高浓度赤泥颗粒特性和流变特性的试验研究

赤泥组成颗粒细小（d₅₀=13.02 μm）经高压管道输送时表现为一种高浓度、高粘度的膏体状固液两相流。其流变特性的测试表明,旋转粘度计等测试方法不能反应物料在管道中的真实流动状态,其确定的流变参数偏大。为此,基于管流法的测量原理,利用自行研制的加压管式流变试验台,测试了赤泥在几种不同浓度下（60.2％,63.6％,66.8％）的流变特性,得出其本构方程。综合得出赤泥在管道中流动时表现出非牛顿假塑性流体的特性,其稠度系数和流动指数均随浓度的不同而发生较大变化。     

新型浓密膏体流变特性测试实验台研制与验证

非牛顿流体在管道输送时其流变特性是管道工艺设计的主要依据.基于管流法的流变测试原理,分析已有浓密膏体流变特性测试实验台优缺点,取长补短对其实施改进.采用液压系统代替气压方式推送物料实现管道输送,以"稳流量测压差"代替"定压力测流量"的方式获取关键参数,以此推算浓密膏体的流变特性,为浓密膏体的管道输送工艺设计提供新实验平台.以赤泥为例进行实验验证,确定了67.5%～68.5%浓度赤泥不同管径输送下的流变模型.测量过程表明本实验台可行且操作方便、数据可靠;原始实验数据及其处理结果符合理论规律.     

Experimental studies on resistance characteristics of high concentration red mud in pipeline transport

Red mud will flow in paste form under high pressure during pipeline transport. It belongs to a two-phase flow of materials with high viscosity and a high concentration of non-sedimentation, homogeneous solid-liquids. In pipeline transport, its resistance characteristics will be influenced by such factors as grain size, velocity, concentration, density, grain composition and pipe diameter etc.. With the independently developed small-sized tube-type pressure resistance test facility, studied the resistance characteristics of red mud concerning the three influencing factors, paste concentration, velocity and pipe diameter, which attract the most attention in projects. The fine grain size of the red mud is d ₅₀= 13.02 μm. According to the experimental results, the pressure loss in transport will increase along with the increase of velocity and will fall along with the increase of pipe diameter. A 1% difference in paste concentration will result in a 50%∼100% difference in pipeline resistance loss. These experimental data is hoped to be direct guidance to the design of high concentration and viscous material pipeline transport system. Supported by Science and Technology Corporation Innovation Fund of China(02C26211100199); PH. D Program Fund(20020290011)     

基于实测振动的掘进机回转台模态识别

基于井下某硬岩掘进机实际工况下的跟车振动测试,采用环境模态识别方法对其关键部件回转台进行了模态分析。获得的前多阶模态参数提示掘进机传动系统设计时,应适当避开第1阶、第9阶频率,以降低回转台机械噪声和磨损。     

加压管式流变测试系统的设计

非牛顿流体流变特性复杂多样,测试原理有管流法、落球法、圆盘法、同轴旋转粘度计法等,相应的测试仪器也是多种多样.但针对同一种流动特性较差的非牛顿流体,若采用不同的方法和仪器进行测试,由于不同的测试状态被测流体的受力和运动状态不同,得出的流变特性及参数也是不同的.尤其是针对l丁业管道输送的流动性较差、流变特性又较难测试的非牛顿流体,如何准确测试被输送介质的流变特性,为管道工艺提供设计依据是亟待解决的问题.基于此,本文设计了加压管式流变测试系统,基于管流法的流变测试原理,通过氮气加压致使被测试物料流动,模拟管道输送的工况,测试流动性较差的非牛顿流体的流变特性,为管道工艺设计提供实验平台.     

尾矿浆絮凝沉降影响因素的试验研究

以某尾矿砂为原料,试验研究了影响矿浆沉降特性的各种因素。针对絮凝剂的种类、矿浆的浓度以及不同药剂添加量对沉降速度的影响进行了絮凝沉降试验。测试了沉降上层澄清水悬浮物含量,以及沉降底层的压缩液固比。试验表明,高分子絮凝剂起到了加速颗粒沉降的目的,沉降速度随着矿浆颗粒浓度的增加而降低,随着药剂量的增大而加快。在矿浆浓度15％以下,其沉降底层的压缩液固比达50%以上。该试验结论为矿区采用高效浓密机进行尾矿浓缩具有直接的指导意义。     

基于神经网络PID综掘巷道超前支架支撑力自适应控制

掘进扰动下,煤炭深部开采高地应力会导致深部围岩大范围塑性破坏和强烈动力失稳,且持续时间较长,存在安全隐患,严重威胁着掘进工作面煤矿工人的人身安全。近年来,国内外学者在深部围岩压力变化规律、围岩控制理论和超前支护等方面开展了许多研究,但仍存在许多亟待解决的问题。超前支架的支撑力自适应围岩压力变化可充分利用巷道围岩的自承载能力,避免巷道围岩出现破裂、碎裂等现象。介绍了一种自移式超前支架的结构,分析了该支架支撑力液压控制系统,建立了该控制系统的数学模型,研究了该系统在无控制算法、传统PID控制和神经网络PID控制等情况下的系统性能;根据旗山矿的地质条件建立了围岩-超前支架力学耦合模型,利用FLAC3D软件仿真拟合得到了巷道围岩压力变化曲线;并以此曲线为输入,模拟研究了在传统PID控制和神经PID控制两种算法时超前支架支撑力对巷道围岩压力变化的自适应变化规律。研究结果表明,与传统PID控制相比,采用神经网络PID控制算法后,支架支撑力控制系统调节时间约为2 s,缩短了16倍,超调量约为6%,动态性能得到了改善;自适应围岩压力跟踪误差为0.005 5,改善了6.8倍,证明了神经网络PID控制策略能够对支架支撑力进行控制且其控制效果比传统PID控制效果有较大优势。     

井下掘进机行进纠偏调度规划与控制研究

根据井下掘进机行进特点制定机身纠偏路径规划,建立掘进机履带式行走位姿偏差模 型;以履带移动线速度和转向角速度作为路径跟踪控制输入量,基于滑模控制器理论设计控制律 以确保位姿偏差的收敛性;利用李雅普诺夫稳定原则证明了路径跟踪控制的稳定性;以某结构尺 寸的掘进机为对象,对多种典型偏航情况进行了机身的纠偏调度仿真。 结果表明,基于位姿偏差 的路径跟踪控制能在有限的调度周期内实现机身纠偏,掘进机的纠偏路径规划和路径跟踪调度 方案整体合理可行,可为深入研究煤巷自动掘进提供良好基础。     

基于BP神经网络的掘进机行进轨迹跟踪控制研究

根据井下掘进机行进特点,建立了掘进机履带式行走位姿偏差模型|以履带移动线速度和转向角速度作为路径跟踪控制输入量,利用李雅普诺夫稳定原则和反演法设计并简化了路径跟踪调度的控制律。利用BP神经网络实现对控制律中关键系数的动态优化更新,以实时补偿机身位姿相对于所设计轨迹的跟踪偏差。仿真结果表明,提出的基于BP神经网络的掘进机行进纠偏控制模型结构简单易实现,机身位姿偏差均能在有限的跟踪步骤内收敛为零且转速调整过程平稳,证明本模型控制下的轨迹跟踪效果良好。     

基于SVD-Unscented卡尔曼滤波的掘进机行进调度纠偏研究

针对井下悬臂式掘进机自主行进纠偏的实际需求,基于机身调度相对于规划路径的位姿偏差模型,设计并简化了机身调度位姿跟踪控制律,通过构建Lyapunov函数证明该控制律作用下位姿偏差的收敛性。以履带打滑率表征机身行进调度的主要执行误差,以位姿检测误差表征系统的主要观测误差,通过试验及验算获得误差的统计规律,并利用SVD-Unscented卡尔曼滤波估计修正控制指令,从而降低行进调度过程中误差带来的影响。仿真结果表明,提出的轨迹跟踪控制策略能高效实现机身在有限的调整周期内向目标轨迹调度,履带驱动轮参考转速数值连续变化稳定,位姿偏差收敛性良好,达到了纠偏的目的;基于SVD-Unscented卡尔曼滤波修正控制指令有效削弱了机身调度中来自过程误差和观测误差的影响。调度过程简单高效,跟踪效果重复性好,能为井下有限空间内的掘进机自动纠偏提供参考。