煤矿掘进机的机器人化研究现状与发展

基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求,综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术3条掘进作业线的国内外发展现状,依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划,从感知、决策、执行3个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征,感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知,决策层分析和求解作业任务,并融合感知层传输的环境信息,制定规划出最适合的控制策略,执行层接收决策层的指令,对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载输送机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组,结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状,提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备,实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术,最终达...     

摇臂式掘进机设计方案探讨

针对悬臂式掘进机单机成巷效率较低的现状,对我国巷道掘进技术与装备进行了分析研究。综合悬臂式掘进机和掘锚机组的技术特点,提出了摇臂式掘进机的总体设计方案,并对其主要元部件设计方案进行了介绍。     

巷道掘进截割钻进先进技术研究现状及展望

为响应智能化煤矿发展需要,同时为改善综掘工作面智能化无人化发展较综采工作面滞后现状,提出了掘进装备自主定型定向截割、掘进装备自主巡航、掘进机健康管理技术及多机多工序智能协同控制技术四大截割钻进装备先进技术并给出研究方向。针对掘进装备自主定形定向截割技术,通过研究不同掘进装备的截割轨迹规划、机身振动特征对截割头轨迹误差的影响规律及不同掘进速度下掘进巷道顶板稳定性分析方法进行掘进装备截割路径及截割速度规划研究;通过研究位姿监测技术、恒功率截割技术、记忆截割技术实现掘进装备自主定形定向截割控制;通过数字采集系统构建掘进巷道数字孪生虚拟模型,采用掘进机虚拟操纵平台实现掘进机远程自动截割控制。通过掘进巷道环境感知技术,构建掘进巷道的三维模型并标明巷道的安全情况;利用激光扫描及多种算法,形成巷道三维点云模型;对激光、通信、视觉及惯性等传感器等进行技术互补性融合,利用多种融合算法,实现高精度巷道感知;采用随钻测量系统进行瓦斯监测和超前探水作业;将视觉感知技术、激光测距技术、全站仪、超宽带定位技术等融入井下巷道的设备定位系统中,实时监测巷道内的掘进机位姿。通过结合掘进机健康管理技术发展现状,梳理出掘进...     

悬臂式掘进机快速掘进技术与装备

悬臂式掘进机在国内煤矿巷道掘进中应用广泛,存在掘、支、锚、运工序不匹配和用人多、工人劳动强度大、智能化程度低等问题。以工序机械化、功能集成化、设备成套化、运行自动化为出发点,重点介绍了机载锚杆钻机技术、掘进系统配套技术、工作面辅助运输技术和智能控制技术等,通过相关技术的匹配融合提升悬臂式掘进机掘进作业线的工序匹配度和掘、支、锚、运的衔接平衡度,为类似条件下煤矿巷道掘进提供借鉴。     

基于数字孪生的综掘巷道并行工艺技术初步研究

综掘巷道现今的"串行"工艺流程中,机械智能化程度较低、采掘比例严重失衡,已成为制约煤矿高效生产的主要技术瓶颈。为此,首先基于一体化式掘锚机组自动化掘进方式与自移式支护相结合的工艺理念,提出了一种综掘巷道掘支锚联合并行施工工艺技术系统,并阐明了其工艺原理,归纳了并行施工工艺技术在工程效益方面的主要优势。然后基于综掘巷道并行工艺技术装备的机器人化升级改造目标,构建了数字孪生理论指导下的综掘巷道并行施工技术流程与工艺体系,并对并行工艺技术装备的智能化发展进行初步探讨,论述了以掘进机器人远程可视化导控、临时支护机器人可靠性撑顶、钻锚机器人多工位锚护为基础功能的综掘巷道智能并行作业模式。在数字孪生技术驱动的综掘巷道并行施工技术系统中,利用多源传感信息链接与互译实现了并行工艺技术装备物理实体与"虚拟数字孪生体"之间的交互感知,并通过远程可视化智能调控系统完成了掘进机的自主纠偏、障碍物感知以及自动截割等智能化革新。最后分别从真实物理拓扑关系、数据传输处理方法、智能决策控制算法和预测性维护机制4个角度进行了数字孪生理论指导下智能化综掘工作面的关键技术发展分析,对智慧煤矿与智能化开采目标展开了基础性探索...     

下霍煤矿1306回风顺槽掘锚护一体化技术应用

为提高巷道掘进效率,缓解采掘接续紧张局面,通过对EBZ-160型综掘机进行优化改造,实现了机载锚杆钻机、临时支护装置与掘进机的有机结合,并基于下霍煤矿1306回风顺槽工程地质条件,设计了巷道支护方案,确定了掘锚护一体化综掘技术工艺.现场应用结果表明,采用上述工艺后下霍煤矿1306回风顺槽掘进效率明显提高,工人劳动强度与安全生产环境明显改善.     

综掘巷道快速掘进工艺及钻锚运输车结构设计

针对掘进机开机率低、采掘比例失衡、综掘巷道超前支护效率与设备全智能化程度较低的现状,提出一种综掘巷道无反复支撑快速掘进新工艺,具有无反复支撑、多工序并行的特点。介绍了综掘巷道快速掘支锚协同作业系统的装备组成与工艺原理,论述了其中运输钻锚车的结构与力学模型,利用ANSYS软件进行有限元分析,分析了运输钻锚车托举梁在恶劣工况下的位移特性与应力分布特征。结果表明,该工艺可以实现掘进、支护协调并行作业,加快了煤矿巷道掘进整体进度,极大地提高了深部煤层开采作业效率。     

EBZ255(二代)掘进机在朱集项目部的检修标准及应用

巷道掘进度的大小是煤矿生产的1个关键因素,EBZ255(二代)掘进机相对炮掘掘进大大提高了掘进进度,实现了巷道掘进的机械化,减轻了工人的劳动强度,确保了掘进的安全;EBZ255(二代)掘进机的检修技术标准是保证综掘机正常作业的前提。     

煤矿智能快掘关键技术与工程实践

掘进智能化为智慧矿山建设提供不可或缺的科技支撑,智能快掘技术是煤炭安全高效生产的客观需求,是解决采掘失衡问题的根本途径。我国煤矿井下巷道掘进作业呈现作业环境恶劣、地质条件复杂、施工工序多、安全性差等问题,智能掘进主要面临掘进单机装备完备性、可靠性和能力不足、围岩时效控制技术薄弱、掘进工序高效协同和掘进装备群的智能化协作技术欠缺三大难题。针对智能掘进保障性技术不足的问题,提出了掘进设备可靠性、巷道围岩状态在线感知、巷道围岩时效控制、低比能耗高效截割、掘进粉尘综合防治5类智能掘进保障技术;基于掘支运一体化技术,提出了以"边缘感知、平台决策、设备执行、远程运维"4个维度的智能掘进系统基本架构,分析和讨论了掘锚(探)一体化、自动截割、智能支护、掘进导航、远程集控5种智能掘进关键技术;为扩大智能掘进核心技术支撑的覆盖面,针对不同掘进设备配套和不同煤层赋存条件,提出了掘支运一体化、全断面掘进机、双锚掘进机及5G+连续采煤机4种智能掘进模式,并在国能、中煤、山能、陕煤等集团得到推广应用;最后,提出巷道掘进智能化的发展方向和建议,建议研究井下空间定位导航新技术、支护效果动态监测与支护工艺精确调整、掘锚...     

神东矿区综掘快速掘进技术应用分析

分析总结了神东矿区煤矿掘进技术发展现状和存在问题,每种掘进工艺都有自身适应性和局限性,掘进工艺的合理选择,直接影响了巷道掘进的安全可靠性以及掘进效率的高低。为了提高岩巷、半煤岩巷道掘进效率和解决矿井过断层和生产接续难题,充分发挥综掘快速掘进安全、灵活等特点,指出了综合机械化快速掘进技术的发展趋势和方向,以促进神东矿区巷道掘进的机械化、现代化发展,更好地保障煤矿生产接续。     

谈我国悬臂式掘进机的发展及趋势

悬臂式掘进机是煤矿掘进巷道常用设备,它的发展使得矿井巷道的掘进速度和效率大幅度提高,而我国目前的现状是综采设备的发展较快,综掘设备的发展相对较慢。简要介绍了悬臂式掘进机发展的几个特点、目前的技术水平及今后为适应高产高效矿井建设的发展趋势。     

我国综掘技术及其发展研究

通过对巷道掘进机的发展历史和现状的分析,提出了如何确定掘进机掘进能力以及选择截割头和截齿的方法,介绍了国外一些先进的掘进技术,分析了综掘配套设备的现状及其发展,指出了提高掘进技术所需要的研究发展方向。     

煤矿巷道掘进技术与装备的现状及趋势分析

"采掘失衡"是影响煤炭开采效率的主要原因,通过回顾煤岩截割理论与截割机构的发展历程,归纳了镐型截齿截割机理与截割滚筒研究现状与进展。介绍了地质条件、掘进装备、掘进工艺之间的相互关系,阐述了适应不同地质条件的掘进装备与掘进工艺发展现状,通过对当前悬臂式掘进机、掘锚一体机等煤矿巷道主力掘进装备及其配套工艺的研究,分析了掘进技术装备与工艺在提高巷道掘进效率中产生的作用效果。通过对比国内外掘进装备技术标准,指出标准的缺失落后已成为制约我国煤炭掘进技术与装备发展的重要因素,可通过国际对标,解决掘进技术装备可靠性问题。在总结掘进技术与装备现状的基础上,结合现阶段国家政策、行业发展、市场需求、新技术应用等方面的现状,从巷道掘进基础理论研究、装备智能化与成套化、掘进机器人、现代感知技术等层面,预测了掘进技术与装备未来发展方向与趋势。     

EBZ200型综掘机在拱形巷道掘锚一体化作业的研究及应用

针对目前梅花井煤矿使用综掘机进行巷道掘进、人工使用锚杆钻机进行锚固支护的方式,提出了一种在综掘机机身安装锚杆钻机、临时支护和工作平台的方法,通过改进设备以及优化巷道掘进工艺,提高巷道掘进速度,降低劳动强度,实现掘锚一体化作业。现场应用证明,综掘机改为掘锚一体机,集掘进、支护于一体,减少了巷道掘进过程中人工搬用锚杆钻机的工序,提高了掘进速度。     

支路风筒布局对掘锚一体机粉尘运移规律影响研究

随着掘锚一体机理论与装备技术的发展,煤矿“采掘失衡”难题逐渐解决。但是综掘工作面大多采用传统通风除尘方法,高强度截割导致粉尘危害严重。为了从粉尘源头位置减少掘进截割粉尘的扩散,提出通过增加支路除尘风筒的新方法以改善掘进工作面的粉尘高浓度状况。利用数值模拟方法研究了不同数量的支路风筒对掘进巷道流场结构、粉尘运移状态和浓度等粉尘特征参数的影响规律。结果表明：单一较大横截面积的风筒能有效吸收从掘进机上方流向巷道后方的粉尘;支路风筒可以有效吸收所处位置的粉尘,阻止粉尘颗粒从掘进机两侧向巷道后方扩散。     

悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法

悬臂式掘进机机身位姿参数的实时精准感知是煤矿巷道定向掘进,乃至综掘工作面智能化、无人化建设的关键环节,在综掘工作面复杂工况下目前还不能真正实现掘进机机身位姿实时、自主、精准感知。提出了一种悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法,旨在实时确定掘进机机身的方位偏差,为掘进机定向掘进提供纠偏基准参数。在以往研究的基础上,搭建了基于激光偏距感知、捷联惯导、二维里程计的掘进机行走轨迹及偏差感知系统,分析了掘进机机身方位偏差与巷道定向掘进的关系,制定了基于此系统的掘进机自主定向掘进策略;基于捷联式惯性导航系统在综掘工作面的适用改进推导了其初始粗对准和姿态更新算法,确立了掘进机航向角与偏角的联系;研制的二维里程计可同时测量掘进机横向和纵向里程增量,推导了基于二维里程和偏角的航位推算算法,得到了掘进机实时位置坐标。研发了掘进机位姿参数可视化交互式远程显示系统,搭建了包括掘进机井下、井上可视化远程控制平台、全站仪在内的掘进机行走轨迹及偏差感知精度验证实验系统。工业性实验结果表明所提方法实现了掘进机机身偏角、偏距(横坐标)、纵坐标的精准感知,验证了所提方法的可行性及优越性,满足巷道掘进对于掘进机机身定位定向要...     

悬臂式掘进机机载临时支护研究

针对目前煤矿综掘巷道锚杆临时支护速度较慢的现状,为提高巷道临时支护的效率和安全性,缓解综掘工作面掘进机与支护的矛盾,结合悬臂式掘进机的结构和工作特点,研究一种适合悬臂式掘进机的机载临时支护,提高综掘巷道的支护效率和支护的安全性。     

悬臂式掘进机机载临时支护研究

针对目前煤矿综掘巷道锚杆临时支护速度较慢的现状,为提高巷道临时支护的效率和安全性,缓解综掘工作面掘进机与支护的矛盾,结合悬臂式掘进机的结构和工作特点,研究一种适合悬臂式掘进机的机载临时支护,提高综掘巷道的支护效率和支护的安全性。     

综掘拐弯开门快速转运施工技术探索

因悬臂式掘进机机身较长,煤矿巷道拐弯开门施工时,一般采用钻爆法掘进至一定距离后,再安装掘进机。掘进机拐弯开门时,带式运输机配套方式难、作业环节多,占用时间长、效率低。本文研究的配套工艺为综掘机后方接三节带式输送机,使用遥控履带式输送机进行转载,并以该工艺为指导,开发配套的装备和控制系统,采用掘进机直接开门,提高了工作效率。     

煤矿掘进巷道锚杆支护的应用

介绍了煤矿掘进巷道锚杆支护技术的不同种类(掘锚机巷道的锚杆支护、悬臂掘进机巷道的锚杆支护、连采机巷道的锚杆支护)及具体应用方法;指出了巷道掘进锚杆支护存在的问题:支护设备的机械化程度较低、支护与掘进作业匹配度较低;针对性地提出优化措施:提高机械化程度及管理水平、提高掘进及支护作业的匹配度。