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。     

基于虚拟机的采煤机远程监控平台关键技术

为实现采煤机的远程监控,研发了基于虚拟机技术的采煤机远程监控平台.采用WinCC系统组态控制技术,对采煤机各项状态数据进行采集、组态和归档分析.运用三维虚拟现实平台Virtools及其SDK二次开发功能,并通过对归档数据库SQL Server的实时访问,对采煤机虚拟样机进行实时驱动,实现采煤机井下运行状态的真实再现以及远程控制.结果表明,该平台能够实现采煤机运行状态的实时再现、数据分析和运动控制功能.     

煤矿井下人员定位系统关键技术探讨

煤矿井下人员定位技术一直发展缓慢,现有的井下人员定位系统也存在着定位精度差和通信可靠性低等问题,针对井下人员定位技术的特点,研究设计了井下人员定位管理系统,采用无线射频技术和现场总线网络组态的方法,提出了系统的整体设计方案,并在此基础上重点从系统现场总线的网络组态和数据接口设计2个角度切入,进行了深入的探讨研究,实现了对系统定位数据的可靠传输,对于进一步提高煤矿井下人员定位技术及其管理系统的可靠性和实效性具有一定指导和借鉴意义。     

无人工作面智能化采煤机监控系统的研发

为实现采煤机在各监测点数据的准确采集、智能分析和有效控制,进行了具有自主控制与监测系统的智能化采煤机的研究。以MG250/595-WD电牵引采煤机的智能控制与监控系统为研究对象,运用采煤机滚筒接触到不同煤层时截割电动机负载及滚筒调高油缸前后腔压力变化的新型煤岩识别技术、记忆切割技术以及井下数据传输技术等,最终实现采煤机手动控制、自主控制、上位机远程控制3种控制工作模式以及相关工作参数的实时监测。采煤机及其配套监控系统在古书院矿152304工作面试验期间,累计采煤30万t,煤岩识别准确率达到80%,有效提高了煤矿生产的安全系数、割煤效率以及自动化程度。     

基于组态技术的采煤机自动控制系统设计

设计了基于组态技术的采煤机的自动控制系统,其中包括采煤机的人机交互界面以及上位机与下位机的实时通讯系统,实现了对采煤机工作状况的实时监测及远程控制,极大地提升了采煤机的运行效率。     

综采工作面“三机”智能化研究现状及展望

煤矿智能化已是我国能源战略的重大发展方向。加快推进煤炭智能化发展是“双碳”目标背景下的一项变革性、牵引性、标志性重大举措。基于先进智能化技术与矿井主要设备相融合的发展需求,阐述了采煤机定位、记忆截割、姿态感知所采用的关键技术,分析了采煤机实现自主截割需要进一步突破的关键技术,探讨了液压支架姿态感知、自动跟机技术发展现状和亟待解决的问题和发展方向,分析了刮板输送机煤流量检测与自动调速、故障自动检测相关技术的优势和不足,指出了未来刮板输送机实现智能化需要突破的方向。最后,结合定位、感知、大数据分析等领域的发展动态,对综采工作面“三机”的发展趋势进行了展望。     

基于捷联惯导的采煤机定位定姿技术实验研究

针对煤矿井下"三机"自动化中的采煤机定位精度较低的问题,根据采煤机工作环境恶劣、空间封闭、干扰较多的特点,提出了一种基于捷联惯性导航(SINS)的采煤机位姿定位方法。该方法利用捷联惯性导航系统中的三轴加速度计和三轴陀螺仪实时测量采煤机的加速度和角速度信息,并根据四元数捷联惯导位姿解算方法解算出采煤机的实时位置和姿态信息,得到精确的采煤机运动轨迹,实现对采煤机的实时体定位。对定位平台进行仿真和利用综采工作面"三机"实验装置搭建采煤机捷联惯导定位实验平台进行实验,结果表明,采煤机捷联惯导定位系统能够准确跟踪基准轨迹,采煤机沿工作面方向运行20 m,位置姿态跟踪误差分别为0.5 m和0.7°,满足煤矿采煤机定位精度要求,该系统能够实现采煤机的实时精确定位。     

矿井工作面采煤机智能监控系统设计应用研究

从实现采煤机在各监测点的准确数据采集、智能化辨析和有效控制的角度出发,文章研究了一种具有自主控制和监测系统的智能采煤机。以DF250/889 wd电力牵引智能控制监控系统为研究对象,介绍了识别岩煤的新技术,并利用剪切滚筒与不同煤层接触时切割电机负载产生的井下数据的存储切割技术和传输技术,以及调节滚筒高度的油缸前后腔压力变化,实现了对井下数据的存储和传输。     

基于MVC的采煤机智能化控制系统开发

针对目前基于组态软件设计的采煤机监控系统存在的不足,提出了一种基于MVC的采煤机智能化控制系统。在实验室环境下对系统的实时监控、远程控制、智能化控制,故障报警、参数设置、报表存储及打印功能进行测试,实验表明,该系统能够实现采煤机的实时监测和对采煤机运行过程中的各项参数进行记录并显示。通过本系统可远程控制采煤机各个动作,系统根据液压支架、刮板输送机以及环境参数信号能够对采煤机进行自适应调速、调高以及停机等功能。     

自动驾驶技术在井下矿用卡车中的应用

地下开采矿山无轨车辆的自动驾驶技术一直是影响矿山真正实现自动化和智能化进程的关键一环。本文通过对井下矿用卡车自动化驾驶系统改造使用环境和技术难点进行了分析研究,提出了自动驾驶系统整体设计方案,并对自动驾驶系统应用的关键技术进行研究和讨论,研究结果表明自动驾驶系统线控改造技术、智能感知技术、定位技术、通信技术和矿卡集群调度技术可以很好的解决矿山驾驶人员安全问题和生产效率问题,有力的提升了矿山装备的智能化水平。     

矿井电牵引滚筒采煤机姿态控制电气系统设计

电牵引滚筒采煤机是煤炭物料生产的关键性设备,根据综采工作面位置的变化,滚筒采煤机会变换工作位置并且根据地质情况调整工作姿态。为了提高电牵引滚筒采煤机的快速工序响应,提升综采工作面采煤的生产效率,对电牵引滚筒采煤机的工作姿态检测、控制为一体的电气系统进行设计。以MG2×200/550-WD型采煤机为研究对象,通过仿真技术软件对设计出的姿态控制系统进行验证计算。结果显示,该系统能够对采煤机姿态信息实现监测和控制,能在实际工程现场中实践应用,提升的综采工作面的自动化控制水平。     

综采工作面智能化开采技术研究

基于综采工作面智能化开采的发展现状与要求,系统阐述智能化煤矿的基本构架、智能化开采的技术特征以及智能化放顶煤的关键性技术,包括液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术、远程集中监控技术、振动法自动放煤以及记忆模式自动放煤等智能化开采技术。针对当前智能化工作面开采技术难题,提出采煤机智能调高、液压支架群组与围岩自适应以及工作面直线推进控制的技术手段,对实现煤矿井下智能化开采,提高井下生产效率,减小人员伤亡具有重大的意义,旨在为智能化综采工作面的推广及应用提供一定的技术参考价值。     

综采工作面采煤机远程智能遥控技术

为应对采场少人乃至无人化的需求,实现远离采场顺槽以及地面的远程遥控采煤方式成为自动化、智能化的必然趋势。在明确综采工作面采煤机远程智能遥控技术的总体要求和国内相关技术发展现状后,从远程控制技术的系统方案、安全控制逻辑和操作策略、远程记忆截割控制技术、采煤机与支架、刮板等设备的协同控制技术等方面论述了采煤机远程智能控制技术的优势和具体操作方式;分析了远控实时性技术、故障诊断及数据分析、远控操作的常态化等需要解决的关键技术,并展望了未来的发展趋势。     

采煤机技术发展历程(九)——环境感知技术

采煤机实现自动化或智能化运行,必须能够准确获取作业位置、周围环境、煤层状态等信息。重点介绍了采煤机运行过程中的空间障碍、瓦斯浓度、行走位置、轨迹直线度等感知技术发展。在采煤机空间避障和防撞保护方面,基于毫米波雷达、激光雷达、图像识别的机器视觉感知技术具有优势,但目前在采煤机上尚未成熟应用,亟需深入研究。在机载瓦斯监测方面,差分吸收激光雷达探测技术和可调谐二极管激光吸收光谱探测技术是具有应用前景的瓦斯探测技术,目前尚少相关研究报道。在采煤机行进轨迹定位和直线度检测方面,基于捷联惯导的多传感器定位技术成为研究和应用热点,国内技术已渐进成熟和实用化。此外,基于激光雷达的SLAM机器视觉技术值得关注,可以把空间建模、避障防撞、行走定位、轨迹跟踪、姿态监测等多项任务融为一体,为构建采煤机数字孪生运行模型奠定感知技术基础。     

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。     

采煤机自主导航截割原理及关键技术

深部煤层构造较为复杂,实现采煤机无人驾驶开采更加困难。在总结采煤机结构和截割调控技术演变历程基础上,提出采煤机截割调控技术在经历了人工目测截割、机载探测截割、示教记忆截割3个发展阶段后,已经进入到自主导航截割的第4阶段,并提出了适用于深部煤层采煤机自动驾驶的导航截割理论与技术框架,包括导航地图、位姿感知、路径规划、姿态控制4项技术内涵和精细化煤层截割定位地图、精准化煤层截割导航地图、动态化煤层截割导控地图、采煤机融合定位方法、定位精度提升、智采机组全位姿参数矩阵建立、物理-虚拟模型驱动与交互、无人驾驶防冲撞路径规划、截割作业智能调高调直9项关键技术。系统阐述了采煤机自主导航截割相关核心技术基本原理:首先,构建煤层智能化开采导航地图,从精细化煤层截割定位、精准化煤层截割导航和动态化煤层截割导控3个关键步骤实现地图构建及更新;其次,通过融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤机位姿精确感知;再次,创建智采机组全位姿参数矩阵,并结合物理-虚拟模型驱动与交互技术构建出导航截割数字孪生系统;最后,基于实时综采装备位姿状态和煤层导航地图信息,实现了无人驾驶防干涉防冲撞路径规划、截割滚筒自适应调高控制以及行走路径自动调直控制。从而实现了深部煤层采煤机智能导航截割控制,为智采工作面实现无人作业提供了新的理论技术支撑。     

美国煤炭地下开采与自动化技术进展

美国煤炭的地下开采分为长壁式和房柱式2种技术。地质条件较好、井田范围大的矿井,一般以长壁开采为主,否则以房柱开采为主。1994—2017年,美国井工矿数量减少了79%(2017年为237座)。但是单个矿井产量增加了230%,煤炭生产更加集中、高效。美国长壁开采以中厚煤层为主,采高一般为1.6~2.5 m(最大开采高度4.2 m,最小开采高度1.2 m)。长壁工作面均采用多巷布置、矩形断面巷道、锚杆支护。近年来,工作面尺寸、设备功率、设备尺寸逐渐增大,生产系统更加可靠。长壁工作面的自动化开采源于1984年的电动控制液压支架的研发与使用,此后开发了支架、采煤机、刮板输送机的单机自动化以及追机移架技术。2000年以后开发了半自动化工作面技术和采煤机远程控制技术。目前应用的主要是半自动化工作面技术,只有2个工作面应用了采煤机远程控制技术。这些技术解决了条件简单工作面的自动化开采问题,但遇到复杂地质条件时,仍需要人工干预。研发自动化开采的关键传感器和设备以适应地质条件变化、完善端部进刀系统,聚焦作业安全和粉尘与噪音防控,以及矿用大数据、高速通信与可视化技术是目前美国的重要研发方向。在近10 a来,房柱开采的工艺变化不大,但是开采装备的多样化和开采系统的自动化、信息化、智能化的相关技术开发取得了重要进展。     

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了：(1)采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;(2)三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;(3)综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;(4)为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。     

智能化采煤工作面生产系统建设研究

为提高煤矿智能化工作面生产系统建设水平,以智慧矿山建设为框架,详细介绍了实现智能化工作面控制系统的理念、配置以及功能等基本参数,其中主要包括顺槽控制系统、电液控制系统、三机控制系统和采煤机控制系统四大板块,构建了以“远程一键式启停、自动开采为主、远程人工干预为辅,最终实现无人值守”为目标的智慧矿山运营体系。