掘进工作面揭露老巷灾害防控措施及支护技术探究

本文主要以黄陵矿业有限公司一号煤矿四盘区灾害治理探查巷为工程实例,介绍了掘进工作面揭露小煤窑老巷,采取的隐蔽致灾因素探查方法,并根据灾害探查实际情况,制定揭露小煤窑老巷灾害防控措施及掘进支护技术方案,保证了四盘区灾害治理探查巷安全揭露老巷,并为四盘区灾害治理探查巷安全快速穿越小煤窑老巷奠定了基础,可为类似条件下矿井掘进施工借鉴。     

矿井复杂危险环境侦测机器人研究应用

针对煤矿井下信息采集手段有限,风声事故后给救援工作带来困难的问题,结合防爆技术和机器人技术,研究设计了一款煤矿巡检侦察机器人,详细论述了煤矿巡检侦察机器人系统组成和工作原理,介绍了机器人软件系统设计方法,并在煤矿井下进行了相关试验。实际应用表明,该机器人负载能力大,越障能力强,适应复杂环境和地形,可代替人工进行煤矿探查,作业效率高。     

综放工作面过老巷实践应用研究

为了保障回坡底煤矿11-103综放工作面安全通过其回采范围内的老巷,在分析切巷通过老巷时的层位关系的基础上,提出了过老巷的2套基本方案并进行了方案的确定,提出过老巷的安全技术措施。实践应用效果表明:该技术方案成功地保障了11-103综放工作面安全通过老巷,实现了工作面的快速推进。     

煤矿井下仿生机器人技术应用与前景分析

当前煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、安控、救援五大类煤矿机器人国内外的应用现状。在此基础上,就国内外仿生机器人技术在煤矿作业中的应用现状做了概述,指出了煤矿仿生机器人技术与装备发展思路和研究方向。综述了仿生机构、仿生感知、仿生控制、仿生驱动和仿生材料等关键技术的研究现状,并阐述了仿生技术较现有设备的优势及可应用场景。结合目前仿生技术与人工智能技术的发展水平,科学分析了仿生机器人的发展趋势,包括:从传统驱动器向生物肌肉驱动器的发展,从刚性结构向软体和刚柔混合结构发展,由传统材料到新型生物材料发展,从单一运动模式向高机动多栖机器人发展,从传统控制方法向生物智能控制发展,从机电系统机器人向生物系统机器人发展,从单一机器人向集群机器人发展。结合仿生机器人技术的发展趋势,展望了仿生机器人技术在煤矿无人化作业中的应用前景:新型功能材料的应用,高效行走方式的应用,智能环境感知的应用,智能化自主作业的应用,为煤矿仿生机器人的开发利用提供参考。     

定向与常规钻探相结合技术在老空水害防治中的应用

针对影响煤矿安全生产的小窑水害探查问题,分析了定向钻探与常规钻探技术治理老空水害的技术特点,提出采用定向钻探技术和常规钻探相结合技术对乌海矿区煤矿边界小煤窑、采空区水害进行综合探查治理的方法,并阐述了该技术在五虎山煤矿、公乌素煤矿和利民煤矿探查边界小窑、采空区进行的实际应用过程。结果表明,两种钻探相结合的技术方法既提升了探放水效率,又有效消除了盲区内存在老空积水的风险,为矿井安全生产提供了技术保障。     

煤矿探水钻孔设计与施工

 摘 要：本文主要按照《煤矿安全规程》及《防治水规定》的要求,根据煤矿探水目的,结合现场的施工经验,针对煤矿五种需要探水的情况,分别图文并茂地进行了探水钻孔设计,并对钻孔设计中的一些安全技术注意事项进行了详细科学地阐述,可供煤矿地质人员作为现场探水施工的设计依据。     

智能巡检机器人传感与控制系统研究与设计

针对传统巡检工作中存在的劳动强度大、巡检效率低等问题,煤矿巡检领域中机器人技术运用得到快速发展。介绍了煤矿机器人的概念及其发展,指出了智能巡检机器人对煤矿安全生产的重要意义,详细阐述了智能巡检机器人的系统组成及关键技术,并重点剖析了其智能传感及控制系统的设计。智能巡检机器人不仅具备对设备进行巡查、异常情况识别、报警等常规巡检机器人的能力,且还能结合煤矿开采环境进行特殊性作业,保障巡检工作的高效率。     

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,最终达到煤矿巷道掘进作业少人化、无人化的目标。     

新型煤矿救援机器人研发与试验

煤矿救援机器人是一种在矿井发生灾害事故时,替代救护队员进入危险区域进行环境探测和对矿工实施救援的多功能智能救援装备,其应用对提升煤矿灾后救援效率、减少2次伤亡具有重要的意义。以中国矿业大学CUMT-V系列煤矿环境探测与救援机器人的研发为例,从行走机构、防爆设计、结构轻量化、通信方法、传感探测和智能化等方面进行了相关技术和理论研究。针对灾后煤矿的巷道环境特点,推演了机器人行走机构的基本构型,设计了地形适应性好、越障能力强的机器人行走机构;提出并采用基于短时防爆理论的本安兼隔爆的机器人防爆设计技术;提出了基于多腔体自加强结构的机器人轻量化优化设计方法;采用了有线和无线相结合的机器人通信方式;搭建了机器人传感探测与运动控制系统;研发了机器人井下地图构建和定位导航技术。从而研制了能够承载多种探测传感器和急救装备的煤矿灾后环境探测救援机器人,并取得了国家煤矿安全认证。井下应用试验及性能测试结果表明,机器人的行走能力强,能够适用于煤矿非结构复杂地形;机器人续航能力强,通信距离长,环境感知和信息传输的可靠性高;能够通过遥控方式实现机器人的灾后救援;采用有线和无线相结合的机器人通信技术可实现多台机器人的协同救援。通过对机器人进行智能化升级,提高了煤矿救援机器人的环境感知能力,并使其具备了实时定位与自主行走的功能。将上述技术的组合进一步完善,可研发出满足不同应用需求的煤矿环境探测、监控、救援机器人。     

煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术

为解决煤矿机器人现有自主导航技术的局限性,提出了1种煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术。研究了视觉导航的总体架构,并对各个功能模块进行了设计描述;研究了地图创建方法,将ORB＿SLAM2算法生成的连续帧间位姿进行关系变换,采用逐帧的RGBD点云拼接,获得了稠密的点云地图;设计了巡检机器人的自主定位和路径规划实现流程,结合蒙特卡洛、D*及DWA算法完成了机器人的精准定位与导航;建立了该视觉导航技术的测试平台,并利用该平台进行了系列化的模拟测试。测试结果表明：煤矿场景下基于RGBD的视觉导航技术能够满足煤矿井下轮式巡检机器人的自主行走功能需求,定位精度良好。     

煤矿巷道修复作业机器人作业机构设计与性能分析

针对现有煤矿巷道修复机器人作业机构不够灵活、作业效率低等诸多不足,提出了一种四自由度三节臂的煤矿巷道修复作业机器人作业机构,基于D-H参数法建立了该作业机构的运动学模型,分析了该作业机构的正逆运动学,得到了关节转角与末端位移随时间的变化关系,利用虚拟样机技术和蒙特卡洛法仿真分析了所设计作业机构的作业空间和极限作业尺寸,...     

大断面巷道自动上料喷浆工艺与装备的研究

针对煤矿井下快速机械化掘进大断面巷道后喷浆支护工艺落后与装备落后、施工效率低等问题,分析了煤矿行业发展趋势,根据实际工况的要求,设计了一种自动上料喷浆工艺方法与系统装备,即以液压为主驱动力的煤矿专用喷浆机组。经过现场验证,该系统装备是一种井下巷道内实施大方量喷浆连续作业的液压自动化装备,适应未来高速开拓巷道发展需求,节约了传统的人工岗位,提高了工作效率,减少了粉尘对人身职业危害,提高了煤矿施工安全性和效益。     

立井煤矿深埋长距离岩巷全断面硬岩掘进机施工技术研究

针对我国煤矿岩巷掘锚失衡、成巷效率低问题,采用理论分析、仿真模拟及现场试验的方法,开展了煤矿巷道全断面硬岩掘进机盾构法施工适应性及系统匹配性分析,提出了影响立井煤矿巷道盾构法施工效率的四个关键因素,包括设备出入立井、快速组装与运输、轨迹控制及快速支护。结合矿井现有条件,设计了井下大型硐室设备组装与拆卸平台,优化了施工工艺,形成了集掘、支、装、转、运、喷多工序协调统一的盾构施工技术体系。研究成果在阳泉新景煤矿岩巷掘进中首次成功应用,实现了最高月进尺608m,最高日进尺31.5m,创造了煤矿单次掘进、一次成巷3490m的水平,大幅提高了岩巷成巷效率,缩短了矿井准备周期,取得了显著技术经济效益。     

煤矿井下探测机器人远程控制系统

随着机器人技术的迅猛发展,在生产安全形势较为严峻的煤矿领域引入机器人进行井下探测成为一大研究热点。首先对煤矿井下探测机器人进行简单介绍,在此基础上分别从系统结构、软硬件设计以及系统功能等方面对煤矿井下探测机器人远程控制系统进行阐述。     

面向掘进工作面爆破质量评价的移动测量机器人技术研究

针对掘进爆破后安全员采用便携检测设备与裸眼经验判断的传统安全评价方式,提出了用于爆破质量评价的机器人技术。研究了掘进工作面环境下履带式机器人底座实现方法,机器人通过搭载地质雷达对掘进工作面前端进行扫描,辨识顶板围岩稳定性,通过井下巷道全景扫描后,将数据传到管控平台系统,对采集的扫描数据进行处理分析,生成井下巷道三维实体模型,将所获取的实体模型与设计施工图进行对比,完成巷道施工质量验收工作|同时对比多个时间段的实体模型变化情况,辅助分析巷道围岩稳定性。通过机器人的自主巡检,实现了掘进工作面爆破初期巷道安全及质量的快速评价,减少了危险环境下的作业人员,提高了掘进工作面的智能化水平。     

OpenGL在矿井巷道可视化研究中的应用

矿井巷道三维仿真系统是以计算机图形学、人工智能、网络技术、图像处理、语音处理及高性能计算为基础的极其复杂的技术系统,能够实现各种状态下的三维场景的模拟。基于OpenGL(Open Graphics Library),在Visual C++ 6.0集成开发环境下,设计了三维巷道仿真系统,解决了其中关键技术问题,可以模拟巷道外部全景以及巷道内部情况,最后通过贴图使巷道具有真实感。矿井巷道的模拟系统是利用虚拟现实技术的软硬件设备,根据巷道数据、巷道建立原则以及图像数据模拟出的巷道三维场景,使用户可以轻松地了解地下巷道,为煤矿的安全开发提供可靠保障。     

淮南潘谢矿区矿井安全改建及水平延深开采方案设计

为了保证淮南潘谢矿区多个矿井可持续开采,基于矿区表土层厚、煤层多、煤层埋藏深、瓦斯含量高、透气性差、地压大的地质特征,以充分利用资源为目标,在现有的生产系统上,统筹分析给出了矿区矿井延深方式、块段及采区划分、各煤层(组)瓦斯治理模式、防治水方案以及采区系统巷道布置等设计原则,形成了一套适用于复杂地质条件下高瓦斯突出煤层群开采的矿区矿井安全改建及水平延深的设计方法,为类似矿井安全改造和水平延深提供参考。     

钱家营矿轨道大巷稳定性分析与支护设计

为了保证矿井作业的安全生产,并最大程度延长巷道服务年限,降低巷道维修费,通过对钱家营矿-850m水平东翼轨道大巷支护的方案进行数值模拟计算分析,运用有限差分法（FLAC）的数值模拟,结合该矿具体地质参数提出了巷道支护方案,提高了巷道稳定性,使矿井得以安全高效生产．数值模拟分析法对煤炭企业安全、高效、高效、经济采煤及巷道支护等技术的研究具有重要的意义,初步建立了数值模拟分析模型,为类似条件的矿井巷道支护提供了参考．     

矿用轨道式自动测风机器人研究与设计

由于煤矿井下人工对巷道风速、风量和气体浓度检测的繁琐性和不精确性,容易造成通风系统决策错误导致安全事故发生。针对上述问题,研究设计了一种矿用轨道式自动测风机器人系统,论述了轨道式自动测风机器人的结构组成和九点精确定位检测方法,对测风机器人的硬件系统和软件系统进行设计。该机器人系统可实现巷道通风参数自动采集,为矿井通风安全提供有效保障。