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。     

测量机器人GeoCOM接口技术的开发与应用

介绍了测量机器人(TCA2003全站仪)的一些强大功能,分析了其自带的GeoCOM(地理数据通信)接口技术的高级模式,在此基础上利用visual Basic 6.0语言和Access数据库,通过GeoCOM接口对测量机器人进行了二次开发,并应用于某水利枢纽加密控制网的自动观测.最后,通过平差计算得出了一些参考性结论.     

平行矿山: 从数字孪生到矿山智能

针对新时代下我国矿区智能化发展诉求与矿山无人化进程中遇到的复现难、协同难的技术问题, 本文融合智慧矿山理念、ACP (Artificial societies + computational experiments + parallel execution)平行智能理论和新一代智能技术, 设计并实现了智慧矿山操作系统 (Intelligent mine operation system, IMOS), 为平行矿山智能管理与控制一体化提出了解决方案. 本文首先分析露天煤矿产业发展趋势; 国内外露天矿山智能化发展情况; 面向露天矿山无人化与智能化需求, 深度融合数字四胞胎理论, 设计了虚实融合的IMOS架构; 详细阐述了IMOS子系统架构与功能, 包括: 单车作业系统、多车协同系统、车路协同系统、无人驾驶智能系统、调度管理系统、平行系统、监管系统、远程接管系统和通信系统; 并探讨了IMOS关键技术, 即平行矿山仿真建模技术、无人驾驶技术、矿区通信技术和协同作业技术. 该操作系统是国内首套露天矿山无人化与智能化的一体化解决方案, 并能够迁移到不同矿区不同作业场景, 推动矿区智能化无人化发展, 减少人工干预从而降低安全风险, 大幅度降低人工成本, 提高生产作业效率, 并可结合社会发展要素为实现绿色可持续发展矿区提供支撑.     

高密度聚乙烯DSC原位加速热老化特性研究

利用DSC原位加速热老化方法,研究了高密度聚乙烯(HDPE)热老化特性,分析了热老化温度对HDPE熔融特性、结晶度和微观结构的影响,通过主成分分析法(PCA)探究了参数变化的相关关系,建立并评估了HDPE在热老化条件下的老化综合评价指标。结果表明,在较低热老化温度条件下,交联作用占主导,随着老化温度的升高,断链与支化作用加强,氧化产物生成变多,由于非结晶区分子链断裂,增强了分子链的活动性导致结晶度先上升后下降。峰值温度和终止温度与亚乙烯基、支化程度、断链程度和羰基指数协同相关程度高,峰值温度、终止温度与亚乙烯基、支化程度互为强抵抗相关。老化综合评价指标整体上Z值呈现两段式的变化趋势。     

月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料的制备与热性能研究

以月桂酸为相变材料,膨胀珍珠岩为载质,利用真空吸附法制备出月桂酸/膨胀珍珠岩复合相变材料(LA/EP-PCMs)。通过FT-IR、SEM、DSC、TGA对LA/EP-PCMs的微观结构、相变温度、相变潜热、热稳定性进行表征。结果表明:月桂酸能较好地吸附在膨胀珍珠岩孔隙内,它们之间的化学相容性良好。LA/EP-PCMs中月桂酸饱和含量为65%,此时其相变温度为41.3℃,热焓为110.1J/g。将5%的纳米石墨纤维(NGF)作为添加剂加入到LA/EP-PCMs中,其导热系数由0.09 W/(m·K)提高到0.16 W/(m·K),增长了77.7%。熔融凝固实验表明:掺入NGF将改善复合相变材料的蓄放热能力,其强化导热机理是在相变基体外表面和内部形成了导热网络。     

高密度聚乙烯在拉萨自然环境中老化行为及氧化物生成规律

在西藏拉萨地区中对滚塑包装箱专用高密度聚乙烯(HDPE)进行了18个月的自然老化试验,以研究其在极端气候环境下的老化特性与规律。采用衰减全反射红外光谱(ATR-FT-IR)和X射线衍射技术分析了材料老化前后微观结构指标羰基指数、羟基指数、支化程度、断链程度、不饱和度变化趋势及晶体结构变化特点,进一步确定其老化行为,并通过对氧化特征谱带洛伦兹分峰拟合,探究氧化产物的生成规律。结果表明,材料老化初期支化和氧化作用显著,老化中期支化和断链作用仍为主要的老化行为,氧化作用一定程度上放缓,老化后期断链则占主导地位。老化过程中晶体结构基本不变,晶胞参数小幅度变化,老化中氧化产物以酮羰基为主,γ内酯羰基为二次氧化产物,且二者生成趋势相反,酯羰基和醛羰基的增长出现前期增长缓慢后期加速的特点。     

轻质磁性炭气凝胶的制备及电磁吸波性能研究

目的 提高炭气凝胶材料电磁吸波性能。方法 以氢氧化钠或氨水为共沉淀剂制备不同尺寸的Fe3O4颗粒,并加入间苯二酚-甲醛溶液的预聚物中,充分搅拌后快速凝胶,经老化、超临界干燥、碳化等工艺制备Fe3O4/炭气凝胶复合材料。利用SEM、TEM、激光粒度分析仪、比表面及微孔分析仪、振动样品磁强计对Fe3O4及复合材料的微观结构和静磁性能进行表征,并对复合材料的吸波性能进行分析。结果 Fe3O4/炭气凝胶复合材料具有丰富的三维网络结构,Fe3O4颗粒在炭气凝胶中呈离散性分布。Fe3O4颗粒粒径越小,Fe3O4/CA的饱和磁化强度越大,75 nm-Fe3O4/CA的饱和磁化强度最大,达到29.26 emu.g^–1;当Fe3O4粒径为75 nm时,复合材料在厚度为2.1 mm时的最小反射损耗值可达–52.43 dB;当Fe3O4粒径为120 nm时,复合材料在厚度为2.5 mm时的有效吸收带宽高达6.98 GHz。结论 Fe3O4纳米颗粒粒径对复合材料介电损耗能力和阻抗匹配有显著影响,进而影响复合材料的吸波性能。大粒径的Fe3O4颗粒会破坏炭气凝胶的三维导电网络结构,从而降低复合材料的介电损耗能力。小粒径的Fe3O4颗粒可有效改善复合材料的阻抗匹配性能。     

煤巷掘进机纠偏路径随机约束环境建模研究

针对掘进机巷道实际路径规划背景下存在许多非结构性环境属性问题,本文将巷道非结 构环境下的路径规划问题归类为一般性随机网络问题。 文中分析了非结构环境的属性及行为约 束,定义了包含约束信息的随机栅格网络模型,提出了最小耗费代价建模方法,利用遗传变异粒 子群算法优化最佳路径目标点集。 仿真和实验表明,文中提出的模型和算法能够有效解决随机 网络最小耗费代价下井巷工程掘进机路径规划问题,其收敛速度和精度满足掘进机纠偏路径规 划要求,验证了该方法在本文路径规划中的有效性与实用性。     

磁流变液的摩擦学研究现状及展望

磁流变液的摩擦学性能对磁流变液的服役性能和耐久性能以及磁流变器件的设计和主动控制有着重要影响,在评价其性能时,应结合实际工况,将磁流变液的摩擦学性能作为一项重要指标进行考察。本文将磁流变液与电流变液和磁流体的摩擦学性能进行了对比,提出可以通过选择合适的摩擦改进剂来改善磁流变液边界润滑条件下的摩擦学性能。从两个角度综述了磁流变液的摩擦学研究现状,并指出发生在其中的边界润滑和颗粒自磨损问题严重影响磁流变液的服役性和耐久性。最后针对磁流变液摩擦学研究的不足,从设计摩擦磨损检测装置、建立流变与摩擦的联系和摩擦主动控制等角度对磁流变液的摩擦学研究在未来的进一步发展进行了 展望。     

基于变迁记忆的无人化掘进机故障Petri网研究

无人化掘进机是无人化采矿技术理念的具体实现,煤矿智能化开采要求掘进机具备智能诊断技术。本文在分析传统Petri网在故障诊断领域的应用基础上,给出了故障诊断问题的不同建模分类及一种理论表达,并抽象出故障诊断领域的三大科学技术问题。介绍了表征变迁记忆的变迁标识矩阵,用于表达故障传播路径,在此基础上从新型故障Petri网定义、关联矩阵改进、状态方程、变迁记忆表达等几个方面,论述了基于变迁记忆的掘进机故障Petri网的理论定义及技术实现。最后验证并指出了智能诊断函数的表达形式及故障传播路径智能推理的一致性表达。