“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; 11119IP
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低速重载工况下润滑介质对齿轮材料滚动疲劳的影响

作者(Author)：冯存傲, 张德坤, 亓健伟, 王高磊

摘要：根据实际工况简化实验模型并计算确定实验参数,选用20CrMnTi齿轮钢摩擦副在M-2000A摩擦磨损试验机上,并结合实时动态观察磨损形貌和在线监测温度2种手段,开展不同黏度润滑介质工况下20CrMnTi齿轮钢的滚滑摩擦疲劳失效机理研究。结果表明:L-CKD320油摩擦因数、磨损量及温度最小,润滑效果最好;L-CKD150油润滑时摩擦因数、磨损量及温度最大,润滑效果最差;L-CKD150油润滑下,疲劳剥落占主导;L-CKD320油润滑下,点蚀、黏着磨损占主导。

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采煤机机电液短程截割传动系统设计与性能分析

作者(Author)：杨阳, 袁瑷辉, 邹佳航, 秦大同

摘要：截割部是滚筒采煤机最重要的组成部分,也是最易产生失效的部分。可靠性低和适应性差的问题是现有滚筒采煤机截割部存在的主要问题,针对这些问题设计了一种机电液短程截割传动系统及其自适应控制策略。为了验证该方案的有效性和可行性,建立了泵控马达系统、蓄能器和滚筒负载的数学模型,基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真平台,建立了MG300型电牵引采煤机整机模型,并进行了各典型工况下的性能分析,结果表明搭载机电液短程截割传动系统的采煤机在各种煤层下均能实现滚筒转速的良好调节且效率维持在70%以上,能保证截割电机或牵引电机的恒功率运行,能实现缓冲减振,并且在部件失效时能实现系统降功率运行从而避免停工损失。因此,仿真结果表明所设计截割传动系统具有良好的自适应能力和可靠性,为采煤机截割传动系统的设计与优化提供了理论依据,为进一步实现工程应用奠定了基础。

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突变工况下滚筒式采煤机调速控制策略研究

作者(Author)：葛帅帅, 秦大同, 胡明辉

摘要：基于Matlab/Simulink建立了包括采煤机牵引部、截割部和控制系统的整机耦合控制模型,针对煤岩夹杂引起的突变工况,以采煤机可靠运行和高效生产为目标,提出了基于截割电机额定转矩的截齿切削厚度控制目标的计算方法,得到煤层截割阻抗与截齿切削厚度控制目标的对应关系;基于滚筒负载特性和破岩能力制定了针对不同突变工况的滚筒调速控制策略和牵引-滚筒协调控制策略;最后将提出的上述两种调速控制策略与传统牵引调速控制策略进行对比。结果表明:当煤层突变载荷较小时,采用滚筒调速控制策略不仅可有效降低采煤机机电系统动载荷,而且可保持采煤生产率不变;当煤层突变载荷较大时,采用牵引-滚筒协调控制策略可有效降低采煤机机电系统动载荷,并对采煤生产率影响较小。

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基于改进S变换的煤岩界面超声反射信号处理

作者(Author)：李力, 魏伟, 唐汝琪

摘要：煤岩识别技术是实现煤矿综采工作面智能化和无人化的关键技术之一。准确分解超声波检测煤岩界面的混叠严重的回波信号方法是研究的重点和难点。分析不同窗函数调节参数对时频分辨率的影响,提出一种改进的S变换,建立非对称高斯调制模型的多重回波混叠信号,采用改进S变换方法对超声波检测煤岩界面的仿真与实验反射回波信号进行处理,采用时间幅值包络曲线方法分离混叠回波。研究结果表明,改进S变换方法具有更好的时频分辨率及时频聚集性,可有效分离煤岩界面的混叠反射回波,获得较准确地超声波煤岩界面反射回波的到达时间,从而,为煤岩界面的识别提供技术支撑。

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基于HHT和有监督稀疏编码的滚动轴承故障状态识别方法

作者(Author)：俞啸, 丁恩杰, 陈春旭, 李力

摘要：为了实现对滚动轴承故障位置和损伤程度的准确定位,将类别判别信息引入到无监督的稀疏编码中,提出一种有监督稀疏编码(Supervised Sparse Coding,SSC)方法,建立基于希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,HHT)和SSC的振动信号特征提取和故障状态精细分类模型。首先,通过HHT获取振动信号的边际谱,然后,利用SSC为边际谱信息建立统一的字典库,并完成对边际谱的稀疏表示,实现干扰信息的滤除和故障目标敏感特征的二次提取,最后,使用SSC得到的稀疏系数完成对支持向量基(Support Vector Machine,SVM)分类器的训练。采用SKF-6205-2RS轴承试验台数据对提出方法进行实验分析,使用HHT-SSC-SVM模型,驱动端轴承故障状态识别率为99.5%,风扇端轴承故障状态识别率为98.25%,与文中其他模型相比,在故障状态识别率上有所提高,并且表现出来较强的适应能力。

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基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机位姿自主测量方法

作者(Author)：吴淼, 贾文浩, 华伟, 符世琛, 陶云飞, 宗凯, 张敏骏

摘要：根据深部危险煤层无人化开采的需求,要实现无人环境下对悬臂式掘进机位姿的高精度测量。提出一种基于空间交汇测量技术的悬臂式掘进机自主位姿测量方法,由悬臂式掘进机搭载激光发射器并发射旋转激光平面,在其后方安装位置固定的激光接收器并通过激光平面获取激光发射器相对于其自身的方位,从而得到悬臂式掘进机相对于由激光接收器确定的巷道坐标系的位姿状态。构建悬臂式掘进机位姿测量的数学模型,运用仿真软件对该模型进行仿真并分析位姿测量精度。仿真表明:在激光发射器与激光接收器相距25 m时悬臂式掘进机定位点的最大测量误差在X轴,测量误差为0.082 3 m;姿态角的最大测量误差为横滚角,测量误差为2.018 4°。基本满足目前煤矿综掘工作面对悬臂式掘进机位姿测量精度的要求。

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基于超宽带技术的掘进机自主定位定向方法研究

作者(Author)：符世琛, 李一鸣, 杨健健, 贾文浩, 陶云飞, 宗凯, 张敏骏, 吴淼

摘要：针对煤矿井下综掘工作面的实际工况,提出了一种基于超宽带定位技术的悬臂式掘进机自主定位定向方法,建立了该方法的数学计算模型及误差随距离分布模型,并验证了该方法的可行性。分析结果表明:在满足煤炭巷道成型标准的情况下,该系统的自主探测范围可达400 m左右。为了进一步提高自主测量范围,提出了一种定位基站自主标定方法,可实现掘进机巡航参数的跟随性测量,减少综掘人员的井下作业时间。该项研究可有效防止因偏掘引起的巷道错位,实时提供掘进机位置状态及位姿参数,为实现掘进机自主巡航奠定基础,满足深部危险煤层开采的无人化需求。

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781

435
基于iGPS的掘进机单站多点分时机身位姿测量方法

作者(Author)：陶云飞, 宗凯, 张敏骏, 贾文浩, 符世琛, 杨健健, 吴淼

摘要：为实现掘进机机身位姿的高精度自主测量,提出了基于i GPS的掘进机单站多点分时机身位姿测量方法,并对其可行性进行分析,研究了其测量误差分布规律。分析了目前各种掘进机机身位姿测量方法及i GPS的应用方式,推导出掘进机的位姿计算参数。系统阐述了此测量方法的组成及工作原理,依据其工作原理及掘进机工作特点,建立接收器位置坐标的解算模型,通过Matlab进行仿真,得出了在不同测量距离下接收器各个轴向坐标测量误差的变化规律,结果表明:接收器各个轴向坐标测量误差随着测距的不断增大而增大,且y轴方向的测量误差增长速率大于x,z轴方向;随着测量次数的增多,测量误差有所减小,当测距为40 m,测量次数为200时,y轴方向的最大测量误差为0.070 m。将仿真结果与国家煤矿井巷工程验收标准值进行对比得出,应用此方法测量得出的最大测量误差值小于国家标准的规定值,能够满足掘进机的位姿测量要求。

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