智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真控制技术

针对深部开采复杂地质条件下的综采装备空间位姿及受力动态变化、随机倾斜错动难以描述和自适应控制难题,提出了基于全位姿测量及虚拟仿真控制的智能开采模式,以中煤新集口孜东矿140502工作面地质条件和7 m四柱大采高综采装备参数为基础,构建复杂条件下智能开采装备全位姿测量及虚拟仿真智能控制系统。首先,给出了智能开采"环境装备-仿真模拟-反向控制"运行体系下的智能决策过程,提出了融合视觉的装备全位姿测量、工作面装备位姿一体化描述及驱动关系建模、基于Unity3D的综采虚拟仿真控制等3项支持智能决策的关键技术。随后建立融合视觉的工作面综采装备群全位姿多参数测量系统,提出了基于设备特征点的视觉多参数测量方法,获取描述综采装备群空间全位姿的15个独立参数;给出综采装备群统一坐标描述及驱动模型,建立了特定的全局和局部坐标系、采煤机和刮板输送机位姿驱动关系模型和刮板输送机三维空间弯曲姿态模型;基于Unity3D虚拟仿真技术构建了工作面场景、装备、工艺流程等虚拟实体和关系模型,支撑井下综采装备开采过程运动仿真。开发出与全位姿测量系统通信的底层数据接口,获取装备的实际工况数据,从而驱动仿真模型实现三维场景下的虚实映射。分析计算和模拟优化下一割煤循环装备协同运动及工艺过程,通过反向控制链路实现对装备虚拟模型和实际装备体的闭环控制。实验室测试表明:虚拟仿真系统实现了数据获取、模型解算、单机装备及装备群协同运动仿真,满足装备实际运行逻辑关系,具有对工作面装备运行状态实时监测和反向控制能力,系统运行流畅性满足要求,帧率20 fps。全位姿测量系统经井下现场测试表明:图像识别检测的支架数大于5架,图像解算时间小于0. 5 s,支架顶梁测量角度误差小于1. 2°,满足系统数据测量需求。     

智能化煤矿分类、分级评价指标体系

针对我国智能化煤矿尚没有统一标准,无法对煤矿智能化建设和发展水平进行科学合理定量评价的问题,开展了智能化煤矿建设条件分类与智能化程度分级评价指标体系研究,提出了煤矿智能化程度的定义及量化指标,结合不同区域、不同开采条件智能化煤矿建设实际,制定了智能化煤矿分类、分级评价指标体系与评价方法,开发了智能化煤矿分类、分级评价软件系统。首先以煤矿所在区域、地质条件为基本指标,以矿井开采技术参数、开采效率、安全水平、建设基础为参考要素,建立智能化煤矿分类评价指标体系,将煤矿分类评价条件分为良好、中等、复杂3类;然后,根据煤矿分类评价结果,对不同类别煤矿进行智能化程度的分级评价。基于智能化煤矿开拓、生产、运营等主要流程,将智能化煤矿巨系统细分为信息基础设施、智能地质保障系统、智能综采系统、智能掘进系统、智能主煤流运输系统、智能辅助运输系统、智能综合保障系统、智能安全监控系统、智能分选系统、智能经营管理系统等10个主要智能化系统,提出了智能化煤矿10个主系统及相关子系统智能化程度评价指标体系。针对不同生产技术条件分类的煤矿,采用与之相适应的智能化评价指标体系,就可以对煤矿智能化程度进行定量评价。按照综合评价结果,将智能化煤矿划分为甲、乙、丙和不合格4个等级。以陕北某矿智能化建设工程为例证,进行了矿井建设条件分类与智能化程度分级评价分析,验证了评价指标体系与评价方法的科学性与可靠性,评价结果不仅可以反映该矿井的智能化建设水平,也可以为新建智能化煤矿和生产煤矿的智能化建设与升级改造提供依据。     

液压支架换向阀的液动力计算方法及其应用

液动力计算模型是液压阀建模和特性分析的基础和前提,液压支架用换向阀流道复杂,其液动力的分析计算与常规液压阀不同,且这种复杂流道下的液动力大小不易通过试验测试得到,计算模型也无法得到较好的验证。为解决这个问题,建立了液压支架用换向阀的复杂流道模型,利用2个控制体将流道划分为两部分,采用理论计算与流场仿真的方法分别研究阀口处和阀芯折弯流道处的液动力,并根据流场分布特征对传统液动力计算公式进行修正,得到了相应的修正系数;而在液动力的验证方法上,不采用传统的直接测试法,而是分别将修正前和修正后的液动力计算公式/min的换向阀数学建模中,通过对比2种情况下换向阀动态特性的仿真结果与试验结果,间接验证液动力修正模型的准确性,避免了直接测试法在应对复杂流道问题时的不足。2种情况下的动态特性仿真与试验结果对比显示,采用修正后的模型进行仿真得到的动态特性与试验所得数据非常接近,而用未经修正的传统计算模型得到的仿真结果与试验结果存在较大的误差,此结果说明了液动力修正模型的准确性,同时验证了复杂流道液压阀的液动力计算方法与试验方法的合理性。本文在液动力的理论分析与试验验证两方面均有不同,并结合工程实际对所用方法进行了验证,提供了面对复杂流道液动力的解决办法。     

基于深度视觉原理的工作面液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法研究

针对工作面液压支架姿态传统接触式测量方法存在的传感器数量多、故障率高、解算误差大、可视性差等问题,建立了一种基于支架运动机理的液压支架姿态视觉测量模型,提出了一种基于深度视觉原理的液压支架支撑高度与顶梁姿态角测量方法,并搭建了测量系统.该测量方法通过在液压支架顶梁上布设RGB-D相机,利用深度视觉技术获取液压支架底座彩...     

智慧煤矿2025情景目标和发展路径

智慧矿山是煤炭行业转变发展方式、提升行业发展质量的核心驱动力,是矿山技术发展的最高形式。基于数字矿山技术发展现状,结合生产系统智慧化特征及要求,给出了智慧矿山概念及内涵:将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术融合,形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统;到2025年,实现煤矿单个系统智能化向多系统智慧化方向发展,建立智慧生产、智慧安全及智慧保障系统的基本运行框架,初步形成空间数字化、信息集成化、设备互联化、虚实一体化和控制网络化的智慧煤矿第二阶段目标。实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行。资源开发利用水平显著提高,煤矿职业健康和工作环境根本改善,矿山生态恢复和保护全面实施。     

机械产品生长型设计过程的研究

产品概念设计自动化已成为机械设计领域研究的重点.首先引入了广义定位原理和功能表面的概念,而后将实际零部件中表现产品形状、结构的特定表面抽象为功能模式,支持概念结构生成;将生物生长的机理用于产品设计过程,通过功能表面的分解重构进行产品概念设计;给出了功能原型和原理库的数学表达.通过工程实例,验证了上述理论的有效性和实用性.     

煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想,阐述了煤矿智能化的定义和总体要求,明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿,分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系,提出了我国煤矿智能化建设原则和阶段目标。进行了煤矿智能化顶层设计,提出了统筹规划煤矿智能化发展模式、科学设计智慧煤矿总体架构、建设100个智能化示范煤矿的发展思路。探讨了井工煤矿精准地质探测与4D-GIS系统、智能化开拓规划与工作面设计、智能化巷道快速掘进成套技术、智能化综采工作面成套技术、智能化主/辅运输技术、危险源智能感知与预警技术、智能化洗选系统、智能化综合保障技术、矿井物联网综合管控系统和操作平台等主要环节的发展路线。阐述了露天煤矿智能化发展方向,提出了建设露天煤矿信息化系统、开发露天煤矿智能化连续开采技术、建立露天煤矿空-天-地一体化安全预警系统、推进露天煤矿生态环境协调绿色发展的理念。大力发展煤机装备智能制造,提高煤机装备的可靠性与适应性,促进煤炭资源开发的机器人化替代,为煤矿智能化发展提供智能装备保障。提出了加大煤矿智能化发展政策支持、设立煤矿智能化标准体系建设专项、建立国家级煤矿智能化技术创新研发实验平台等政策建议。     

智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术

针对煤矿建设过程中存在的信息孤岛、子系统割裂等问题,提出了以"自主感知与控制-信息传输系统一操作平台-井下系统平台-生产经营管控平台"为主线的智慧煤矿建设主体架构,通过底层的自主感知系统对井下的"人-机-环-管"信息进行全面感知,并对感知信息的数据格式、通信协议、存储方式等进行统一,构建了井下多源异构大数据共享平台,实现了井下各子系统之间的数据统一管理与信息共享。利用统一操作平台对井下生产系统、安全保障系统、综合保障系统进行统一管理,解决了信息孤岛、子系统割裂等问题。井下系统平台不仅为上层的生产经营管理平台提供数据支撑,而且为底层机械设备的智能操控提供决策依据,实现了井下信息感知、分析、决策、控制的智能化操控。将智慧煤矿智能生产系统细分为地质及矿井采掘运通信息动态管理平台、井下精准定位导航通信管理操作平台、智能化少人采掘系统综合管理平台,详细阐述了智能综采子系统间的组织架构与实现路径。按照井下危险源的种类对智慧煤矿智能安全保障系统进行了分类,搭建了智能安全保障系统的主体架构,分析了井下危险行为、危险区域识别系统的技术路径。基于井下采掘工程需求分析,对智慧煤矿智能综合保障系统进行了分类,构建了智能综合保障系统的主体架构,详细论述了井下设备在线诊断与远程运维系统的实施过程。从基础理论、信息感知、数据处理、高效传输、精准控制5个方面,对未来需要突破的智慧煤矿建设关键技术进行了展望。     

我国煤矿综采装备技术的主要进展和发展趋势

综采装备是实现煤炭高效、安全开采的基础保障。通过国家重大项目的实施,国产综采装备取得了多项重大成果,由原来的大型装备完全依赖进口到实现整机国产化,国产采煤机、液压支架、刮板输送机、胶带输送机以及电液控制系统在产品性能、质量等方面基本满足了煤炭行业高速发展的装备需求。然而在核心技术方面,系统可靠性、驱动技术和智能化仍是国产装备的短板,急需进一步攻关。当前,大功率、小体积、高性能、易控制、智能化已成为国际煤机装备的发展趋势,也是国产装备发展的方向和目标。今后5~10a,突破和掌握核心技术、提升关键零部件性能、自主生产成套高端煤机装备是最为重要的奋斗目标。     

基于SPH方法的大块煤冲击破碎数值模拟

为研究大块煤在钎杆冲击下的破碎效果,引入RHT混凝土本构模型材料来模拟大块硬煤（压缩强度35 MPa）,并基于光滑质点流体动力学（SPH）方法建立了钎杆冲击大块煤的三维仿真模型。分析比较了大块在静压、纯冲击和冲压组合作用下的破坏程度,以及平头和圆锥形钎杆冲击效果的差异。仿真结果表明：平头钎杆在30 MPa压力、15 m/s速度或是其组合作用下,均无法使大块产生有效破坏;平头钎杆在200 m/s的超高速下可使大块产生彻体破坏,但实现钎杆高速运动困难;圆锥钎杆在30 MPa压力和15 m/s速度的冲压作用下,使大块产生了较大范围的锥形失效,远高于常规液压破碎锤的单次冲击破坏程度。锥形钎杆、高压高速是破碎硬质大块煤的一种有效方法,可在较少作用次数下实现破碎,验证了低频重载破碎大块的可行性。