“矿山智能运输提升系统研究”专题（《煤炭学报》）

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“矿山智能运输提升系统研究”专题（《煤炭学报》）

来源：煤炭学报

专题整理于2021年5月，为2018—2021年《煤炭学报》刊登的“矿山智能运输提升系统研究”主题论文。

行业视野: 智能化
类别; 55个
关键词; 52位
专家; 12篇
论文; 15413IP
点击量; 7909次
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机器人运动学与时序预测融合驱动的刮板输送机调直方法

作者(Author)：王学文, 李素华, 谢嘉成, 任芳, 暴庆保

摘要：随着智能化开采的不断发展，刮板输送机直线度控制对于煤矿安全、高效开采具有重要意义。针对刮板输送机的调直精度不高的问题，提出了一种基于空间运动学与长短时记忆神经网络轨迹预测相融合的调直方法。首先，利用工业机器人的空间运动学知识对液压支架和刮板输送机浮动连接机构的运动规律进行了解析，并以C#语言的形式编入Unity3D仿真系统底层，通过推移机构连接头捕捉刮板输送机中部槽上的关键点，实现液压支架与刮板输送机的连接，实现了液压支架的精准推移，较理想化地解决了销耳间隙的影响;其次，综合考虑到传感器噪声与截割底板轨迹对刮板输送机轨迹检测的影响，在仿真系统中进行相关的补偿后，在MATLAB中利用LSTM(Long Short Time Memory)神经网络对刮板输送机的轨迹进行预测;最后，根据实际工况要求建立了目标调直轨迹的修正模型和轨迹-姿态转换模型，以得到的刮板输送机轨迹为基础，确定及时移架后的液压支架位置与对应中部槽的相对位置差，基于浮动连接机构运动规律液压支架精准推移，实现刮板输送机调直。通过虚拟试验的验证，建立的修正模型和转换模型具有较强的可靠性，在仿真系统与实验室条件下分别在底板存在起伏时进行了调直试验，提出的调直方法的直线度误差分别在±0.2 cm和0.08 cm内，符合调直精度要求，研究结果对刮板输送机的调直研究提供了思路。

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煤炭学报

2021年第02期

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重型煤炭运输车分布式混合动力系统设计及控制策略

作者(Author)：鲍久圣, 邹学耀, 陈超, 葛世荣, 赵亮, 马驰, 阴妍

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煤炭学报

2021年第02期

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双绳缠绕式煤矿深井提升系统容器位姿调平控制方法

作者(Author)：李翔, 朱真才, 沈刚, 汤裕

摘要：针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题，提出了容器位姿调平控制方法。首先，分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系，考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题，建立双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平非线性控制模型;其次，由于煤矿深井提升环境恶劣，因此提升系统容器位姿反馈信号通过无线装置进行采集，考虑提升系统运行过程中控制量在钢丝绳中传递存在的不确定延时问题，构建了容器位姿调平主动控制矩阵模型，设计了控制信号传输延时补偿观测器，证明了包含延时补偿观测器的容器位姿调平主动控制模型的稳定性;然后，设计滑模控制器实现提升系统容器位姿调平控制，考虑到控制器设计过程中需要容器角度的微分信号，利用高增益观测器为滑模控制器提供光滑的角度微分信号，进而提高控制性能;最后，利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出控制信号延时补偿观测器及容器位姿调平控制方法开展了实验验证，实验结果表明，反步和本文提出的控制器相对于PI控制器具有更优越的响应速度，而提出的控制算法由于添加了延时补偿观测器和高增益观测器，具有更好的控制效果，可以减小容器倾角的峰值与均值，保证双绳缠绕式煤矿深井提升系统的安全运行。

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煤炭学报

2020年第12期

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双绳多层缠绕式提升机卷筒结构对钢丝绳张力差的影响

作者(Author)：邓勇, 龚宪生, 唐涛, 王海隆

摘要：超深矿井缠绕式提升机钢丝绳之间的缠绕同步性保证对于提升系统的安全可靠运行具有重要作用。针对卷筒两缠绳区在钢丝绳缠绕过程中所引起的缠绕变形不同步导致的两钢丝绳间张力差异问题，考虑两钢丝绳长度差异与张力差异之间的相互影响，利用弹性基础梁理论对厚壳弹支结构卷筒在不同受力情况下的径向变形方程进行了推导，建立了钢丝绳动态张力、钢丝绳长度差异与卷筒径向变形三者相耦合的理论计算模型。通过求解不同卷筒结构在钢丝绳缠绕过程中的两钢丝绳间张力差异最大值，总结得出了卷筒的不同出绳方式和不同支轮布置位置对两钢丝绳间张力差异的影响规律，并通过有限元分析软件验证了理论计算模型的正确性。结果表明:超深矿井双绳多层缠绕式提升机卷筒结构对钢丝绳间的提升同步性具有重要影响，卷筒出绳方式与支轮布置位置的不合理组合会导致两钢丝绳间张力差异超过10%，危及提升系统的运行安全;卷筒左右与右左出绳方式下的两缠绳区变形同步性在左、右轮孔距离分别相等时是相同的;卷筒同左与同右出绳方式下的两缠绳区变形同步性在左、右支轮布置位置互为对称时是相同的;卷筒在左右或右左出绳方式下，左、右支轮对称布置时的卷筒结构所引起的两钢丝绳间张力差异最小。

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煤炭学报

2020年第11期

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煤矿井下机车无人驾驶系统关键技术

作者(Author)：韩江洪, 卫星, 陆阳, 魏臻, 程磊

摘要：煤矿井下机车无人驾驶系统的研发和运行,有助于降低因调度、操作失误而发生运输事故的概率并且能够从根本上减少井下作业人员的数量。与技术日趋成熟的地面汽车无人驾驶、铁路无人驾驶不同,在井下环境实施机车无人驾驶存在诸多新的挑战:例如运输大巷人车共用、巷道狭窄、光照条件不均匀,无法利用卫星定位系统,缺乏有效的通信手段等。从实现井下无人驾驶机车系统的关键问题分析入手,综述了其技术研究进展。 ① 提出了基于信息网络与控制网络无缝结合的井下无人驾驶机车系统架构,以确保列车调度智能化、机车操控与状态采集自动化、运输监控中心与调度中心一体化,并且兼容远程遥控、自主运行等无人驾驶模式;② 给出智能调度的概念,即无人驾驶系统应当在运输调度智能化的基础上实现,有效促进两个系统间的资源共享、功能协同;③ 详细比较分析了井下封闭环境定位技术,指出超宽带(UWB)能够有效应对亚米级的机车高精度无线定位且鲁棒性和稳定性方面性能优良,能够满足井下机车无人驾驶对定位精度的要求;④阐述了适用于井下无人驾驶的数据通信网络覆盖,重点根据实际的工程经验给出接入 WLAN 网络需要满足的性能指标,分析了 5G 新型通信网络即将带来的井下无人驾驶应用突破;⑤ 在机器视觉用于路况分析方面,探讨了基于轨道模型和基于图像特征的轨道线检测算法、基于深度学习神经网络的目标检测算法、基于双目测量和单目测量的目标距离估计算法、深度学习网络的轻量化技术。最后,展望该领域的技术发展与应用前景。

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煤炭学报

2020年第06期

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带式输送机永磁智能驱动系统及其控制策略

作者(Author)：杨小林 , 葛世荣, 祖洪斌, 鲍久圣, 常国强, 张磊, 李海莹

摘要：矿用带式输送机传统驱动系统存在传动线路长、传动效率低、可靠性不高等技术不足，针对传统驱动系统的不足，设计了一种集多点永磁直驱与永磁张紧于一体的带式输送机永磁智能驱动系统，并通过仿真试验和现场应用验证了其可行性。首先，对带式输送机永磁智能驱动系统的结构进行了设计。接着，基于传感器矢量控制永磁电机驱动系统的技术特点，提出了带式输送机永磁直驱系统的双闭环矢量控制、柔性启动与多机协调控制，永磁张紧系统的三闭环控制与打滑抑制等控制策略;在此基础上，利用 MATLAB / Simulink 软件构建了带式输送机永磁智能驱动系统的仿真模型，通过仿真分析在理论层面验证永磁智能驱动系统的正确性。最后，通过现场应用实例与经济效益分析，进一步验证了永磁智能驱动系统的优势。仿真分析与现场试验结果表明，带式输送机永磁智能驱动系统的多种控制策略在保证带式输送机重载柔性平稳启动的同时，也有效减小了启动时动张力对胶带的冲击损伤;可实现带式输送机的多机转矩平衡，能够解决多点驱动功率分配不均带来的问题;张紧系统与驱动系统协调性良好，可实现快速张紧，同时在发生打滑时张紧系统可快速响应消除打滑带来的不利影响。与传统的异步电机驱动系统相比，永磁智能驱动系统可大幅度提高带式输送机的智能化程度，有利于推进矿山装备的智能化发展。

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煤炭学报

2020年第06期

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刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型仿真与试验

作者(Author)：王洋洋, 鲍久圣, 葛世荣, 阴妍 , 王世博, 张磊

摘要：刮板输送机作为综采工作面关键机械设备，其性能直接决定了井下煤炭开采的效率及成本的高低，而驱动系统是保障刮板输送机性能稳定、高效运行的首要条件。为解决刮板输送机传统异步驱动系统因减速器而造成的传动效率低、故障率高、可靠性低等问题，基于永磁同步电机设计了1 套输送量可达1500万t/a的刮板输送机永磁直驱系统，并匹配计算了所需了永磁同步电机功率、转速以及变频控制器容量。根据永磁直驱系统与刮板输送机之间的机-电耦合关系，利用MATLAB / Simulink 仿真软件搭建刮板输送机永磁直驱系统的机-电耦合模型，仿真分析了永磁直驱系统在空载启动、满载运行、多边形效应等多种工况下永磁同步电机的输出转速、转矩、三相电流以及刮板链的速度、加速度、张力等动态特性变化规律。仿真结果表明，永磁直驱系统在刮板输送机启动及负载变化时能够快速响应且比较准确，由于减少了减速器的柔性缓冲，电机输出转速与转矩对负载突变响应波动较大；永磁直驱系统的动态响应在突变负载下与突变量成正相关关系，应当从驱动系统控制算法的优化角度出发减小波动，改善其性能;多边形效应影响系统速度控制的稳定性，机头链轮啮合处的链条更易受到多边形效应的影响。最后，搭建小功率永磁同步电机直驱模拟试验台架，将仿真得到的机械负载特性曲线等效处理后通过测功机加载输入，开展了刮板输送机永磁同步电机直驱系统的模拟驱动试验。试验结果表明，台架试验测得的永磁同步电机动态特性曲线与对应仿真试验得到的永磁同步电机动态曲线的变化规律基本一致，从而从侧面验证了本文所建立刮板输送机永磁直驱系统机-电耦合模型的正确性。

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煤炭学报

2020年第06期

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基于3D LiDAR的矿山无人驾驶车行驶边界检测

作者(Author)：陈龙, 司译文, 田滨, 檀祖冰, 王永涛

摘要：路沿检测是矿区无人驾驶的关键技术之一，所得路沿信息可用于辅助无人矿车的感知、规划和定位。准确的路沿检测与路沿图构建同时也是高精地图构建中的首要步骤，通过机器学的方法可以在现有路沿点的基础上初步构建道路结构拓扑。与传统的卡尔曼框架下的路沿跟踪所不同的是，本文提出了基于占用栅格思想的路沿跟踪方案。所谓占用栅格，即根据传感器感知到的障碍物信息来对全局范围内的场景进行构建的一种方法。由于矿区环境下的路沿具有高度不确定性，所以需要用一种由包含概率信息的模型找出最高可能性是路沿的位置，而基于八叉树的结构正好可以满足这一需求。本文通过将每一帧点云实时栅格化来筛选路面候选栅格，然后以环压缩为主进行多特征的路沿检测，其中栅格是一种应用已经非常广泛的点云结构，根据矿山道路本身具有的粗粒度特性，将特征检测扩展到以每一个扇形单元格为不可分割的基本单元，在提高了检测效率的同时，也避免了很多路面凹凸所带来的干扰。路沿的跟踪策略采用基于八叉树的三维占用栅格，融合多帧检测结果，建立全局路沿地图，将传统的二维的占用栅格图的概念扩展到了三维的仅包含路沿属性的全局障碍物图。实际矿区道路检测结果表明，本文提出的针对矿山非结构化道路的路沿检测算法可以准确地实现对矿山道路边界的检测，并可以满足无人矿车驾驶的实时性。

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煤炭学报

2020年第06期

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