基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统设计

在掘进和采煤的过程中,巷道围岩的受力情况复杂多变,因此,巷道离层位移和围岩压力的实时监测是保证巷道正常工作的一个重要因素。设计了一种基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统。该系统实现井下700 m数据采集,井上分析处理,可提供时序趋势变化、结构分布变化和阈值报警等功能。根据朱仙庄煤矿巷道的特点,系统安装4只FBG位移传感器、4只FBG土压力传感器和4只FBG温度传感器,对巷道掘进区域的离层位移、围岩压力和温度变化进行在线监测。监测结果表明:系统对离层位移、围岩压力和巷道温度变化反映灵敏,能够有效保证巷道掘进的正常进行,且为后续巷道施工提供数据支持和理论依据。     

高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统的研究

为了对高突矿井巷道掘进过程中可能遇到的突出煤层进行预警,以便及早消除安全隐患,预防灾害的发生,研究了突出煤层的精细地质模型的构建,并通过GIS最短距离分析方法计算巷道掘进头到突出煤层的法距;基于Longruan GIS3.0和煤矿虚拟环境系统VRMine,研究开发了高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统,实现了预警模型的三维可视化以及预警评价,并用新庄孜煤矿的实际数据进行了实例验证。结果表明,高突矿井巷道掘进过程中危险源预警系统可以辅助煤矿安全管理。     

掘锚交叉综掘工艺工业性试验研究

针对传统巷道掘进工艺存在掘进快、支护慢的难题,塔山煤矿引进了锚杆钻车,开发了掘锚交叉综掘工艺,并对其进行了工业性试验研究。通过对工艺实施过程相关参数进行监测,得出结论:巷道开挖支护60d后,左右围岩日收敛速率小于0.1mm/d,说明巷道收敛已经趋于稳定,最大锚杆受力为206kN,最大锚索受力为305kN,均在安全范围,锚固力大为提高,离层得到有效控制。该工艺实现了减员10%,支护效率提高41%,掘进工效提高33.3%,可以推广应用。     

煤矿全断面掘进机捷联惯导曲线测量系统

针对现有煤矿掘进巷道偏差曲线测量系统存在不通视和实时测量难的问题,设计了一种煤矿全断面掘进机捷联惯导曲线测量系统。捷联惯导系统通过捷联姿态更新算法实时采集掘进机推进的姿态角;行程传感器安装于掘进机上,用于测量每次截割部向前推进的行程值;将姿态角和行程值代入巷道实际曲线算法得到实际的掘进曲线,与巷道设计轴线进行比较后得到掘进偏差曲线,根据偏差曲线及时对掘进巷道进行纠偏,以保证工程质量。实验结果表明,该系统可实现快速、实时的高精度曲线监控,能够准确计算测量出煤矿全断面掘进机前进的曲线偏差,掘进5m时,最大偏差约为23.2mm,满足煤矿掘进曲线精度要求。     

基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统设计

针对煤矿巷道顶板安全监测采用有线网络采集数据存在布线工作繁琐、操作不方便、成本高和效率低等问题,设计了基于ZigBee技术的煤矿巷道安全监测系统。该系统通过无线应力计自动测量煤矿巷道顶板应力,利用计算机分析煤矿巷道顶板的应力应变参数,评估煤矿巷道的安全性。测试结果表明,该系统具有误差小、操作方便、成本低、效率高等优点。     

基于ZigBee的煤矿巷道压力监测系统设计

针对传统的巷道压力监测方法存在测量精度低、可靠性差、节点扩展性差、测量结果无法自动上传、分析和处理等问题,设计了一种基于ZigBee的煤矿巷道压力监测系统。该系统利用传感器节点实现巷道压力的精确测量,测量结果以无线通信方式传送给汇聚节点,并由汇聚节点上传地面监控计算机,实现巷道压力的实时、可靠监测。测试结果表明,该系统可实现锚杆受力大小的精密测量,并可实时上传测量结果。     

基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制研究

针对复杂巷道环境下掘进机器人自主纠偏控制难题,通过分析掘进机器人偏移原因,明确了掘进机器人纠偏控制功能需求,提出了一种基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统,介绍了系统组成;以掘进机器人对中纠偏为例,分析了系统纠偏控制机理,提出了基于双目视觉图像信息的掘进机器人纠偏控制方法,以双目视觉检测的巷道图像为基础数据,通过提取巷道图像特征及分析巷道坐标系与掘进机器人坐标系关系,解算出掘进机器人相对于巷道空间的位姿参数,根据解算结果对掘进机器人进行纠偏控制;构建了掘进机器人及巷道数字模型和定位定向参数数据库,通过虚实映射关系,实现了掘进机器人虚拟远程纠偏控制。实验结果表明,基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统在不同工况下均可有效补偿掘进机器人偏航角和偏移距离,纠偏过程可实时显示在监测监控界面,且纠偏路径规划仿真结果与实际工况一致。     

基于WSN的煤矿巷道离层监测系统的设计

针对目前煤矿巷道离层监测大多为有线监测的现状,设计了一种基于WSN的煤矿巷道离层监测系统。介绍了系统的整体架构,详细阐述了以CC2430为核心的传感器节点、以CC2430和MCP2515为核心的Sink节点的软硬件设计和工作流程。通过在兴隆庄煤矿的井下实验,测得了2.4G频率在井下的传输特性,并确定井下两个无线传感器节点的距离为15米时,可实时、可靠的监测巷道的离层情况。     

基于WSNs的煤矿巷道离层监测系统的设计

针对目前煤矿巷道离层监测大多为有线监测的现状,设计了一种基于WSNs的煤矿巷道离层监测系统.介绍了系统的整体架构,详细阐述了以CC2430为核心的传感器节点、以CC2430和MCP2515为核心的Sink节点的软硬件设计和工作流程.通过矿井下实验,测得了2.4 GHz频率在井下的传输特性,并确定井下2只无线传感器节点的距离为15 m时,可实时、可靠地监测巷道的离层情况.     

掘进巷道热环境影响因素重要性分析

目前大多数研究仅讨论了单一因素对掘进巷道热环境的影响,未涉及多因素对掘进巷道热环境影响的重要性。利用Fluent软件对掘进巷道进行三维建模与数值模拟,通过正交试验与控制变量法分析了入风风速、入风温度、围岩温度和风筒直径对掘进巷道热环境的影响程度。数值模拟结果表明:对掘进巷道热环境的影响程度由大到小依次为围岩温度、风筒直径、入风温度、入风风速;入风风速、入风温度和风筒直径对掘进巷道热环境的影响程度保持稳定;距离掘进工作面越远,围岩温度对掘进巷道热环境的影响越显著;掘进巷道温度与入风风速之间呈负幂函数关系,增大入风风速可降低掘进巷道温度,但入风风速过大,降温效果越来越不明显;掘进巷道温度与入风温度、围岩温度之间呈线性正相关关系,与风筒直径之间呈线性负相关关系。利用Origin对数值模拟结果进行拟合,得到掘进巷道温度与入风风速、入风温度、围岩温度、风筒直径之间的多元线性回归方程,拟合程度较好,可为工程预测掘进巷道温度提供有效参考。