智能选矸机器人是基于机器视觉的智能煤矸识别,通过高速相机摄取煤和矸石图像,对煤块和矸石的物状、纹理、灰度、波长、反射光线等数据进行采集并标定入库,再经一级目标检测网络识别煤矸轮廓、二级网络进行煤矸初筛和精筛分类,采用神经网络技术深度学习,从而实现煤矸识别功能.识别后的煤矸数据坐标,经多组多轴仿生机械手模拟人工抓取和拨取动作,实现快速精准抓取矸石.针对当前智能选矸机器人存在的一些问题,提出了改进措施.
针对磨机换衬板机械手因工作超载所引发的安全风险,对机械手的作业臂、支撑梁进行了受力分析.分析作业臂、支撑梁、负载随伸缩长度、俯仰角度的变化规律,及其带来的结构设计矛盾.通过改进作业臂的液压回路,并在作业臂关键位置增加传感器,搭建一套适用于所讨论机械手的智能安全负载控制方法.经应用验证,该方法实现了在线、连续安全负载控制的目的,不仅避免了过大的机械结构设计,有效降低了过载时的机械冲击,限制了设备的受力与变形,而且提升了设备智能化程度,对现场人员及设备起到了良好的保护作用.
为提高矿山设备的耐蚀性能,延长使用寿命,采用熔化极气体保护焊(GMAW)工艺,在 Q235钢板堆焊 414L 不锈钢,研究了 Q235 基板对 414L 超低碳马氏体不锈钢熔覆层稀释率的影响.在焊接电流为 220 A,焊接电压为 28 V,焊接速度为 40 cm/min,堆焊搭接量为 6 mm 时,获得了成型美观、致密无缺陷的不锈钢堆焊层.对堆焊层的显微组织、化学成分进行了分析,测试了堆焊层的显微硬度及与基体结合强度.结果表明,堆焊层组织为板条状马氏体和高温 δ 铁素体;Fe、Cr、C、Ni 是组成堆焊层的主要元素;在距熔合线 10 mm 左右,母材对熔覆层基本不产生稀释;堆焊层硬度高于基体.
综采工作面运输巷超前段内设备密集,超前支架的自动控制难度大,是制约工作面进一步减人提效的关键环节.针对工作面运输巷的特点,设计了转载机和超前支架相连的"运-支"一体化超前支护系统,超前支架由推移迈步转变为牵引前进,避免了相互干涉;构建了超前支架高度、倾角和位移在内的位姿以及压力监测系统;开发了基于超前支架状态感知、环境监测和人员防护一体的安全等预警系统,保证自动安全运行;研究了以拉移液压缸位移为触发的协同控制系统.研究成果分别在陕煤集团柠条塔煤矿 S1204 工作面和黄陵一号煤矿 627 工作面进行了应用,为运输巷超前支架协同控制提供了实用化技术.
为提高煤泥水处理系统生产效率,选煤厂优化了煤泥水参数监测设备,升级了可视化控制系统,可准确提取煤泥水处理过程中的相关参数,形成闭环控制;研发了具有自学习功能的专家药量指导系统,实现加药标准化,加药消耗下降 5%～10%;优化了压滤机群控系统,实现了多台压滤机有序自动排队作业,生产效率提升近 20%.
国内某钨选矿厂采用传统三段破碎+球磨工艺,针对选厂磨矿系统存在的磨矿效率低、生产波动大、磨机满负荷运转等问题,以及选厂规划产能提升的需求,拟采用增加高压辊磨超细碎作业对碎磨系统进行优化改造.在综合分析现场存在问题的基础上,重点分析高压辊磨优化碎磨工艺的主要思路、关键设计步骤和设计参数,包括高压辊磨超细碎参数的确定、高压辊磨设备选型、中细碎破碎机和筛分设备的工艺参数与运行工况调整,以及优化后选厂碎磨工艺运行状况与指标的预测和分析等.
为获取输送带在多种非稳态运行工况下的速度、张力和转矩等参数,从而为整个系统的功率调节提供依据,设计了一种可适应不同角度托辊的动态载荷加载装置.通过设置该装置在整个输送系统的数量,调节自身的施加载荷以及自适应托辊角度,能够模拟多种工况实际输送时堆积物料的重力分布.利用 SolidWorks Simulation 静力分析模块对关键承重元件进行了强度计算,验证了整体方案的可行性.
西安重装铜川煤矿机械有限公司 (以下简称"西 安重装铜川煤矿") 是以生产、维修液压支架为主的企业,根据用户现场工况条件,对液压支架进行差异化设计、生产和制造.液压支架的立柱和千斤顶是重要的执行元件,其顶梁和底板支撑着顶板压力,为综采工作面的人员和设备建立起安全空间,因此要求立柱和千斤顶必须具有足够的强度,且工作可靠、使用寿命长.矿井工作面中含氯、硫等腐蚀性离子,会对立柱和千斤顶造成腐蚀,腐蚀后的液压缸在往复运动过程中会划伤密封,导致液压缸失效,影响工作面支护性能,危及安全生产.
针对盾构机螺旋输送机由于结构尺寸和工作条件的限制,难以通过外部手段进行磨损监测问题,以螺旋叶片磨损寿命为研究对象,通过磨粒磨损公式得出磨损寿命的主要影响因素,在 EDEM中建立螺旋轴磨损速率数值仿真模型,并根据实测数据对仿真中的磨损系数进行标定,研究螺距、转速、安装倾角、叶片直径对磨损深度的影响;最终以螺距、转速和叶片直径为输入量,螺旋叶片外缘磨损速率为输出量,以单因素及正交试验的仿真数据为训练样本,建立了基于 GA-BP 神经网络的螺旋轴磨损寿命预测模型,为实际工程中盾构机停机检修时机的把握提供参考.
采用粒子群(PSO)算法优化 BP 神经网络为基础,模拟液压支架推移控制回路的故障诊断方法.通过 AMESim 软件对推移控制回路常见的故障进行模拟仿真,并提取相应故障工况下的状态量,将此状态量作为 BP 神经网络的输入,再采用 PSO 算法优化 BP 神经网络的权值和阈值,并将其与常规 BP 神经网络故障诊断法进行对比分析.结果表明,PSO-BP 神经网络故障诊断法具有更好的诊断效果.
针对矿井人员的单一无线定位受井下环境影响显著、难以确保定位可靠性和精度的问题,利用可视化监控与 UWB 融合,实现井下高精度人员定位.提出了基于 5G 的可视化监控与人员定位系统的融合,并以 5G 通信技术为基础,实现了定位结果和可视化监控图像的低时延传输.通过基于UWB 技术的 TDOA 方式配合使用人员定位标签进行位置初步定位,进而在可视化监控系统中通过使用可视化监控设备进行图像采集、分析、剔除图像背景,实现人员定位目标标注和位置定位结果优化,达到稳定的人员高精定位.在理想信道环境下对 Taylor 算法和 Chan 算法以及融合视频监控方法进行对比模拟仿真,结果表明,相对于单独算法,融合视频监控方法定位误差将会大幅改善,展示了可视化监控与人员定位融合应用在煤矿井下的优势.
针对传统通风系统存在的局限性,结合相关硬件设计了一套基于云平台的矿井智能通风监测与控制系统.该系统通过连接井下智能监测与控制硬件设备,实现数据集成,为智能通风提供可视化界面,具有矿井通风实时监测、远程控制、故障诊断、分析预警、辅助决策等功能.系统采用 Scott-Hinsley 法对风网进行风量解算,计算风流流量分布的状态参数,优化通风网络,提供决策建议.经过测试表明,该系统能够完成对整个矿井智能通风监测与控制系统的全面管理,实现了矿井通风系统的安全稳定可靠运行,提高了矿井通风管理的智能化水平,有效避免了矿井事故的发生.
薄壁筒体是洗矿机的关键部件,其外圆 (2 处) 与 托轮接触区域需精加工,且精度要求严格.薄壁筒体两端缺少供车床直接装夹的结构,需要设计车床专用工装.传统加工方案是薄壁筒体两端分别制作中心堵头以及连接盘,连接盘焊接在筒体两端的外圆上,中心堵头通过连接盘与筒体连接在一起,供车床装夹使用.该方案工装质量达 3800 kg,且结构复杂,制造成本高,车床上找正困难.为了简化加工装置结构,节约生产成本,降低人工劳动强度,同时保证加工精度,笔者设计了一种新型加工装置,以满足生产需要.
井下煤矸破碎分选能够提高输煤效率,减少地面排矸量.介绍了一种转子式煤矸破碎分选装置,通过冲击转子使煤矸获得初速度并撞击冲击板,利用硬度差实现破碎分离.选取不同矿区煤矸进行分选试验,得出不同条件下破碎特性曲线.结果表明,不同冲击顺序对破碎效果的影响不存在显著差异,随着冲击速度和次数的增加,破碎后煤块的分形维数近似呈线性增长,结合分形理论及试验所得回归方程,可用于评价煤矸破碎分选效果.
为实现煤矿胶轮车自主定位和自主识别巷道环境,提高煤矿运输系统的智能化水平,以 WLR-5BA 无轨胶轮车为载体,在车辆上布置多类型传感器,构建了车辆的导航框架及运动模型,采用激光雷达与视觉识别融合技术,利用非线性扩展卡尔曼随机类数据融合方法,进行了车辆在行驶过程中对周围环境的感知以及障碍物的识别.研究结果表明,在井下远距离障碍测试中,观测点误差波动范围为 0.048～1.525 m,相对误差约为 1.00%,因此,激光雷达与视觉识别融合技术可达到较高的感知精度.
液压支架立柱泄漏是导致液压支架失效的主要原因,立柱挂液是立柱泄漏的常见形式之一.引起立柱挂液的原因多种多样,实际处理起来较为困难,需要花费大量的人力和时间.从液压支架立柱结构、密封件结构、立柱各部件生产制造过程、立柱装配、试压等方面,对立柱挂液原因进行了详细深入分析,并分别制定了相应对策,可有效减少甚至杜绝立柱挂液的发生,为制造企业和煤矿用户解决立柱挂液问题提供借鉴.
钻爆法施工中越来越多使用凿岩机器人,改善了工人的工作环境和工作安全性,是隧道施工机械化发展的必然趋势.不同机型钻臂一般包括 6～8 个关节,钻臂精确定位与定向控制是凿岩机器人的关键技术.针对某型凿岩机器人,首先对其三角钻臂机构进行研究,使用 PID 方法进行钻臂控制;进而进行凿岩机器人机械臂动力学建模,在理论建模基础上设计了一种基于线性二次型的最优机械臂控制算法(LQR),在 Simulink 仿真环境中开展数值仿真验证并与 PID 控制对比,结果表明,利用LQR 方法控制的机械臂系统响应更快,可减少系统调解时间,同时削弱了运动过程中的抖动,有效提高了机械臂的定位精度.
针对传统"三相异步电动机 + 变频器 + 减速装置 + 滚筒"的矿井提升系统存在的机组冗长、繁琐、效率低及可靠性低等问题,研发了一种矿井提升直驱永磁同步电动机.首先根据实际工况,初步设计计算了电动机相关部件尺寸;其次,采用 Plackett-Burman(PB)试验结合 Box-Behnken(BBD)响应面法开展电磁优化设计,在单因素试验的基础上,采用 PB 试验法,对影响优化目标的 5 个因素进行筛选,选取槽口宽度、槽口高度与极弧系数为考察因素,运用 BBD 响应面法进行方差分析,开展优化参数对优化目标的灵敏度分析,选取最优参数组合;最后,开展了优化前后电动机的空载与负载电磁仿真对比分析.仿真结果表明:所研发的永磁同步电动机能够满足矿井提升的工作需求,并且优化后的电动机相较于之前齿槽转矩下降了 48.27%,电磁转矩提升了 2.2%,转矩波动下降了3.68%.
在对大倾角,地势复杂的煤层开采工作中,自旋转式液压支架的稳定性研究尤为重要.在液压支架原机构的基础上建立了新型自旋转液压支架,对 4 种旋转角度下的自旋转式液压支架进行稳定性研究,分析了煤层倾角、顶板压力、支架重心变化对支架稳定性的影响.结果表明:随着支架高度升高,支架翻倒临界角会随之降低;支架 +90°放置在斜坡工作面时,支架失稳为直接翻倒;支架旋转一定角度时,即支架重力沿斜坡面分力的投影与支架旋转底板直径不重合时,支架失稳为先滑动后翻倒.
笔者优化改造的带式输送机输送长度为 2 100 m,带强为 ST2500,带宽为 1 400 mm;输送物料为硬质铜矿石,粒度小于 300 m m;带速为 2.6 m/s,输送量为 3.8 万 t/d.该带式输送机投产至今已有 3 a,前期采用合金清扫器清扫输送带,回程时出现输送带清洗不干净,出现返砂量大,含水量多的情况.
