主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“煤矿掘进技术与装备”专题

来源:《煤炭科学技术》2019年第6期

煤矿巷道掘进已经成为影响煤炭开采效率与质量的一个重要因素。目前,我国煤矿井下巷道掘进机以悬臂式掘进机为主,存在掘锚失衡、成巷效率低、安全性差等技术难题,导致采掘比例失调,接续持续紧张,阻碍了煤矿科学产能的进一步提升。“十一五”以来,国内各科研院所、掘进装备研制企业以及矿业集团等单位,通过产学研联合攻关,积极开展硬岩截割、综合机械化快速掘进研究,取得了许多创新性成果,推动了我国煤矿综掘技术向安全高效发展。目前,提高掘进效率与作业安全性仍然是掘进技术发展的主攻方向,还需要在破岩技术、智能控制、快速掘进等方面继续开展深入研究。本专题重点报道全断面综合机械化掘进、综掘工作面信息化、核心元部件智能制造以及提高设备的应用经济性和可靠性等方面的最新研究成果,在此衷心感谢各位作者为此专题撰稿,特别感谢辽宁工程技术大学张强教授、中国矿业大学(北京)吴淼教授、中煤科工集团太原研究院有限公司王学成副研究员、西安科技大学张旭辉教授在专题组稿、撰稿等方面给予的大力支持与帮助!

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  • 作者(Author): 杨生华, 芮丰, 蒋卫良, 张世洪

    摘要:为了解决煤矿开采中岩石卷道快速掘进问题,提出应研制高级智能的全断面岩巷掘进机。煤矿全断面岩巷掘进机是集全断面连续截割、支护技术、自动定位、无线遥控技术、快速装运和机械除尘等功能,实现掘、支、运一体化的快速岩巷掘进的装备。它不仅能够提高煤矿建井速度,而且能够实现煤矿高产高效安全集约化生产,为煤矿科学开采、绿色开采和可持续发展创造了条件。详细以及20世纪80年代我国煤矿岩巷掘进中全断面岩巷掘进机国产化工程和产品的应用情况,介绍了21世纪的煤矿全断面岩巷掘进机发展、应用和趋势,指出国产化、煤矿化和专业化是煤矿全断面岩巷掘进机的发展方向,产品成套化、系统化、系列化、自动化、智能化和市场化是发展趋势,煤炭精准开采、科学开采和新能源的发展是新的应用要求,为数字煤矿和智慧煤矿及煤炭革命打下基础,对我国深层煤炭资源开发具有重大意义。
  • 作者(Author): 惠兴田, 田国宾, 康高鹏, 刘一凡

    摘要:通过对煤矿掘进机械的产生、应用和发展的研究,发现为满足锚网支护施工而以悬臂式掘进机为基础的改装加装临时支护和机载钻具辅助不能在安全性和有效性之间实现统一,如通过机载装置实现掘护锚施工不可能产生本质进步;通过对施工配套辅助装置演化的研究,发现很多情况下辅助装置功效不理想,迈步类支架在空顶状态下进行顶板反复支撑且行动缓慢、稳定性较差,而且不能满足临时支护要求快速的前提,履带行进支架的框架结构设计是迈步类支架的瓶颈,灵活性和适应性之间的矛盾很难调和;对综掘机组的研究发现,掘进辅助系统临时支护的的问题亟待解决;掘进机结构有待突破,同时提出掘进机发展应探讨的5项关键技术。
  • 作者(Author): 高旭彬

    摘要:针对综掘工作面智能化、信息化水平滞后的现状,在借鉴综采工作面智能化技术体系的基础上,提出综掘工作面远程可视化控制方法。通过分析综掘工作面作业需求,提出各单机设备、工作面成套装备必需的智能化信息技术支撑。阐述了成套设备协同控制、智能截割、智能锚护、智能运输、视频监控、故障诊断及预测6项关键技术。对现有综掘装备情况及技术可行性进行了详细分析,明确了综掘工作面远程可视化控制的技术路线。同时提出在辅料运输、环境安全监测等方面,需要因地制宜进行工艺革新,进而实现智能化系统集成的问题。在现阶段,通过远程可视化控制技术体系,实现了综掘工作面减人增效、安全作业、沉淀生产数据的目标。
  • 作者(Author): 张梦奇, 闫献国

    摘要:为提高掘进机截割头的设计效率、齿座定位精度和检测能力,提出了由设计模块、制造模块和检测模块组成的截割头齿座参数化定位系统。截割头参数化设计专用软件按照一定约束条件对截齿布置参数进行快速计算;根据工业机器人工作原理和齿座空间排布特点,研制了高精度齿座定位机器人系统,实现了齿座在截割头表面的快速准确定位;通过齿座定位机器人结合非接触式双目视觉测量技术,提出了齿座定位精度的数值检测方法。对掘进机截割头进行设计制造和定量检测的生产应用结果表明,截割头齿座参数化定位技术能够满足各类型截割头产品的高精度制造。
  • 作者(Author): 臧富雨, 刘丹, 吕馥言, 张敏骏, 吴淼

    摘要:为研究悬臂式掘进机在复杂底板行走时防滑控制的可靠性,基于综掘工作面巷道底板特性分析,得到不同情况下掘进机履带打滑率与牵引力的计算函数。掘进机牵引力因打滑率的增加而迅速减小,从而严重影响掘进机正常掘进,求取不同路况下的掘进机履带期望打滑率计算方法,并通过分析掘进机掘进阻力,建立了倾斜巷道中掘进机掘进动力学模型,提出了基于BP神经网络的PID掘进机履带防滑控制方法。通过Simulink与AMESim建立系统仿真模型与液压模型,基于Matlab得到控制算法,并模拟3种典型底板防滑控制情况。仿真结果表明,BP神经网络PID防滑控制系统具有较高的控制精度、响应速度与环境适应能力,保证掘进机在不同路况下的正常掘进。
  • 作者(Author): 张强, 王禹, 王琛淇

    摘要:针对掘进机截齿磨损在线识别问题,提出一种基于PNN神经网络的截齿磨损程度多特征信号识别方法,提取不同磨损程度的截齿在截割过程中的振动和声发射特征信号,分别分析振动加速度、声发射信号峰值以及2种特征信号频域图的均方根这4个特征参数,获取振动信号、声发射信号与不同磨损程度截齿的变化规律。建立5种不同磨损程度截齿的多特征信号样本数据库,采用多特征信号样本对PNN神经网络进行学习和训练,建立截齿磨损程度的识别模型,实现截齿磨损程度的精确识别。结果表明:基于PNN神经网络的截齿预测磨损状态识别模型识别精度较高,识别准确率和预测准确率约为93.3%和95%,与BP神经网络方法相比分别提高了3.3%和15%。因此该神经网络具有良好的可靠性与精确性。
  • 作者(Author): 王学成, 闫献国, 董良

    摘要:选取YG8硬质合金作为掘进机截齿齿尖材料,以YG8硬质合金维氏硬度为目的,采用L16(4.5)正交试验设计法对深冷回火工艺参数进行优化,分析不同的深冷温度、深冷速度、深冷时间、回火温度和回火次数对YG8硬质合金维氏硬度的影响,采用极差法得出最优工艺参数组合。研究结果表明,深冷回火处理对YG8硬质合金的显微维氏硬度的影响范围是-15.96~53.02 HV1,最大增幅为4.35%。深冷回火处理工艺参数对YG8硬质合金维氏硬度影响的顺序是深冷速度>回火次数>深冷温度>深冷时间>回火温度,最优工艺参数组合为深冷速度5 ℃/min、深冷温度-196 ℃、深冷时间12 h、回火温度150 ℃、回火次数4次。深冷处理可促使粘结相致密收缩,这对YG8硬质合金硬度的提高有所帮助。
  • 作者(Author): 杨文娟, 张旭辉, 马宏伟 , 刘志明

    摘要:针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进行采集,利用改进的随机Hough变换对激光束进行直线检测,通过建立的基于两点三线的掘进机位姿解算模型得到掘进机机身在巷道坐标下的位姿。同时,通过防爆相机对截割部所安装的红外标靶图像进行采集,利用高斯曲面拟合算法对光斑进行中心定位,通过建立的基于对偶四元数的掘进机截割头位姿解算模型得到截割头在机身坐标系下的位姿,结合得到的机身坐标系与巷道坐标系间的转换关系,得到巷道坐标系下的截割头中心点位姿。最终,在实验室搭建了掘进机机身及截割头位姿视觉测量平台,并在该平台上模拟掘进机的实际工况位姿,结果表明,该方法测得的掘进机截割头中心点在巷道坐标系下的姿态测量误差在0.5°范围以内,位置测量误差在40 mm以内,可以满足掘进机机身及截割头位姿自动、准确、实时测量的要求。

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