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“煤矿智能精准开采技术与装备”专题

来源：煤炭科学技术

专题来自于《煤炭科学技术》2022年第8期，共8篇研究成果。

行业视野: 智能化
类别; 40个
关键词; 44位
专家; 10篇
论文; 2092IP
点击量; 3959次
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《煤炭科学技术》2022年第8期封面

作者(Author)：《煤炭科学技术》

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煤炭科学技术

2022年第08期

245

414
《煤炭科学技术》2022年第8期目次

作者(Author)：《煤炭科学技术》

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煤炭科学技术

2022年第08期

204

350
基于惯导/全站仪组合的掘进机自主定位定向方法

作者(Author)：马宏伟, 毛金根, 毛清华, 张旭辉, 刘博兴

摘要：针对目前煤矿井下掘进机定位定向不准确、自动化程度低等问题，提出了一种基于光纤惯导与数字全站仪组合的掘进机自主定位定向方法。通过分析光纤惯导与数字全站仪的组合定位定向原理，建立了光纤惯导和数字全站仪的误差模型和组合定位定向系统的状态方程和量测方程，运用卡尔曼滤波器对组合定位定向系统的状态量与量测量进行预测估计，并考虑数字全站仪的定位精度对融合效果的影响，得到掘进机自主定位定向的融合信息。搭建了掘进机定位定向试验平台，通过运用惯导与全站仪组合的自主定位定向方法对模拟在巷道中线行走的掘进机进行了定位定向试验。试验结果表明：根据数字全站仪定位精度确定量测噪声方差R时，组合定位定向精度最高，其中x轴方向定位最大误差为0.03 m，y轴方向定位最大误差为0.02 m,航向角、俯仰角和横滚角定向误差小于0.005°，能够满足煤矿井下掘进机定位定向技术要求，解决了光纤惯导姿态角累计误差和位置发散问题，实现了掘进机的精确自主定位定向，为煤矿井下掘进工作面的智能化发展奠定良好的基础。

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煤炭科学技术

2022年第08期

252

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基于双目视觉的动态煤量测量方法

作者(Author)：董立红, 宋伟思, 符立梅

摘要：煤矿井下带式输送机主运输面煤量测重设施不完善。在复杂的煤矿井下环境中，皮带秤的测重方法对其精度有很高的要求、易受到人为操作，使得测量误差较大，难以获得真实的煤产量数据；激光三维扫描的测重系统价格昂贵，难以普遍使用。根据煤矿井下带式输送机主运输面煤量测量问题存在的不足，针对性地提出一种基于双目视觉的动态不规则物体测重方法。首先，采用双目相机获取煤矿井下带式输送机主运输工作面的左右俯视图，研究适用于煤矿井下图像特点的预处理方法；接着根据双目视觉的原理采用改进的半全局块匹配算法（Semi-Global Block Matching，SGBM）计算得到密集视差图并对视差图进行空洞填充以消除误匹配点；再对填充后的的视差图采用改进的分水岭分割算法将视差图中的原煤目标分离出来；然后在采用基于三角测量的方法恢复各点的深度信息后计算其对应点的三维信息；在三维信息的基础上提出了一种新的动态不规则体积测量方法计算带式输送机表面的原煤体积；最后，应用煤量计算公式完成煤量测量。用双目相机获取真实煤矿图像进行试验，证明所提方案的有效性。研究表明：该系统所需的硬件设备为一个质量轻、体积小的双目摄像机，能实时采集到目标图像和距离；真实重量和测量重量误差低于10%，为煤矿井下煤量测量提出了一种有效的方案，能够满足实际煤矿井下煤产量的估计需求。

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煤炭科学技术

2022年第08期

238

350
采煤机滚筒高度测量传感器工作环境磁场仿真与屏蔽研究

作者(Author)：李曼, 郑思雨, 刘浩东, 王志鹏

摘要：为实现煤矿井下综采工作面复杂电磁环境下采煤机滚筒高度的测量，保证工况条件下传感器的可靠性，在分析滚筒式采煤机摇臂结构和工作原理的基础上，利用TLE5012B磁敏感角度传感元件设计了采煤机滚筒高度传感器。传感器通过安装于摇臂销轴处的摇杆—旋转装置获取摇臂摆角，由角度计算获得采煤机滚筒高度。依据现有煤矿井下工况条件、设备分布以及传感器安装位置，分析确定滚筒高度传感器在井下工作环境中的主要磁场干扰源为采煤机的截割电机、破碎电机、牵引电机以及采煤机供电电缆和巷道铺设电缆。采用SolidWorks三维建模软件，以Eickhoff公司的SL1000型采煤机为参照，建立相关电缆、电动机、采煤机摇臂及周边部分等干扰源模型。采用COMSOL Multiphysics仿真软件，求解各干扰源模型的磁场分布，并对采煤机滚筒高度传感器工作位置的磁场环境进行了定量分析。仿真结果表明：截割电机及巷道铺设电缆处的磁感应强度较大，是影响传感器工作的主要电磁干扰源。采煤机摇臂及周边部位和传感器安装部位的磁感应强度为1～4 T，超出了TLE5012B的30～50 mT正常工作范围。为减小电磁干扰对传感器的影响，基于低频磁屏蔽原理及传感器结构，以硅钢片为屏蔽材料设计了磁屏蔽装置，该装置可有效屏蔽99%的磁场干扰，屏蔽后传感器周围磁感应强度为10～45 mT。

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煤炭科学技术

2022年第08期

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基于校准补偿和VBUKF平滑的超宽带采煤机定位技术

作者(Author)：曹波, 王世博, 葛世荣, 刘万里, 马光明, 梁耍

摘要：采煤机精准定位一直是多年来亟需解决的瓶颈，是实现井下采煤机智能化、无人化开采的关键。针对当前采煤机定位精度较低的问题，提出将超宽带 (Ultra-Wideband ,UWB)基站安装在综采工作面端头，当采煤机运行至端头时，由UWB定位系统为惯性导航端头校准提供基准。为使UWB定位系统获得较高的定位精度，考虑到基站位置误差、尺度因子误差和偏差对定位精度的影响。提出了一种校准方法，能够独立计算这些参数，对基站的位置误差进行校准补偿；由于非视距(Non-Line-of-Sight,NLOS)环境的影响，NLOS偏差因距离变化而有所不同，同时考虑到测量噪声的不确定性和时变性，提出了变分贝叶斯无迹卡尔曼滤波(Variational Bayesian unscented Kalman filter ,VBUKF)对NLOS测距信息进行平滑处理，减小NLOS误差的影响，提高距离估计精度。在校准补偿和VBUKF平滑基础上，采用Caffery定位方法(Caffery localization,CL)解算目标节点的坐标，为进一步提升定位精度，采用高斯-牛顿迭代算法(Gaussian-Newton,GN)对CL算法的结果进行优化，并通过UWB定位系统进行动静态试验验证所提方法的有效性。试验结果表明:VBUKF平滑能够有效地减小NLOS误差，GN算法能够进一步提升定位精度；经过校准补偿和VBUKF平滑后，X轴，Y轴及Z轴的平均定位误差大大减小，CL算法和CL-GN算法的平均定误差分别由0.347、0.250 m减小为0.239、0.109 m,平均定位精度分别提高了31.1%,56.4%；同时动态运动轨迹更加接近实际轨迹，表明该方法能提升UWB系统的定位精度，能够为井下定位技术提供理论参考，但是该方法有待进一步现场试验的验证。

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煤炭科学技术

2022年第08期

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280
自移轨道式液压支架既定轨迹转向路径分析

作者(Author)：李国华, 张宏, 陈有, 张志宏, 付政, 孙小娟

摘要：为解决煤矿巷道设备列车转向难的问题，设计了1种适用于巷道弯道转向的交替循环自移轨道式液压支架，探讨了自移轨道式液压支架弯道转向工作原理，通过对该型支架本身原地旋转掉转车头和在狭窄巷道内带动设备列车转弯2种工况的定性分析，建立了转向物理模型计算公式，研究了转向油缸工作循环自移轨道式液压支架关键点的运动位置变化情况；为使设备列车按照既定轨迹强制转向，在巷道底板安装了地锚，构建了支架轨道、设备列车与地锚的碰撞运动状态表达式；应用ADAMS对自移轨道式液压支架转弯两种工况的运动特性进行了虚拟仿真试验。研究结果表明：转向油缸工作状态的改变引起了旋转基点的变化，支架原地旋转时以基点C为圆心，以A、B两点与C点之间的距离为半径在底板形成半圆轨迹，支架原地旋转只需保持转向油缸的行程一致，即可实现支架原地旋转；而带动设备列车转弯过程中，需要在每一步转向步进中改变转向油缸和步进油缸的活塞杆伸缩行程，来微调自移轨道式液压支架的方向，B点轨迹的曲率半径约为1 000 mm，设备列车与地锚相碰撞时平均碰撞力约为60 000 N，平均速度约为450 mm/s。支架转向轨迹路线的研究为煤矿综采工作面设备列车弯道快速转向提供了有效的解决思路和方法。

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煤炭科学技术

2022年第08期

155

261
基于功能分析的带式输送机自动巡检机器人设计

作者(Author)：孟娜娜, 钟鹏程, 雷超, 江帆, 杨龙, 李柱江

摘要：带式输送机具有长距离连续运输等优点，成为运输煤炭等矿山物料的重要设备。在长时间连续运行过程中，带式输送机关键部件的性能退化会引发输送带打滑、跑偏和断带等故障，迫切需要对其工作状态进行实时监测。针对传统带式输送机自动巡检系统上下坡驱动打滑、平稳性差等问题，设计了一种基于轨道摩擦和齿轮齿条啮合混合驱动的自动巡检机器人。基于功能分析，设计了巡检机器人的总体方案，提出了水平运动时采用行走轮和轨道的摩擦式驱动和上下坡运动时采用齿轮齿条啮合驱动的两阶段驱动方式，增加了巡检机器人的爬坡能力，避免了传统巡检装置存在的上下坡打滑的不足。考虑到带式输送机恶劣的巡检工况，详细设计了巡检机器人的驱动系统和行走系统等机械结构，并采用Creo软件建立了巡检机器人的三维模型。针对巡检机器人的控制系统实现的功能，完成了巡检机器人的控制系统硬件选型和控制系统程序的流程图设计，并计算出巡检机器人的续航时间。采用ANSYS软件对底板和托架进行了有限元分析，完成了底板轻量化设计并对底板和托架的强度进行了校核分析。采用ADAMS软件对巡检机器人的运动过程进行了仿真分析，运动学仿真结果表明：巡检机器人能够顺利实现水平运动和上下坡运动的无干涉平稳切换。

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煤炭科学技术

2022年第08期

211

418