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新型智能变频牵引绞车研制与应用

煤炭科学技术 2022年第4期50卷 277-284页

作者：王梁李杰中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院有限公司北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

为解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下,拉脱、断绳事故频发等问题,研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调研,得到... 详细信息

为解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下,拉脱、断绳事故频发等问题,研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调研,得到了新型智能控制变频牵引绞车外形及性能边界参数。通过总体—部件—总体反复设计与研究,最终确定总体结构设计。并从结构件设计的关键技术与参数研究、减速器的设计参数与传动系统布局以及支撑装置的设计计算等方面,对新型智能变频牵引绞车总体排布中的关键技术与参数进行了研究与阐述。通过对总体功能的研究,确定了液压系统功能及原理,并且结合使用工况和操作要求,确定了智能检测功能与遥控控制方法。通过对3个综采回撤工作面和2个综采安装工作面试验过程的跟踪与记录,对样机使用情况作了全面阐述,并对新型智能变频牵引绞车的优点和存在的不足进行了分析与总结。从样机使用情况看,所研制的绞车总体结构合理、可靠,液压系统功能及智能检测与控制功能等完全满足使用要求,能够有效避免现有绞车使用中存在的一些安全隐患。

关键词：牵引绞车智能控制综采回撤智能变频

我国东部草原区露天矿排土场仿自然地貌土地整形方法

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煤炭学报 2019年第12期44卷 3636-3643页

作者：李树志郭孝理李学良孙忠祥闫建成中国煤炭科工集团北京土地整治与生态修复科技研究院北京100013 中国煤炭科工集团唐山研究院有限公司河北唐山063012 天地(唐山)矿业科技有限公司河北唐山063000

东部草原区是我国以露天开采为主的大型煤电基地,由于其生态环境脆弱,露天矿排土场边坡易失稳引发滑坡、沉陷、崩塌问题,因此开展排土场边坡整形对保护草原生态环境、减少水土流失具有重要意义。为探索更加科学、合理的露天矿排土场边... 详细信息

东部草原区是我国以露天开采为主的大型煤电基地,由于其生态环境脆弱,露天矿排土场边坡易失稳引发滑坡、沉陷、崩塌问题,因此开展排土场边坡整形对保护草原生态环境、减少水土流失具有重要意义。为探索更加科学、合理的露天矿排土场边坡整形方法,采用归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、边坡稳定性分析评价比较了宝日希勒露天矿外排土场台阶式、仿自然地貌的斜坡式和波浪式3种边坡整形方法的效果。结果表明:①不同整形边坡的NDVI指数表现为波浪式(NDVI=0.551)>斜坡式(NDVI=0.475)>台阶式(NDVI=0.340),但均小于周围自然地貌(NDVI=0.657),波浪式整形边坡植物生长状况优于斜坡式和台阶式整形边坡;②在同一整形边坡,高台阶的植被覆盖度低于低台阶(覆盖度650 m平台>660 m平台>670 m平台),低台阶边坡水土流失量小于高台阶;③边坡稳定性与坡角大致呈负相关关系,不同整形边坡的稳定性为波浪式(边坡安全稳定系数F=2.711)>斜坡式(F=2.513)>台阶式(F=1.073),波浪式、斜坡式边坡都处于稳定状态,台阶式边坡滑坡状态处于基本稳定状态;④3种整形边坡的NDVI值与稳定系数存在正相关关系,植被覆盖度越高边坡稳定性越高。宝日希勒露天矿外排土场仿自然地貌的波浪式整形边坡水土保持性能和边坡稳定性最好。

关键词：东部草原区排土场边坡仿自然地貌整形归一化植被指数稳定安全系数

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矿用永磁直驱电动机温度场研究与分析

煤炭科学技术 2021年第6期49卷 219-224页

作者：侯红伟秦翥中国煤炭科工集团上海研究院有限公司上海200030

针对低速大功率矿用永磁直驱电动机谐波含量较高、多物理场耦合、流体场复杂等特性造成电动机部件发热、磁场畸变严重等若干问题,对500 kW、60 r/min分数槽集中绕组矿用隔爆永磁直驱电动机进行损耗分析,得出定子铜损耗占总损耗比例最高... 详细信息

针对低速大功率矿用永磁直驱电动机谐波含量较高、多物理场耦合、流体场复杂等特性造成电动机部件发热、磁场畸变严重等若干问题,对500 kW、60 r/min分数槽集中绕组矿用隔爆永磁直驱电动机进行损耗分析,得出定子铜损耗占总损耗比例最高,其次为定子铁心损耗及转子永磁体损耗。根据损耗特点,在电动机外部设置水套机座,内部通过风扇形成循环风路的冷却结构,使定子的铜损耗与铁损耗,通过热传导传至机座;定子铁心与水套机座采用热套结构,增加传热效果;定子端部热量经过铜绕组传至直线段,再由定子铁心传走;采用镀层分块、转子轭部叠片式结构,将转子永磁体热量携至定子铁心轭部并由机座冷却水携出。通过迭代计算的方式验证了当给定来流温度且电动机定子内径圆面处绝热时,转子热量将加载至定子轭部孔;当转子气隙空气温度加载到定子内径面处时,电动机部件基本达到热平衡。最后,截取该电动机定子轴向1/2半齿半槽及转子径向1/8作为仿真对象,利用Realizable k-ε模型对带有冷却结构的模型对象进行三维温度场仿真分析与数据统计。结果表明:低速大功率矿用永磁直驱电动机在冷却结构的协同作用下,可以有效降低定子端部及转子磁体产生的热量,减少转子引起的绕组发热不均及定子铜耗问题,确保电动机定子绕组和转子永磁体等主要电磁部件在安全温度范围内稳定运行,为低速大功率永磁直驱电动机在结构优化方面提供了理论依据。

关键词：永磁直驱电动机损耗分析冷却结构温度场煤矿

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国内外自动锚杆钻架类型特点及研究方向

煤炭科学技术 2023年第3期51卷 212-224页

作者：高志强郭治富煤炭科学研究总院北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

锚杆支护水平制约着巷道掘进速度和安全性,同时也是实现巷道掘进无人化、智能化发展的卡脖子问题之一。钻锚机器人是解决锚杆支护施工痛点问题的必由之路,其核心部件为自动锚杆钻架。系统梳理了自动锚杆钻架技术路线图,总结归纳出各关... 详细信息

锚杆支护水平制约着巷道掘进速度和安全性,同时也是实现巷道掘进无人化、智能化发展的卡脖子问题之一。钻锚机器人是解决锚杆支护施工痛点问题的必由之路,其核心部件为自动锚杆钻架。系统梳理了自动锚杆钻架技术路线图,总结归纳出各关键部件共性架构,综述了国内外自动锚杆钻架类型特点、技术水平及适用工况,指出了自动锚杆钻架技术的研究方向。首先按照布局型式将国外自动锚杆钻架划分为转塔式、切换式和自钻式3类,并从钻孔功率、回转扭矩,锚杆仓容量和性能特点方面进行了对比分析,在此基础上,归纳了国内自动锚杆钻架布局型式及性能指标参数,从功能和驱动元件数量2个方面分析了国内自动锚杆钻架存在的不足。其次系统阐述了自动锚杆钻架结构各组成部分的型式:包括钻孔装置、锚固剂注入装置、锚固装置、锚杆仓,阐述了各组成部分的工作原理和结构特点。最后通过分析国内外自动锚杆钻架的技术发展特点,依据我国煤矿巷道锚杆支护工艺现状,归纳了自动锚杆钻架技术存在的问题,提出了自动锚杆钻架技术研究方向,包括自动锚杆钻架传感器与驱动元件研究,自动锚杆钻架智能控制技术研究,自动锚杆钻架与钻具适用性研究,自动锚杆钻架模块化和系列化研究等。自动锚杆钻架技术的发展必将实现钻孔、注药、锚杆装填和锚固协同一体化作业,达到机械自动化锚杆支护目标,最终推动煤矿巷道掘进工作面智能化、无人化的建设。

关键词：自动锚杆钻架钻孔装置锚固剂注入装置锚固装置锚杆仓锚杆支护

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新型智能变频牵引绞车的研制与应用

煤炭科学技术 2021年

作者：王梁李杰中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院中国煤炭科工集团太原研究院有限公司

为了解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下，拉脱、断绳事故频发等问题，本文研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调... 详细信息

为了解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下，拉脱、断绳事故频发等问题，本文研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调研，得到了新型智能控制变频牵引绞车外形及性能边界参数。通过总体——部件——总体反复设计与研究，最终确定总体结构设计。并从结构件设计的关键技术与参数研究、减速器的设计参数与传动系统布局以及支撑装置的设计计算等方面，对新型智能变频牵引绞车总体排布中的关键技术与参数进行了研究与阐述。通过对总体功能的研究，确定了液压系统功能及原理，并且结合使用工况和操作要求，确定了智能检测功能与遥控控制方法。通过对3个综采回撤工作面和2个综采安装工作面试验过程的跟踪与记录，对样机使用情况作了全面阐述，并对新型智能变频牵引绞车的优点和存在的不足进行了分析与总结。从样机使用情况看，所研制的绞车总体结构合理、可靠，液压系统功能及智能检测与控制功能等完全满足使用要求，能够有效避免现有绞车使用中存在的一些安全隐患。实现了高效、安全、节约劳动力等多项功效。新型绞车的研制成功为实现煤矿井下牵引绞车的智能化、现代化迈出了坚实有力的一步，具有极大的推广与应用价值。

关键词：绞车智能控制综采回撤变频

中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践--纪念《煤炭科学技术》创刊50周年

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煤炭科学技术 2023年第1期51卷 1-18页

作者：王国法杜毅博徐亚军任怀伟张德生庞义辉中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中煤科工开采研究研究有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能... 详细信息

回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革,实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革,液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破;采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展,采高0.8~9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求,智能化水平不断提升;大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破,450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行,智能变频一体机传动代替传统CST等传动,节能近30%;大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势;电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展,国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用;“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统,解决了采掘失衡难题;智能变频节能传动支撑矿山节能,采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升,研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用,取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展,分析了煤矿数据流分类与关联,提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论,综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展,提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态,推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发,建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路,为企业高质量发展指明了技术方向。

关键词：中国煤炭综合机械化煤矿智能化液压支架综采装备智能开采控制技术

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智慧矿山技术体系研究与发展路径

金属矿山 2022年第5期51卷 1-9页

作者：王国法庞义辉任怀伟中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

基于我国矿产资源开发现状,分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵,阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题,提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性,构建了... 详细信息

基于我国矿产资源开发现状,分析了智慧矿山建设的必要性、建设理念与内涵,阐述了现阶段智慧矿山建设存在的关键共性难题,提出了我国智慧矿山建设的近期、中期、远期目标。针对我国煤炭资源开采条件与智能化建设基础存在的差异性,构建了智能化煤矿建设总体技术体系架构,从生产矿井与新建矿井两个维度提出了智能化煤矿建设技术路径,明确了不同建设条件矿井进行智能化煤矿分类、分级建设的重点内容。系统阐述了张家峁煤矿、巴拉素煤矿智能化建设经验与阶段性成果,并提出了我国智慧矿山实现高质量发展的主要技术路径。

关键词：智慧矿山技术体系智能化煤矿智能机器人高质量发展

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煤矿智能快掘关键技术与工程实践

煤炭学报 2021年第7期46卷 2068-2083页

作者：王虹王步康张小峰李发泉煤炭科学研究总院北京100013 中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

掘进智能化为智慧矿山建设提供不可或缺的科技支撑,智能快掘技术是煤炭安全高效生产的客观需求,是解决采掘失衡问题的根本途径。我国煤矿井下巷道掘进作业呈现作业环境恶劣、地质条件复杂、施工工序多、安全性差等问题,智能掘进主要面... 详细信息

掘进智能化为智慧矿山建设提供不可或缺的科技支撑,智能快掘技术是煤炭安全高效生产的客观需求,是解决采掘失衡问题的根本途径。我国煤矿井下巷道掘进作业呈现作业环境恶劣、地质条件复杂、施工工序多、安全性差等问题,智能掘进主要面临掘进单机装备完备性、可靠性和能力不足、围岩时效控制技术薄弱、掘进工序高效协同和掘进装备群的智能化协作技术欠缺三大难题。针对智能掘进保障性技术不足的问题,提出了掘进设备可靠性、巷道围岩状态在线感知、巷道围岩时效控制、低比能耗高效截割、掘进粉尘综合防治5类智能掘进保障技术;基于掘支运一体化技术,提出了以“边缘感知、平台决策、设备执行、远程运维”4个维度的智能掘进系统基本架构,分析和讨论了掘锚(探)一体化、自动截割、智能支护、掘进导航、远程集控5种智能掘进关键技术;为扩大智能掘进核心技术支撑的覆盖面,针对不同掘进设备配套和不同煤层赋存条件,提出了掘支运一体化、全断面掘进机、双锚掘进机及5G+连续采煤机4种智能掘进模式,并在国能、中煤、山能、陕煤等集团得到推广应用;最后,提出巷道掘进智能化的发展方向和建议,建议研究井下空间定位导航新技术、支护效果动态监测与支护工艺精确调整、掘锚一体机器人、掘进工作面高精度智能感知与数字孪生、掘进系统平台化。

关键词：煤矿巷道智能掘进快速掘进智能支护自动截割协同控制

我国连续采煤机短壁机械化开采技术发展40 a与展望

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煤炭学报 2021年第1期46卷 86-99页

作者：张彦禄王步康张小峰李发泉煤炭科学研究总院北京100013 中国煤炭科工集团北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

连续采煤机短壁机械化开采技术在提高煤炭资源采出率、促进我国煤炭工业高质量发展等方面发挥着重要作用。改革开放以来,我国连续采煤机短壁机械化开采技术实现了“由弱到强”的发展历程,依靠相关技术与装备科技的创新,支撑着煤炭资源... 详细信息

连续采煤机短壁机械化开采技术在提高煤炭资源采出率、促进我国煤炭工业高质量发展等方面发挥着重要作用。改革开放以来,我国连续采煤机短壁机械化开采技术实现了“由弱到强”的发展历程,依靠相关技术与装备科技的创新,支撑着煤炭资源采出率持续提升。首先从煤柱及不规则块段开采、“三下”压煤开采、露天边帮压煤回收、中小煤矿采煤机械化升级改造和延长矿井服务年限等方面,全面系统阐述了我国煤炭工业对短壁开采的技术需求,并系统回顾和总结了连续采煤机短壁机械化开采的工艺、理论及装备的发展历程。工艺方面,连续采煤机短壁采煤法从房柱式发展到旺格维利式,再到以块段式采煤为代表的现代房柱式采煤法,形成了具有中国特色的短壁机械化开采技术体系。从回采方式、通风方式和顶板管理等方面总结了3种工艺的特点,并指出块段式采煤是短壁开采的高级阶段。理论方面,从短壁开采的煤柱稳定性、地表沉陷控制、顶板控制等方面总结了短壁开采理论的研究进展。装备方面,研制了连续采煤机、锚杆钻车、梭车、连续运输系统、给料破碎机、履带行走式液压支架、铲车、柔性连续运输系统等系列化、成套化的短壁机械化开采装备,促进了煤矿短壁装备的国产化进程及其技术进步,形成了适应我国不同煤层赋存地质条件和开采条件、具备自主知识产权的短壁开采装备体系,最后,分析了连续采煤机短壁机械化开采技术发展过程中的问题,围绕煤矿智能化建设主题,提出了短壁开采技术的发展方向及建议。

关键词：短壁机械化连续采煤机房柱式开采旺格维利采煤不规则块段