“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
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基于时空演化的露天矿运输线路存留状态判别算法

作者(Author)：刘光伟, 李晋, 柴森霖, 刘嗣哲, 付恩三

摘要：露天矿采场是一个随时间协变的有源时空场，其内部的时空演化规律是露天矿开拓运输系统定线的重要基础，直接制约着露天矿运输道路的废除、重建和更新等相关决策。但多年受露天采场的自身复杂性限制，开拓定线仍以经验化的手工定线为主，尚缺乏一种科学化、系统化的定线法，特别是对于已确定的运输线路随采、剥工程发展而发生的时空状态演化规律的判别与分析，直接制约着露天矿山道路运输系统设计的经济性。以开拓定线过程中既定坑线的存留问题为切入点，首先对露天矿采场内采、剥物料的运输线路的演化规律进行了有效分析和描述，并结合采、剥物料的场内流动特性，构建了不同坑线状态下的迁移模型。同时，为进一步定量化的描述运输道路的状态迁移模型，文中从分析运输线路与物料流之间的功能联系入手，引入矢量分析和场论的理论方法，结合采场采、剥物料实际给出了满足矢量场分析条件的均质流体假设，并进一步提出散度的概念、时空状态描述子的判别指标及利用散度的量化计算实现采、剥物料的迁移状态判别，从而为承载运输任务的运输线路的废除、重建和更新状态提供更为科学、合理的量化决策指标。最后，以不同计划工程位置上的开拓定线问题(混合坑线)为仿真实验，验证文中算法模型对于判别运输线路存留问题的有效性。实验结果表明：抽象散度的引入能有效地将采场内的有源矢量场划分为有源和无源区域，并能进一步判别出有源区域内流体的吸收或发散特性，且上述特性能极为理想的对应于运输线路的废除、重建、更新以及继续服务等几种状态，从而保证了这种区域化指标能为开拓定线过程中的区域性坑线布设提供更为理想的前期决策，有效解决了主观定线过程中线路更新难题。将应用数学、理论物理学中的通量、散度的概念引入到解决露天矿山的现实优化问题中，提出了一种定量化描述露天采场时空状态演化过程的新方法，弥补了现阶段手工定线主观经验化更新的不足，同时也为开拓运输系统的自动化优化定线算法的实现提供了一种路径更新判别的新思路。

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煤炭学报

2020年第06期

1138

465
基于NMPC的地下无人铲运机反应式导航系统

作者(Author)：罗维东, 马宝全, 孟宇, 刘立, 顾青, 白国星, 甘鑫

摘要：针对地下无人铲运机反应式导航存在的转向与回正滞后、对宽度变化的弯道适应性较差等问题，提出了基于非线性模型预测控制(NMPC)的反应式导航系统，其中设计了基于NMPC算法的反应式导航运动控制器，并针对NMPC控制器所需要的局部参考路径，提出了一种分段式局部路径决策策略与之相匹配。NMPC控制器的设计包括采用欧拉法推导地下铰接式铲运机的非线性预测模型，然后设立基于铲运机约束条件的优化目标函数进行最优控制序列求解。分段式局部路径决策策略则是将地下巷道拟合分为多种典型作业环境并分别在不同环境下提出相应的决策策略，在铲运机行驶中根据预测时域内的巷道环境信息实时调整局部参考路径，然后将局部参考路径信息提供给NMPC控制器并进行跟踪。通过仿真实验设置不同仿真环境对本文提出的反应式导航系统进行验证并与基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的反应式导航系统进行对比，仿真效果表明，本文提出的地下无人铲运机反应式导航系统能够在较窄的巷道内实现自主导航，并且能够适应宽度变化的巷道，在多种仿真巷道环境中铲运机与巷道壁的距离最小值为0.73m，且航向误差能够在5s内由0.89rad收敛至稳定状态，稳态误差趋向于0.001rad，铰接角输出较为平顺，提高了地下巷道弯道处参考路径的安全通过性和铲运机对宽度变化的巷道的适应性。

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煤炭学报

2020年第04期

1006

344
双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制方法

作者(Author)：朱真才, 李翔, 沈刚, 汤裕

摘要：针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题，提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先，分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系，考虑系统存在的非线性问题，建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次，由于煤矿深井提升环境恶劣，因此钢丝绳张力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钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题，基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵，设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器，证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后，考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型，存在输出约束问题，提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法，并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后，利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证，实验结果表明，延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量，与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比，在高速和低速工况下，提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差，进一步保证提升系统的安全运行。

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煤炭学报

2020年第01期

1101

503
基于双侧钻臂位姿协同约束的凿岩台车车体定位方法

作者(Author)：吴昊骏, 龚敏

摘要：车体定位是凿岩台车钻孔自动控制的先决工序，原有车体定位方法仅在理想无碴工作面可行，当有堆碴车体横向倾斜情况下，推进梁可绕激光束横向旋转造成角变量无法锁定，车体位姿存在无穷解，导致定位误差很大甚至无法使用。为解决这一问题提出利用双钻臂同时参与定位的新方法，从理论上证明了双钻臂法解算车体位姿的可行性，将求车体位姿惟一解的问题转化为求解固定边长三角形顶点位置的问题;基于D-H法及坐标系平移确定了车体-激光坐标系变换关系;引入集合条件找出车体基坐标系实际原点位置，通过MATLAB编程计算车体两侧角变量值，求解车体基坐标系在工作面坐标系下的位姿矩阵，实现车体定位。现场测试结果表明:双钻臂法充分适应有渣条件堆碴高度变化，并能快速求得车体实际位姿确定值;车体竖直方向定位误差在5%以内，不采用误差补偿手段条件下钻孔定位精度在12 cm内。通过对比两种车体定位方法对钻孔定位效果的影响发现:原方法存在定位误差向非定位侧钻臂传递的现象，全站仪测量准确的情况下，非定位侧炮孔平均定位误差较定位侧高出94%。双钻臂法定位则不存在这一问题，其双侧炮孔定位精度与原方法定位侧炮孔定位精度一致，对于误差补偿较为有利。双钻臂定位法已在井下试验得到成功验证，具有普遍性，可用于同类型凿岩台车车体定位。

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煤炭学报

2019年第02期

1160

414