频繁调速问题,提高节能控制系统运行可靠性并降低带式输送机故障率。现场应用后,该节能控制系统运行平稳,煤流量监测精度较高,带式输送机平稳运行,在节能降耗方面表现出明显优势。

基于电液比例技术的采煤机调高控制的优化设计及模拟

针对采煤机滚筒调高采用定量泵-换向阀,存在调节精确度、性能低等,优化设计采用电液比例采煤机调高液压系统,首先仿真分析开闭环PID调高控制,其能够实现滚筒轨迹的精确跟踪,且闭环PID控制特性明显优于开环控制;并在上述闭环PID调高控制基础上,仿真分析扰负载、过负载影响,结果表明:该调高系统可实现对干扰负载的忽略、过负载滚筒高度的自动调节。

JOY 12CM15型连续采煤机电控系统国产化改造中的电气保护的设计与研究

为满足矿井的安全生产需要,根据JOY 12CM15型连续采煤机的工作原理和运行方式,结合实际的生产环境、人员操作等因素,对该型连续采煤机电控系统国产化改造中的电气保护进行了系统设计研究,以期实现连续采煤机在煤矿井下作业过程中的安全高效运行。

基于RK3568的采煤机5G智能控制器硬件电路设计

随着煤矿智能化以及5G技术的快速发展,为了适应煤矿智能化的发展需要,设计了一款基于RK3568为核心处理器的采煤机5G智能控制器,以矿用5G通信技术为基础,通过该5G控制器、矿用隔爆5G路由器、矿用5G基站等组成采煤机5G通信系统,将采煤机摄像头视频、各传感器数据、采煤机工作状态数据等通过5G上传至地面调度中心,实现通信的高可靠、大带宽和低延时。

地面与井下瞬变电磁法在煤矿富水区探测中的应用

为查明安源煤矿4218工作面Ⅳ-2号煤层富水情况,避免水害发生,基于瞬变电磁法及井下瞬变电磁法基本原理,在整个工作面开展了地面与井下相结合的瞬变电磁探测工作。根据瞬变电磁法对低阻异常灵敏、施工方便、勘探深度大、可准确反映含水异常范围、井下瞬变电磁法施工效率高、体积效应小、对异常位置确定更为可靠的特点,利用地面瞬变电磁从平面上圈定水害分布范围,再利用井下瞬变电磁超前探测技术对巷道前方富水情况进行精确圈定;结合地质和钻孔资料,分析地面瞬变电磁法视电阻率断面图中各地层与电性层的对应关系,推断煤层顶、底板处的相对低阻区域很可能为砂岩裂隙富水所致,由此在全区圈定出1处中等富水区和6处较弱富水区;4218工作面辅运顺槽Q6点前49 m位置处井下瞬变探测结果显示,在迎头位置顶板30°、顺层、底板45°处有4处低阻异常区,与地面解释异常对比,有3处重合,重合率较高。结果表明:地面与井下瞬变电磁法综合探测可有效提升煤层富水区探测的准确性,为矿井水害防治提供了依据。

刮板输送机与采煤机协同调速技术研究

为实现采面煤炭高效开采及运输,确保刮板输送机与采煤机等协调、经济运行,综合采用S7-300PLC、传感器、Mesh网络以及WinCC构建刮板输送机和采煤机运行速度协同控制系统。对系统架构、传感器类型、Mesh网络布置以及WinCC平台控制方案等进行阐述并在12303综采工作面进行工程应用。结果表明,构建的运行速度协同控制系统可实现刮板输送机链速与采煤机牵引速度间协同,在满足煤炭高效生产的同时降低刮板输送机能耗;同时现场应用期间未出现刮板输送机堆煤情况,现场应用效果较为显著。

采煤机与刮板输送机联动控制研究

采面瓦斯涌出量与采面推进速度密切相关,为降低瓦斯给煤炭回采影响并实现采面煤炭不间断开采、提高采煤机与刮板输送机联动控制效果,基于采面瓦斯浓度构建采煤机与刮板输送机联动控制系统,通过理论分析对采煤机、刮板输送机对采煤机瓦斯涌出影响进行分析并构建采煤机、刮板输送机与瓦斯联动控制方案;随后基于瓦斯涌出控制为核心构建采煤机与刮板输送机联动控制方案,具体结合瓦斯浓度变化情况调整采煤机与刮板输送机运行,同时依据刮板输送机负载调节采煤机牵引速度。在3705综采工作面工程应用后,构建的联动控制系统运行平稳,可实现采煤煤炭连续开采,避免采面瓦斯超限。

协调调速系统在工作面刮板输送机中的应用

针对晋北煤矿405工作面回采时发现采煤机与刮板输送机存在速度调节滞后、能耗高以及设备联锁控制效果差等问题,通过技术研究决定对刮板输送机与采煤机之间安装一套以变频器为控制器的协调调速系统。实际应用效果表明,该系统投入使用后大大提高了设备开机率,增加单班原煤量达650t,取得了显著应用成效。

综采面自动化综采技术的应用分析

针对煤矿井下综采面地质条件复杂、综采作业效率低、可靠性差的难题,提出了一种新的煤矿井下综采面自动化综采技术,结合井下高速无线数据通信系统、综采面设备集成控制系统、液压支架自动跟机协调控制系统、采煤机高精度智能调直控制系统等,实现了井下综采作业的智能化,显著提升了煤矿井下综采作业效率和安全性,为实现井下无人化综采作业奠定了基础。

井下采煤机双电机协调控制分析

为进一步提升井下采煤机双电机协调控制效果,以某煤矿企业应用的MG300/700型电牵引采煤机为研究对象,并采用ADAMS和MATLAB软件共同对其进行仿真分析研究,在结合施工图纸建立基本分析模型的基础上,对双电机协调控制方案进行优选,确定了交叉耦合控制模式及其控制器设计要点,并对其实际应用效果进行测试.结果显示,交叉耦合控制模式基本实现了双电机协调控制,具有一定的应用价值.

采面刮板输送机与采煤机协同控制技术研究

针对煤矿采面刮板输送机与采煤机协同控制问题,介绍一种基于模糊算法的采面刮板输送机与采煤机协同控制系统设计方案。该系统主要由采煤机机载调速模块、刮板输送机机载调速模块及顺槽远程协同调速模块构成,3个模块在基于模糊算法的PID控制方案调控下,共同对两设备运行速度进行调节,确保两设备同时处于最佳运行状态,提升整个煤矿生产作业效率与质量,确认该系统具有良好的应用价值。