智能综采工作面刮板输送机直线度监测方法研究

综采工作面刮板输送机的直线度误差受刮板输送机的轨迹检测误差和液压支架的推移误差的影响,给刮板输送机的状态监测带来了新的挑战。综采工作面刮板输送机直线度实时监测与控制及其获取精确、可靠的位置状态信息对煤矿智能化开采至关重要。为实现综采工作面刮板输送机自动化、智能化、无人化调直并有效地监测刮板输送机的状态,提出了一种基于卡尔曼滤波的刮板输送机位置状态估计方法,结合综采工作面采煤工艺,利用刮板输送机检测轨迹建立刮板输送机调直方法模型,针对传统方法无法实时反映刮板输送机运动状态的难题,以数字孪生技术作为物理世界与数字世界的桥梁,实时精准地反映刮板输送机的位置状态信息,研究综采工作面“三机”的工作特点,利用卡尔曼滤波算法实现对综采工作面刮板输送机直线度的有效监测,并通过改变检测误差与推移误差的正态分布来检验该方法的准确性。试验结果表明,所提出的监测方法能够有效地减小检测误差和推移误差对综采工作面刮板输送机直线度的影响,且在检测误差与推移误差较大时依旧能发挥出色的效果,监测精准率均能提高30%以上,能使综采工作面刮板输送机的直线度误差稳定在一定的范围内,提高刮板输送机直线度的监测精度。     

刮板输送机调直方法研究

针对刮板输送机调直问题,研究了基于采煤机定位轨迹的调直方法。首先使用组合导航对采煤机轨迹进行求解,然后通过调直算法计算液压支架推溜距离,以达到刮板输送机调直效果。以采煤机定位误差和液压支架推溜误差作为参数,假设两者误差服从正态分布,进行了数值仿真。仿真结果表明:当采煤机轨迹检测误差与液压支架推移支架误差服从正态分布N(0,262)或方差小于262时,通过该调直算法可以有效降低刮板输送机直线度误差。调直试验结果显示,刮板输送机初始直线度误差分别从初始的200 mm和250 mm降低为87 mm与55 mm,刮板输送机直线度误差改善明显。     

煤矿刮板输送机自动校直控制技术研究

为了满足综采工作面自动化要求,需将刮板输送机直线度控制在许可范围内,分析了煤矿刮板输送机自动校直技术,在刮板输送机构成及形态的基础上,分析了刮板输送机直线度控制误差以及检测误差。采用模糊自适应PID控制器系统,研究了刮板输送机的直线度控制,设计了刮板输送机直线度控制仿真试验,分析了2种刮板输送机的形态的调整。研究表明,该方法可有效地对刮板输送机直线度进行准确调整。研究可为实现煤矿智能化开采提供技术支持。     

机器人运动学与时序预测融合驱动的刮板输送机调直方法

随着智能化开采的不断发展,刮板输送机直线度控制对于煤矿安全、高效开采具有重要意义。针对刮板输送机的调直精度不高的问题,提出了一种基于空间运动学与长短时记忆神经网络轨迹预测相融合的调直方法。首先,利用工业机器人的空间运动学知识对液压支架和刮板输送机浮动连接机构的运动规律进行了解析,并以C#语言的形式编入Unity3D仿真系统底层,通过推移机构连接头捕捉刮板输送机中部槽上的关键点,实现液压支架与刮板输送机的连接,实现了液压支架的精准推移,较理想化地解决了销耳间隙的影响;其次,综合考虑到传感器噪声与截割底板轨迹对刮板输送机轨迹检测的影响,在仿真系统中进行相关的补偿后,在MATLAB中利用LSTM(Long Short Time Memory)神经网络对刮板输送机的轨迹进行预测;最后,根据实际工况要求建立了目标调直轨迹的修正模型和轨迹-姿态转换模型,以得到的刮板输送机轨迹为基础,确定及时移架后的液压支架位置与对应中部槽的相对位置差,基于浮动连接机构运动规律液压支架精准推移,实现刮板输送机调直。通过虚拟试验的验证,建立的修正模型和转换模型具有较强的可靠性,在仿真系统与实验室条件下分别在底板存在起伏时进行了调直试验,提出的调直方法的直线度误差分别在±0.2 cm和0.08 cm内,符合调直精度要求,研究结果对刮板输送机的调直研究提供了思路。     

基于航位推测的刮板输送机形态检测研究

针对煤矿综采工作面自动化中刮板输送机直线度检测困难及测量精度不高的问题,利用捷联惯导提出了一种基于中部槽结构尺寸航位推测的刮板输送机形态检测新方法。首先,选择Rodrigues参数法进行惯导姿态解算,其次采用加速度传感器测量采煤机经过刮板输送机连接间隙时产生的振动信号,建立了Butterworth滤波下的刮板输送机节数检测模型,最后在考虑刮板输送机连接间隙的情况下构建刮板输送机形态检测模型。利用采煤机和轨道模型在水平、竖直面分别搭建实验平台,实验结果表明,刮板输送机形态的跟踪误差小于14mm。该形态检测方法为刮板输送机形态的检测提供了一种新思路,并为综采工作面自动校直的实现提供了一定的理论支持。     

超大采高综采工作面刮板输送机自动伸缩机尾研究

分析了刮板输送机自动伸缩机尾应用适应性,并以配套6～9 m超大采高综采工作面3×1 600 kW型刮板输送机为出发点,计算了伸缩机尾推移力、推移行程等参数,合理确定了伸缩机尾推移油缸选型。结合超大采高综采工作面刮板输送机稳定运行需求,重点对伸缩机尾尺寸结构、插接中板形式及插口结构、压力及行程传感器布置位置、伸缩机尾自动控制策略、伸缩滑道自动清洗机构、机尾三角煤回收装置等进行了适应性创新改进,保证了刮板输送机可靠、稳定、长寿命运行。     

基于惯性导航的工作面直线度测控与定位技术

为了解决综采工作面在自动化生产模式下推进数刀后逐渐不直,继而影响连续推进的问题,通过分析问题产生的原因及其对自动化开采的影响,提出采用惯性导航技术测量刮板输送机平直度来定量描述工作面直线度的方法,将惯性导航装置捷联于采煤机,实时测量采煤机割煤行走时形成的三维空间轨迹。介绍基于该方法的惯性导航LASC技术的技术原理、算法框架、关键公式、控制流程等,并基于该技术开发了工作面自动找直控制系统。地面联调和井下工业试验的结果表明,此系统对工作面直线度的检测误差小于100 mm,全工作面直线度控制误差小于300 mm,满足了自动化开采模式下综采工作面自动连续推进的要求。     

矿用刮板输送机的模糊 PID控制调直方法研究

为了提高矿用刮板输送机的直线度，降低其运输阻力，提出一种矿用刮板输送机布置角度与形态解 析算法，同时搭建模糊 PID 算法。将中部槽连接耳处空隙误差与各段矿用刮板输送机之间通过哑铃销连接的误差 结合，由数学模型计算出各液压支架对刮板机进行推溜所需要的流量，通过模糊算法与 PID 的输出进行融合计算， 实现了模糊 PID 算法对液压缸工作时间的调整，并通过 MATLAB 2018a 与 LMS-Samtech 进行调直效果的仿真。所 有试验中的平均偏差均较小，不超过 5 mm，证明了本研究中模糊 PID 控制调直方法能较好地实现了矿用刮板输送 机的调直效果。研究结果为综采面的全面自动化提供了前期研究，同时对于降低因刮板机直线度偏差过大造成的 事故具有积极预防意义。     

刮板输送机调直装置设计

刮板输送机作为煤矿采煤综采技术中的主要运输设备,其稳定、可靠的运行直接关系着煤矿生产进度,工作过程中机体的直线度问题直接影响着使用效率。对刮板输送机原理、分类进行了阐述,针对生产过程中机体调直自动化程度低的问题,提出了一种基于ATmega16A单片机和超声波传感器的自动化调直方案,该方案具有稳定可靠,自动化程度高,成本低、检测精度高的特点,解决了依靠人工调直的诸多问题,具有很高的推广价值。     

煤矿刮板输送机自动校直控制技术研究

为实现刮板输送机推溜移架过程中自动调直,通过对工作面刮板输送机在运行过程中存在的问题分析可知：推溜拉架和割煤机截割速度不匹配导致溜子不平直、设备容易磨损、链条受力不均易拉断,中部槽的限位误差、销耳间隙误差、液压传动系统的动作误差等影响溜子误差产生的主要因素,通过分析建模和模拟实验,证明利用PID自动调控系统可实现对刮板输送机实时调直的动态控制效果,具有较好的实践价值。     

基于采煤机运动轨迹的刮板输送机布置形态检测研究

为了准确检测采煤工作面中刮板输送机的布置形状,提出了基于采煤机运动轨迹的刮板输送机布置形态检测方法。根据工作面中采煤机与刮板输送机之间的几何空间位置关系,建立以采煤机运行轨迹反演刮板输送机形状数学模型,并搭建刮板输送机布置形态检测试验平台进行试验验证。在刮板输送机轨道模型分别直线、水平曲线、垂直曲线布置形状下,通过刮板输送机形状反演模型获得刮板输送机布置形态;在该试验条件下,通过试验表明：刮板输送机轨道模型的检测形态与实际布置形态的测量误差为±18 mm,满足工作面刮板输送机弯曲检测精度要求。该刮板输送机形态检测模型可实现在线监测,取代人工测量的方法,为实现工作面自动化弯曲检测和校直提供理论基础。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

基于机器视觉的长壁工作面直线度测量算法研究

综采工作面推进过程中,由于上百米长的狭长地形和起伏弯曲,其直线度是一种大型移动目标的非可视测量问题.通过将梯形窗口、灰度识别和特征搜索等视觉算法应用于实时测量刮板输送机的形态,建立视觉相机测量直线度的局部坐标系,可使测量的结构光点像素值转换为设定直线度的偏差距离;通过链位传递算法将工作面布置的多个视觉相机的局部直线度坐标经过转换矩阵和平移向量建立全局坐标系,从而计算出以刮板机节为测量标志点的工作面直线度.实验表明,视觉检测整个工作面直线度达到±50mm的精度,满足采煤机沿平直工作面高效运行的要求.     

液压支架推杆前端结构改进研究

综采工作面液压支架使用时经常出现推杆前端损坏现象,推移机构用来移架和推刮板输送机。如果推移机构失效,将无法实现移架和推刮板输送机,对工作面的生产影响很大。通过对推杆使用情况下的受力分析,优化推杆前端结构,加强工作面液压支架的使用管理,从而避免出现推杆前端损坏现象。     

大倾角智能工作面刮板输送机“上窜下滑”自动化控制研究与应用

针对复杂煤层赋存条件下,特别是大倾角、多断层的工作面实现全工作面自动化面临着诸多技术难题,以国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿220608综采工作面为工程背景,研究了大倾角工作面支架防倒防滑以及刮板输送机“上窜下滑”自动化控制的重点和难点,建立了刮板输送机“上窜下滑”工艺管控策略数据模型及工艺控制逻辑体系,通过刮板输送机“上窜下滑”趋势判断方法,形成了跟机推刮板输送机、跟机拉架工艺控制方案,建立了大倾角工作面常规拉架、防止刮板输送机下滑调架以及防止刮板输送机上窜调架3种拉架动作控制逻辑。实际工程应用表明,工作面平均开采速度可达6.3 m/min,最高产量可达11700 t/d,实现了工作面高清可视化,并通过管理创新保障了大倾角工作面智能开采常态化运行。     

大仰角综采设备适应性改造技术研究

通过对大倾角仰采工作面原综采设备在生产中可能出现的诸多问题,以及设备的受力工况分析,分别对刮板输送机和采煤机的结构做了适应性的技术改造。此外还提出了输送机防滑和防漂移的相关技术措施,取得了良好的应用效果,具有一定的推广价值。     

基于多传感器的液压支架直线度测量方法研究

针对目前液压支架直线度测量方法存在测量数据不够完整、误差大、易受粉尘影响等问题,提出了一种多传感器组合的液压支架直线度测量方法。该测量方法主要通过在液压支架底板固定位置布置2个行程位移传感器与三轴倾角传感器组合测量得出相邻支架间的位置关系,并通过基于D-H坐标系的液压支架直线度推导模型,求解得液压支架群的直线度。实验结果表明,对于长达150 m的工作面,此方法的偏航角度累积误差小于5°,直线度测量累积误差小于85 mm,可以满足液压支架直线度的测量需求,可为液压支架调直控制提供精确的数据支持。