基于特征点法的视觉同步定位与建图(SLAM)算法在煤矿复杂环境下具有较多的应用场景,但随着图像质量以及相机数量的增加,特征点的匹配耗时会延长,相机与系统参数的适配复杂度也会提高.针对以上问题,提出一种基于多索引哈希和负位姿熵的视觉SLAM算法.该算法通过切分特征点描述子,查询存储图像信息的哈希表来提升匹配速度,不需要加载离线词典;同时根据信息熵理论,量化关键帧与当前地图的不确定度,确认关键帧的插入时机,简化传感器调参流程.试验结果表明,该算法相较于ORB-SLAM2算法,对于多特征点的视觉里程计,匹配速度获得了明显提高,且减少了内存占用空间;在复杂场景的数据集中,系统定位的精准度得到了提升,且降低了多相机系统的调参难度.
电池健康状态(SOH)是锂离子电池的一项重要指标.为提高预测精度,提出了一种基于深度卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)的并行CNN-LSTM网络模型,用于预测矿用锂电池的健康状况.该方法利用CNN获取数据局部特征,LSTM获取时间序列信息.然后将CNN层和LSTM层获取的信息合并为一个张量,输入额外的LSTM层,进一步获取信息,完成电池健康状态预测.通过对电池的放电容量、放电时间、内阻等特征进行选择和分析,验证了该模型能够有效地预测电池的健康状况.仿真结果表明,该模型在数据集上的预测误差均小于3％,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)值的平均值在0.484％和0.278％以内.
无人化、智能化是消除采制样环节人的参与因素,保证煤质检验公平公正的一种手段.基于全流程感知技术和智能搬运机器人,开发了采制样智能控制系统及智能煤样收集系统.实现了智能采制样、样品智能收集和管理、系统智能控制、煤样全流程感知、故障智能诊断等智能化功能,实现全流程无人干预.可为煤炭采制样智能化建设提供参考.
针对移置带式输送机的机身滑撬焊接质量不稳定,焊缝接头较多,焊缝外观成形较差的问题,设计了一套滑撬焊接装置,利用仿形导向机构能够根据滑撬的外形进行仿形调整,仿形导向机构紧贴滑撬的两个侧壁行走,通过磁力小车和仿形导向机构之间的相互配合,使焊枪随磁力小车运行对滑撬两侧进行直线型焊接.实际应用表明,该装置行走平稳,焊接质量稳定,整条焊缝无接头,焊缝外观美观.
针对EBZ260M-4型掘锚机钻锚系统滑座纵移卡顿问题,采用力学分析方法推导出俯仰角度条件下滑座齿轮齿条驱动扭矩的计算公式,通过对原设计参数验算得出原滑座纵移扭矩不足是纵移卡顿问题的主要原因,结合掘进工作面现场润滑污染严重的情况,选择较大的摩擦因数和较小的齿轮齿条传动效率,计算得出其长期稳定运行所需的驱动扭矩为1 898 N·m,选择2 000 N·m的驱动扭矩作为改进方案.现场使用结果表明,未再发生卡顿现象,消除了故障隐患.
钻探技术是煤矿瓦斯治理的重要技术手段,而钻杆是钻探必不可少的重要组成部分.煤矿巷道尺寸小,钻杆长度小,特别是近水平深孔钻进时,钻杆接头易发生螺纹断裂,导致掉钻事故发生,甚至丢失钻具和仪器、钻孔报废等.针对钻杆接头断裂导致的问题,借鉴动物筋-骨生物原型,创造性地提出钻杆双连接结构,实现"打断骨头连接筋"仿生效果.试制了Φ89 mm仿生双连接钻杆并进行力学性能测试,结果表明,钻杆接头螺纹断裂后,二次连接抗拉能力为545 kN,达到配套钻机起拔力250 kN的2倍以上,满足将断裂后的钻具提出孔外的要求,为解决因螺纹断裂导致的"掉钻"问题提供了新思路.
为推动矿用产品检验检测实验室数字化转型,对基于实验室信息管理系统的数字化质控平台的设计进行了探讨.通过需求分析,根据业务逻辑制定平台总体方案并展开设计,在原实验室信息管理系统基础上集成扩展客户服务系统和统计分析系统.采用单点登录、数据融合等关键技术,实现多系统间数据的互联互通.设计合理高效的数据库并建立数据仓库,采用应用联机在线分析技术为用户提供全面的数据视角和多维度的数据分析结果.测试结果表明,系统间数据流转正常,业务流程完整连贯且运行稳定.该系统的设计可实现检测检验任务的全生命周期数字化管理,为客户提供友好的交互式数字化检验服务,并推动了数据资产化进程,对矿用检验检测行业的数字化管理具有借鉴及参考作用.
为提高采煤机的运行可靠性,开发一种基于时频分析的采煤机摇臂传动系统振动监测软件.应用结果表明,该软件能够直观反映采煤机摇臂传动系统的振动信息,及时发现和识别异常振动现象,可为采煤机的可靠运行提供有效保障.
开采解放层采煤机对设备的抗振性要求很高,传统的减振措施一般采用橡胶减振方式.针对橡胶减振方式可靠性差、寿命短等缺点,提出了一种钢丝绳减振方式.建立并分析了电控箱减振系统力学模型和数学模型,并且提出了不同电控组件的钢丝绳减振结构方式.在无减振和有减振条件下进行多点振动测试,实验结果说明钢丝绳减振效果更好,可以提升采煤机电控组件的寿命和系统稳定性.最后进行了工业性试验,进一步证实了钢丝绳减振的可行性.
针对研发的大功率集成式内转子永磁滚筒,为解决其内置大功率行星机构在有限安装空间内的散热问题,设计了 一种内置蛇形盘管冷却方式,精确计算了行星机构的功率损失及散热量,确定了水冷装置的基本参数.样机试制完成后对其进行温升试验,各项试验结果均满足标准要求.从而验证了该行星机构冷却方式及散热计算方法的可行性.
钻杆断裂定位旋转打捞装置技术,是解决带钻头的钻杆打捞,避免钻杆滑落、倾斜影响工期的重要技术.根据可可盖煤矿竖井钻机装备性能特征,首先提出了使用内胀式打捞器打捞断裂钻杆的方案,经过多次尝试无任何效果,并剖析了存在以上问题的原因;其次提出了使用定位旋转打捞装置来打捞断裂钻杆的方案,并展开了现场试验,发现钻杆顺利扶正,且未脱离打滑,证明了该定位旋转打捞装置及方法是一种可行的打捞断裂带钻头的钻杆的技术工艺.
为了实现巷道超前支护液压支架(以下简称"超前支架")快捷进出试验台,研制了超前支架试验搬运车.该车是一种靠自身动力通过无线遥控行走的搬运设备.通过合理匹配电池电源、液压驱动及电气控制系统,实现大驱动力、无线远程控制.利用导向机构避免方向调整误差驶入超长T型周转台下面时正向碰撞,降低了驾驶难度;同步液压油缸提升系统采用压力自平衡同步液压马达,最大限度减小同步误差,保证被试支架精准定位;通过压力自平衡阀使得每条油缸行程能完全缩回,避免物件运输中颠簸倾斜,回路安装平衡阀避免重载放下时抖动和冲击;采用液压马达驱动双支撑减速轮系统行驶,负载能力强、扭矩大,采用液压自动制动系统驻车制动置于一体;采用双伸缩液压油缸转向机构转向,转向力大;为了重载的需要采用钢制轮,并且解决转向和导向机构对轮的侧向受力的要求;定轮组设计可以预防陷入T型凹槽的问题.结果表明,搬运车解决了目前使用拖拽方法的弊端,对于减人增安、提高试验效率具有重要作用.
针对传统煤矿井下排水控制系统依赖各厂商的传统PLC硬件,控制功能的实现需要依赖特定的硬件,控制程序在各厂商传统PLC间不能互用的缺点,提出一种基于软PLC的新控制模式.新控制系统软件设计采用面向对象的思想,利用UML建模,结合CANopen、RS485、ModbusTCP工业总线,实现了井下排水系统的全总线控制.阐述了井下排水系统的控制原理,硬件实现及软件设计方法,完成了系统的设计,通过现场工业性试验证明该设计满足井下排水的生产工艺,并且具有高效灵活、扩展方便、可维护性强的优点,具有广泛的推广价值.
随着大部分煤矿进入深部开采阶段,矿山动力灾害事故频发,其中冒顶事故占比尤为突出.若监测预警不全面,极易对矿井人员及设备造成严重后果,产生巨大的经济损失.针对顶板事故详细介绍了几种监测预警系统,并对监测预警系统未来的发展进行了展望,重点阐述了基于神经网络的监测预警系统,通过神经网络对监测数据进行降维、训练,之后建立数学模型对其进行分析和预测,并利用5G、大数据、云平台等先进技术对其进行实时预警,从而提高智能化监测预警的准确性和稳定性.
为提高矿用UPS电源控制系统的开发便捷性和降低开发难度,并确保UPS电源控制系统的稳定性,设计了一种基于嵌入式软PLC的UPS电源控制系统.通过对矿鸿操作系统内核打RT补丁的方式提高了实时性,满足了系统对控制响应的要求.以软PLC运行时系统为基础,开发使用了各类基于软PLC的组件.目前已实现了 IIC总线、SPI总线、系统日志、用户管理等功能组件.以CODESYS可视化组件作为组态模块实现人机交互.相比于使用硬PLC或专用控制器的控制系统,采用嵌入式软PLC便于以更灵活的方式和统一的标准进行功能模块的开发,提高了软件利用率和开发效率,降低了开发成本.测试结果证明,基于嵌入式软PLC的控制系统运行稳定可靠,满足设计要求.
电动矿卡行驶路况复杂,载重量大,电动机制动、驱动切换频繁,电动机难以确保在高效率区间工作.研究旨在提升电动机制动与驱动的效率,开展电动矿卡的行驶工况采集,通过数据分析的方法,对实际工况下电动矿卡的电动机工作效率进行计算.采用回归方法拟合电动机工作效率的数学模型,分别对电动机在制动及驱动条件下的特性差异进行对比分析,结果表明:在实际工况下电动机驱动效率最高可达92.74％,平均效率86.72％;制动效率最高值可达96.5％,平均效率为89.01％.根据拟合曲线提出了电动机驱动与制动条件下电动机效率的高效转速区间.
研究矿井低照度条件下广角摄像仪的性能指标测试方法,对比分析常见的测试方法,以提高矿井内视频监控系统的可靠性和安全性.介绍了低照度环境下广角摄像仪的应用背景、发展趋势和相关标准要求,并且介绍了判断摄像仪成像质量的核心指标MTF调制传递函数(Modulation Transfer Function),以及常用测试图卡的原理和应用.然后,对比分析了两种测试方法,包括广角测试灯箱+SFRreg测试卡+图像质量分析软件和光学暗室+预畸变测试卡+SFRreg测试卡+图像质量分析软件测试方法.最后,结合实际应用,对广角摄像仪在矿井低照度环境下的测试方法进行了总结和评价,并提出了进一步研究的方向.为矿井内视频监控系统的测试提供理论和实践指导.
在变频驱动系统中,针对移动平台系统,比如刮板机、采煤机等,电缆线等绝缘部件存在老化、破皮等现象.同时IGBT的水冷基板因为承受过大水压而变形,使得IGBT内部绝缘陶瓷受损、绝缘下降等,所以必须针对这类变频电网研究一种在线绝缘监视仪.提出向变频器壳体注入低频电压,在变频器中线测量该电压,从而计算出变频电网的绝缘电阻,同时构建测量算法,介绍如何降低直流分量和分布式电容带来的干扰.最后设计出在线绝缘监视仪,在变频系统中进行测试试验,试验结果符合预期.
为保证吊装电控箱在振动影响下的安全性及可靠性,综合电控箱、运动顶板、减振器的影响建立吊装电控箱振动系统力学模型,分析电控箱模态以及受简谐激振力时的振动响应情况.结果显示,电控箱前六阶模态固有频率集中在60～110 Hz之间,不同频率的激振载荷下各取样点位移和加速度在重力方向响应程度最大,系统在92 Hz附近时电控箱与输入载荷达到共振.结论推断吊装电控箱振动系统引起共振的模态阶数为第3阶,需要避开此频率.电控箱振动在重力方向最大,顶板升降运动时需要控制加速度,避免引起电控箱振动.研究结果为吊装电控箱减振设计提供理论支撑.
为了解决自移机尾液压管路繁杂、智能化水平低、操作便利性差等问题,研发了一种新型的分布式电液控制自移机尾.提出在机头和机尾分别放置液压阀及本安型控制器,并在设备上安装位移传感器、倾角传感器,有效地简化了系统液压管路,实现了设备的手动自动一体化操作、机身自动调平、自动推移等功能,有效提升了设备的智能化水平及操作效率.
