深部井下结构紧凑型煤矸智能化精确分选技术及装备

项目来源

国家重点研发计划(NKRD)

项目主持人

曹亦俊

项目受资助机构

郑州大学

立项年度

2018

立项时间

未公开

项目编号

2018YFC0604702

研究期限

未知 / 未知

项目级别

国家级

受资助金额

314.00万元

学科

深地资源勘查开采

学科代码

未公开

基金类别

未公开

关键词

井下选煤 ; 水力旋流器 ; 水化作用 ; 采选充一体化 ; 智能化 ; 模块化 ; underground coal preparation ; hydrocyclone ; hydration ; mining-preparation-backfilling integration ; intelligent ; modular

参与者

桂夏辉;刘培坤;庞卫东;张培森;张悦刊;王志刚;刘敏

参与机构AI

山东科技大学

项目标书摘要:随着机械采煤技术和放顶采煤技术的推广,使大量矸石混入原煤,部分矿井含矸率达到60%以上,传统井下采煤—井上选煤模式面临矸石运输带来的无用能耗和地表矸石污染环境等问题,造成大量能源、资金浪费,井下选煤技术急需深入研究。目前,井下选煤技术仅限井下预排矸,分为干法和湿法,干法排矸受到物料性质的限制,尚难广泛推广;动筛跳汰精度较差,洗选深度低;重介质浅槽分选机分选精度较高,洗选深度较高,但重介质回收和再生系统复杂,占地面积大。因此本项目提出“井下专用紧凑型跳汰机—精细分级精确分选水力旋流器”技术,保证洗选深度,节约井下空间。项目主要开展四个方面的研究:1井下煤矸精确分选过程共性关键技术。颗粒与液流的跟随性规律和相互作用机制,明晰煤矸分离规律,研究煤矸界面水化作用机制,建立调控胶体体系颗粒分散行为方法,开发井下煤泥水巷道自过滤净化与循环利用技术。2井下煤矸智能化精确分选关键装备。开发排矸率高,矸石带煤率低,处理能力大,安全和防护等级高,结构适应的井下专用紧凑型跳汰机,开发两段组合式水介质旋流器。3井下分选系统及物料运输智能化控制。开展跳汰智能化分选和物料运输智能化控制研究,实现煤矿井下采选充带式输送机系统的智能化。4构建简洁高效的智能化模块化井下煤矸分选系统。

Application Abstract: With the popularization of mechanical coal mining technology and top coal mining technology,a large amount of gangue is mixed into raw coal,and some mines has a gangue content of more than 60%.The traditional underground coal mining-upground coal preparation mode is faced with the useless energy consumption caused by gangue transportation and the environmental pollution caused by gangue,resulting in a large amount of energy and capital waste.The underground coal preparation technology urgently needs in-depth study.At present,underground coal preparation technology is limited to underground pre-drainage,which is divided into dry method and wet method.Dry method is limited by the nature of materials,and it is still difficult to widely promote;the accuracy of moving screen jigging is poor,and the washing depth is low;The medium shallow tank sorting machine has higher sorting precision and higher washing depth,but the heavy medium recovery and regeneration system are complex and covers a large area.Therefore,the project proposes the technology of“underground dedicated compact jig-fine grading and precise sorting hydrocyclone”.Guarantee washing depth and save underground space.The project mainly carries out research in four aspects:1Common key technologies for the accurate separation process of underground coal gangue.The following rules and interaction mechanism of particle and liquid flow,clear the separation law of coal gangue,study the mechanism of hydration of coal gangue interface,establish a method of regulating particle dispersion behavior of colloidal system,and develop self-filtration purification and recycling technology of underground coal slurry roadway.2Intelligent and precise sorting of key equipment for underground coal gangue.Developing the compact jig for underground mines with high drainage rate,low coal-bearing coal rate,high processing capacity,high safety and protection grade,and structural adaptation.Developing the two-stage hydrocyclone.3Intelligent control of underground sorting system and material transportation.Carry out intelligent research on jigging intelligent sorting and material transportation intelligent control to realize the intelligentization of belt conveyor system of mining-preparation-backfilling system.4Construct a simple and efficient intelligent modular underground coal shovel sorting system.

项目受资助省

河南省

联系人信息

桂夏辉:guixiahui1985@163.com

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  • 1
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  • 1.矿用振动筛状态监测与故障诊断分析研究

    • 关键词:
    • 矿用振动筛;振动分析;状态监测;故障诊断分析;LabVIEW
    • 韩越
    • 指导老师:山东科技大学 姜雪
    • 学位论文

    矿用振动筛是煤炭洗选行业的关键设备之一,主要应用于对原煤进行分级、脱泥、脱水等。由于矿用振动筛长期在恶劣的环境下高负荷运转,使得筛机的主要部件频繁发生故障,给洗选煤行业造成了较大的经济损失,故障严重时甚至能够造成人员的伤亡。因此研究如何对矿用振动筛进行状态监测以及故障诊断与预警,具有重要的学术价值与实用意义。文章首先应用ANSYS软件对矿用振动筛整体以及激振器大梁进行了模态分析,通过研究各阶振型,找出了侧板与大梁在各阶固有频率下形变较大的位置,并以此为依据设计了对侧板与大梁损伤的监测方案。为了探究筛箱异常振动故障机理,建立了基于支撑弹簧刚度的振动筛动力学模型,并通过ADAMS软件对振动筛的运动过程进行了仿真分析,得出支撑弹簧的振动位移与相位不一致会引起筛箱不同形式的偏摆。应用LabVIEW软件编写了获取支撑弹簧振动位移与相位的算法程序,设计了筛箱异常振动故障监测方案。在激振器轴承故障的研究中,首先对滚动轴承的故障机理进行了分析,采用基于小波降噪的EEMD包络解调算法获取激振器轴承的故障信息,并通过仿真验证了算法的有效性,进而设计了激振器轴承的故障监测方案。基于上述理论研究,本文将LabVIEW软件与MATLAB软件相结合,开发了矿用振动筛状态监测与故障诊断软件系统,用以监测矿用振动筛的运行状态,并对大梁与侧板损伤、筛箱异常振动以及激振器轴承故障进行数据采集与故障诊断。最后在现场对系统进行应用测试,验证了系统的有效性与实用价值。

    ...
  • 2.下肢外骨骼机器人的结构设计与步态规划研究

    • 关键词:
    • 下肢外骨骼机器人;结构设计;ZMP;步态规划
    • 沈德志
    • 指导老师:山东科技大学 李金良
    • 学位论文

    随着科技的进步,人机交互、辅助医疗和机器人等技术在日常服务领域的应用日益增多,为人们的生活带来了诸多便利。本课题基于辅助老年人徒步行走、降低自身体能消耗的现实意义,以结构简洁灵活性、系统稳定性和穿戴舒适性为设计目标,开展了下肢外骨骼机器人的设计研究。主要研究内容如下:基于人体下肢结构特性、运动机理和行走步态,对外骨骼机械结构进行仿生设计,确定了总体尺寸,设计出整体构型方案,并完成驱动关节的配置及驱动方式的选取;利用Solidworks软件建立了外骨骼虚拟样机,并利用Workbench软件对受力最大的单腿支撑相和处于过渡时期的双腿支撑相进行了静力学分析,仿真结果表明,外骨骼所受的最大应力低于材料的许用应力、最大形变量符合设计要求。基于D-H参数坐标法和微分变换法,对外骨骼进行正、逆运动学分析,得出主动关节的运动特性;运用拉格朗日法对外骨骼进行动力学分析,建立了动力学方程;针对外骨骼的适用对象,拟合出适合穿戴者步态的数据曲线,创建了基于ADAMS模型,并进行运动仿真,得到髋关节、膝关节和踝关节轨迹曲线、行走位移及步长曲线;通过分析行走步态特征,验证了结构设计和步态参数的合理性。基于ZMP稳定性判据的步态规划方法,首先利用多项式插值法对外骨骼踝关节、髋关节运动曲线实现参数化,然后利用遗传算法对步态参数后续优化,最后求解出髋关节、踝关节的运动轨迹;借助Matlab软件建立了运动学模型,并通过分析模型角位移和角速度的变化轨迹,验证了步态规划的可行性与正确性,得出所设计的外骨骼具有穿戴舒适和实用较高的特点。

    ...
  • 3.多自由度下肢外骨骼机器人的建模与高效动力学计算研究

    • 关键词:
    • 下肢外骨骼;动力学计算;动力学建模;运动学分析;仿真分析
    • 王云翔
    • 指导老师:山东科技大学 李金良
    • 学位论文

    外骨骼机器人是一种穿戴在人体上,辅助人体运动的机械装置。随着机器人技术的发展,外骨骼的结构越来越复杂,自由度越来越多,这使得动力学研究的难度急剧增大,因此急需一种高效的动力学计算方法。根据上述研究背景,本文针对多自由度下肢外骨骼机器人的建模和高效动力学计算展开了一系列探索性研究,主要包括下肢外骨骼机械系统的设计、下肢外骨骼运动学与动力学分析、浮动基座模型逆动力学算法的研究、下肢外骨骼运动学与动力学仿真分析等。对下肢外骨骼进行总体结构设计。对人体下肢生理结构和关节运动机理进行研究,得到人体下肢的尺寸数据和关节运动范围,在此基础上确定了下肢外骨骼的构件尺寸、关节自由度数和驱动方式,借助SolidWorks完成了下肢外骨骼的三维实体建模,使用有限元方法对关键结构进行了强度校核。对下肢外骨骼进行运动学分析与动力学建模。使用D-H法建立单侧下肢外骨骼的运动学模型,通过运动学求解,确定了足部装置的位姿与关节转角之间的关系,使用MATLAB对足部装置的运动轨迹进行计算,采用蒙特卡洛法对足部装置的工作空间进行分析,验证了运动学分析的正确性。采用牛顿-欧拉方程法建立了下肢外骨骼的浮动基座动力学模型,构造了下肢外骨骼的运动树,使用空间向量计算出运动树中的模型数据。对下肢外骨骼进行动力学计算。由于本文建立的是下肢外骨骼浮动基座动力学模型,导致固定基座模型逆动力学算法失效,因此将其改进为浮动基座模型逆动力学算法,并将运动树代入算法进行下肢外骨骼的动力学计算。通过浮动基座模型逆动力学算法,得到了下肢外骨骼在步态运动过程中各关节驱动力矩的大小。结合人体步态规律对计算结果进行分析,并将计算结果和CGA步态数据库中的关节力矩进行对比,验证了浮动基座模型逆动力学算法的正确性;将拉格朗日法、牛顿-欧拉法和浮动基座模型逆动力学算法的计算效率进行对比,验证了浮动基座模型逆动力学算法的高效性。最后,建立ADAMS下肢外骨骼虚拟样机模型,使用ADAMS对下肢外骨骼进行运动学与动力学仿真,分析外骨骼在运动过程中的角度、速度、力矩变化曲线,验证所建立的仿真模型的正确性和浮动基座模型逆动力学算法的正确性。

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