采场三机姿态智能感知理论与实践

序
前言
变量注释表
章绪论 1
1.1 综采工作面三机姿态智能感知简介 1
1.2 三机姿态智能感知国内外研究现状 3
1.2.1 煤矿智能化开采 3
1.2.2 采煤机姿态监测方法 6
1.2.3 液压支架姿态监测方法 7
1.2.4 刮板输送机姿态监测方法 8
1.2.5 光纤光栅传感技术简介及其在采矿中的应用 10
第2章综采工作面三机协同运行工艺 15
2.1 采煤机结构及运行过程 15
2.1.1 采煤机结构 15
2.1.2 采煤机运行过程 15
2.2 液压支架结构及运行过程 17
2.2.1 液压支架结构 17
2.2.2 液压支架运行过程 18
2.3 刮板输送机结构及运行过程 19
2.3.1 刮板输送机结构 19
2.3.2 刮板输送机运行过程 19
2.4 综采工作面三机协同运行过程 20
2.4.1 综采工作面三机协同运行方式 20
2.4.2 采煤机定位下液压支架跟机 23
2.4.3 采煤机定位下自适应截割 25
2.5 综采工作面采煤工艺智能化系统 26
第3章光纤光栅智能感知基本理论 28
3.1 光纤基本结构 28
3.2 光纤光栅传输理论 29
3.2.1 光纤光栅耦合模理论 29
3.2.2 光纤光栅传输矩阵理论 33
3.3 光纤光栅智能感知原理 35
3.3.1 光纤光栅制作和写入技术 35
3.3.2 光纤光栅结构及智能感知原理 36
3.3.3 光纤光栅特征参数 37
3.4 光纤光栅智能感知模型 39
3.4.1 光纤光栅应变感知模型 39
3.4.2 光纤光栅温度感知模型 41
3.4.3 光纤光栅应变-温度交叉感知模型 42
3.4.4 光纤光栅准分布感知模型 44
3.5 光纤光栅反射光谱特性分析 45
3.5.1 光纤光栅反射光谱特性影响因素 45
3.5.2 光纤光栅优选反射率特性分析 47
第4章光纤光栅-基体耦合的智能感知传递机理 49
4.1 基体结构表面粘贴光纤光栅的智能感知传递机理 49
4.1.1 感知传递模型与基本假设 49
4.1.2 感知传递理论分析 50
4.1.3 感知传递影响因素分析 56
4.2 基体结构表面刻槽粘贴光纤光栅的智能感知传递机理 62
4.2.1 感知传递模型与基本假设 62
4.2.2 感知传递理论分析 63
4.2.3 感知传递影响因素分析 68
4.3 基体结构表面粘贴基片式光纤光栅的智能感知传递机理 71
4.3.1 感知传递模型与基本假设 71
4.3.2 感知传递理论分析 72
4.3.3 感知传递影响因素分析 75
4.4 光纤光栅-基体耦合的智能感知传递测试实验 77
4.4.1 基体结构表面粘贴光纤光栅的智能感知传递测试实验 77
4.4.2 基体结构表面刻槽粘贴光纤光栅的感知传递测试实验 82
第5章综采工作面液压支架运行姿态智能感知理论 87
5.1 液压支架-围岩作用模型 87
5.2 液压支架运行姿态类型 88
5.3 液压支架运动特征及运动学模型 90
5.3.1 液压支架运动特征 90
5.3.2 液压支架运动学模型 91
5.4 液压支架姿态智能感知的基本指标 93
5.4.1 顶板与液压支架顶梁的理论回转角 93
5.4.2 液压支架姿态与工作阻力的关系 94
5.4.3 基于液压支架-围岩刚度耦合理论的液压支架姿态分析 95
5.4.4 液压支架姿态的稳定性监测指标 97
5.5 液压支架运行姿态智能感知指标体系 102
5.5.1 液压支架顶梁的理论回转角 102
5.5.2 基于液压支架-围岩刚度耦合理论的立柱倾角 102
5.5.3 矿山压力作用下的液压支架姿态 102
5.5.4 结构故障指标 103
第6章综采工作面液压支架运行姿态智能感知系统及工程应用 105
6.1 液压支架运行姿态智能感知系统 105
6.1.1 系统架构 105
6.1.2 系统组成 106
6.2 液压支架运行姿态光纤光栅传感器 108
6.2.1 光纤光栅支架压力表 108
6.2.2 光纤光栅倾角传感器 116
6.3 液压支架运行姿态智能感知信息平台 139
6.3.1 信息平台总体架构 139
6.3.2 信息平台远程控制中心程序设计 140
6.3.3 信息平台客户端程序设计 144
6.3.4 信息平台数据库系统设计 153
6.4 液压支架运行姿态智能感知系统工程应用 157
6.4.1 工程概况 157
6.4.2 液压支架姿态监测内容及监测方案 159
6.4.3 液压支架姿态分布特征 161
6.4.4 液压支架顶梁姿态分布规律 165
6.5 基于BP神经网络的液压支架运行姿态决策方法 167
6.5.1 液压支架顶梁姿态决策指标体系 167
6.5.2 BP神经网络基本理论 171
6.5.3 基于BP神经网络的顶梁姿态决策模型 175
6.5.4 液压支架顶梁姿态决策仿真分析 177
第7章综采工作面采煤机运行姿态智能感知关键技术及工程应用 184
7.1 采煤机空间运动学模型 184
7.1.1 采煤机工作空间 184
7.1.2 采煤机姿态表达 185
7.1.3 采煤机位置表达 186
7.1.4 采煤机空间运动方程 190
7.1.5 采煤机运行姿态智能感知原理 195
7.2 基于捷联惯性导航系统的采煤机姿态解算策略 196
7.2.1 采煤机姿态更新算法 196
7.2.2 采煤机姿态更新误差分析 199
7.2.3 采煤机姿态解算策略 200
7.2.4 采煤机初始姿态确定 202
7.3 采煤机自主定位系统误差模型及处理技术 203
7.3.1 采煤机动力学模型 203
7.3.2 自主定位系统误差模型 206
7.3.3 陀螺仪零偏补偿技术 208
7.3.4 加速度计零偏补偿技术 212
7.3.5 传感数据预处理技术 214
7.4 采煤机捷联惯性导航系统误差校准及补偿技术 218
7.4.1 捷联惯性导航系统安装偏差角校准方法 218
7.4.2 杆臂效应误差及补偿技术 221
7.4.3 模糊自适应卡尔曼滤波技术 225
7.5 工程应用 226
7.5.1 矿井及工作面概况 226
7.5.2 智能工作面建设目标 227
7.5.3 智能工作面配套系统 227
7.5.4 智能工作面应用效果评价 237
第8章综采工作面刮板输送机直线度智能感知方法 238
8.1 刮板输送机弯曲形态表征 238
8.2 刮板输送机直线度光纤光栅智能感知机理 239
8.2.1 光纤光栅曲率智能感知机理 239
8.2.2 光纤光栅三维曲率智能感知机理 239
8.3 刮板输送机直线度光纤光栅三维曲率传感器 241
8.3.1 光纤光栅三维曲率传感器设计 241
8.3.2 光纤光栅三维曲率传感器数值模拟研究 243
8.4 刮板输送机直线度感知实验 245
8.4.1 光纤光栅三维曲率传感器标定测试 245
8.4.2 刮板输送机直线度测试实验 245
8.4.3 刮板输送机直线度误差分析 248
8.5 工程应用可行性分析 250
8.5.1 工作面概况 250
8.5.2 工作面设备配置 251
8.5.3 刮板输送机直线度智能感知系统构建 251
参考文献 260