煤矿综采工作面液压支架直线度监测方法的研究

针对煤矿井下综采工作面液压支架直线度较差、调整困难且容易引起设备故障等问题,本文提出了一种双闭环控制的直线度检测方法。该方法采用激光传感器和位移传感器相结合的方式采集液压支架的直线度,当液压支架出现偏斜时,通过模糊PID控制算法感知基准支架和周围支架的相对位置,并自动校正当前运动支架。仿真结果表明,应用模糊PID控制算法后,各推移油缸的直线误差不超过15.6 mm,验证了方案设计的合理性,大大提高了煤矿综采工作面液压支架的支护作业安全性。     

基于视觉测量的液压支架位姿检测方法

针对目前综采工作面液压支架位姿测量方法存在实施成本高、精度和实时性较差的问题,提出了一种基于视觉测量的液压支架位姿检测方法。通过在液压支架上设置红外LED标识板,利用安装在采煤机上的防爆相机进行图像采集,基于4个共面特征点的视觉算法对图像进行处理与解算,得到液压支架底座的位姿,根据液压支架的位姿坐标可以得到其在多个方向的直线度。实验结果表明,该方法测量的液压支架位姿检测精度在0.7°以内,直线度精度在20mm以内,满足综采工作面液压支架的检测精度要求。     

综采工作面直线度控制系统研究

分析了实现综采工作面直线度控制的主要方法,介绍了工作面直线度控制的工作原理,并采用激光对位传感器等设计了工作面直线度控制系统,实现了工作面液压支架的直线度控制。井下原理性实验结果表明,该系统能够有效地控制沿工作面走向的支架之间的相对位置,直线度控制精度达到30mm,能够满足工作面直线度控制要求。     

基于架间行走机器人的液压支架直线度测量方法

针对目前液压支架直线度测量方法存在测量维度低、误差较大、易受粉尘影响等问题,提出了一种基于架间行走机器人的液压支架直线度测量方法。该方法主要用于支撑掩护式支架,在架间行走机器人上布置传感器,用于直接测量液压支架底座的横向偏移、纵向偏移、横向斜角和纵向倾角等多维位置偏移信息,从而通过支架位置偏移量表征液压支架的直线度信息。试验结果表明,相邻两架偏移误差值在0.2cm以内,相邻两架角度误差在10′以内;当模型增加到100架支架,依据常规液压支架1.5m的中心距计算,在工作面长度为150m时,预计会产生位置偏移累计误差10cm,角度累计误差8°20′,对于长度不超过150m的短距离综采工作面,这个累计误差在可接受的范围内,可满足液压支架直线度的测量需求。相比于传统的一维测量信息,该方法通过4维位置偏移信息可为液压支架群的控制提供参考。     

基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法

针对综采工作面液压支架高度测量困难和测量结果不准确等问题,以两柱掩护式液压支架为例,推导了利用倾角传感器所测液压支架姿态角度计算液压支架高度的表达式。为减小倾角传感器角度测量误差造成的液压支架高度测量累积误差,提出了一种基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法,即利用分批估计算法和自适应加权算法将分别通过掩护梁和前连杆处倾角传感器所测角度计算得到的液压支架高度数据进行融合。实验结果表明,该方法对于623.2mm高液压支架样机的高度测量误差不大于0.3mm,与单一倾角传感器测高相比,精度提高了1mm。     

井下液压支架活柱行程动态监测系统设计

针对现有液压支架活柱行程测量技术精度低、成本高且起不到预防顶板事故的作用等问题,提出了基于ZigBee技术的井下液压支架活柱行程动态监测系统设计方案。该系统通过位移传感器定时采集活柱行程数据,并通过ZigBee网络将数据发送给协调器节点;协调器节点通过CAN总线及以太网将数据传送到井上服务器,从而实现对井下液压支架活柱行程的实时监测功能。测试结果表明,该系统测量精度为1mm,误差为2mm,达到了预期效果。     

用于工作面液压支架对齐的激光对位传感器设计

为了满足煤矿井下工作面跟机自动化连续采煤需求,设计了一种用于工作面液压支架对齐的激光对位传感器,详细介绍了基于激光对位传感器的移架对齐原理及传感器的软硬件设计。该传感器采用小型化设计,具有安装方便、价格低廉等优点。井下工业性实验结果表明,将该传感器应用在跟机自动化采煤中,可使工作面走向的相邻液压支架间的平均对齐精度达到30mm。     

基于惯性导航和里程仪的煤矿采掘设备定位

分析了国内外煤矿惯性导航技术的研究和应用情况,指出惯性级光纤捷联惯导技术适用于煤矿采掘设备定位;将惯性导航和里程仪相结合进行协同定位和导航,利用里程信息对惯性导航测量数据进行校正,以提高定位导航精度;给出了惯性导航动态初始对准方法,惯性导航与里程仪协同定位具体方法,以及用于误差估计、修正和补偿的卡尔曼滤波方程。实验结果表明,采用惯性导航与里程仪协同定位技术后,工作面直线度测量最大误差为90mm、平均误差为60mm,高程测量误差为20mm,符合工作面直线度测量精度要求。     

大采高液压支架自动控制技术研究

针对大采高工作面在生产中存在着顶板压力大、片帮冒顶严重、支架失稳等问题,分析了大采高液压支架自动化控制技术需求,从工作面顶板、工作面煤壁管理、液压支架的防滑与防倾倒控制、多级护帮联动控制、液压支架智能跟机控制几个方面对大采高液压支架自动控制技术进行了研究:采用液压支架的自动移架控制和自动补压技术可使工作面液压支架对工作面顶板的支撑力达到预设值,从而实现对工作面顶板的有效管理;通过护帮板的姿态控制和支承压力控制可有效提高工作面煤壁的管理效率,防止片帮事故的发生;采用倾角传感器、行程传感器和激光传感器检测支架姿态,可实现工作面液压支架的伪斜自动控制;通过在护帮板上安装接近传感器实现多级护帮板的逻辑控制;采用红外传感器检测采煤机位置,按照采煤工艺实现大采高液压支架的跟机自动化控制。     

基于虚拟现实与数字孪生技术的综采工作面直线度求解

直线度问题是综采工作面智能化建设的卡脖子问题之一,解决该问题的关键在于刮板输送机或者液压支架群的位姿获取。目前针对综采工作面直线度的研究大多是对液压支架和刮板输送机的直线度分别进行讨论,存在成本高、实现困难等问题。针对该问题,基于虚拟现实（VR）与数字孪生（DT）技术对综采工作面直线度求解方法进行探索,将液压支架、浮动连接机构、刮板输送机看作一个系统来进行整体考虑,搭建了综采工作面直线度求解框架,主要分为机理解析、模型构建、融合推演、重构监测、预测控制5个步骤。指出综采支运装备相对位置关系分析的关键在于连接液压支架底座与刮板输送机的浮动连接机构,根据浮动连接机构的运动特性将其简化为机器人模型,进行正逆向运动解析;依据真实的煤层环境,在Unity3D中建立基于关节的综采支运装备运动仿真模型,构建VR场景,实现虚实映射;通过非接触式视觉传感器、虚拟传感器、虚实融合等技术,融合传感器及点云信息进行支运装备位姿推演;利用虚实交互技术,联合真实物理场景构建DT系统,实现综采工作面虚拟监测;在虚拟场景中对保证直线度所需的推移行程进行预测,并将其反馈至物理场景中进行直线度控制。