巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展

针对当前煤矿巷道综掘工作面的智能化程度较低,掘进效率低下的问题,分析了煤矿综掘工作面实现智能化快速掘进的关键技术--自主感知和调控技术。首先,探讨了智能化快掘创新方法与理论,以智能感知技术、自主控制技术、群组协同技术为核心,构建智能化快速掘进技术体系,以实现煤矿综合掘进机器人化装备的探-掘-护-锚一体化协同作业。其次,重点阐述了智能化掘进的自主感知技术,包括基于超宽带原理的位姿感知、基于双频激电法的超前探测、基于SLAM原理的环境感知、基于变迁记忆故障Petri网的故障感知等;自主调控技术,包括基于群体智能算法的智能截割、基于遗传变异粒子群算法的路径规划、基于BP神经网络PID算法的自主纠偏等。再次,详细论述了智能临时支护感知,包括围岩压力、顶底板状况、支架位姿等多维信息的感知,研究了非水平场景下掘支协同与多机组多缸联动的自适应控制方法;介绍了智能永久支护感知,包括围岩位移感知和支护装备受力变形感知,探讨了锚护网络结构优化方法,提出了基于粒子群优化算法的自适应钻进控制策略。最后,展望了煤矿巷道智能化掘进的自主感知及调控技术的发展方向。     

基于LoRa技术通信的采煤机姿态感知系统设计

为实现采煤机滚筒智能调高与远程控制记忆截割煤等功能,需获取采煤机精确姿态信息。设计一种基于LoRa技术通信的采煤机姿态感知系统。考虑井下工作条件恶劣、通信干扰因素多等特点,该系统采用抗振倾角传感器精确获取采煤机姿态信息,利用LoRa技术并结合滤波算法来提高系统的通信距离,实现采煤机滚筒智能调高和记忆截割煤的远程控制。通过在黄陵1#煤矿井下进行实际测试,结果表明,该系统在井下恶劣环境中获取的采煤机姿态信息精确,传输距离可达140 m,可以满足工作面远程控制需求。     

基于相位补偿的矿井超宽带雷达压缩感知成像算法

基于UWB信号的井下探测成像系统中,根据Nyquist采样定理,提高发射信号的带宽以获取高分辨率,将导致大量的采样数据产生,过大的采样率将会在成像系统的硬件实现上带来很大困难。另一方面,在实际成像过程中,成像数据的完整性决定了最后成像结果的准确性,但由于存在不可避免的误差和噪声影响,以及塌方体阻碍下目标的隐蔽性,这些因素都将使得成像目标的回波数据无法满足成像要求。因此,在对目标回波进行成像处理之前,必须对回波数据进行处理,通过相关算法使回波数据满足理想的成像模型,最后聚焦方位向回波信息得到目标成像结果。为了提高穿透塌方体遮蔽目标成像的分辨率,并解决超宽带信号穿透塌方体成像得到方位向回波数据不足的问题,通过对传统的压缩感知成像算法进行分析介绍,结合井下具体成像环境,提出一种基于相位误差估计的CS成像算法对回波数据进行补偿。该算法的核心思想就是通过对回波数据计算得到相位误差,首先对回波信号的稀疏性进行验证,并构建目标信号的测量矩阵,利用CS成像算法对回波数据重构的同时对数据进行补偿,通过反复迭代误差估计,逐渐提高回波数据量和成像的质量。最后通过不同场景的仿真试验,验证所提算法在回波数据补偿问题上的有效性。     

综采工作面智能开采关键技术实践

目前国内智能化开采技术与装备迎来了重要的历史发展机遇期,国内已累计建成200多个以"可视化远程干预智能化开采技术"为主的自动化工作面。通过分析智能开采应用现状,指出由于煤矿工作面开采条件的多样性与复杂性,智能开采发展必然是分阶段、逐步实现,同时智能开采常态化应用受限于综采装备与控制元件等基础可靠性的提高及从业人员素质与能力的提高,因此智能开采发展与应用是一个长期的过程;基于现阶段国内自动化工作面的技术应用现状,从系统感知技术能力与特征的角度将智能开采发展阶段划分为4个阶段,并指出现阶段国内总体应用水平还处于智能开采的初级阶段,部分矿井正在试验第2、第3阶段的关键技术,距离智能开采技术的理想目标还有很长的路要走。同时围绕智能开采第2阶段的关键技术,重点阐述了基于装备主体结构件机械模型的液压支架与采煤机姿态感知技术,基于自主导航系统的刮板输送机弯曲度检测技术,采煤机行走轨迹,开采刀识别以及工作面自动校直等技术原理与实践情况。通过工业性实践验证了液压支架与采煤机姿态感知技术以及工作面矫直方法等理论的工程可行性,为工作面的液压支架防倾斜,防咬架,快速移架,截割面的开采规划与采煤机滚筒姿态调整,采煤机干涉预警以及刮板输送机直线度调整等功能的具体实施提供了技术支撑。     

基于压缩感知的高阶MIMO系统信道估值算法

针对通信网络中的天线数量巨大，很难完成对信道的有效计算与估值。借助于高阶多输入多输出（MIMO）系统的可靠性，提出了一种基于压缩感知的信道估值高阶MIMO系统。设计了一种简单的导频结构，以降低计算复杂度；利用导频序列长度可以随着信道稀疏度变化情况自适应的调整，从而节省了导频资源的开销。仿真实验表明，与传统的信道估计算法比较，在相同的信道估计精度条件下，HMCE-CS算法可以降低平均导频序列长度；或者在相同的导频序列长度条件下，HMCE-CS算法可以提高信道估计精度，验证了该算法的有效性。