顺势而攻 逆市之战——中国煤炭科工集团太原研究院回款纪实

2012年以来,煤炭市场急剧萎缩,一些煤炭企业经营困难,一些煤炭企业利润降低,一些煤炭企业出现亏损,甚至出现停工、减产、降工资等现象,虽然从2012年10月份以来煤价出现小幅回升,但仍无法使煤炭经济彻底复苏,局面相当严峻。在这样的形势下,回款成为国内煤机企业面临的一个重大难题。到10月底,许多企业的应收账款几乎同比翻了一番,回款压力全部集中到了2012年的最后2个月。

以创新问鼎巅峰 以卓绩傲视群雄——中国煤科太原研究院大力实施跨越发展战略

设计完成了我国第一台悬臂式掘进机，第一台薄煤层采煤机，第一台液压支架……，填补国内一系列空白，中国煤炭科工集团太原研究院（以下简称“太原院”）以卓著的战功彪炳中国煤炭机械化史册。

煤矿掘进机自定位截割控制方法及试验研究

开展了掘进机自定位截割控制方法及试验研究,提出了掘进机自定位截割控制策略,使用基于单目视觉与深度学习的掘进机机体六自由度位姿检测方法,以及具有规定性能的双层模糊自适应反步控制方法实现了掘进机自定位截割,并将其用于机体任意位姿下的截割头循迹跟踪控制。在掘进机两种不同的机体位姿下进行了截割头循迹跟踪控制试验,试验结果显示最大轮廓误差分别在48 mm和52 mm(约2.14%与2.32%)以内,验证了提出的掘进机自定位截割控制方法的有效性。

履带行驶结构的内置式无线应变采集卡设计研究

针对煤矿履带掘进机器人在行驶过程中难以获取履带载荷的问题,基于电阻应变片的应变效应和测量电路,设计了一套适用于采集履带行驶结构动态特性的四通道无线应变采集卡。首先,分析了应变采集卡的电路和工作原理。然后,将2对应变片对称布置在试样板中,以DH5902N坚固型数据采集分析系统所采集的应变数据作为标准,通过仿真与试验相结合的方法对应变采集卡4个通道的灵敏度分别进行了标定。最后,将应变采集卡集成封装后内置于履带行驶结构中,并探讨了应变采集卡在封装环境下连续工作时的温度变化规律。结果表明,所设计的应变采集卡可同时采集4个通道的应变信号,其最高采样频率为1000 Hz,发射功率为4.5 dBm,应变采集误差不超过5×10^(-6)。该应变采集卡在封装环境下连续工作34.7 h后的温度稳定在34.58℃左右,可实现履带行驶结构的多自由度应变信号检测。研究结果为履带行驶结构动态载荷的实时采集以及掘进机器人的可靠性分析和故障预测提供了技术支撑。

神东矿区煤矿掘进工艺及装备智能化技术研究

为了实现神东煤炭集团煤矿巷道掘进由人控到数控、由自动到智能的全面提速,分析了神东矿区煤矿单巷掘进、双巷掘进、大断面切眼贯通的工艺及设备配套技术现状,研究了智能化掘锚一体机、智能化连续采煤机、智能掘锚一体机惯性导航技术、成套智能化掘进技术、近端AI识别和远程云控制技术等掘进设备智能化技术,同时研究了预埋孔钻进机器人、智能化管路抓举设备、智能化防爆柴油开槽机、电缆自动收放车辆、智能清仓机器人等掘进辅助作业设备及技术。在此基础上给出神东煤炭集团煤矿掘进智能化发展建议,即:加快推广掘锚一体化生产工艺、发展5G无线网络技术、完善透明地质保障系统等,从根源上解决智能设备自主可控、智能互联、安全可信等关键问题。

基于FDD模型的掘进机截割减速器油液状态评估研究

掘进机截割减速器的可靠运行与润滑油状态息息相关,为合理评估油液状态,依据粘度、水分、颗粒数三种油液指标,提出了一种基于模糊深度学习模型(FDD)的油液状态评估方法。首先,按照单个指标将油液状态划分为四个等级,根据模糊综合评估法进行模糊评估;其次,将各指标数据进行归一化处理,作为深度神经网络的输入,再运用ReLU激活函数对网络进行激活,得到一个过拟合的神经网络;然后利用Dropout层特性,降低网络拟合程度,同时使用遗传算法对模型中的超参进行优化。最后,使用仿真数据对模型进行训练,并利用实际数据对模型进行验证。结果表明,该方法对油液状态的平均预测精度达到97%,数据损失0.0018,解决了由于多指标信息不一致导致油液状态表征困难及数据较少情况下神经网络训练困难的问题。

基于多种先进技术的巷道掘进截割钻进现状研究——评《定向钻进原理与应用》

近年来,基础设施建设不断推进,地下空间的利用越来越受到人们的重视。由于地下空间的特殊性,巷道掘进截割钻进等工艺在地铁、隧道等建设中扮演着至关重要的角色。传统的巷道掘进截割钻进方式存在一系列瓶颈和问题,如低效、危险、污染等,严重制约了巷道建设的质量。

基于横摆运动补偿的煤矿重载铰接车辆主动电液转向控制研究

煤矿重载铰接车辆采用折腰转向,横向刚度弱且所受扰动因素复杂,操控难度加大,极易引起安全事故。为改善煤矿重型铰接车辆在湿滑低附着路面环境中的安全驾驶操控性能、进一步提升煤矿辅助运输智能化水平,设计了一种具有横摆运动反馈补偿功能的泵控电液动力转向系统。建立了包含前车体纵向、侧向、横摆及后车体横摆运动在内的铰接车辆4自由度车体动力学模型以及泵控电液转向系统数学模型,在解耦动力学模型横摆角速度与横向加速度的基础上,设计了“转向操纵跟随−横摆稳定补偿”双通道铰接转向控制策略,其中,转向操纵跟随通道可实现前后车体铰接角对驾驶员的转向操控输入的实时跟踪,而横摆稳定补偿通道则通过主动调节车体铰接角以确保实际横摆角速度逼近理想横摆角速度。通过设置预滤波器和衰减积分器,设计了主动转向控制系统,该系统通过调整转向角度来提供纠正作用,以确保车辆能够遵循驾驶员意图保持路径跟随。基于dSPACE/DS1007半实物仿真平台,对铰接矿车低附着转向工况进行了仿真测试;模拟J型转弯工况,选择低摩擦因数路面条件中低速运行,验证了主动控制器对于铰接车辆跟踪期望路径的有效性。同时,基于冰雪覆盖路面等效低附着系数路面的实验条件,利用煤矿井下25 t级重型铰接式支架搬运车进行了实车转弯实验;结果表明:建立的铰接车辆车体动力学模型和泵控电液转向系统模型,通过横摆角速度与横向加速度进行解耦,能够比较真实的反应该类车辆的折腰运动状态;基于铰接车辆横摆稳定性控制分析,制定的“转向操纵跟随−横摆稳定补偿”双通道铰接转向控制策略,以及设计的主动控制系统,能够有效提高铰接车辆在低附着路面工况下的横摆稳定性,且该系统对于驾驶员的驾驶感觉没有改变,主动控制干预后能够及时、安全、平稳地将车辆的驾驶权交还给驾驶员。

煤矿无轨运输机器人多智能体控制系统关键技术研究

为了解决煤矿下井无轨辅助运输效率低、柴油机尾气污染较大、智能化、信息化水平较低等问题,提出了以锂离子电池为动力源的煤矿井下无轨运输机器人的设计方案。无轨运输机器人具备零排放、环境感知、多信息融合、自主路径规划、自导航、自主行走等功能,以及煤矿井下特定区域的物料自主转运功能。给出了无轨运输机器人的技术架构;详细介绍了无轨运输机器人的底盘结构与底盘电气系统设计、逻辑控制过程和无轨运输机器人无线通信与自主定位设计方案;介绍了环境感知与路径规划的方案设计。

基于脉冲耦合神经网络的红外图像分割算法研究

红外图像噪声多、结构复杂,传统的分割方法难以对红外图像实现完整的分割。脉冲耦合神经网络(PCNN)参数众多,而人工调整网络参数耗时耗力。为了避免人工调整网络参数、实现对红外图像较完整的分割,将粒子群优化(PSO)算法和改进的PCNN相结合,提出了一种新的红外图像分割算法。首先,对红外图像进行预处理。其次,为了减少网络参数,对PCNN进行了化简。然后,将预处理图像输入网络进行循环迭代,利用PSO算法计算每次迭代的分割结果的适应函数值,从而确定群体和个体最佳参数。最后,通过种群最佳参数得到分割结果。为了验证算法的分割性能,试验使用了不同的自然风景图像和红外图像。试验结果表明,所提算法可以对红外和自然风景图像实现较完整的分割;无论是分割效果还是定性分析,所提算法都要优于传统算法。

基于边缘计算和ST-YOLO的矿井智能监控技术研究

矿井视频监控在保障煤矿企业生产安全方面有着关键作用。目前矿井智能监控技术主要在云端进行监控数据处理,存在着网络拥塞,计算要求高等问题。针对该问题,研究了边云协同矿井视频监控总体架构,提出了基于任务卸载的自适应视频帧卸载策略,利用边缘端检测速度快、精度高、实时性强的优点,进行模型的优化更新,实现边云协同架构的不断完善。针对YOLOv5模型检测精度低,深层网络结构易发生梯度消失和过拟合的问题,Transformer应用到视觉领域面临同一种目标的多尺度无法识别和高分辨率图像构成的序列过长,计算量大,显存资源不足的问题,构建了基于Swin Transformer-YOLOv5的目标检测模型。实验结果表明,基于ST-YOLOv5的目标检测模型,提高了平均检测精度,适用于矿井智能工作面边缘端设备部署。

煤矿辅助运输防爆车辆电动化和数智化的应用研究

为提升煤矿辅助运输智能化建设水准,神东煤炭集团构建了辅助运输车辆管理系统。文章介绍了构成系统的主要模块,并基于井下人员和车辆的定位系统,利用井下4G/5G网络和巷道基站将信号传输到每个矿井地面调度室,然后通过光纤传输到大数据中心,实现了车辆监管数字化,让用车、派车更便捷。介绍了辅助运输车辆车载辅助安全驾驶系统、启动预警系统、智能感应自动停车装置、空挡启动保护装置、无线视距遥控等智能化技术。该系统利用激光雷达和相机对巷道扫描建模,为无人驾驶车辆提供“地图”,采用毫米波雷达技术和机器视觉技术实现辅助运输车辆在井下的精确定位,实现了无人驾驶的常态化运行能力。神东辅助运输车辆的电动化、监管数字化和智能化,极大的提高了辅助运输的安全和效率,提升了煤矿智能化建设水平。

全液压失压制动反向调节制动阀动态特性研究

针对全液压失压制动系统制动过灵敏问题,通过分析反向调节制动阀结构组成和失压制动工作原理,建立失压制动系统反向调节制动阀动态数学模型和Simulink仿真模型;以踏板力激励为输入,研究反向调节制动阀在不同结构参数下制动压力的动态输出特性及变化规律;最后,利用整车实验台验证了仿真模型。结果表明:制动压力呈现弱非线性下降特性,适当增大反向调节制动阀偏置弹簧刚度和制动器容腔容积,减小调压弹簧刚度,能够有效延缓制动压力卸载速度,从而抑制制动过灵敏现象发生,保证制动的平稳。

煤矿悬臂式掘进机可靠性技术研究设计

悬臂式掘进机是煤矿掘进工作面使用工况最恶劣、负载情况最复杂的设备,其可靠性制约着高截割性和高智能性的发挥,对煤矿快速掘进、使用成本以及安全生产有着重要的影响,在分析掘进机可靠性影响因素、可靠性故障规律及可靠性设计难点的基础上,从可靠性设计、可靠性材料、可靠性运维3个方面提高掘进机产品的可靠性。可靠性设计、可靠性材料、可靠性运维等方面的改进优化有助于快速提升掘进机产品的可靠性,为煤矿快速掘进向自动化、智能化及无人化方向发展提供可靠的技术保障。

IPv6在选煤工业互联网的应用研究

当前选煤生产网络主要使用基于IPv4协议的传统工业互联网,然而随着数字矿山、智慧矿山建设的大力推进,选煤厂生产规模不断扩大,使得智能化设备大量应用,对IP地址的需求越来越大,导致传统的选煤工业互联网IPv4资源逐渐耗尽,制约了选煤企业数字化基础设施的升级。文章介绍了IPv6的产生背景及发展前景,分析了选煤工业互联网应用现状,提出了IPv6在选煤企业的推广应用建议。分析认为:IPv6协议能解决IPv4协议地址空间耗尽的问题,IPv6技术在选煤工业互联网的应用可分为在选煤工业互联网子系统的应用、选煤工业互联网试用、选煤工业互联网大规模成熟应用三个阶段,可从开发出可覆盖选煤环境的IPv6矿用网络设备、适配IPv6协议的选煤应用系统以及适配IPv6协议的选煤设备硬件控制器三个方面进行推进。建议制定IPv6规模部署计划,为选煤企业数字化投资提供基础数据支撑、技术支持和保障;分IPv4单栈、IPv4/IPv6双栈、IPv6单栈三个阶段部署协议交换平台;部署统一访问及服务体系,提升选煤各网络域业务系统访问便利性;建立安全防护体系,强化网络基于VxLAN+EVPN、IPv6自组网技术的安全防护能力;建立统一的自动化、智能化运维支撑平台,实现全网部署、全栈监测、全程管控。选煤企业应积极推动IPv6在企业的深度应用,尽早实现数字化转型和智能化升级,为选煤行业的可持续发展提供支撑。

煤矿掘进装备导航系统测试方法研究

针对当前煤矿掘进装备导航系统的性能测试和评价方法研究较少、主要依赖关键元部件出厂测试、缺乏系统的测试评价能力,设计了煤矿掘进装备导航系统测试方法。通过分析温度、振动等因素对导航系统误差的影响,模拟井下温度及振动作业环境,建立惯性导航系统、光电导航系统、行进间导航系统的性能测试方法。该方法有助于建立导航部件级和系统级测试能力,从整体上提高系统可靠性和环境适应性,提升煤矿掘进装备导航系统的技术研发和测试水平。

CH_(4)浓度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响研究

为了研究CH_(4)浓度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响,进行了4次矿用防爆柴油机台架试验。通过低浓度配气装置来调节CH_(4)流量进而实现浓度调节,试验CH_(4)浓度分别为1.00%、0.50%、0.30%和0,空气的温度、湿度和压力由进气空调给定,在6个工况点进行试验并采集尾气进行分析。试验结果表明:CH_(4)浓度会对矿用防爆柴油机的排放性能产生影响,但由于矿井CH_(4)浓度一般不得高于0.50%,因此其对于矿用防爆柴油机的影响较小。

自移动力站链轮动力学特性研究

针对快速掘进系统存在的关键零部件可靠性不足问题,介绍了自移动力站的应用场景,对其链轮进行了受力分析。建立了包含自移动力站、销排、带式输送机架的链轮动力学分析模型。设置链轮转速15°/s,进行了链轮啮合动力学仿真,分析了链轮轮齿受到的动态啮合力。选取6个关键点,应用一次线性插值法,拟合处理动态啮合力。建立了链轮瞬态动力学分析模型,对链轮齿面施加动态啮合力,获得了链轮动态变形时程曲线,分析了链轮变形应力特性。提出了链轮可靠性提升建议,为快掘系统关键零部件可靠性提升提供了技术参考。

连续采煤机液驱行走稳定性研究

基于连续采煤机液驱行走的需求,设计了液驱行走负载敏感液压系统,分析了负载敏感液压系统压力脉动作用机理,研究了负载反馈回路2种滤波方法,设计了变阻尼阀,并在连续采煤机液驱行走负载敏感液压系统进行了试验,试验结果表明,通过调节变阻尼阀可达到预期的稳定性。

井下四驱电动运料车最优滑转率控制研究

针对井下矿用四驱电动运料车续航里程不足的情况,对影响因子滑转率进行研究,通过对驱动电机的电压、电流、编码器等参数进行计算,实时识别出四驱电动运料车的最优滑转率,然后根据实际道路情况,通过模糊控制器将车辆的滑转率控制在最优滑转率附近,最后通过软件进行了仿真。结果表明,该模糊控制器能够将实际滑转率控制在最优滑转率附近,降低不必要的轮胎摩擦损耗,实现节能目的,为解决井下四驱电动运料车续航里程不足问题提供了新的解决方案。