Characteristics of dust distributions and dust control measures around road-header drivers in mining excavation roadways

In the present study,a numerical simulation method was adopted in order to examine the characteristics of dust dispersion during continuous dust release periods(CRP)and stop dust release periods(SRP).The purpose was to analyze the dust distributions and migration actions around road-header drivers in excavation roadways,and then determine effective dust control measures for underground coal mines.This study’s simulation results showed that the dust concentrations continuously increased,and then gradually reached a stability level during the CRP.During that time,the locations of the drivers were always at the intersection of the original migration dust and the backflow dust,and the drivers were invaded by these two strands dust.However,during the SRP,the dust concentrations gradually decreased under the actions of the roadway ventilation.Besides,obvious backflow phenomena were observed around the road-header during the SRP.The locations of the drivers were still within the backflow paths of the high dust concentrations.At the present time,dust separation and extraction systems have been implemented in coal mines,including vacuuming and air knife devices,which are designed to control the dust around the road-header drivers.The field applications of these systems were conducted in the 26 mechanized excavation faces of the Zhangcun Coal Mine.The results revealed that the use of these dust removal systems could effectively reduce the dust concentrations around the road-header drivers.In the present study,the dust removal rates during the CRP and SRP were determined to reach up to 88.7% and 94.6%,respectively.Therefore,the results of this research study provided effective theoretical guidance of the characteristics of dust distributions in coal mines,and introduced effective control methods for the hazardous dust concentrations around road-header drivers during the excavation process.

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割方法

针对当前掘进设备智能化程度低,掘进过程中超挖、欠挖和异常碰撞等情况难以具体描述,传统自动截割和记忆截割技术难以适应复杂地质条件等问题,提出了一种数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割控制方法。通过分析数字孪生技术在当前煤炭智能化开采领域的研究情况,设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机记忆截割控制系统总体方案,对复杂工况下悬臂式掘进机记忆截割关键技术进行研究。首先,充分利用数字孪生和虚拟现实技术的特性,研究复杂工况环境下的虚拟示教策略,基于Unity3D平台建立对应实体等尺寸的工作面及设备虚拟孪生模型、截割部运动学模型和虚拟碰撞检测模型,在虚拟端通过智能交互界面控制虚拟模型运动,结合工人经验设计示教轨迹并优化,使其作为轨迹跟踪的目标期望轨迹,弥补传统井下人工示教由于恶劣工况环境导致的过度依赖工人经验等问题;其次,为提高断面成形质量,研究记忆自动截割阶段示教轨迹跟踪再现控制方法,利用拉格朗日法建立截割部动力学模型,采用迭代学习与滑模控制相结合的方法提高末端执行器对示教轨迹的跟踪控制精度;最后,搭建悬臂式掘进机记忆截割仿真控制平台,通过虚拟空间与物理空间以及各模块之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中完成记忆截割虚拟示教与轨迹跟踪控制过程的三维可视化仿真,进而生成记忆自动截割轨迹跟踪控制指令并发送至悬臂式掘进机物理实体的末端执行器,驱动其按照示教轨迹进行断面成形截割,同时物理传感器采集悬臂式掘进机机身及截割臂位姿数据,反向驱动虚拟模型同步动作,实现对机器人虚拟模型和物理实体的闭环控制。在此基础上对系统的虚实同步性、虚拟样机与物理样机运动一致性和轨迹跟踪再现控制精度进行验证,实验结果表明,系统数据传输延迟较低,能够保证虚实一致性和同步性,且轨迹跟踪控制精度满足实际使用要求,该方法为掘进设备记忆截割与智能化控制提供了新的思路。

基于改进PSO-PID的悬臂式掘进机液压系统控制优化

考虑到悬臂式掘进机液压系统非线性情况,同时负载会发生突变,无法准确预测,根据传统粒子群优化(PSO)算法,综合运用混沌初搜索及最优点细搜索,使算法实现全局与局部优化性能的平衡,再对掘进机液压控制系统进行比例、积分和微分(PID)参数优化。采用混沌优化算法初搜索及灰狼算法佳点集细搜索,改良PSO算法。结果表明:改进后的PSO算法更高效,不会发生超调的情况,显著改善了优化性能,即使受外部扰动因素的影响,也能满足目标值的精确跟踪要求。本算法可优化液压缸控制系统稳态和动态特性,增强稳定性和自适应性,大幅提升煤矿开采履带设备的运行效率。

横切割头掘进机载荷谱的测定及分析

论述了横切割头式掘进机的载荷谱测试方法，在对载荷信号进行了时域统计、功率谱分析与幅值域统计后，得到了这种掘进机的工作载荷谱．这些实测数据不仅对掘进机的结构改进和动态性能以及工作可靠性的提高有很大帮助，对其他新型更大功率机型的开发亦有重要的参考价值．

纵轴式掘进机横摆运动参数的优化设计

建立了掘进机横摆过程中液压杆伸缩量与横摆速度之间的数学模型,由单位能耗反求法推导出理论横摆速度,并估算了其取值范围;应用Matlab计算出不同横摆速度下的载荷曲线;在多体动力学仿真软件ADAMS中建立了掘进机的刚柔耦合模型,并对不同横摆速度及相应载荷下的模型进行动态仿真;以掘进机生产率、回转台可靠性及寿命为约束条件,对横摆速度进行优化。结果表明:基于某工况,在保证回转台可靠工作的前提下,液压杆伸出速度为2.887 mm/s,即横摆线速度为1.106 m/min时,该型号掘进机能达到经济截割。

基于模糊信息融合的掘进机截齿磨损监测系统

为了实现对掘进机在截割过程中截齿磨损的实时在线监测,以可编程序控制器PLC(Programmable Logic Controller)为数据采集与处理核心,分别对掘进机在掘进过程中的电流信号、振动信号和声发射信号进行实时检测,采用模糊信息融合方法实现对各特征信号的模糊化、模糊规则查询以及解模糊处理,得到决策后截齿磨损精确量值。试验结果表明,基于模糊信息融合的截齿磨损监测系统测得的截齿磨损量与实测数据基本吻合,误差范围在8%以内,精确度和可信度较高。

基于VPANNs的掘进机回转台可靠性分析

以某型掘进机可靠性研究项目为依托,基于破岩机理,利用MATLAB编制了掘进机在不同横摆速度、截割位置角度下截割不同坚固性系数岩石的程序并生成载荷文本,在动力学仿真软件ADAMS中建立了掘进机截岩的虚拟样机模型,并对不同工况载荷下的模型进行了动态仿真。采用模糊方法拟合了掘进机回转台的可靠度隶属函数,以各工况参数及相应的可靠度隶属函数值作为训练样本,提出了一种将人工神经网络与虚拟样机技术相结合分析零件可靠性的新方法。结合神经网络的推理可以预测掘进机在新工况下工作时回转台的可靠度,预测均方误差达到了6.92×10-6,对实际生产具有一定的指导意义。

基于Pro/E/ADAMS/ANSYS的虚拟设计

利用Pro/E、ADAMS和ANSYS在各自领域内的自身优势,将三者有机联合起来进行虚拟设计。介绍了虚拟设计的流程及不同软件之间的数据传递。以机载式临时支护机为例,详细阐述了虚拟设计的操作过程。

掘进机智能控制系统的研究与探讨

分析了掘进机自动化、智能化的发展趋势,介绍了掘进机智能控制技术应考虑的问题。根据智能控制系统的工作要求,选择了适宜的运动控制卡、高灵敏度和高反应速度的位置传感器、数据采集卡。软件的设计完成了各模块的功能划分。控制系统用VB6.0开发,Window标准界面样式,完成了自动采集、分析、校准等功能。

悬臂式掘进机关键技术探讨

在概述了国内外悬臂式掘进机发展现状的基础上,重点分析了悬臂式掘进机的关键技术,截割能力、断面监视、关键部件的设计、整机的布置及工作稳定性等,为进一步研究相关问题奠定了基础。

基于巷道断面的掘进机截割头定位系统设计

针对无法精确定位掘进机截割头的位置、截割效率低及截割断面成形差的问题,提出了基于巷道断面的掘进机及截割头定位系统设计方法。结果表明,该定位系统在直线标准巷道内,可实现掘进机截割头准确定位,不仅提高截割效率和断面成形率,而且有利于安全生产,节约人力及支护成本。

EBH-132型悬臂掘进机截割头受力稳定性分析

为了使掘进机工作机构稳定工作,达到最大程度的工作效率,采用常规分析运算,通过对掘进机工作过程分析探讨,研究截割头在截割煤岩时的稳定性受力情况,为确定工作机构受力提供依据。

S150A掘进机常见故障分析及其排除

介绍了S150A掘进机的作用和特点,强调了掘进机故障分析及故障排除的必要性,着重阐述了S150A掘进机的常见故障、故障原因及其排除方法,并指出掘进机的发展将会给掘进设备的维护检修带来更大挑战。

EBZ200型悬臂式掘进机及其远程可视化控制系统关键技术

介绍了EBZ200型远控掘进机的组成和主要技术参数,系统地阐述了掘进机自动截割成形控制技术、位姿检测和误差消除技术、主控箱及远控箱主控制器的选型设计和传感器的选型等关键技术。EBZ200型掘进机远程可视化控制系统及其配套自动超前临时支护和架箱系统的研制成功,必将推动我国装备制造业迈向一个新的台阶。

EBZ135CT防突除尘掘进机第二运输机的研制与分析

EBZ135CT防突除尘掘进机是一种针对粉尘和瓦斯问题突出严重的中小断面半煤岩巷道开拓掘进而设计的新型综掘设备。该机型是集掘进机、多功能除尘装置和防突钻机于一体的新型综掘设备,对保护煤矿一线工人的人身安全和身体健康,提升煤矿安全作业具有极其重要的作用。第二运输机是与EBZ135CT掘进机相配套能够实现煤矿井下煤矸等散状物料快速转运的专用带式转载机。转载机集成了液压支撑器、减轻煤矿工人劳动强度、提升安全保障方面实现重大突破;皮带小车在后配套运输机上偏摆、移动灵活;转载机机身刚性好、减少机器的维护强度。第二运输机集成的液压支撑器,采用掘进机液压泵站作为动力源,在移动轨道时支撑转载机。在设计技术方面,采用了数字样机技术,通过构建虚拟样机,使设计验证减少对物理样机的依赖,提高了产品设计质量、降低产品开发成本及缩短产品开发周期。文章介绍了该新型转载机的结构组成和功能特点,阐述了第二运输机的安标定型检验和工业性试验的过程和试验效果。

基于SVD-Unscented卡尔曼滤波的掘进机行进调度纠偏研究

针对井下悬臂式掘进机自主行进纠偏的实际需求,基于机身调度相对于规划路径的位姿偏差模型,设计并简化了机身调度位姿跟踪控制律,通过构建Lyapunov函数证明该控制律作用下位姿偏差的收敛性。以履带打滑率表征机身行进调度的主要执行误差,以位姿检测误差表征系统的主要观测误差,通过试验及验算获得误差的统计规律,并利用SVD-Unscented卡尔曼滤波估计修正控制指令,从而降低行进调度过程中误差带来的影响。仿真结果表明,提出的轨迹跟踪控制策略能高效实现机身在有限的调整周期内向目标轨迹调度,履带驱动轮参考转速数值连续变化稳定,位姿偏差收敛性良好,达到了纠偏的目的;基于SVD-Unscented卡尔曼滤波修正控制指令有效削弱了机身调度中来自过程误差和观测误差的影响。调度过程简单高效,跟踪效果重复性好,能为井下有限空间内的掘进机自动纠偏提供参考。

悬臂式掘进机回转台铸造工艺研究

以EBZ135CT型悬臂式(固定臂)掘进机回转台为研究对象,对其结构特点和受力情况进行了综合分析,对它的铸造工艺进行了研究。结果表明,铸造工艺的合理性是回转台毛坯铸件质量的关键,退火工艺能够消除铸件应力、细化晶粒、消除缺陷、均匀成分、提高铸件尺寸稳定性和保证综合力学性能。

EBZ200型远控掘进机第一输送机的设计与分析

EBZ200悬臂式远控掘进机是一种针对煤矸粉尘和瓦斯问题突出严重的煤矿综采及高档普采工作面采掘巷道、半煤岩巷道的掘进以及类似的其他矿山巷道开拓掘进而设计的新型远距离控制和自动截割成形的掘进设备,第一输送机能够在无人操控的情况下自动实现煤矿井下工作面掘进时煤矸等散状物料的快速转运。主要介绍了其结构组成和功能特点,重点介绍了各个主要部件的设计和物料输送原理。

井下掘进机行进纠偏调度规划与控制研究

根据井下掘进机行进特点制定机身纠偏路径规划,建立掘进机履带式行走位姿偏差模型;以履带移动线速度和转向角速度作为路径跟踪控制输入量,基于滑模控制器理论设计控制律以确保位姿偏差的收敛性;利用李雅普诺夫稳定原则证明了路径跟踪控制的稳定性;以某结构尺寸的掘进机为对象,对多种典型偏航情况进行了机身的纠偏调度仿真。结果表明,基于位姿偏差的路径跟踪控制能在有限的调度周期内实现机身纠偏,掘进机的纠偏路径规划和路径跟踪调度方案整体合理可行,可为深入研究煤巷自动掘进提供良好基础。

EBZ200型远控掘进机集中润滑系统的设计与分析

介绍了EBZ200型远控掘进机双线式和多线式集中润滑系统的组成和工作原理,给出了集中润滑系统各个主要设计参数的确定方法和润滑脂的选择方案。提出了集中润滑系统的运转周期和日常维护措施。考虑到自动集中润滑系统存在意外故障的可能性,在掘进机润滑系统设计过程中,将传统人工单点注油润滑和自动集中润滑集成在一个系统中。