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[硕士论文] 周少良
采矿工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:矿井生产过程中,大部分突水事故与断裂带导水有关。研究断裂带充填介质导水影响方式,对于预防和控制突水事故的发生具有十分重要的意义。本文将断裂带充填介质导水影响方式主要分为三个方面,一是水力作用致使断裂带渗透导水,二是采掘活动影响下断裂带导水性发生转变,三是断裂带充填介质岩性成分对断裂带导水的控制作用。本文综合运用理论分析、相似材料实验、数值模拟等研究方法,对断裂带充填介质导水影响方式进行实验研究。
  本文以断裂构造及其岩性和水理性研究为切入点,了解了断裂构造的基本类型;分析了断裂带充填介质的岩性特征;并研究了其在渗透水流作用下的弱化机理和破坏规律。
  本文采用相似实验研究方法,研制了断裂带充填介质的相似材料,作为本文的实验对象。根据断裂带渗透特性的差异,本文将断裂带充填介质划分为角砾岩充填介质、动力片状岩充填介质、泥质岩充填介质三种类型,并根据其岩性特征,选择合适的材料进行配比,研制了满足介质原岩特征的相似材料。
  以研制的相似材料为实验对象,通过设计不等水压条件下含水率对比实验,研究水压对断裂带导水的影响;通过设计不等浸水条件下单轴压缩对比实验,研究水对岩石弱化效应对断裂带导水的影响;通过设计不等受压条件下渗透系数对比实验,研究采掘活动对断裂带导水的影响;通过分析相似材料中主要成分含量对相关导水特征参数的影响规律,分析断裂带充填介质岩性成分对断裂带导水的影响。
[博士论文] 苏畅
矿山机电工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在隧道、地铁、边坡和井巷工程等地上、地下支护工程中,喷射混凝土支护(有两种方式:“干喷”和“湿喷”)是一种常用的支护方法。喷嘴结构参数对混凝土射流性能影响的研究非常匮乏。本文侧重研究喷嘴不同结构参数对喷射混凝土施工不均匀、粉尘量大的影响机制,采用理论分析、数值模拟、实验室研究和现场试验相结合的综合研究方法,对湿喷机喷嘴内混凝土运动特征与质量控制规律进行系统研究,具体研究内容如下:
  通过对湿喷机工作原理、总体结构、关键参数和混凝土流动特性分析研究,结合气力输送的相关理论知识,实现对喷嘴中的混凝土流动过程的相关受力及运动分析,建立混凝土料流在喷嘴中的运动微分方程,研究混凝土料流在喷嘴中的运动规律;分析混凝土料流在喷嘴中的各种压力损失,推导出喷嘴中混凝土料流与空气的最优压气比。为湿喷机喷嘴设计、喷嘴内流场数值计算理论模型的建立提供依据。
  结合混凝土流动特性和喷嘴结构参数,建立湿喷机喷嘴内部流场数值计算理论模型。对喷嘴内部流场进行动力学分析,建立喷嘴内部流场的数学模型和数值模型。借助三维建模软件SolidWorks建立喷嘴内流场混合流体几何模型,并利用ANSYS ICEM实现网格划分,使用FLUENT软件对喷嘴内流场进行仿真计算,最后将仿真计算结果导入Tecplot进行后处理。为保证数值计算精度与计算资源的合理平衡对所划网格进行网格无关解分析,通过仿真计算分析得到喷嘴内流场各位置速度的分布规律、湍动能的分布规律及喷嘴出口截面上混凝土相体积分数的分布规律与喷嘴喷射性能的关系。
  提出喷嘴混合芯旋转进气偏角设计方法,以加强空气-混凝土料群在混合芯中的能量交换,就湿喷机喷嘴关键参数对混合流场中空气-混凝土混合性能影响进行研究。在确保喷嘴前部聚敛段收缩角度不变的情况下,分析混合芯空气入射角度对喷嘴的混合性能影响。旋转偏角设计有利于提高喷射混凝土混合均匀度,降低喷嘴产尘量。在确保混合芯空气入射角度不变的情况下,对喷嘴聚敛段收缩角进行分析,当聚敛段收缩角小于3°时,收缩角对混凝土料群喷射影响不大;随着收缩角度增大,料流喷射速度减小,喷嘴磨损加剧;当聚敛段收缩角大于6°时,混凝土出口喷射速度很小,喷嘴容易被堵塞。聚敛段收缩角为6°时,喷嘴喷射质量较好。
  通过设计喷射混凝土打击力分布测试系统,对制作的喷嘴结构进行现场试验研究。使用LabVIEW软件采集、存储、处理数据。测试结果与数值模拟结果具有良好的对应关系,验证了数值模拟结论的有效性和可靠性。对打击力测试试验作业地点的粉尘浓度进行实时监测,各结构喷嘴在作业中产生的粉尘量均小于煤矿井下总粉尘和吸入性粉尘标准,收缩角θ=4°,混合芯α=10°、β=30°结构喷嘴总粉尘浓度与呼吸性粉尘浓度均最小,旋转偏角对喷嘴单位喷射流量内产生的粉尘量的减少起积极作用;随着喷嘴聚敛段收缩角度增大,喷射作业现场粉尘浓度小幅增加。本研究内容有助于丰富混凝土喷射理论,为湿喷机喷嘴设计提供依据,有利于提高喷射混凝土施工质量。
[博士论文] 周鲁洁
安全科学与工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭是我国的主要能源,但煤矿事故严重威胁着煤矿安全生产。相关统计显示,我国煤矿企业的生产安全事故中80%是由人的不安全行为导致的。因此,深入研究人的不安全行为及其控制技术,对预防和控制煤矿事故发生率具有重要的现实意义和理论价值。本文根据现代安全科学理论,结合行为科学、信息技术和计算机网络技术等技术手段,通过集成DEMATEL-ISM法、Arena仿真建模技术、智能体建模、系统动力学、计算机编程技术的应用,对煤矿职工不安全行为控制问题进行了系统、深入的研究。
  首先,系统分析了煤矿职工不安全行为的特征与分类,并通过统计分析近十年(2008年-2017年)煤矿事故,找出了职工不安全行为对各类煤矿事故的影响规律,进而分析了煤矿职工不安全行为影响因素,构建了煤矿职工不安全行为评价指标体系。采用集成DEMATEL-ISM方法进行煤矿职工不安全行为模型计算分析,揭示了各因素间的相互影响机制和逻辑关系,明确了煤矿职工不安全行为影响因素的影响、作用规律,得到位于本质致因层的因素为心理状况和工作经验,可影响所有其他不安全行为因素。
  然后,开展了煤矿职工不安全行为风险传递Arena仿真研究,得到了煤矿职工行为风险传递规律。以节点11工作经验与节点13心理状况作为模型初始节点进行Arena仿真得出,涌现均值越大,节点处置风险时间越长,风险处置效果越好;节点免疫力的增加可提高风险拦截能力;节点风险处置速率提高可显著减小最大系统风险熵。
  再后,建立了煤矿职工不安全行为动态仿真模型,结合智能体与系统动力学,对煤矿职工不安全行为变化规律进行了动态仿真,发现不安全行为在不同群体间的仿真结果具有一致性;开展了煤矿职工不安全行为干预与控制对策研究,提出了煤矿职工不安全行为控制对策,建立了控制对策库。
  最后,利用ASP和数据库技术,研制了B/S模式的煤矿职工不安全行为预警控制系统,具备煤矿职工不安全行为的管控和行为预警等功能,为管理和控制煤矿职工不安全行为提供了信息化、网络化的工具和手段。
  通过本文研究,得出了煤矿职工不安全行为发展演变规律,开发了煤矿职工不安全行为预警控制系统,可对该领域的研究、应用提供理论和技术支持。
[硕士论文] 韩天亮
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:矿用电机车是矿山地面与井下巷道重要的运输工具,运行工况复杂、环境恶劣。国内矿山牵引电机车的牵引电机基本采用直流串励电动机。但是伴随着电力电子技术、智能控制等相关学科的发展,异步牵引电动机的调速控制方法越来越变的成熟。交流异步电动机取代传统直流电机作为牵引设备是最好的选择。在矿用牵引电机控制系统中,牵引控制系统的静态及动态性能是由转速控制器的调速性能而决定。近年来,将分数阶滑模控制应用于电机控制领域逐渐受到广大学者的重视,针对矿用牵引电机车运行工况对调速控制的要求,采用FOSMC控制策略设计转速控制器以及对弱磁区域控制性能进行改进,以达到提高系统调速性能的目的。论文围绕分数阶微积分理论、滑模变结构控制、转速控制器的设计、负载观测器的设计、FOSMC转速控制器、弱磁控制器在矿用牵引电机控制系统中的应用进行研究。本文主要内容包括:
  (1)首先,对分数阶微积分理论的定义及其基本性质进行介绍,对分数阶的单位阶跃响应特性和数字实现进行研究。其次,对滑模变结构控制原理、设计目标、动态品质及其抖振进行介绍。
  (2)针对矿用牵引电机车的不同工况、恶劣的运行条件,设计FOPI、整数阶SMC、FOSMC转速控制器、负载扰动观测器并将观测值融入到转速控制器中,以达到提高异步牵引电机调速性能的目的。
  (3)分析矿用异步牵引电动机矢量控制策略,在Matlab/Simulink仿真软件上搭建异步牵引电机矢量控制系统模型,将FOSMC转速控制器、负载观测器应用于控制系统中,并对仿真结果进行比较分析。
  (4)研究弱磁控制基本理论及电压、电流限制条件,针对矿用牵引电机高速运行的调速问题,对弱磁控制器进行改进,将仿真结果与传统PI弱磁控制策略进行分析比较。
  通过对矿用牵引电机不同运行工况的仿真实验表明:滑模负载观测器能够准确、快速的观测负载转矩;而带负载观测的分数阶滑模(FOSMC)转速控制器提高了牵引电机在负载变化时的转速控制性能和系统的可靠性,基于分数阶的电压闭环弱磁控制系统可以有效的减小定子电流的波动,扩宽了异步牵引电机的调速范围。
[硕士论文] 马丁
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤矿安全阀是保证单体液压支柱装备支护安全的核心部件。目前单体液压支柱使用乳化液为工作介质,但是乳化液影响工作环境和工作人员的身体健康,且严重污染地下水资源。随着人们对可持续发展的经济、绿色环境的重视,全球各国迫切需要发展一种新型液压技术,保证其向着环保、节能和安全的方向发展。水具有安全性好、价格低廉、环境友好等一系列优点,成为当今液压技术研究新课题。本文以单体液压支柱中的安全阀为研究对象,设计一种以水为工作介质的水压安全阀。通过设计水压安全阀新结构,有效抑制气穴气蚀现象的发生;同时利用微造型可以产生动压润滑,将其应用到安全阀上,以降低摩擦副摩擦磨损问题。论文研究内容及结论如下:
  1.利用微造型形成流体动压润滑效应,将微造型技术引入到水压安全阀,以提高阀芯润滑性能,改善阀芯摩擦副的摩擦磨损问题。研究不同微造型形貌对水压安全阀阀芯润滑的影响,同时对水压安全阀微造型阀芯润滑性能正交试验分析。结果表明:(1)球冠形和圆柱形微造型均可以在阀芯表面产生压力。两种微造型的阀芯表面压力幅值随着面积率与深度的增加而增大,且圆柱形微造型的压力幅值比球冠形大。(2)通过正交试验设计与CFD数值模拟,对计算结果进行极差分析得到影响阀芯微造型承载力的因素由大到小依次是微造型深度hp,微造型半径rp,微造型形貌,摩擦副间隙ho,阀芯运动速度U,微造型深度对承载力的影响最大,是最主要因素。(3)由正交试验的结果得到优化方案,设计出的优选方案为A4B4C4D3E4,即微造型深度为8μm,微造型半径为40μm,摩擦副间隙为5μm,阀芯运动速度为4m/s,微造型形貌为圆台形。相比于正交试验方案中承载力最大的A4B4C1D3E2组合,优选方案的承载力提高了22%。
  2.通过对阀芯径向孔的结构进行优化,建立了水压安全阀阀腔CFD模型,研究了阀芯重要区域气蚀的削减,提高了水压安全阀的抗气蚀性能。结果表明:当安全阀阀芯径向孔的夹角α取45°、径向孔左下角采用直线结构时,使得径向孔内部气穴消失,能显著抑制气蚀破坏,气蚀破坏的区域由径向孔等关键位置转移到阀出口等对安全阀性能影响较小的位置,有效提高了安全阀抗气蚀性能。
  3.设计了新型水压安全阀的新结构,计算了具体尺寸,基于Matlab软件对水压安全阀进行动态分析。研究了等效阻尼、弹簧刚度以及阀芯质量三种参数对安全阀阀芯压力和位移动态性能的影响。结果表明:阀芯质量对安全阀的压力和位移特性影响较小,而等效阻尼、弹簧刚度的影响较大。增大等效阻尼可以减少阀芯调整时间,减弱阀芯振动,使安全阀更加稳定,但是会降低安全阀的灵敏度;随着弹簧刚度的增加压力超调量减小,压力达到稳定的调整时间也减少;而阀芯位移越小,阀芯位移超调量增加,达到稳定的时间越快。
[硕士论文] 朱金峰
仪器仪表工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:滚筒式采煤机是当前煤矿井下应用的主要采煤装备,其自动调高技术是实现采煤自动化的关键性技术。目前对于自动调高技术研究多集中于理论分析与仿真模拟,相关的试验研究较为缺乏,为了更好地研究自动调高技术,课题组研究设计了采煤机调高实验装置,本文针对该实验装置,提出了基于LabVIEW的由数据采集系统与控制系统组成的整体设计方案。
  论文分析了采煤机调高实验装置的整体结构及其液压系统原理和电气系统原理;对实验装置的压力传感器、位移传感器、倾角传感器、声音与振动传感器及其信号调理仪、数据采集卡以及控制系统中的电液比例方向阀和变频器等分别进行了选型设计;应用LabVIEW开发了采煤机调高实验装置测控系统,包括多通道数据采集模块、数据保存模块、报警模块、数据处理模块、恒定信号输出控制模块和MATLAB程序控制模块,并设计了相应的登录界面,以便在实际应用中进行操作;对设计的测控系统进行了模拟实验性能分析,介绍了模拟实验方法和硬件组成,对实验数据进行了相关的实验分析。
  该测控系统为开放架构,可以根据实验需要进行功能扩展。该测控系统的开发,为采煤机自动调高实验装置后续进行模拟截割和自动调高实验研究提供了有效的研究平台,也为类似测控系统的研究提供了借鉴。
[硕士论文] 王喆
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代矿井的建设进程不断加快,一次提升量和提升速度不断增大,立井提升导向装置是影响提升容器稳定性的重要因素,其中刚性罐道和滚轮罐耳作为导向装置的主要组成构件,对其存在的关键问题进行研究是推进矿井安全高效提升的基础。为得到罐道和罐耳的力学性质,需要对其进行详尽的静力学和动力学分析并验证。
  本文主要对罐道结构刚度和滚轮罐耳的整体刚度及动态响应特性进行研究,主要从以下四个方面进行:
  1.以刚性罐道、罐道梁结构三种计算模型为研究内容,通过对其进行理论计算和ANSYS有限元仿真,得到移动载荷作用下简支梁模型、三跨连续梁模型以及空间网格结构模型挠度特性对比。并且对罐道、罐道梁空间结构进行了模态分析。
  2.建立L35滚轮罐耳三维模型,首先通过计算得到聚氨酯胶轮的刚度特性和九片碟簧对合组合方式的刚度曲线,并将罐耳的摆臂简化为连杆机构,得到水平力和压缩缓冲装置的轴向力的换算关系,推导出滚轮罐耳承受最大水平下的理论行程;然后应用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行仿真,得到其静态等效刚度随水平力变化的规律;最后通过滚轮罐耳静刚度实验台对仿真结果进行验证。
  3.针对滚轮罐耳进行动力学特性分析,使用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行模态分析,得到其各阶固有频率与振形。使用ANSYS与ADAMS联合仿真建立滚轮罐耳的刚柔耦合动力学模型,将罐道缺陷分为三类,将提升速度分为四个阶段,以水平位移量为激励信号,以滚轮罐耳摆臂前轴轴心标记点为动力输出点得到不同工况下滚轮罐耳对罐道缺陷的时域动态响应特性。
  4.通过ADAMS振动分析模块对滚轮罐耳虚拟样机模型进行振动分析,得到频域特性,并将不同刚度和阻尼特性下频率响应曲线进行对比,得到缓冲装置对滚轮罐耳整体振动特性的影响。
  通过对立井提升导向装置的建模和分析,得到了罐道结构和滚轮罐耳的静、动力学特性,分析了不同提升速度下,罐耳对罐缺陷的动态响应特性,可为设计计算高速重载罐道和罐耳提供一定的依据。
[硕士论文] 李强
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:针对目前矿用蓄电池电机车及充电系统存在着体积大、续航能力低、工作效率低、蓄电池使用寿命短、加酸加液泄露及铅污染等问题,以及电机车驱动系统与蓄电池充电装置相互分离的应用现状。根据以上问题,本课题展开了矿用电机车充电与驱动一体化拓扑与控制系统的研究。
  课题首先对矿用电机车储能电源和驱动电机作出比较分析,然后根据矿用电机车工作环境情况等综合考量,选出了低速性能更好的驱动电机(永磁同步电机)与充电速度更快、环境友好的储能电源(超级电容器)。根据矿用电机车的实际运行情况,设计了驱动与充电一体化拓扑电路,并计算出了永磁同步电机和超级电容器的参数。其次,根据所设计的一体化电路拓扑,分析了充电与驱动两种模式下的运行机理,即在驱动模式下的永磁同步电机矢量控制与双向DC/DC变换器的电压外环电流内环双闭环控制;在充电模式下的超级电容器的等效模型及多种充电方法,三相电压型PWM整流控制策略等。重点分析了所设计的一体化拓扑电路中超级电容的充电控制策略,提出了采用分阶段恒流转恒压的充电控制策略,大大缩短了充电时间,解决了传统充电方法充电速度慢、中后期大电流充电容易引起超级电容损坏等缺点。最后,根据所设计的一体化电路拓扑,对一体化控制系统的硬件系统和软件思路进行了设计,并在MATLAB/Simulink仿真软件上搭建了一体化控制系统的仿真模型,来验证一体化控制系统的正确性。
  仿真结果表明,所设计的一体化电路拓扑及充电控制策略,解决了矿用电机车充放电彼此分离、工作效率低下、充电时间长等问题,使得矿用电机车能更加高效的满足工作需求。
[硕士论文] 崔高艺
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿用电机车作为矿山主要的辅助运输设备,承担着矸石、设备、人员的运输任务,但是矿用电机车技术发展滞后。直流矿用电机车的电机易产生火花对防爆性要求较高。而且,直流电机车一般采用分级调速和能耗制动方式,能量无法回收。交流矿用电机车采用的异步电机功率因数低,导致能量利用率较低。而永磁同步电机采用电气换向,并具有转矩大,功率因素高,能量易回收的优势。为了提高矿用电机车的驱动性能和电池组能量利用率,本文以使用永磁同步电机的矿用电机车为研究对象,对其调速和能量回馈系统进行分析与研究。
  首先,根据矿用电机车的参数和实际工况,选用永磁同步电机作为牵引电机。并对比永磁同步电机常用的DTC和FOC两种调速控制策略优劣,确定采用FOC控制策略对电机车进行调速。在FOC控制策略中,位置传感器是实现调速的重要组成部分,但在潮湿和高污染的煤矿环境易受影响。本文采用PLL转子位置检测方法配合高频脉振注入法替代机械式位置传感器,提高系统抗干扰能力。然后,分别从矿用电机车的机械制动过程、电机的回馈过程、回馈能量的计算理论、电机车回馈系统电路结构四个角度对能量回馈系统进行了分析。最终,确定了在回馈系统采用双向半桥式DC-DC电路结构实现制动能量的回收。
  最后,对调速系统和制动回馈系统进行了仿真验证。在调速系统中设计了PWM波产生模块、坐标转换模块和锁相环位置观测器,同时详细分析了PI调节过程。在制动回馈系统中,对双向DC-DC变换器采用外环电压调节和内环电流调节,控制母线端电压和电源端电压电流的稳定。各子模块逐一验证后,对永磁同步电机无感FOC调速系统和采用双向DC-DC变换器的制动回馈系统得进行了仿真。结果验证了,在矿用电机车的实际应用参数下无传感器矢量控制系统的稳定性和制动回馈系统的可行性。
[硕士论文] 屈莹莹
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,煤炭仍是我国的主要能源,对煤炭开采技术的研究尤为重要,在煤炭开采过程中,采煤机是主要的工具之一,随着开采技术越来越现代化,采煤机也朝着高产、高效以及大功率的方向在不断发展,这就对采煤机组成部件的可靠性要求更高,尤其是行走机构。行走机构的关键零件在遇到冲击、长时间在载荷较大的工况下工作等情况下容易毁坏,一旦毁坏将严重影响整个采煤机的开采进度,严重影响企业效率。为了增加采煤机行走机构的使用时间,本论文对采煤机行走机构关键零件进行强度分析和疲劳分析,并提出相应的改进意见。
  本论文主要介绍了滚筒采煤机的工作原理及对行走机构进行了介绍,并提出了采煤机行走机构关键零部件经常出现的一些问题。
  运用SolidWorks三维建模软件,按照零件的工程图纸,对采煤机行走机构关键零件建立简化的实体模型。并对齿轨轮受力分析,计算采煤机在不同工况下工作时,其前、后导向滑靴受到的力的大小,为后面采煤机行走机构关键零件的分析奠定基础。
  利用有限元法对齿轨轮的弯曲和齿轨轮与销轨的接触分别在最大载荷下做强度分析,在额定功率下做疲劳分析,并对齿轨轮进行改进;其次,对销轨进行强度分析和疲劳分析;最后,对不同工况下的前后导向滑靴进行强度和疲劳分析,根据分析结果进行改进。
  通过本论文的研究,进一步明确了导致采煤机行走机构关键零件损坏的因素,为其今后的设计和优化提供了依据。
[硕士论文] 张骎
矿物加工工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当前,全国大多数选煤厂在重介选煤的工艺控制方面、原生煤泥处理的浮选选煤方面以及压滤生产系统方面均采用传统的人工控制工艺,依靠操作工人的经验和判断,通过眼看、手摸等操作方式来获取数据。虽然在某些环节实现了智能化,如入洗原煤处理量自动控制功能、重介精煤灰分在线检测功能等,但是在某些关键环节仍未实现智能化控制。针对当前涡北选煤厂在人工控制生产方式中存在的缺点和不足,设计一套智能化工作系统可以有效地提升选煤厂的工作效率以及选煤工作的工作质量。
  本文针对当前涡北选煤厂的生产作业系统中存在的问题,提出深度整合重介系统、浮选系统、加压过滤系统、浓缩压滤系统,将各系统整合为一整体,建立清洁低碳、安全高效的现代化、智能化选煤厂的设计思路,以提升各环节自动化水平,提高工作效率,减轻职工劳动强度。在综合分析国内外选煤厂工艺施工技术的基础上,完成重介生产系统、浮游生产系统、压滤生产系统及其他辅助生产系统智能化的设计。用信息化手段管理设备,提高对设备维护的及时性、可靠性。能够对设备运行状况进行监控,实现不同系统间的数据共享,有利于控制系统的完善。实现药剂添加精细化管理,节约生产成本,为生产系统提供可靠实时数据。进而提升选煤厂生产管理的秩序化、合理化,使生产管理人员掌握更多、可靠的生产数据,提高决策的正确性和及时性,并降低生产成本,稳定产品质量,提高精煤产率,提升选煤厂经济效益,有效地提升选煤厂的工作效率,进而增强选煤厂市场竞争力。
[硕士论文] 胡鸿飞
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿用电机车是矿井运输矸石、材料或人员的主要运输工具。目前各矿使用最多的电机车为铅酸蓄电池与直流电机的组合,铅酸蓄电池电机车虽无需架线、运输便利,但是铅酸蓄电池充电时间长,所需充电配套设施投入大;直流电机因换向器和电刷的存在,加大了井下瓦斯爆炸的隐患。本文以缩短充电时长,提高动态功率输出为主要出发点,将超级电容器作为矿用电机车储能电源,永磁同步电机作为牵引电机,以超级电容器的储能控制为探讨点,着重探讨矿用电机车超级电容动力电源的充电与放电的控制。
  首先介绍了超级电容的储能原理与充电特性,以型号为XK2.5-6/48-2A的蓄电池电机车的参数作为依据,配置了合适的超级电容电池组以及永磁同步电机,确定了矿用超级电容电机车恒流转恒功率的充电策略。随后,设计了以PWM整流变换和双向DC/DC斩波变换为核心的超级电容充放电主电路,其中双向DC/DC变换器在超级电容充电和吸收回馈能量时工作于降压模式,在电机车正常运行时工作于升压模式。针对充电与放电,分别设计了合适的控制策略,以实现超级电容的快速充电以及电机车制动时能量的快速吸收。
  在MATLAB软件中搭建了矿用超级电容电机车的充电控制系统与放电控制系统。通过超级电容充放电模型的仿真,对所提控制策略进行了验证,证明了超级电容恒流转恒功率充电的快速性与可靠性,超级电容作为电机车电源对制动能量吸收与再利用的可行性。对储能控制系统的软硬件部分进行了分析与设计,做了部分实验,验证了储能控制系统和硬件电路的正确性。
[硕士论文] 石长伟
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源是我国国民经济和社会发展的基础性能源与重要原材料。近年来,由于煤炭资源的高强度开采,所造成的地表沉降和环境问题也日益显现,为满足矿井安全开展‘三下’采煤工作的需要,恢复与重建矿区生态环境,对矿区的地表移动沉陷进行持续的监测显得极为重要。对于传统的地表监测方法来说,其工作周期长、劳动强度大且覆盖面积也有限,不能适应矿区生产的要求。随着我国第三代“北斗”卫星导航定位系统的组网,GNSS技术的精度得到了很大的提高,与之相关的自动化监测设备、CORS-RTK技术等在矿山测量中应用也得到了推广。受矿区地理环境的影响,地表移动沉陷的规律也较复杂,同时,由于GNSS技术受高程精度限制较大。因此,本文针对朱集东矿1222(1)工作面的地表移动变形规律及探究CORS-RTK技术在矿山测量中应用的精度及RTK高程、高差代替四等水准测量的可行性。本文所做的工作和成果如下:
  通过对朱集东矿1222(1)工作面进行资料收集、选点埋石、外业数据采集、数据整理等工作,结合矿山开采沉陷理论及矿山开采沉陷综合数据处理与分析软件MISPAS软件、HGO等进行外业数据进行计算及分析,求取地表移动变形参数,绘制了地表移动变形图,分析了地表移动变形规律等。
  通过对1222(1)工作面附近村庄的监测点观测,结合“三下”采煤的相关理论和要求,求取村庄监测点的移动变形量,采用村庄三维变形显示系统软件简称“3DMS软件”对村庄监测点的移动变形进行可视化显示,在此基础上分析村庄变形规律及变形趋势。
  通过对高程系统理论知识的学习,对高程转换模型进行研究,建立了二次曲面模型、多面函数模型、BP神经网络模型三种高程转换模型,并采用1222(1)工作面前期静态数据训练,验证了高程转换模型的精度和可靠性,在此基础上对外业采集的CORS-RTK数据进行高程转换,将转换后的高程、高差与四等水准测量的高程、高差进行对比,探究了RTK高程在矿山开采中代替四等水准测量的可行性。
[硕士论文] 张志远
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:液压支架是综采中最重要的设备之一。液压支架的可靠和稳定支撑不仅关系到煤层的开采成本,而且关乎相关工作者的人身安全。传统液压支架的四连杆构型,虽然也能起到基本的支撑作用,但由于自身结构存在不合理之处,承载能力有限,且不能承受侧向压力,产生了诸多不良影响,造成了各种不同的损害。与此同时,并联机构以其高稳定性、高承载能力、高精度等优点逐渐进入机构研究者的视野。在这样的背景下,相关工作者创造性将并联机构运用于液压支架,开展了相关工作并取得了一定成果。并联液压支架更有利于实现电液控制,控制顶梁下沉速度,降低对支架造成的冲击力,充分利用岩层自身的承载能力,这些都有利于支架保持持久、稳定的工作性能,提高支架可靠性,延长支架使用寿命。因此,并联液压支架研究对于提高液压支架性能、提高煤炭一线工作者安全保障以及降低煤炭开采成本,具有重大理论意义和实际应用价值。
  本文在前期工作者的理论基础上,将两种新的并联机构应用于液压支架,提出两种新型构型的并联液压支架,并从理论和模拟两个角度研究了新机构的可行性和可靠性。为液压支架的发展提供了新的思路,使并联液压支架的研究又向前迈进了一步。
  第一,对3-SPS/PPS、3-SPS/PS并联机构的自由度分别进行了精确的推导,并得到两机构分别是五自由度三转动两移动的并联机构和四自由度三转动一移动的并联机构。后又对机构的消极运动副、驱动副等逐个进行了分析。构型确认无误后,将并联机构成功应用于液压支架的并联支撑机构,完成其在顶梁和底座位置布局。最后,确定了液压支架的总体三维模型并介绍其主要零部件和功能。
  第二,雅可比矩阵对于机构的位形研究具有相当重要的参考价值。从3-SPS/PS和3-SPS/PS构型出发,选择适用于它们机构自身的求解方法分别求解出各自的机构雅可比矩阵。再令各自的雅可比矩阵为零,求解出机构的奇异位形,为避免机构卡死提供了有效的参考。
  第三,在Solidworks中建立机构模型,利用与ADAMS软件的Exchange/Pro接口成功将模型导入ADAMS中,在赋予机构低副和驱动后进行仿真,得出机构的正反解运动曲线图。
  第四,将在Solidworks中建立好的模型导入到ANSYS中,分别对其进行模态分析、静力分析和预应力模态分析。分别得出机构自然状态下的固有频率、机构承载能力和承受载荷下的固有频率,为机构的实物设计提供了很好的理论支撑,避免了不必要的设计失误,大大减少了研发费用。
  总之,本文的研究是并联液压支架研究领域的新成果,设计的新型构型并联液压支架具有重要的实际应用价值。将有望应用到井下和相关领域的实际工作中去,为使用者提供便利。
[硕士论文] 王振兵
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着科学技术的不断革新及工程应用领域的持续扩展,对InSAR技术监测精度要求也在不断提高。由于大气水汽在时空上的不稳定特性,大气延迟相位误差的去除工作面临着严峻考验。虽然在该技术发展的道路上,不断有学者提出在大气延迟方面改进InSAR监测精度的方法,如利用GPS数据、MERIS/MODIS近红外水汽数据及一些地面气象监测数据等外部数据去除大气影响,或利用一些改正模型进行延迟相位的估计等方法去除大气水汽延迟误差,但至今仍没有一个统一的改正方式来去除大气延迟相位的影响。本文所研究的利用空间插值的方法去除大气紊流层的影响,提高InSAR技术的监测精度,对应用于煤矿区地表沉降监测上有一定的实用意义。
  本文主要在InSAR中大气水汽延迟改正方面,从利用反距离权重法和普通Kriging插值两个空间插值方法方面对大气紊流层影响进行了改正研究。并以袁店二矿矿区地表沉降作为研究对象,本文的主要研究内容如下几点:
  1.首先论文中利用反距离权重法的空间插值方法对大气水汽延迟相位在InSAR中的影响进行改正,并利用三等水准观测数据进行了改进结果的验证,结果表明,改正后地表形变监测数据比改正前的地表形变监测数据更为与水准监测数据一致,在InSAR技术监测缓慢微小地表形变方面平均改善程度有较大提高。
  2.其次选取紊流层大气相位函数时,分别运用了指数模型、球面模型、高斯模型三种变异函数模型,通过结果对比分析,最终选取了高斯变异函数模型。并在监测区域选取了相干系数相对较高的样本点,并将这些样本点插值到整个干涉图中,利用基于高斯变异函数模型的克里金插值算法将紊流层大气延迟相位插值到整个干涉空间,之后将紊流层大气延迟相位去除。并将反距离权重法与克里金插值法两种校正方式结果与水准测量数据对比分析及进行可靠性验证,从得出的结果中可知,在此监测区域前者的改正效果要优于后者的改正效果。
  3.最后利用D-InSAR融合ArcGIS技术对淮北矿业集团某矿的雷达遥感数据进行的地表形变分析,主要分析了随着时间的推移,同一矿区的地表所发生的沉降变化。随后选取了淮北矿业集团某矿在此期间进行煤层开采的7225开采工作面,并对其开采期间的地表沉降规律进行了精细化分析,随后利用水准观测数据验证大气改正前后InSAR的监测精度,从结果中可知,在形变量较大区域,大气延迟改正后的监测结果变化并不明显,而对于长期微弱缓慢形变区域,大气延迟改正后监测结果的精度具有明显提高。
[硕士论文] 张广汉
大地测量学与测量工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:地下煤炭资源被采出后,会引起岩层和地表在时间和空间上产生复杂的移动变形,这种移动变形对矿产资源安全开采、自然环境、居民日常生活都会造成一定的影响。随着我国煤炭资源的不断开采,重复开采现象越来越频繁。重复开采是在首次开采对岩层和地表破坏的基础上,再次对岩层和地表造成破坏,地表会发生更加剧烈的移动变形。目前对重复开采的研究还不成熟,研究重复开采引起的地表移动变形规律具有十分重要的意义。
  本文以朱集东矿1111(3)重采面为研究对象,结合1111(1)首采面已有成果和1111(3)重采面的实测数据完成了:各期观测移动变形量的计算、绘制移动变形曲线图、计算地表移动稳定后主断面内由实测资料获得的基本参数。根据以上成果并结合地质采矿条件,分析了1111(3)工作面地表移动变形规律,总结该地质采矿条件下重复采动地表移动特点。本文以经典的概率积分法模型为基础,利用模矢法和遗传算法求取1111(3)工作面的预计参数和预计值,将两种方法求出的预计结果与实测值进行分析比较。分析结果得出:遗传算法的预计精度高于模矢法、走向预计结果优于倾向预计结果、下沉预计结果优于水平移动预计结果。同时通过对比发现移动盆地有边缘收敛过快的问题,因此提出了一种改进的概率积分法模型,以修正后的模型为基础,利用遗传算法重新求取1111(3)工作面的预计参数和预计值。结果表明:修改后的模型有效的解决了移动盆地边界收敛过快问题,提高了预计精度。本文的研究内容可为其他类似地质采矿条件下的矿区研究重复采动地表移动变形规律提供一定的参考。
[硕士论文] 乔方
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市化进程的加快,所需要的经济建设不断加大,高层建筑、大型水利工程、矿区采空区、桥梁工程等工程设施建设不断增加。这使得对地表进行动态变形监测,成为现代研究中的重要内容。动态变形有着极其复杂的内在规律,并非单个因素干扰形成的,每个因素都有所贡献。掌握变形体的变形程度是变形监测的首要目的,根据变形程度的范围判断是否在安全系统内,如果超出安全范围就要采取方案来防止产生灾害,至此,可以看出变形监测的目的不仅仅是监测变形,更重要的是防止灾害发生,确保人身安全。
  本文重点针对位于朱集东煤矿1222(1)工作面的前圩村,对村庄进行监测,以保障村庄的安全。首先,通过建立实时自动化监测系统,获取高频的GNSS数据,时间间隔为1s。其次,利用Kalman滤波方法对获取的高频GNSS数据进行处理分析。最后,通过建立有效的预报模型,进行科学的灾害防治。文章选取采用了两种滤波方法进行实验和分析对比,分别是标准Kalman滤波算法、方差补偿自适应Kalman滤波算法。通过实验对比发现,方差补偿自适应Kalman滤波算法能更好的避免滤波发散,并且较标准Kalman滤波算法,精度较高,其预报值更加接近真实值。同时,为了确定最佳常规测量的时间间隔,文章分别采取了1天、5天、10天和15天的时间间隔进行实验,通过对不同时间尺度下的观测数据进行对比实验发现,时间间隔越短,精度越高,可以达到四等水准的精度要求,但时间间隔越短,所需的成本越高,操作难度越大,考虑以上两点,本文最终确定以10天的时间间隔作为常规测量的时间间隔。实时自动化监测系统和Kalman预报模型的建立可以更精确,更及时发现局部地表的变形情况和趋势,对地表动态变形监测的安全性有了进一步的提升。
[硕士论文] 李杰卫
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭资源在我国的能源中占主要地位,煤炭的开采利用一方面促进了经济社会的发展,另一方面,煤炭的开采造成了地面的塌陷,破坏了地表的生态环境平衡。为了治理煤矿开采塌陷区,将煤矸石作为塌陷区的土地复垦和充填开采的充填基质,不仅可以消耗大量的煤矸石,减少煤矸石带来的环境污染,而且可以降低地表塌陷的破坏程度。但是煤矸石受外界因素的影响作用较大,极易发生变形,最终导致充填区地表沉降和地表环境产生不同程度改变。因此,煤矸石充填区地表变形特征及其对地表环境的影响是需要研究解决的关键问题之一。
  论文选取潘集矿区的不同粒径大小煤矸石作为复垦试验的充填基质,构建室外试验模型,探究自然堆存状态下不同类型煤矸石变形沉降机理,并且开展不同块度煤矸石颗粒级配数值模拟实验研究,探究不同级配煤矸石颗粒在不同围压下,煤矸石颗粒的峰值强度变化特征以及煤矸石颗粒体应变与轴向应变之间的变形特征;论文主要取得以下结论:
  (1)在自然堆存煤矸石级配充填复垦试验中三个试验模型的沉降速率呈现两阶段变化特征,试验前期模型沉降速率呈现弹性变化,沉降速率曲线整体呈现“波浪型”,且前期各监测周期内模型沉降速率较快,随时间的推移后期模型沉降速率趋于平稳的变化过程,试验后期下沉速率最小;在监测周期内三种级配充填模型沉降值变化不同,各试验模型前期沉降值增加较快,呈线性变化,后期沉降值变化较小,趋于稳定变化。
  (2)降雨和降雪对试验模型沉降速率影响较大。通过对降水前后监测的数据进行分析,降雨和降雪增加了模型矸石堆的荷载,使试验模型短时间内沉降速率增加较明显,并且降雨或降雪量以及降雨持续时间对模型地表沉降变形具有明显的滞后效应。
  (3)通过对比不同数值分析模型,在三个试验模型沉降的前期,AR模型预测数据误差小拟合效果最好,GM模型预测数据拟合效果较差,预测数据拟合曲线波动较大,主要原因是实测数据量较小,不能够体现数据的整体动态变化趋势。在试验模型沉降后期,各预测分析模型的预测值拟合精度提高。
  (4)煤矸石压缩变形试验分析表明,不同级配模型其应力-应变及轴向应变-体应变曲线均呈现三个阶段变化趋势。大粒径煤矸石组模型峰值强度小于小粒径煤矸石组模型,主要是因为部分细颗粒填充了粗颗粒之间的空隙,粗细颗粒之间相互接触咬合,增加了抗压强度。并且随轴向应变增加,单一级配煤矸石模型体积变化较大,混合级配方案模型体积变化较小。
[硕士论文] 盛祎
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿用电机车是煤矿井下生产的重要运输设备,电机车多使用铅酸蓄电池作为其储能装置。铅酸蓄电池一直被应用在矿用电机车上,具有安全性能和能量密度高的优点,适合有瓦斯或功率需求大的场所。另一方面,铅酸蓄电池存在体积大、续航能力差、充电时间长、维护工作麻烦等缺点,由于超级电容可反复上万次充放电,循环寿命长,且功率密度高,可瞬时吸收或释放大电流,在体积和使用温度范围上均优于传统电池。因此本文提出使用超级电容来弥补铅酸蓄电池性能的不足,利用蓄电池与超级电容工作特性的互补之处,将两者混合使用组成矿用电机车新的储能系统。
  本文提出基于蓄电池和超级电容的混合储能方案,在该系统中蓄电池作为能量主要来源,超级电容为辅助电源。利用超级电容功率密度大、可短时间大容量放电的特性,在电机车启动时减小电流波动对蓄电池的冲击,延长蓄电池使用寿命,在电机车制动时吸收电机的再生电能,减少电机车能耗,利用蓄电池能量密度大的特性在系统稳定运行时提供平稳电能,降低对超级电容容量要求。选取永磁同步电机作为电机车的驱动电机;基于双向DC/DC变换和三相PWM整流设计出混合储能电路拓扑;利用单闭环和双闭环控制实现对蓄电池和超级电容的预充电设计;对蓄电池和超级电容分别做了容量计算和功率分配。在此基础上,采用PID调节方法控制DC/DC变换电路,完成对电源侧直流电的升压;通过三相PWM整流实现电能由电源端供向电机端;通过三相PWM逆变实现电机车制动时电能由电机端反馈回电源端;针对电路拓扑进行软硬件设计;最后在matlab/simulink平台搭建仿真模型,通过仿真分析验证该方法的可行性。
[硕士论文] 徐梅
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿产资源的开采会对开采区域周围的岩体产生一定的破坏,根据岩体的物理学性质以及地球重力因素的影响,围岩和岩体上方的地表会产生一定的移动、变形、下沉和相对应出现的破坏。在矿区的生产实践中,为获得相关的沉陷与地表移动预计参数,在进行开采以前,根据地质采矿条件和矿区工作面的开采程度选择合适的预计函数,事先计算出开采产生的破坏对地表的影响,及时对变化情况作出反应,进而制定指导矿区生产的科学合理的方案。
  大部分矿区在生产实际中使用概率积分法来预计地表的移动和变形。但是概率积分法函数模型的系数矩阵实际上是由观测值构成的,观测值不可避免的存在误差进而使系数阵也存在误差,因此在求取预计参数时需要考虑系数矩阵的误差;同时在进行大规模的重复测量时,观测值中会混杂一些粗差或者异值,在使用最小二乘法曲线拟合求取预计参数时,受异值和粗差的影响,预计结果容易失真。针对上述出现的两种情况,本文提出了概率积分法曲线拟合模型下的总体最小二乘抗差算法。研究的主要内容和成果如下:
  1.研究最小二乘、总体最小二乘以及总体最小二乘抗差的基本原理和解算方法,通过算例分析得出总体最小二乘抗差算法能有效的解决系数矩阵误差和观测值存在粗差的情况。
  2.分析总体最小二乘抗差算法在实际测绘工作中的实用性以及利用这种算法计算概率积分法预计参数的可行性。通过介绍概率积分法的基本原理得出使用上述三种算法求取概率积分法预计参数的数学模型和随机模型。
  3.利用朱集东煤矿1222(1)工作面的地表移动观测站实测数据分别采用最小二乘算法、总体最小二乘法和总体最小二乘抗差算法进行预计参数的求取和拟合精度的评定,结果表明,通过总体最小二乘抗差算法求得的预计参数更符合实测沉陷的变化规律,且精度最高。
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