基于航位推测的刮板输送机形态检测研究

针对煤矿综采工作面自动化中刮板输送机直线度检测困难及测量精度不高的问题,利用捷联惯导提出了一种基于中部槽结构尺寸航位推测的刮板输送机形态检测新方法。首先,选择Rodrigues参数法进行惯导姿态解算,其次采用加速度传感器测量采煤机经过刮板输送机连接间隙时产生的振动信号,建立了Butterworth滤波下的刮板输送机节数检测模型,最后在考虑刮板输送机连接间隙的情况下构建刮板输送机形态检测模型。利用采煤机和轨道模型在水平、竖直面分别搭建实验平台,实验结果表明,刮板输送机形态的跟踪误差小于14mm。该形态检测方法为刮板输送机形态的检测提供了一种新思路,并为综采工作面自动校直的实现提供了一定的理论支持。     

工作面刮板输送机稳定性分析

 摘 要：大倾角采煤工作面刮板输送机伪斜或倾斜布置。从采煤机不割煤时的静力状态分析刮板输送机最易下滑方向,确定其不下滑条件式;从采煤机正常割煤时的动态角度分析煤机割煤方向及惯性力作用对刮板输送机不下滑条件的影响,确定其不下滑条件式,并提出防滑相关措施;采煤机进刀或工作面布置局部不平整刮板输送机有弯曲时,刮板链与刮板壳相互摩擦,导致刮板链中拉力变化,给出求解拉力值的力学新型模型及解算方法。对工作面刮板输送机条件适用性及选型,刮板链拉力计算及链强度校核有参考作用。     

基于采煤机和刮板输送机能耗模型的速度协同优化控制

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤工艺特点,通过对刮板输送机在不同工艺阶段的煤量线密度、实时煤量及运行阻力的分析,建立了刮板输送机的能耗模型。为验证该模型的合理性,以山西某煤矿9105综采工作面双机系统作为研究对象,通过MATLAB仿真得到的双机基准速度及其同比率增加或减少时的系统能耗变化趋势与实际经验相符。为明确牵引速度、滚筒转速及刮板链速度变化对采煤机和刮板输送机能耗的影响,通过对45组不同速度协同组合下采煤机和刮板输送机的能耗变化情况进行仿真分析,得出双机能耗最速下降路径的速度协同组合方向。其次,在满足采煤量、速度要求、生产时间等约束条件下,以采煤机和刮板输送机协同运行时的总能耗最小为目标,建立了双机速度协同优化模型,提出基于双机能耗模型的速度协同优化控制方法。为突出协同优化控制方法的优势,以同一综采工作面为研究对象,通过仿真得到优化协同速度及相应的能耗,与基准速度下的能耗相比,在一个生产循环中,...     

刮板输送机煤流动态分布模型

采煤机和刮板输送机作为综采面的主要机电设备,其工作状态直接影响着开采率和企业的经济效益.刮板输送机为采煤机提供牵引和导向装置,使采煤机能够在刮板输送机铺设的轨道上往复运动并割煤.同时,刮板输送机为液压支架提供铰接点,随着采煤工作面的推进而蜿蜒移动.刮板输送机上煤量的分布除与自身运行的状态有关系,也与采煤机的运行状态密切...     

三机配套的S弯检查方法

三机配套是指煤矿综采工作面的液压支架、刮板输送机以及采煤机之间的尺寸及功能配套,是综采工作面布置工作的重要组成部分。结果直接影响工作面的使用效果及效率。在三机配套过程中铲间距是个非常重要的参数,铲间距过大影响滚筒装煤效果,铲间距过小则会使摇臂下降过程中与刮板输送机铲板干涉。介绍一种S弯检查方法,模拟采煤机及刮板输送机实际运行情况,在保证滚筒边与刮板输送机铲板之间安全距离的前提下,尽量减小铲间距,保证滚筒装煤效果,提高综采工作面生产效率。     

基于机器视觉的长壁工作面直线度测量算法研究

综采工作面推进过程中,由于上百米长的狭长地形和起伏弯曲,其直线度是一种大型移动目标的非可视测量问题.通过将梯形窗口、灰度识别和特征搜索等视觉算法应用于实时测量刮板输送机的形态,建立视觉相机测量直线度的局部坐标系,可使测量的结构光点像素值转换为设定直线度的偏差距离;通过链位传递算法将工作面布置的多个视觉相机的局部直线度坐标经过转换矩阵和平移向量建立全局坐标系,从而计算出以刮板机节为测量标志点的工作面直线度.实验表明,视觉检测整个工作面直线度达到±50mm的精度,满足采煤机沿平直工作面高效运行的要求.     

采煤机与刮板输送机多目标协同速度优化研究

针对采煤机和刮板输送机运行速度不匹配，刮板输送机连续高速运转造成的能源浪费和运输效率低的问题，通过研究双向割煤工艺，对采煤机和刮板输送机运行阶段进行分析，建立以刮板输送机能耗、运输速度波动和运输效率为优化目标的采煤机与刮板输送机协同调速决策模型，在采煤机和刮板输送机规定速度范围、刮板输送机载煤量等约束条件下，使用海鸥优化算法求解各阶段最优协同速度。最后，使用某煤矿工作面数据进行仿真实验得出：使用采煤机与刮板输送机协同调速决策模型对采煤机牵引速度和刮板输送机运输速度进行规划，能够在不影响生产任务的前提下有效降低刮板输送机28.7%能耗，运输效率提高6.8%。     

智能综采工作面刮板输送机直线度监测方法研究

综采工作面刮板输送机的直线度误差受刮板输送机的轨迹检测误差和液压支架的推移误差的影响,给刮板输送机的状态监测带来了新的挑战。综采工作面刮板输送机直线度实时监测与控制及其获取精确、可靠的位置状态信息对煤矿智能化开采至关重要。为实现综采工作面刮板输送机自动化、智能化、无人化调直并有效地监测刮板输送机的状态,提出了一种基于卡尔曼滤波的刮板输送机位置状态估计方法,结合综采工作面采煤工艺,利用刮板输送机检测轨迹建立刮板输送机调直方法模型,针对传统方法无法实时反映刮板输送机运动状态的难题,以数字孪生技术作为物理世界与数字世界的桥梁,实时精准地反映刮板输送机的位置状态信息,研究综采工作面“三机”的工作特点,利用卡尔曼滤波算法实现对综采工作面刮板输送机直线度的有效监测,并通过改变检测误差与推移误差的正态分布来检验该方法的准确性。试验结果表明,所提出的监测方法能够有效地减小检测误差和推移误差对综采工作面刮板输送机直线度的影响,且在检测误差与推移误差较大时依旧能发挥出色的效果,监测精准率均能提高30%以上,能使综采工作面刮板输送机的直线度误差稳定在一定的范围内,提高刮板输送机直线度的监测精度。     

沿工作面方向底板起伏状态仿真分析

采用多项式回归模型描述采煤机沿工作面方向倾角与刮板输送机每节中部槽倾角之间的对应关系,并由此获得准确的工作面底板起伏变化趋势。对任意底板起伏曲线进行验证,仿真结果与实际起伏趋势基本一致,误差较小,证明了该方法的有效性。     

薄煤层综采数字化无人工作面技术研究与应用

为实现薛村矿薄煤层94702综采工作面数字化无人开采,根据该工作面地质条件,介绍了采煤机、液压支架、刮板输送机三机设备选型过程;设计并实现了采煤机位置检测、记忆截割自动调高、运行状态实时监控以及液压支架电液控制系统的自动控制等功能。结果表明:通过采用合理的采煤方法和回采工艺,综采数字化无人工作面开采技术安全可靠,可实现自动完成割煤、移架、推移刮板输送机和顶板支护等生产流程。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

刮板输送机调直方法与试验研究

刮板输送机自动调直是自动化工作面保持直线度的重要前提,为了实现刮板输送机自动调直,结合综采工作面采煤工艺利用刮板输送机检测轨迹,建立了刮板输送机调直方法,实现了在综采工作面不停机情况下的刮板输送机连续调直。通过数值仿真和试验验证,发现所提出的刮板输送机调直方法可有效地减小刮板输送机的初始粗大直线度误差,并使刮板输送机的直线度误差稳定在一定范围内。刮板输送机直线度误差稳定范围由刮板输送机轨迹检测误差与液压支架的推移误差的偏差(δm,δl)决定。当检测误差与执行误差服从正态分布时,由于检测误差和推移误差在刮板输送机推溜点可以部分相互补偿,而使刮板输送机的直线度误差稳定在6(σm+σl)范围内。刮板输送机的稳态直线度误差只与本次调直过程有关,而与之前的调直过程无关,有效地避免了误差累积。     

基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究

针对煤矿井下"三机"自动化中的采煤机定位精度较低的问题,根据采煤机工作环境恶劣、空间封闭、干扰较多的特点,提出了一种基于捷联惯性导航(SINS)的采煤机位姿定位方法。该方法利用捷联惯性导航系统中的三轴加速度计和三轴陀螺仪实时测量采煤机的加速度和角速度信息,并根据四元数捷联惯导位姿解算方法解算出采煤机的实时位置和姿态信息,得到精确的采煤机运动轨迹,实现对采煤机的实时体定位。对定位平台进行仿真和利用综采工作面"三机"实验装置搭建采煤机捷联惯导定位实验平台进行实验,结果表明,采煤机捷联惯导定位系统能够准确跟踪基准轨迹,采煤机沿工作面方向运行20 m,位置姿态跟踪误差分别为0.5 m和0.7°,满足煤矿采煤机定位精度要求,该系统能够实现采煤机的实时精确定位。     

大倾角智能工作面刮板输送机“上窜下滑”自动化控制研究与应用

针对复杂煤层赋存条件下,特别是大倾角、多断层的工作面实现全工作面自动化面临着诸多技术难题,以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿220608综采工作面为工程背景,研究了大倾角工作面支架防倒防滑以及刮板输送机“上窜下滑”自动化控制的重点和难点,建立了刮板输送机“上窜下滑”工艺管控策略数据模型及工艺控制逻辑体系,通过刮板输送机“上窜下滑”趋势判断方法,形成了跟机推刮板输送机、跟机拉架工艺控制方案,建立了大倾角工作面常规拉架、防止刮板输送机下滑调架以及防止刮板输送机上窜调架3种拉架动作控制逻辑。实际工程应用表明,工作面平均开采速度可达6.3 m/min,最高产量可达11700 t/d,实现了工作面高清可视化,并通过管理创新保障了大倾角工作面智能开采常态化运行。     

大仰角综采设备适应性改造技术研究

通过对大倾角仰采工作面原综采设备在生产中可能出现的诸多问题,以及设备的受力工况分析,分别对刮板输送机和采煤机的结构做了适应性的技术改造。此外还提出了输送机防滑和防漂移的相关技术措施,取得了良好的应用效果,具有一定的推广价值。     

惯性导航初始对准偏差与安装偏差校准方法对采煤机定位精度影响

以惯性导航元件与里程计为传感元件的航位推算方法是综采工作面可行的采煤机定位方法。通过建立航位推算误差模型,分析了惯性导航元件初始对准偏差角和安装偏差角对采煤机运行过程中定位精度的影响。结合航位推算轨迹与实际轨迹的相似性,提出了基于两点法的两种偏差角校准算法,并通过试验验证了校准算法的有效性。在试验条件下,校准前后采煤机定位50%球概率误差(SEP)半径值分别为12.062 m和0.104 m。采煤机往复截割过程中一个截割循环内采煤机的定位精度保持在相同的水平。