摘要：针对煤矿千米定向钻机钻进过程中应用超声波换能器对钻孔状态监测时存在需要高电压驱动和本质安全化无法兼备的问题,提出了一种基于储能电感的本安型超声波发射电路。介绍了发射电路的基本原理,理论研究了换能器等效阻抗和稳压管动态电阻对激励脉宽的影响;分析了发射电路内部和输出本质安全特性,据此给出了本质安全参数的判断标准和一种高电压本安型超声波发射电路参数计算方法。实验结果表明:在设计参数范围内,200 V幅值的激励脉冲宽度能够可达2~3μs,大于设计值1.5μs;测量储能电感电流为0.9 A,换能器等效电容为1.05μF,分别小于本安条件下的电流1 A、电容100μF。因此,本文所提方法得到的电路参数能够在输出高电压激励脉冲下,满足本质安全要求。

摘要：目前针对本安电路本安特性的研究大多以IEC火花实验装置为实验平台,仅对单一电容电路或电感电路的放电特性进行分析,存在适用性差、实验条件要求高等问题,缺少对混合型本安电路本安特性的研究。针对该问题,在GB/T 3836.4—2010《爆炸性环境第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》的基础上,以截流型保护方式下的混合型电路为实验对象进行短路瞬态能量实验,通过分析短路瞬态能量释放过程,建立了短路瞬态能量数学模型,分析了等效数学模型中电容、电感、电源电压和保护时间对短路瞬态能量的影响。Matlab仿真结果表明:随着电容和电感的增大,短路瞬态能量会逐渐增大,最后趋于一个稳定值;增大电源电压会显著增加短路瞬态能量;缩短动作保护时间可有效降低瞬态能量,但只有当保护时间小于临界时间时其作用才明显。基于短路瞬态能量数学模型开发了本安电源,进行了短路实验。实验结果表明:短路电流和电压波形与理论分析基本吻合,短路瞬态能量为33.22µJ,符合本安要求,可为本安电源的设计提供参考。

摘要：矿井机械化综采工作面工况复杂,光线昏暗,液压支架操作人员活动范围狭窄,这使得支架操作人员操作电液控制器控制液压支架时视野受到限制,无法对液压支架进行灵活控制。为进一步满足对液压支架高效性、灵活性的控制需求,提出了一种基于蓝牙通信的液压支架电液控制器的无线遥控方法,开发了无线遥控的软硬件系统,设计了蓝牙主从机的配对方案及通信协议,使无线遥控器能准确无误的向目标支架传递控制命令,实现了对目标支架的无线近距离灵活控制。与此同时,搭建了无线遥控系统实验平台,通过测试,目标支架动作迅速,状态参数传输准确,验证了本控制系统的可行性。

摘要：针对目前矿用本安电源存在的保护反应速度慢、输出功率小,无法满足井下用电需求、制约井下集成化和智能化生产的问题,设计了一种基于故障电流变化率的本安短路保护电路。本文将本安电源等效为电势电容电路并进行短路故障特性分析,发现短路后故障电流迅速上升并发生突变;设计了基于故障电流变化率的本安短路保护电路,能够快速准确检测本安电源短路故障;本质安全性能测试结果表明:在发生短路故障后瞬态输出能量为80.667μJ,自恢复和软启动性能稳定,满足设计要求。

摘要：针对矿用锚杆钻机自动化水平低,难以实现钻锚全流程自动循环作业的问题,改进设计了钻机钻动部结构,使钻机具备自动安装螺母锁紧锚杆的功能。同时基于电液比例控制技术改进设计了钻机液压控制系统。在此基础上,以PLC为核心设计了锚杆钻车自动钻锚控制系统。经仿真实验平台测试验证,该控制系统可以使锚杆钻机自动完成钻锚循环作业,作业状态全程可视可控,提高了锚杆钻机钻锚系统的自动化水平。

摘要：以定向钻机液压系统为研究对象,制定了监测系统的整体软硬件设计方案,完成了系统硬件的选型;以LabVIEW为软件平台,开发了具有采集分站实时轮询、数据校验与解析、数据库更新与查询、状态参量实时处理及显示等功能的系统软件,实现了钻机液压系统运行状态的实时监测及预警。现场实测结果表明,该系统的采集速率、监测精度和状态判断准确性等均满足实际要求,各项功能可靠且稳定,为钻机生产企业的智能化升级换代奠定了基础。

摘要：综采工作面通信节点数量多、通信距离长、电磁环境复杂。针对现有液压支架电液控制器通信系统普遍缺乏故障诊断功能的问题,以ZDYZ-JK型液压支架电液控制器为研究对象,设计了一套具有故障诊断和故障定位功能的液压支架电液控制器通信系统。该系统具有双路通信网络,其中一路采用总线结构同时连接主控制器和所有间架控制器,另一路则采用串联结构,仅连接相邻2台间架控制器。主控制器与间架控制器间的通信采用总线方式,手动模式下的间架控制器间邻架通信及控制则采用串联方式,二者互不干扰。间架控制器在接收到主控制器的通信信号后,会实时进行故障诊断并记录故障情况,同时会周期性向相邻支架上的间架控制器发送诊断信息,使得存在总线通信故障的间架控制器的诊断结果能够通过相邻支架上的间架控制器反馈给主控制器,从而可以在间架控制器发送报文功能故障或出错时及时对错误进行上报,上报内容包含控制器编号信息,以实现故障定位。试验结果表明:(1)系统在121个通信节点、最大通信距离约为1040 m时工作良好,且节点数量可继续增加,最高可达255个,该指标满足200个节点、1000 m通信距离的设计要求。(2)可对由于工作面电磁干扰、电液控制器物理损坏、电液控制器软件错误等原因造成的多种通信故障进行诊断和精确定位。

摘要：随着液压支架电液控制系统智能化进程不断推进,基于CAN总线的电液控制系统通信数据量越来越大,总线数据冲突增多,高优先级节点占据总线控制权,造成了低优先级节点持续发送失败的饥饿现象,严重影响通信实时性,阻碍其智能化进程,甚至威胁工作面安全工作生产。针对这种现象,对液压支架电液控制通信系统进行了详细的分析,结合系统结构和信息特点对CAN标识符和动态调度算法进行设计,提出了基于EDF(Earliest Deadline First)的总线动态调度策略,通过实验验证,该动态调度策略能够极大改善节点饥饿现象,降低系统平均时延,提高系统的实时性,为实现自动化无人值守工作面打好基础。

摘要：在无线电能传输领域,如何根据传输距离和负载要求获得最佳输出功率和传输效率是首要研究目标。从系统的谐振补偿方式角度入手,应用互感耦合理论对磁谐振无线输电系统中串-串和串-并2种补偿方式的传输特性进行了研究。首先,根据理论推导对2种谐振补偿方式的传输特性随系统参数的变化关系进行了仿真分析。然后,将2种补偿方式在不同负载和传输距离条件下的传输特性进行了比较。研究结果表明:根据不同负载大小和传输距离要求,选择合适的谐振补偿方式可使系统具有最佳的输出功率和传输效率。最后设计制作了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统,通过实验验证了研究结论的正确性。

摘要：针对煤矿瓦斯抽采用水平定向千米钻机钻孔孔壁状态检测问题,通过分析认为常用的伽马射线法、超声波法等测井技术难以应用于煤矿环境,因此设计了七电极径向电阻率测量方法,以测量瓦斯抽采钻孔孔壁电阻率,实现钻孔孔壁状态检测。介绍了七电极径向电阻率测量方法原理,推导了电阻率计算公式,分析了屏蔽电极间距、测量电极中心距、电极分布比3个参数对电阻率测量的影响。建立了三维仿真模型和二维轴对称仿真模型,研究了不同发射信号类型和电极分布参数下,测量电极周围电流的聚焦情况和电势分布,结果表明:直流和脉冲信号的穿透能力较弱,不能穿透孔壁,无法实现孔壁电阻率测量,而交流信号具有较好的穿透能力,可用于孔壁电阻率测量;电极分布比对电流聚焦效果有显著影响,当电极分布比为2.5~3时,发射电流聚焦效果较好,能取得较好的电阻率测量效果。根据上述结果确定了发射信号类型和电极分布参数,仿真分析了以空气、泥浆、岩层、煤层为介质时发射电流聚焦情况和电势分布,结果表明七电极电阻率测量方法对电极周围介质性质具有较强的分辨能力。根据仿真结果制作了实验电极,将电极安装在1节钻杆上,分别测量土壤、空气和煤碎粒的电阻率,所得测量值均在标准参考值范围内,验证了七电极径向电阻率测量方法能够实现钻孔孔壁电阻率测量,为煤矿瓦斯抽采用水平定向千米钻机钻孔孔壁状态检测提供了有效方法。