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“煤礦掘進技術與裝備”專題

來源:《煤炭科學技術》2019年第6期

煤礦巷道掘進已經成為影響煤炭開采效率與質量的一個重要因素。目前,我國煤礦井下巷道掘進機以懸臂式掘進機為主,存在掘錨失衡、成巷效率低、安全性差等技術難題,導致采掘比例失調,接續持續緊張,阻礙了煤礦科學產能的進一步提升。“十一五”以來,國內各科研院所、掘進裝備研制企業以及礦業集團等單位,通過產學研聯合攻關,積極開展硬巖截割、綜合機械化快速掘進研究,取得了許多創新性成果,推動了我國煤礦綜掘技術向安全高效發展。目前,提高掘進效率與作業安全性仍然是掘進技術發展的主攻方向,還需要在破巖技術、智能控制、快速掘進等方面繼續開展深入研究。本專題重點報道全斷面綜合機械化掘進、綜掘工作面信息化、核心元部件智能制造以及提高設備的應用經濟性和可靠性等方面的最新研究成果,在此衷心感謝各位作者為此專題撰稿,特別感謝遼寧工程技術大學張強教授、中國礦業大學(北京)吳淼教授、中煤科工集團太原研究院有限公司王學成副研究員、西安科技大學張旭輝教授在專題組稿、撰稿等方面給予的大力支持與幫助!

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機電

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  • 作者(Author): 楊生華, 芮豐, 蔣衛良, 張世洪

    摘要:為了解決煤礦開采中巖石卷道快速掘進問題,提出應研制高級智能的全斷面巖巷掘進機。煤礦全斷面巖巷掘進機是集全斷面連續截割、支護技術、自動定位、無線遙控技術、快速裝運和機械除塵等功能,實現掘、支、運一體化的快速巖巷掘進的裝備。它不僅能夠提高煤礦建井速度,而且能夠實現煤礦高產高效安全集約化生產,為煤礦科學開采、綠色開采和可持續發展創造了條件。詳細以及20世紀80年代我國煤礦巖巷掘進中全斷面巖巷掘進機國產化工程和產品的應用情況,介紹了21世紀的煤礦全斷面巖巷掘進機發展、應用和趨勢,指出國產化、煤礦化和專業化是煤礦全斷面巖巷掘進機的發展方向,產品成套化、系統化、系列化、自動化、智能化和市場化是發展趨勢,煤炭精準開采、科學開采和新能源的發展是新的應用要求,為數字煤礦和智慧煤礦及煤炭革命打下基礎,對我國深層煤炭資源開發具有重大意義。
  • 作者(Author): 惠興田, 田國賓, 康高鵬, 劉一凡

    摘要:通過對煤礦掘進機械的產生、應用和發展的研究,發現為滿足錨網支護施工而以懸臂式掘進機為基礎的改裝加裝臨時支護和機載鉆具輔助不能在安全性和有效性之間實現統一,如通過機載裝置實現掘護錨施工不可能產生本質進步;通過對施工配套輔助裝置演化的研究,發現很多情況下輔助裝置功效不理想,邁步類支架在空頂狀態下進行頂板反復支撐且行動緩慢、穩定性較差,而且不能滿足臨時支護要求快速的前提,履帶行進支架的框架結構設計是邁步類支架的瓶頸,靈活性和適應性之間的矛盾很難調和;對綜掘機組的研究發現,掘進輔助系統臨時支護的的問題亟待解決;掘進機結構有待突破,同時提出掘進機發展應探討的5項關鍵技術。
  • 作者(Author): 高旭彬

    摘要:針對綜掘工作面智能化、信息化水平滯后的現狀,在借鑒綜采工作面智能化技術體系的基礎上,提出綜掘工作面遠程可視化控制方法。通過分析綜掘工作面作業需求,提出各單機設備、工作面成套裝備必需的智能化信息技術支撐。闡述了成套設備協同控制、智能截割、智能錨護、智能運輸、視頻監控、故障診斷及預測6項關鍵技術。對現有綜掘裝備情況及技術可行性進行了詳細分析,明確了綜掘工作面遠程可視化控制的技術路線。同時提出在輔料運輸、環境安全監測等方面,需要因地制宜進行工藝革新,進而實現智能化系統集成的問題。在現階段,通過遠程可視化控制技術體系,實現了綜掘工作面減人增效、安全作業、沉淀生產數據的目標。
  • 作者(Author): 張夢奇, 閆獻國

    摘要:為提高掘進機截割頭的設計效率、齒座定位精度和檢測能力,提出了由設計模塊、制造模塊和檢測模塊組成的截割頭齒座參數化定位系統。截割頭參數化設計專用軟件按照一定約束條件對截齒布置參數進行快速計算;根據工業機器人工作原理和齒座空間排布特點,研制了高精度齒座定位機器人系統,實現了齒座在截割頭表面的快速準確定位;通過齒座定位機器人結合非接觸式雙目視覺測量技術,提出了齒座定位精度的數值檢測方法。對掘進機截割頭進行設計制造和定量檢測的生產應用結果表明,截割頭齒座參數化定位技術能夠滿足各類型截割頭產品的高精度制造。
  • 作者(Author): 臧富雨, 劉丹, 呂馥言, 張敏駿, 吳淼

    摘要:為研究懸臂式掘進機在復雜底板行走時防滑控制的可靠性,基于綜掘工作面巷道底板特性分析,得到不同情況下掘進機履帶打滑率與牽引力的計算函數。掘進機牽引力因打滑率的增加而迅速減小,從而嚴重影響掘進機正常掘進,求取不同路況下的掘進機履帶期望打滑率計算方法,并通過分析掘進機掘進阻力,建立了傾斜巷道中掘進機掘進動力學模型,提出了基于BP神經網絡的PID掘進機履帶防滑控制方法。通過Simulink與AMESim建立系統仿真模型與液壓模型,基于Matlab得到控制算法,并模擬3種典型底板防滑控制情況。仿真結果表明,BP神經網絡PID防滑控制系統具有較高的控制精度、響應速度與環境適應能力,保證掘進機在不同路況下的正常掘進。
  • 作者(Author): 張強, 王禹, 王琛淇

    摘要:針對掘進機截齒磨損在線識別問題,提出一種基于PNN神經網絡的截齒磨損程度多特征信號識別方法,提取不同磨損程度的截齒在截割過程中的振動和聲發射特征信號,分別分析振動加速度、聲發射信號峰值以及2種特征信號頻域圖的均方根這4個特征參數,獲取振動信號、聲發射信號與不同磨損程度截齒的變化規律。建立5種不同磨損程度截齒的多特征信號樣本數據庫,采用多特征信號樣本對PNN神經網絡進行學習和訓練,建立截齒磨損程度的識別模型,實現截齒磨損程度的精確識別。結果表明:基于PNN神經網絡的截齒預測磨損狀態識別模型識別精度較高,識別準確率和預測準確率約為93.3%和95%,與BP神經網絡方法相比分別提高了3.3%和15%。因此該神經網絡具有良好的可靠性與精確性。
  • 作者(Author): 王學成, 閆獻國, 董良

    摘要:選取YG8硬質合金作為掘進機截齒齒尖材料,以YG8硬質合金維氏硬度為目的,采用L16(4.5)正交試驗設計法對深冷回火工藝參數進行優化,分析不同的深冷溫度、深冷速度、深冷時間、回火溫度和回火次數對YG8硬質合金維氏硬度的影響,采用極差法得出最優工藝參數組合。研究結果表明,深冷回火處理對YG8硬質合金的顯微維氏硬度的影響范圍是-15.96~53.02 HV1,最大增幅為4.35%。深冷回火處理工藝參數對YG8硬質合金維氏硬度影響的順序是深冷速度>回火次數>深冷溫度>深冷時間>回火溫度,最優工藝參數組合為深冷速度5 ℃/min、深冷溫度-196 ℃、深冷時間12 h、回火溫度150 ℃、回火次數4次。深冷處理可促使粘結相致密收縮,這對YG8硬質合金硬度的提高有所幫助。
  • 作者(Author): 楊文娟, 張旭輝, 馬宏偉 , 劉志明

    摘要:針對煤礦井下懸臂式掘進機機身及截割頭位姿測量難題,提出一種基于激光束和紅外光斑特征的懸臂式掘進機機身及截割頭位姿視覺測量系統。在掘進工作面的巷道頂部安裝3個激光指向儀,通過固定安裝在掘進機機身上的防爆相機對激光束圖像進行采集,利用改進的隨機Hough變換對激光束進行直線檢測,通過建立的基于兩點三線的掘進機位姿解算模型得到掘進機機身在巷道坐標下的位姿。同時,通過防爆相機對截割部所安裝的紅外標靶圖像進行采集,利用高斯曲面擬合算法對光斑進行中心定位,通過建立的基于對偶四元數的掘進機截割頭位姿解算模型得到截割頭在機身坐標系下的位姿,結合得到的機身坐標系與巷道坐標系間的轉換關系,得到巷道坐標系下的截割頭中心點位姿。最終,在實驗室搭建了掘進機機身及截割頭位姿視覺測量平臺,并在該平臺上模擬掘進機的實際工況位姿,結果表明,該方法測得的掘進機截割頭中心點在巷道坐標系下的姿態測量誤差在0.5°范圍以內,位置測量誤差在40 mm以內,可以滿足掘進機機身及截割頭位姿自動、準確、實時測量的要求。

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