“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”专题

来源：《煤炭学报》2015年第11期

煤炭是我国的主要能源，我国以煤为主的能源结构在今后相当长的时期内不会改变。未来我国煤炭开采深度与难度越来越大，采掘作业是其最重要、最危险的生产环节，70% 煤矿事故死亡发生在采掘区。研究深部危险煤层无人采掘装备是确保我国具备煤炭能源持续生产能力，也是体现国家对矿工生命安全高度负责的重要举措。无人采掘装备是当前国际煤炭领域的发展前沿和久攻未破的世界性难题。

本专题是从国家重点基础研究发展计划( 973) 项目“深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究”提交的论文中，优选出的代表性论文。研究成果涉及深部煤层自适应高效截割原理与适用性评估、深部围岩支护稳定性原理及自适应支护设备创成方法、无人采掘装备动力传递部件渐变可靠性建模与设计理论、重载突变工况的高效动力传递原理及自适应控制方法、煤岩性状识别与采掘状态感知原理及实现方法、机器人化无人综掘装备自主导控原理与实现方法等6 个研究课题的内容。

行业视野: 采矿
类别; 66个
关键词; 57位
专家; 17篇
论文; 10438IP
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基于地理信息系统(GIS)的采煤机定位定姿技术研究

作者(Author)：葛世荣, 苏忠水, 李昂, 王世博, 郝尚清, 刘万里, 孟磊

摘要：采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。

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基于盲源分离的采煤机摇臂轴承故障诊断方法

作者(Author)：郝尚清, 庞新宇, 王雪松, 张天赐, 朱浩天

摘要：针对采煤机摇臂轴承故障,介绍了一种基于盲源分离算法的轴承故障识别方法。该方法采用优化滑动平均长度,以最大信噪比为目标函数对振动信号进行盲源分离,分离后的信号进一步加速度包络处理,信号特征可用于识别轴承故障。通过采煤机摇臂加载试验台进行试验验证,采集采煤机摇臂两个不同部位的振动加速度信号,运用该方法对振动信号进行处理后判别故障类型和位置。结果表明:与单纯的加速度包络法相比较,该方法处理后的信号特征更加明显,对轴承部位的识别率较高。研究结果对于采煤机摇臂的故障预测具有较好地效果,能够进一步提高采煤机在故障领域方面的智能化。

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基于采煤机运动轨迹的刮板输送机布置形态检测研究

作者(Author)：张智喆, 王世博, 张博渊, 李昂

摘要：为了准确检测采煤工作面中刮板输送机的布置形状,提出了基于采煤机运动轨迹的刮板输送机布置形态检测方法。根据工作面中采煤机与刮板输送机之间的几何空间位置关系,建立以采煤机运行轨迹反演刮板输送机形状数学模型,并搭建刮板输送机布置形态检测试验平台进行试验验证。在刮板输送机轨道模型分别直线、水平曲线、垂直曲线布置形状下,通过刮板输送机形状反演模型获得刮板输送机布置形态;在该试验条件下,通过试验表明:刮板输送机轨道模型的检测形态与实际布置形态的测量误差为±18 mm,满足工作面刮板输送机弯曲检测精度要求。该刮板输送机形态检测模型可实现在线监测,取代人工测量的方法,为实现工作面自动化弯曲检测和校直提供理论基础。

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冲击载荷作用下液压支架的力传递分析

作者(Author)：梁利闯, 田嘉劲, 郑辉, 焦素娟

摘要：为研究冲击载荷作用下液压支架的力传递特性,利用ADAMS仿真软件建立了液压支架的多体动力学模型。模型中将液压支架的立柱液压缸、平衡液压缸、顶梁、前连杆、后连杆以及掩护梁等效为弹性体,用预载荷模拟正常工作条件下的静载荷,用阶跃载荷模拟基本顶断裂或垮塌时对支架的冲击力。基于此数值仿真模型,计算分析了冲击载荷作用于顶梁不同位置时液压支架各铰接点的力传递系数和各铰接点力对冲击载荷作用位置的敏感度。结果表明:冲击载荷作用位置对液压支架各铰接点力传递特性的影响不同,各铰接点对冲击载荷作用位置的敏感度也不相同。这些计算结果对于液压支架的自适应控制和等强度设计具有重要意义。

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液压支架与围岩刚度耦合理论与应用

作者(Author)：徐亚军, 王国法, 任怀伟

摘要：从刚度耦合方面对液压支架与采场围岩耦合关系进行了研究,给出了液压支架刚度定义并进行了增阻刚度测试,分析了液压支架与煤壁及顶底板刚度耦合关系,建立了相应的耦合方程,修正了现有液压支架支护强度计算公式,将液压支架与采场围岩的耦合关系由目前的定性分析深入到定量研究。结果表明,液压支架增阻刚度主要与立柱刚度有关,液压支架应当与采场围岩条件协调匹配,传统的液压支架支护强度计算是基于煤壁和支架都为刚体的假定前提条件下得出的结论,没有考虑支架刚度、顶板岩性和煤层硬度的耦合作用与影响,计算结果偏低。实践表明,刚度耦合理论能够很好地揭示液压支架与采场围岩的相互作用关系,可以对液压支架设计提供指导。

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基于耦合动力学模型的围岩-支架相互作用分析

作者(Author)：周凯, 李明瑞, 焦素娟

摘要：液压支架处于与围岩相互作用的工作环境中,因此掌握其耦合作用规律,对于液压支架的抗冲击、自调适设计具有十分重要的意义。以ZY12000/28/64支顶掩护式液压支架为研究对象,运用拉格朗日第二类动力学理论建立6自由度围岩-支架耦合动力学方程。应用该动力学方程,分析了基本顶质量、基本顶初始高度及断裂点位置对液压支架动力学响应的影响。结果表明,立柱千斤顶、平衡千斤顶的受力随着基本顶质量和基本顶初始高度的增加呈线性增大;随着断裂点位置的前移,立柱千斤顶受力增大、平衡千斤顶受力减小。

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采煤机摇臂传动系统可靠性稳健优化设计

作者(Author)：张义民, 黄婧, 朱丽莎, 王婷

摘要：采煤机摇臂传动系统为采煤机的关键动力传递部件。以MG300/700-WD型采煤机摇臂传动系统为研究对象,根据实际工况建立了系统的有限元模型,利用Matlab软件对传动系统进行了非线性动力学特性分析,得到了系统危险部位的应力谱。在此基础上对摇臂传动系统进行了疲劳分析,建立了摇臂传动系统疲劳寿命可靠性模型。依据可靠性理论,采用四阶矩法对摇臂传动系统进行可靠性及可靠性灵敏度分析,分析了系统结构参数对系统可靠性的影响程度。对于摇臂传动系统疲劳寿命敏感的结构参数,进行了可靠性稳健优化设计,与单目标优化方法进行对比,并针对优化结果使用蒙特卡洛模拟的方法对可靠性进行了验证。结果表明,对采煤机摇臂传动系统进行可靠性稳健优化设计是一种实用、有效的方法。

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采煤机牵引部传动系统动态可靠性分析

作者(Author)：周笛, 张旭方, 杨周, 张义民

摘要：考虑齿轮的时变啮合刚度、非线性侧隙等因素,根据3自由度齿轮集中质量模型,建立了采煤机牵引部的动力学整体模型,研究变速重载工况下系统的振动响应,获得了牵引部各位置的动态接触应力。考虑随机运动参数、结构参数与材料参数系统等的影响,基于鞍点逼近方法获得了系统功能函数的概率密度函数与概率分布函数,基于顺序统计量理论研究了载荷多次作用下牵引部传动系统的动态可靠性评价问题,计算结果表明:随着系统运转时间的增加,传动系统中齿轮接触应力分布均值增大且标准差减小;动态运转过程中,牵引系统首次运转是较为安全的,系统前期可靠性降低速度较快,后期可靠性递减速度较缓慢。

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