煤矿井下钻孔钻进参数检测装置研究

针对目前煤矿井下瓦斯钻孔完孔程度和成孔率低的现状,以ZDY系列钻机为研究基础,通过理论分析,确定了钻进参数检测装置的设计方案、组成部分、分析软件开发和运行形式等;实验室试验得出该钻进参数检测装置的数据测试数值与给定数值误差小于1%,满足设计要求,现场工业性试验表明,钻进参数检测装置对钻孔施工过程能提供一定的帮助,提高钻孔成孔质量,为科学钻探提供了新的技术手段。     

煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统及路径规划方法研究

针对常规机器人导航系统采用单一类型地形识别传感器,观察维度单一等问题,对煤矿井下探测搜救机器人地形感知系统进行研究,使用远近感知系统数据融合,提高机器人避障能力。由激光扫描仪采集的二维点云数据建立远距离地形信息,由Kinect相机采集的地形深度信息建立近距离地形信息。基于PCL模型,应用像素遍方法,实现观测信息的采集与云图像的构建。使用2.5维栅格地图构建方法得到近距离环境地形信息。使用Dijkstra算法进行了路径规划研究,建立了融合路径长度和地面危险度等级的目标函数。通过仿真研究验证了本文提出的最优路径减小机器人行走过程的俯仰角、侧倾角的波动幅度。     

作业井口液体防飞溅技术研究

目前油田环保形势严峻,特别是油水井作业起管柱过程中管内液体会不断溢出,同时在拆卸油管丝扣时,管内液柱瞬间泄流,迸溅在井口及井场周围,对作业工人及周围环境造成污染。针对上述问题,提出作业井口液体防飞溅技术,研究工作从井底、井口、地面三个方面同时开始,形成系列化防飞溅技术思路,设计了水井防喷工具及地面液体防飞溅工具的结构,通过现场试验和室内实验进行了适应性分析,并在试验过程中不断改进。结果表明,水井防喷球座在一次及二次作业时可以有效控制油管内溢流,降低地层压力损失,减少作业井躺井时间,减少罐车接液量;井口的液体防飞溅工具与油水井的井下防喷工具和集液平台配套使用,能够形成多道屏障,从根本上解决油水井作业过程中油管内的液体飞溅问题,实现了作业过程中井内液体的可控排放,解决了井场周围的环保问题。     

基于PLC的煤粉制备车间自动化监控系统

介绍了在煤粉制备车间改造后的工业自动化控制系统,给出了系统的原理图设计、硬件组成、软件组成以及系统通信的实现。通过西门子组态软件SIMATIC Wincc组成上位机自动化监控系统,从而能够对各个设备的运行情况进行监视,同时把各种数据参数进行实时显示,并对整个系统实施远程控制。通过西门子编程软件STEP7来实现PLC的各种逻辑控制功能和各种设备的软件保护。该系统在本溪钢铁球团厂制煤车间运行后,大大地提高了生产效率和自动化程度,取得了良好的效果。     

直接AC-AC变换器在感应加热中的研究

在感应淬火设备优化的研究中,要求感应淬火设备在宽的频率范围内实现精确的功率控制并且具有高效率.传统的解决方案是AC-DC-AC组合,但效率低且成本高.为解决上述问题,提出一种直接AC-AC变换器,以减少元件的数量,降低成本,提高可靠性,并提高效率.提出的变换器是电压源串联谐振变换器,通过调制策略可以实现线性输出功率控制,减少控制复杂性.另外,变换器在导通和关断过程中实现软开关,进一步提高了效率.采用Saber对一个3.3kW的变换器进行了仿真,仿真结果验证了方案的可行性和预期的性能.     

煤体破坏过程感应电荷再认识与井下应用实践

为发展和完善煤岩动力破坏感应电荷监测技术及理论,以单轴压缩试验为基础,再认识了煤体破坏过程感应电荷变化规律与主控因素,提出了带电煤屑弹射过程的感应电荷产生机理;分析了感应电荷及其干扰信号的频域特征与影响要素,研究了感应电荷与煤体应力、应变能与变形破坏之间的定性关系,建立了受载煤体与感应电荷信号的损伤统计关系,分析了感应电荷与煤体能量的演化特征,进而提出了煤体应力与感应电荷的量化关系;研发了适用于井下复杂条件下煤岩电荷监测装备,在辽宁红阳三矿与河南平顶山十一矿开展了应用实践,分析了感应电荷与煤岩动力破坏、超前支承压力及巷道变形的相关性。结果表明：高幅值感应电荷信号产生的主因不是煤体的压电效应,而是煤体裂纹扩展、破裂面滑移摩擦与带电煤屑弹射的综合作用,特别是带电煤屑弹射到传感器时,感应电荷信号幅值将会突增;感应电荷信号以低频为主,干扰信号主频与外部供电网络谐波频率一致,但不同煤体的感应电荷信号主频分布范围存在差异;感应电荷强度与应力大小关系非直接相关,与应力非线性变化程度直接相关,特别是与应力降幅度呈正相关关系;感应电荷强度可直接反映煤体破坏程度,也可通过分析外载环境以及感应电荷信号和煤体...     

管道试压后扫水过程的水力学分析

长输天然气管道在铺设完成后要进行水压试验以检验其强度和严密性,泄压后通常是开启空压机进行顶球扫水.建立试压后输气管道扫水过程的水力学模型,对中国某气田的一条输气管道进行分析.降低排水口的局部阻力系数、提高空压机的压力均可以增加清管器的运行速度,排水口的开度会显著影响清管器的运行速度.保证扫水过程不发生气化断流,就可避免扫水过程中出现瞬时高压.     

基于PLC的矿用隔爆兼本安型智能真空组合开关控制系统

利用PLC实现矿用隔爆兼本质安全型智能真空组合开关的任意逻辑组合控制。该控制系统具有单独控制、顺序控制、联动控制、单机双速、双机双速、多种方式混合控制的组合功能,同时具有短路、过载、断相、漏电、过压、欠压、启动失败等综合保护功能,本安回路保障了远方控制和信息传输。     

基于深度学习算法的矿用巡检机器人设备识别

为了实现矿用巡检机器人对煤矿井下设备的识别与匹配,通过基于卷积神经网络的深度学习算法建立了煤矿设备类型识别模型,分别在明亮环境下、昏暗环境下以及设备重叠情况下采集大量待识别设备图像样本,再对识别模型进行训练,实现巡检机器人对煤矿设备的精确识别与分类。使用基于粒子群优化的SVM（support vector machine,支持向量机）建立了煤矿设备匹配模型,将巡检机器人相对于煤矿坐标系的三轴位置信息、三自由度角度和视觉相机转角作为匹配模型的输入量,将相机视野中设备序号作为输出量,实现煤矿设备类型识别模型识别出的设备与已知设备序号一一对应。实验结果表明基于深度学习算法的煤矿设备类型识别模型对外界的干扰不敏感,识别准确率高;基于SVM的煤矿设备匹配模型的匹配准确率达到了93.2%,在匹配准确率的训练和测试效率上均优于基于BP（back propagation,反向传播）神经网络的匹配模型。研究结果可为煤矿井下巡检机器人的研制提供参考。     

高地应力条件下高压空气爆破卸压增透技术实验研究

为探索高地应力条件下的非常规卸压增透技术,研究了深部矿井高压空气爆破卸压机理,分析了地面与井下气爆致裂煤体的差异性,构建了高地应力条件下高压空气爆破卸压范围的理论计算模型,以丁集煤矿为工程背景,理论计算了气爆致裂煤体的卸压范围;详细介绍了高压空气爆破技术与装备,开展了高压空气爆破的地面实验,得到了有、无位移约束2种条件下混凝土试件气爆破坏效果与破坏特征,分析了气爆压缩波反射作用对试件的破坏影响作用;开展了丁集矿的井下现场试验,研究了气爆卸压增透效果,分析了气爆前后钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量、衰减系数与透气性系数的变化特征,结合以往经验类比与理论计算,得到了气爆后卸压增透的最佳范围。研究结果表明:在气爆压力达到60 MPa左右时,有、无位移约束的混凝土试件破坏程度很高,主要呈现出径向断裂特征;在淮南丁集煤矿气爆后的煤层钻孔瓦斯流量是无气爆的6～8倍,瓦斯抽采量是气爆前的4～7倍,透气性系数是未气爆的5～1 050倍,衰减系数是未气爆的0.4倍,气爆的最佳卸压增透半径不超过2 m;首次气爆使爆孔周围煤体的力学性质得到弱化,相当于爆孔周围发生了卸荷效应,在二次气爆与高地应力共同作用下形成了较大的松动破坏范围,从而达到卸压增透目的。