复杂地质条件煤矿巷道多履带钻锚机器人运动学研究

针对复杂地质条件煤矿巷道存在的掘快支慢难题,提出一种集钻、护、锚于一体的多履带钻锚机器人群。依据巷道支护需求,设计钻锚机器人本体结构、钻机布置以及支护工艺,完成钻锚机器人三维建模;基于D-H法建立钻锚机器人钻机运动学模型,分析并求解顶板钻机与侧帮钻机正运动学解和逆运动学解,仿真得到钻机可支护区域的点状云图、末端运动轨迹等。结果表明顶部与侧帮钻机支护作业中能够避免钻机与机器人本体之间的干涉,实现准确、平稳运动至待支护位置,具有较强的稳定性和可靠性。     

湿喷技术对煤矿巷道支护及作业环境的效果分析

介绍了煤矿湿式喷射混凝土技术的现状,阐明了煤矿湿式喷射混凝土技术在巷道支护方面的特点及核心内容,依据试验结果分析比较了湿式喷射混凝土技术对煤矿巷道支护、作业环境效果及综合经济效益。     

基于作业成本法的煤层巷道支护工程安全方案与成本研究

采取定性和定量分析相结合、规范分析的方法,构建了基于作业成本法(ABCM法)的煤层巷道支护工程方案,采用多目标优化算法,建立煤层巷道支护安全成本数学模型,优化确定巷道支护各作业流程的成本占比,提出煤层巷道支护工程支护成本的控制途径,为我国煤矿煤层巷道支护成本控制及矿井安全生产提供一定的理论依据.     

煤矿井下探测作业机器人轨迹粒子群规划方法研究

针对煤矿井下非结构化、不确定和复杂的未知环境作业轨迹规划问题,提出了一种基于粒子群算法的机器人轨迹规划与优化方法。建立机器人动力学模型,通过将机器人运动学约束转化为三次样条插值曲线的控制关键点约束的非线性约束优化问题,利用三次多项式插值拟合曲线,通过粒子群算法和惩罚函数法相结合,采用自适应函数控制插值收敛速度,得到一条满足实际工况要求的最优时间轨迹。研究结果表明,该方法有效地解决了煤矿井下复杂环境的机器人时间最优轨迹优化问题。     

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...     

煤巷掘进工作面支护机器人的设计

目前煤矿巷道掘进支护过程中存在支护效率低、支护劳动强度大、安全风险系数高等问题,这些问题将影响巷道的支护和掘进速度,最终影响煤矿的开采效率。设计了七自由度掘进工作面液压支护机器人,该机器人与传统机器人不同,其大臂具有伸缩功能,各个关节均采用液压驱动,通过伸缩大臂到达不同的工作区域,而且该支护机器人可以安装在掘进工作面的支护平台上进行巷道支护。根据工况,计算各关节所需要的力矩,并对液压支护机器人进行运动学分析;为实现巷道的安全高效智能支护、掘进,提出了一种以机器人代替矿工的掘进支护施工新方案。     

煤矿钻锚机器人自动钻锚单元的设计与仿真分析

针对煤矿井下巷道掘进作业中锚杆支护环节存在的人工操作频繁、支护效率低等问题,研究设计了一种结构简单的煤矿钻锚机器人,提出一种自动钻锚单元。利用Solidworks三维建模软件构建钻锚单元中的钻锚装置和自动上料(锚杆)库模型,将建好的模型导入仿真软件ADAMS中,并且添加相应的约束和驱动等,通过对该模型进行运动学仿真分析,得出关键部件的运动学特性曲线,验证结构设计的合理性和可行性,为钻锚机器人的运动控制及其结构的优化设计提供参考依据。     

基于D-H参数法对矿用车载机械臂的运动学分析

随着煤矿智能化进程的不断推进，煤矿机器人的研发引起了科研人员的关注。由于井下作业空间受限、视线较差，使煤矿机器人的研发受到了制约。针对一种矿用车载机械臂展开分析，利用三维软件构建重载机械臂的三维模型，利用D-H参数法建立机械臂运动学模型，完成了机械臂执行端的运动学推导，然后用Monte Carlo法对车载机械臂模型的运动空间进行求解，为密闭空间内矿用车载机械臂的动力学及运动学分析提供了一定研究依据。     

巷修机器人多功能机械臂结构的设计与仿真

为实现巷修机器人在煤矿井下狭小空间内的巷道修复作业，设计了一种大折展比多功能机械臂，通过3节机械臂折展来适应巷道条件，并完成受限空间内大范围的巷道修复作业。利用三维建模软件辅助设计并建立机械臂模型。为了验证该机械臂结构合理性及工作过程中的安全稳定性，利用三维仿真软件对机械臂模型进行了静力学分析，并对其进行模态分析。分析结果表明：机械臂的强度满足要求；机械臂前6阶模态振幅偏大，需要对其加强设计，以提高其稳定性。     

基于时空的煤矿顶板事故中施工作业耦合网络研究

为了研究煤矿顶板事故在施工作业中时空发生规律及时空中施工作业相互影响程度，编码分析171份顶板事故调查报告，得出顶板事故时空与施工作业的关系；利用复杂网络理论，提出并构建了基于时空的顶板事故中施工作业耦合网络，采用度数中心性和连边权重分析施工作业与时空的关联强度，采用灰色关联法计算出顶板事故中施工作业的耦合度，提出了煤矿施工作业中预防顶板事故的对策。结果表明：架设支柱与9:00-10:00、维修支架与14:00-15:00、回撤单体液压支柱与采煤工作面、维修支架与回采巷道、锚杆（索）支护作业与回采巷道掘进工作面等在顶板事故中关联较强；维修支架、出煤矸作业、清理煤矸或杂物、架设支柱、架棚作业和锚杆（索）支护作业等在顶板事故中基于时空的平均耦合度较高。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。     

煤矿探巷机器人感测与控制系统研发与应用

为解决煤矿井下老巷及房采区探查面临的安全问题,结合防爆技术和机器人技术,研究并设计了煤矿探巷机器人。通过阐述探巷机器人的设计方案：机器人系统主要包括了机器人本体、无线中继和手持遥控终端,详细介绍了感知、检测、控制系统组成和工作原理,并进一步对于探巷机器人的软件系统设计流程和实现方法进行阐述：具体包括主控程序的流程设计、信息采集及显示报警程序以及数据传输及通讯程序的流程设计。研发成功的探巷机器人在现场进行应用。试验和应用效果表明：该机器人有很好的适应性,作业效率高,安全高效,可代替人工进行老巷探查,是矿井老巷探查的发展方向。     

煤矿用远控巷道修复机在底鼓治理施工中的应用

为解决煤矿井下低矮变形巷道围岩安全高效治理施工中缺乏专用可靠设备的难题,通过分析设备施工特点和功能需求,研制了可实现无线接收器与无线遥控器相互通信的WPZ-45/700LY型煤矿用远控修复机,并分析了修复机工作装置、液压系统、远控系统、履带车体的组成及工作原理。最后,在顾桥煤矿底鼓治理施工中进行应用,结果表明,远控修复机的电控系统性能稳定、可靠、响应速度快,基于此,总结出一套便于破碎锤和侧卸铲斗互换并补打锚杆(索)施工的作业工艺,为类似煤矿巷道底鼓远程治理施工技术与装备的开发提供借鉴。     

动压影响下巷道扩修数值模拟研究

针对焦煤中马村矿23巷道在动压影响下进行扩修的问题,采用FLAC3D对此进行数值模拟研究,通过对未扩修巷道和扩修巷道的应力分析,得出扩修巷道应力等方面的不对称性,采用锚杆加锚索,在表层进行喷射混凝土的联合支护并在关键部位进行加强支护的方式,并通过悬吊理论设计的支护参数,很好地控制巷道围岩的稳定性。     

深井高地应力复合岩层巷道围岩控制技术研究

针对深部矿井高地应力巷道围岩整体变形量大、持续时间长、局部破坏严重的围岩控制难题,以深井大倾角、复合岩层巷道掘进为工程背景,在进行系统地质力学测试、围岩变形破坏特征分析、支护形式选取与现场试验的基础上,对深井超高地应力巷道围岩控制技术进行研究。通过优化锚杆支护参数、合理选择护表形式与构件,实现了深部高地应力复合岩层巷道围岩的一次主动支护,有效控制了深部高地应力巷道围岩的长期持续变形,改变了深部岩巷"前掘后修、反复维修"的局面,取得了良好的现场应用效果。     

6R选矸机械臂运动学仿真分析

提出一种通过抓取非煤物质实现煤矸分离的6R选矸机械臂。运用D-H方法在直角坐标系下建立其运动学模型并完成运动学方程的推导,得到机械臂末端执行机构位姿和关节旋转角度的关系。利用Monte Carlo法完成对机械臂工作空间的求解,并利用MATLAB和ADAMS在工作空间内进行运动学联合仿真,得出各关节角度变化曲线和末端执行机构质心位置变化曲线。结果表明,6R选矸机械臂的结构设计合理可靠,所求解出的运动学理论方程准确,满足机械臂从点A(0.1028,0.0975,0)运动到点B(0.0828,0.0775,0.030)的需求。     

一种带式输送机机械式自动喷雾装置设计

为解决定点人工降尘职工劳动强度大和电动喷雾装置电路维护繁琐等问题,以煤矿带式输送机运输的降尘方式为研究对象,研发了一种煤矿带式输送机机械式自动喷雾装置。该装置包括驱动部分、传动部分、气压控制系统、执行机构、固定架及附属管件,利用皮带转动控制气动阀开启,实现皮带运转与主运巷道喷雾同步进行。该自动喷雾装置无需电源控制,可有效降低巷道粉尘飞扬,改善职工作业环境和身心健康,降低煤尘爆炸的风险。此外,该装置随皮带启停来控制喷雾开闭的方式可节约水资源,安全效益和经济效益显著,可以取代原有的巷道定点人工开闭喷雾和电子控制自动喷雾,值得在矿井推广应用。     

大跨度破碎煤层巷道围岩控制及支护技术

针对王庄煤矿3045工作面回风顺槽跨度大、煤层破碎、巷道变形破坏严重的情况,为提高该巷道围岩控制质量,首先分析了大采高小煤柱巷道围岩的变形及受力特征;通过运用极限平衡理论合理确定煤柱尺寸、对大跨度破碎煤层巷道围岩控制机理进行分析,并结合王庄3045工作面实际情况给出了相应的围岩控制技术方案。基于原锚杆支护方案已不适应围岩控制要求,运用正交试验及数值模拟对原巷道支护参数进行优化。通过巷道表面及深部位移观测结果得知:沿空掘巷期间巷道表面最大位移量230 mm,工作面采动期间最大位移量1 049 mm,变化量均在工程允许范围内。工程实践证明围岩控制效果显著。研究实践结果对于其他大跨度破碎煤层条件下大采高小煤柱巷道围岩控制及支护参数选择具有指导意义。     

深部倾斜煤层动压巷道围岩控制技术研究

为了解决庞庞塔矿深部倾斜煤层工作面回采巷道受侧向工作面采空产生的高集中应力和动压影响造成的支护困难问题,采用了支护材料、方法和支护参数优化设计,以达到减小巷道整体表面变形,保障回采工作面安全、高效开采的目的。根据庞庞塔矿5-107工作面回采巷道实际条件,研发了尺寸为150×150×10mm的高强度方形带拱锚杆托板和尺寸为300×300×16mm的高强度方形带拱锚索托板,提出了及时高预紧力、强力锚杆锚索、强护表构件和强帮支护的耦合支护技术,对5-1071巷和5-1072巷进行了支护参数优化设计,巷道矿压监测数据的分析结果表明,优化设计后的巷道变形处于可控范围。