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融合顶底煤厚和截割轨迹的煤层三维模型动态修正技术

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融合顶底煤厚和截割轨迹的煤层三维模型动态修正技术

作者：马修泽中国矿业大学

学位级别：硕士

无人化开采技术是国内外煤炭开采领域共同追求的前沿技术,在地质条件和煤层结构相对复杂的综采工作面难以通过记忆截割实现无人开采,为此需要构建精确的煤层三维模型,实现采煤工作面透明化。然而现有的煤层三维模型构建数据以钻孔为主,... 详细信息

无人化开采技术是国内外煤炭开采领域共同追求的前沿技术,在地质条件和煤层结构相对复杂的综采工作面难以通过记忆截割实现无人开采,为此需要构建精确的煤层三维模型,实现采煤工作面透明化。然而现有的煤层三维模型构建数据以钻孔为主,各种物探数据为辅,受制于物探精度低和钻孔数据数量少等因素,目前构建的煤层三维模型精度较低,垂向误差一般大于10%,难以满足无人化开采的要求。本文的目标是研究一种融合顶底煤厚和截割轨迹的煤层三维模型动态修正方法,在使用钻孔数据构建煤层初始三维模型的基础上,使用工作面已截割区域的截割轨迹以及探测到的顶底煤厚,对工作面待截割区域后三刀煤层顶底板高程值进行预测,并对煤层初始三维模型进行局部动态更新,提升煤层初始三维模型的局部精度,为无人化开采提供基础数据。首先,本文阐述了煤层初始三维模型构建所需数据以及数据的特点,并基于Arc GIS研究了煤层初始三维模型的构建方法,并基于斜沟煤矿18201工作面部分煤层数据建立了煤层初始三维模型;同时,本文阐述了采煤机截割轨迹的获取方法。然后,本文研究了基于探地雷达的煤层厚度动态探测技术。使用带通滤波算法滤除井下大部分干扰,实现煤岩分界面的识别。通过介电常数校正和介电常数插值方法,减小了夹矸厚度对煤层等效介电常数造成的影响,提高了煤厚探测的精度。基于时间同步原则,将三轴加速度计和雷达主机结合,实现在恶劣环境动态探测下雷达数据的定位。在塔山煤矿8222工作面开展井下巷道煤厚测量实验,煤层厚度范围为7.72-13.41m,探测结果表明煤厚探测误差小于10%。证明了该技术可以高效率探测出煤层厚度,并保证一定的精度。最后,基于以上研究提出了一种融合顶底煤厚和截割轨迹的煤层三维模型局部动态修正方法:对于第i回采阶段,在建立回采坐标系的基础上,将导航坐标系下的截割轨迹数据转换到回采坐标系下,与顶底煤厚数据进行加/减运算,计算出回采坐标系下第i回采阶段的煤层顶底板高度信息,实现截割轨迹数据和顶底煤厚数据的融合。以第i+1回采阶段顶板高度预测为例,基于第i回采阶段的煤层顶底板高度信息和第i+1回采阶段巷道区域顶底板高度数据建立克里金预测模型对后三刀煤层顶板高度进行预测模拟,并在实验室进行了实验,以验证其预测效果。模拟实验结果在后三刀范围内该预测方法都具有较高的精度,当第i阶段煤层顶板高度误差在-5%到+5%变化时,后三刀顶板高程预测值平均误差随着探测误差绝对值的增加而增加,平均预测误差为3.58%,修正后的局部煤层三维模型相较于煤层初始三维模型精度提升了13.13个百分点。实验室实验结果表明:该修正方法对于顶部不同形状的煤层三维模型均具有良好的修正效果,其中顶部全曲线煤层三维模型建模误差由2.98%下降为2.21%,顶部全直线煤层三维模型建模误差由3.56%下降为2.05%,顶部曲线+直线煤层三维模型建模误差由4.3%下降为2.01%。

关键词：探地雷达煤厚探测截割轨迹煤层三维模型局部修正

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采煤工作面煤层三维模型构建及动态修正技术

煤炭学报 2020年第6期45卷 1973-1983页

作者：刘万里张学亮王世博中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 北京天地玛珂电液控制系统有限公司北京100013

高精度工作面煤层三维模型是实现无人开采的有效保障,但现阶段构建的煤层三维模型普遍存在以静态模型为主且垂向分辨率较低的问题,为满足无人开采对煤层三维模型高精度的要求,煤层三维模型必须要有一个动态精细修正的过程。为此,在详细... 详细信息

高精度工作面煤层三维模型是实现无人开采的有效保障,但现阶段构建的煤层三维模型普遍存在以静态模型为主且垂向分辨率较低的问题,为满足无人开采对煤层三维模型高精度的要求,煤层三维模型必须要有一个动态精细修正的过程。为此,在详细分析了煤层三维模型不确定性影响因素基础上,提出一种煤层三维模型的动态精细修正技术,进而提升煤层三维模型局部精度,实现工作面的有限透明。主要思路是在工作面的不断推进过程中,动态融入回采作业中最新探测的工作面激光扫描数据、顶/底煤厚数据和采煤机截割轨迹信息,采用二次序列规划法精确计算出煤层三维模型局部区域的修正值,并利用克里格空间曲面插值法把修正值插入到煤层三维模型中,这样利用上一回采阶段新揭露的修正数据去动态修正下一回采阶段的煤层三维模型,如此逐级递进,逐步求精,从而提升煤层三维模型精度,使修正后的煤层三维模型更准确地表达出工作面实际煤层的结构信息,为工作面无人化开采控制提供关键基础数据。在斜沟煤矿试验结果表明工作面推进前100刀修正后煤层垂向误差绝对值小于0.2 m区域比修正前提高了将近一倍,证实了该研究方法可有效提高采煤工作面煤层三维模型局部精度,提升煤层三维模型的实用价值和应用程度。

关键词：采煤工作面煤层三维模型动态精细修正无人开采有限透明

基于精确煤层三维模型的采煤机煤岩界面识别系统

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中国煤炭 2014年第11期40卷 50-53,83页

作者：王志刚神华神东煤炭集团设备维修中心内蒙古自治区鄂尔多斯市017200

为了实现无人工作面采煤机滚筒的自动调高,需要解决煤岩界面自动识别技术,但到目前为止该技术仍然是采煤工作面自动化建设中的难点。本文提出了一种基于精确煤层三维模型的采煤机煤岩界面识别技术,通过地质测量获得的煤层数据建立煤层... 详细信息

为了实现无人工作面采煤机滚筒的自动调高,需要解决煤岩界面自动识别技术,但到目前为止该技术仍然是采煤工作面自动化建设中的难点。本文提出了一种基于精确煤层三维模型的采煤机煤岩界面识别技术,通过地质测量获得的煤层数据建立煤层三维模型,通过采煤机模型在煤层模型中的运动、界面碰撞检查,实时调整采煤机摇臂高度,进而实现自动化无人开采。

关键词：煤层三维模型采煤机煤岩界面识别

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采煤机自适应截割规划及控制技术研究

采煤机自适应截割规划及控制技术研究

作者：刘夏中国矿业大学

学位级别：硕士

采煤机是智能化综采工作面的关键设备,目前,主要通过“示教记忆截割”实现采煤机的自动截割控制,存在示教时间过长、操作过程繁琐和不适应煤层起伏变化等问题,亟需解决采煤机自动截割面临的截割轨迹规划与自适应控制问题。本文针对最大... 详细信息

采煤机是智能化综采工作面的关键设备,目前,主要通过“示教记忆截割”实现采煤机的自动截割控制,存在示教时间过长、操作过程繁琐和不适应煤层起伏变化等问题,亟需解决采煤机自动截割面临的截割轨迹规划与自适应控制问题。本文针对最大采高为8.8米的MG1100/3030-GWD型采煤机,以实现采煤机自适应截割为目标,设计了一种顶底板截割轨迹规划方法,提出了一种基于线性二次型调节器-误差带(LQR-EBC)的轨迹跟踪控制策略,并进行了测试验证。本文的主要研究内容和成果如下:(1)分析了采煤机的基本结构与工作原理,建立了采煤机位姿测量模型,从软件、通讯和功能等方面设计了采煤机自适应截割系统的总体框架。(2)基于地质勘探数据,应用克里金插值算法建立了煤层三维静态模型,结合煤层静态模型规划的顶底板截割轨迹和历史顶底板截割轨迹信息,设计了基于轨迹提取的长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)轨迹动态修正算法,修正后的顶板规划截割顶底板轨迹误差主要分布在0～0.1m,满足自适应截割规划要求。(3)建立了基于卡尔曼滤波的采煤机融合定位模型,基于采煤机运动学约束提出了一种基于LQR-EBC的轨迹跟踪混合控制策略,采用改进的海洋捕食者算法对其进行了优化,对该轨迹跟踪控制策略进行了仿真验证,通过灰色关联度评价模型对轨迹跟踪控制效果进行了评价。结果表明,基于LQR-EBC混合控制的顶底板截割轨迹跟踪平均误差为0.021、0.020m,满足截割滚筒调高控制要求。(4)搭建了采煤机自适应截割实验台,开发了采煤机智能监控系统软件,开展了远程监测功能测试、操作面板控制测试和自适应截割测试。测试结果表明,采煤机远程监控系统功能满足设计要求,操作面板远程控制功能正常,自适应截割模式下的顶板截割轨迹误差均值为0.024m,底板截割轨迹误差均值为0.021m,验证了本文所提采煤机自适应截割系统的可行性。本文共有图91幅,表31个,参考文献94篇。

关键词：采煤机煤层三维模型顶底板截割轨迹轨迹跟踪

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大型煤炭企业煤质分析全过程信息化研究

煤炭工程 2013年第10期45卷 131-133页

作者：张小艳蔡攀亮西安科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710054

针对大型煤炭企业的特点,分析煤质分析全过程业务流程,提出了一种基于B/S的四层体系架构实现煤质分析全过程信息化。从煤层煤样煤质基础数据录入、工作面煤质数据图形化显示到毛煤及商品煤的煤质月度分析文档生成,各个阶段对煤质进行分... 详细信息

针对大型煤炭企业的特点,分析煤质分析全过程业务流程,提出了一种基于B/S的四层体系架构实现煤质分析全过程信息化。从煤层煤样煤质基础数据录入、工作面煤质数据图形化显示到毛煤及商品煤的煤质月度分析文档生成,各个阶段对煤质进行分析。并采用多元线性回归与RBF神经网络相结合的方法有效的提高了传统煤质预测的准确性,为大型煤炭企业煤质信息化建设提供了有效的解决方案。

关键词：煤质分析煤层三维模型多元线性回归 RBF神经网络四层体系架

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地下矿井CAD及三维可视化系统研究

地下矿井CAD及三维可视化系统研究

作者：梅静静安徽理工大学

学位级别：硕士

许多矿井生产企业对煤矿的质量、储量预算的不够精确,管理不够协调,而其主要原因是对井下工作情况以及地质条件了解地不够全面。国内矿井采掘技术水平和装备设施相对落后,近几年来瓦斯爆炸、倒塌等事故频繁出现。此外还有许多矿井生产... 详细信息

许多矿井生产企业对煤矿的质量、储量预算的不够精确,管理不够协调,而其主要原因是对井下工作情况以及地质条件了解地不够全面。国内矿井采掘技术水平和装备设施相对落后,近几年来瓦斯爆炸、倒塌等事故频繁出现。此外还有许多矿井生产的一线企业,仍然采用传统的人海战术和手工劳动的技术手段,不仅浪费人力资源,而且不能够科学管理。因此,实现现代化矿井主要的问题就是使用计算机辅助设计（CAD）来进行生产经营管理和技术开发。我们对地下矿井实行可视化、透明化管理,能够消除事故隐患。即使事故已发生,也能够在时间和空间上协调管理,从而使损失成本降到最低。用计算机仿真技术模拟矿井井下工作空间及地表,减少了人工干预的工作量,同时表现方式透明直观,提高了工作效率,对矿井生产企业的信息化建设及技术管理具有重要意义。本文首先阐述了国内外矿井CAD及三维可视化研究发展现状,研究了基于.NET和托管ObjectARX的AutoCAD二次开发、矿井CAD以及三维可视化等技术;叙述了克里金插值算法基本原理和条带算法原理,并分别使用这两种算法来估计煤层厚度和生成三角形曲面网格,从而构建三维煤层模型;概述了三维图形平移、旋转基本变换理论,并利用平移变换和旋转变换实现三维巷道建模算法,从而构建三维巷道模型;详细设计了巷道断面参数化系统,并以三心拱断面为例;最后以C#.NET为平台,使用托管ObjectARX技术来进行AutoCAD二次开发,成功构建了地下矿井CAD及三维可视化系统,实现了巷道断面参数化设计、煤层三维底板等高线、煤层三维模型、巷道三维模型、三维巷道导航功能、以及通过对地下矿井巷道与煤层空间分析和优化生成最终的三维模型。

关键词：巷道三维模型煤层三维模型 AutoCAD二次开发克里金插值算法条带算法