端帮采煤技术报告书

第一篇：端帮采煤技术报告书

报告正文

（一）端帮采煤机在中国的发展前景 1 端帮采煤技术与端帮采煤机

1.1 概念介绍

1）端帮采煤技术

端帮采煤技术就是利用露天煤矿采场端帮出露煤层布置采煤设备进行原煤开采的技术，不需要单独进行剥离或基建，能实现高产量、最大化回收矿山资源并降低生产成本。整个系统的操作、维护全部在矿山外部地面完成,无需任何人员进入巷道作业。伴随着采煤设备的不断更新，端帮采煤技术的工艺形式也在不断变化，其主要的生产工艺为:端帮井巷工程采煤工艺、端帮螺旋钻采煤工艺、端帮采煤机采煤工艺。

端帮采煤技术伴随着露天开采的发展得到不断发展，最早的端帮采煤技术受到技术装备落后的限制，主要的形式即在露天煤矿端帮煤层布置巷道，在巷道之间留设保安煤柱。这种方式技术简单，相当于露井联采的生产工艺。螺旋钻端帮采煤工艺在国外出现的较早，国内在上世纪70~80年代开始在一些矿山应用，由于受技术装备的限制，该工艺生产能力小，生产效率低，在露天煤矿的应用效果不太理想，但是由这项技术发展而来的螺旋钻采煤技术在国内井工矿薄煤层开采中得到了广泛的应用。端帮采煤机采煤工艺是近几年才出现的新型端帮采煤技术，端帮采煤机的切割部类似于井工矿的房柱式采煤机。端帮采煤技术随着技术装备水平的提高适应能力不断增强，在露天煤矿端帮煤开采、薄煤层开采方面有广泛的应用前景。端帮采煤主要技术特点:a、提高了资源回收率，避免边角及境界煤的丢失；b、煤层厚度适应范围广，从0.7~ 6m；c、无塌陷开采，满足保护区、环保区等特殊条件下的开采要求；d、生产能力大，生产效率不断提高，端帮采煤机最大采深可达300m以上；e、可适应破碎顶板、松软底板、波浪形底板煤层开采；f、设备先进，实现无人工作面生产，自动化控制；g、端帮采煤，不利于端帮边坡稳定；h、延迟内排土场推进，相对增大运距。

2）端帮采煤机

端帮采煤机是一种露井联合的新型采掘设备，是一种能实现高产量，最大化回收矿山资源及降低生产成本的端帮开采技术。它适用于多煤层、薄煤层、地形复杂、剥采比大的不适宜全部剥离的矿山。尤其对内排前的露天矿边帮压煤，可以有效地回采，提高整个矿山资源回采率。另外，在矿山露头煤层的开采过程中，此系统可以在因露天矿剥离覆盖层而形成的狭窄台阶上进行开采，也可以根据煤层的分布，在露头煤层周围进行端帮开采，还可以沿着煤层的走势进行沟壑开采以及在螺旋钻开采过的煤层继续开采。端帮采煤机对厚度在0.76～5.5m的煤层，有60～70%高回采率，对开采价值高的薄煤层有使用价值，是一种安全高效的端帮采煤设备。端帮联合采煤机通常布置在待开采的煤层端帮前方的空地或台阶，即可对水平或倾斜等较复杂条件的煤层进行开采，系统控制的截割头由液压缸通过推进臂推入煤层进行截割，被截割下的煤炭通过推进臂系统运出巷道，转至外部的旁侧地面堆放，最终在开采端帮形成一系列矩形断面的平行巷道。

1.2 发展优势

1）安全：端帮采煤技术以安全生产为前提，端帮采煤系统操作控制可以在井口外部地面完成，无需人员进入巷道，全矿生产人员以完成整套设备开采作业及维护的所有工作；

2）高效：用人少，产量高，适用面广，可用于回收高价值的超薄煤层，可广泛应用于薄、中、厚煤层的回收；在美国自燃保护区，端帮采煤机成为开采较浅煤层的首选。对于0.7~6.4范围的煤层端帮采煤机工艺的回采率能够达到60%~75%，远远高于国内中小型煤矿的回采率；

3）先进：端帮采煤机配备人机智能操作系统，通过惯导系统可以全方位控制整个设备循环工作，监视设备工况并进行故障诊断；端帮采煤机将惯导系统定位与测姿技能很好的结合在一起，以保证在整个作业过程中，明确端帮采煤机推进臂的方位及姿态，进而很好的保证开采工作安全进行，避免出现推进臂刮帮等问题；

4）经济：有利于煤炭资源的回收，无需支护及大量建矿任务等工作，总成本低；

5）环保：端帮采煤机开采过程中对地表植被破坏程度低，符合国家资源、环境政策；

6）其它：端帮采煤机设备操作容易、维护简单。1.3 市场需求

由于露天煤矿的端帮、边帮受边界到界、边坡稳定等开采限制，出现了部分煤炭储量不得不被放弃或剥采比大、优质煤出露慢的情况，致使露采成本变大，经济效益差。为此，煤炭产业部调整发展思路，坚持效益优先和价值导向，根据各露天煤矿实际生产经营状况，积极开展露天煤矿露井联采、端帮采煤等新技术、新工艺、新装备研究。

随着煤炭行业降耗增效发展模式的需求，端帮采煤机的市场也越来越大。而且目前国内使用的相关设备--联合采煤机有80多套，全都是国外进口的，更不用说真正意义上的端帮采煤机。我校正在研发制造无人智能重达230吨，是中国第一台国产的端帮采煤机。

生产端帮采煤机不仅增加适用范围，而且能够降低成本。我国生产的端帮采煤机不仅技术比进口设备先进，且端帮采煤机的生产弥补了国内生产的空白，振兴了民族产业。

我国经济的快速发展对煤炭需求大幅增加，高速高效工作面得到快速发展，大功率采煤机市场需求日益增加，但在此之前采煤机生产能力仍然有限，这样不仅不能真正的实现高产高效工作面，而且回收率较低。端帮采煤机本身具有防滑坡、防砸功能。因此，在未来市场上，端帮采煤机有着不容小觑的市场需求。

第一、端帮采煤机的兴起，有利于更快的提高露天矿资源回收率，节约国家资源，对于我国倡导绿色循环经济以及可持续发展，具有十分重要的意义。近些年来，我国煤炭开采量仍旧保持高速增长，煤炭产量仍然位居世界第一位，2013年的煤炭生产量从2009年的30.5亿t增长为37亿t，到2014年，煤炭生产量初步估计为40亿t。而2013年世界煤炭产量为66.9亿t，中国占世界煤炭产量从2009年45.6%到2013年65%，按照这样的消耗速度来计算，我国的煤炭开采年限将在100a左右，而拥有煤炭资源最多的美国则可以开采250多年。俄罗斯大于500年，德国为317年，印度为235年。我国煤炭的储采比不但比世界主要采煤国家低，而且低于世界204年的平均水平。

第二、随着我国露天开采技术水平的提高，并逐渐达到世界先进水平，纵观各种采矿工艺，如单斗—卡车开采工艺、单斗—自移式破碎机或半固定破碎站—带式输送机开采工艺和吊斗铲倒堆开采工艺已经在矿山得到了良好的应用，端帮运输系统和露天采矿机也逐步的得到了业界的认可和推广，露天开采技术发展的下一个热点将是进一步提高露天矿端帮资源回收技术。

第三、目前对露天矿端帮资源的开采已经取得一些进步，特别是那些深凹的金属露天矿山，对端帮煤矿采用“挂帮开采”，已经有很多成功的案例。通常都是采用扩帮开采技术、平硐—溜井联合后退式开采及井工开采方式。对于水平或者缓倾斜矿床的露天矿，由于内部排土的存在，需要及时的对端帮资源进行回收才能获得更好的经济效益，否则很可能会造成永久性资源浪费。对于大部分水平或缓倾斜的露天煤矿，对端帮资源的回收进行了大量的研究，同时也取得了相当多的成果，但仍然存在着资源回收率低、未能解决好端帮边坡稳定及塌陷的问题，在实际中并没有得到大量的推广应用。因此对端帮采煤机的研发，不但对节约煤炭资源及提高资源利用率具有意义，而且对进一步提高我国露天开采综合技术水平有促进作用。

1.4 国内外发展现状

随着国家经济的快速发展，其对煤炭行业的发展提出了更高的要求，端帮采煤技术能够有效的提高煤炭的回收率，本节主要从国外、国内来讲述端帮采煤技术的发展现状。

1.4.1 国外发展现状

国外对端帮开采的研究起步较早，特别是以美国为首的发达国家，专门开发了用于端帮采煤的端帮采煤机，并得到了广泛的应用。以美国SHM公司为代表的企业，1994年正式推出了用于开采露天矿端帮及露头煤的联合采煤机。SHM 端帮联合采煤机是基于连续采煤机开采方法的端帮开采技术的集大成者，具备了简洁、安全、自动化、模块化、机动性等多种特点，生产能力和生产效率都达到了很高的水平，能最大化回收矿山资源及降低生产成本。它是第一个露天开采和井工开采相结合，发挥设备最大效益的端帮采煤设备，能在露天矿台阶上直接开采水平长度300m以内、厚度0.76～5.5m的端帮煤。该机适用于开采煤体支撑性好，顶板中等稳定、煤层平坦、起伏不超过12°、厚度不小于0.7 m 的煤层。作业时无需任何操作人员进入巷道工作，采煤过程全部自动完成，所有控制行动均在地面完成。日常操作上也只需3、4 人即可完成。由于无需支护及大量建矿任务，因此经济性非常好。2007年，SHM被特雷克斯收归旗下，此后又随特雷克斯其他矿业产品线并入比塞洛斯，如今又成为卡特彼勒的一道独特风景，卡特彼勒称之为露井联合端帮采煤系统。无论在哪家旗下，近20年来，端帮联合采煤机已经在美国、俄罗斯、印度等国的数十座煤矿投入使用，经过不断改进，其单洞开采深度已由最初的30m提高到300m，日产煤量最高可达7000t，月产量约为11万t。

端帮采煤机对开采价值高的薄煤层有极大的使用价值，是一种安全高效的端帮采煤设备。基于这一基础，我国近些年正在对端帮采煤机进行研发。

1.4.2 国内发展现状

端帮采煤机技术对于提高我国煤炭资源的回采率以及薄煤层露头煤的开采，具有重大意义。我国北方省市，特别是内蒙古，陕西以及山西地区，拥有数量众多的小型露天煤矿（年产60万t至年产300万t),端帮资源及露头煤资源由于目前开采技术条件的限制，传统的井工和露天开采方式都不能有效的回收这些资源，这些煤层不得不被放弃，造成资源的大量浪费。如果考虑使用端帮开采技术，不但可以提高回采率，回收端帮压煤，而且会给企业和社会带来更多的联动效益。

我国至今还没有端帮采煤机的应用，业界对端帮采煤机的实用性和可靠性缺乏试验和研究。我们应该在未来几年内逐步引进试用并加以研究推广。

随着煤炭资源整合的推进，在内蒙古、山西、陕西等一些适宜进行露天开采的矿区，井工转露天的情况不断出现，露天矿的规模和数量都得到了不同程度的增加。尤其在准格尔矿区、神东矿区、河保偏矿区等西北部地区及西南部地区的昭通矿区、小龙潭矿区的一些露天煤矿，虽然煤层层数多但煤层厚度相对较大，端帮煤炭资源在资源储量中将占有一定的比例。采用端帮采煤技术回收端帮煤炭资源，将有利于企业的发展。端帮采煤技术在我国虽然有应用，但形式简单，技术落后，生产效率低，SHM端帮采煤机具有操作容易，维护简单，生产效率高等特点，在我国正处于广泛的研究中。端帮采煤机定位与测姿的迫切需要

2.1 端帮采煤机的作业特点

端帮采煤机一般由六个部分组成：截割部分、导向部分、推进和运输系统、动力卷盘系统、卸载系统、行走系统。其中推进和运输系统是整个端帮采煤机最具特色也是最重要的组成部分之一。重型液压动力站上的巨型液压油缸负责将推进臂组件和截割头模块推入或撤出煤层。推进臂为密封矩形结构，多节铰接组成，其连接不涉及电气及液压连接件。除了承受推力和回撤力，推进臂同时也是运煤工具，推进臂内置了双螺旋运输机，将截割下的煤炭运输到外部地面，其密封结构避免了污染。

端帮采煤机的截割部分由可更换、模块化的电动截割头组成，根据煤层厚度不同，有不同规格的截割头模块可供选择，但其截割头宽度始终是有限的。开采过程中必须由控制室内的计算机系统控制截割头精确地沿煤层厚度进行截割，避开岩石。端帮采煤机的地面部分有一个巨大的圆形卷盘，所有的动力电缆、控制电缆、液压管路、电机冷却水管以及各种传感器管路等，都铠装在高强度防砸的夹具内，随着采煤过程中推进臂的推进或回撤，沿着推进臂侧边的凹槽向截割头提供动力，整个采煤过程中卷盘自动完成管缆的收、放动作。

2.2 端帮采煤机的测姿需求

由端帮采煤机的适用条件可知，端帮采煤技术在开采过程中没有支护，端帮采煤机的应用场地多为地质危险地带，尤其在破碎顶板、松软顶板、节理发育顶板等地质条件下作业时，有可能在开采过程中发生顶板冒落。在厚煤层的开采过程中，有可能出现数吨重的岩石从巷道顶部落下砸到推进臂上。应对这一情况，端帮采煤机对推进臂的材质与焊接技术都有较高的要求，SHM推进臂由高强度耐磨高锰合金钢制成，焊接由全自动焊接机器人完成。当石块砸到推进臂时，只需抽出推进臂，用其他设备移开石块，整个过程耗时不到几分钟。即使这样，也会显著降低工作效率，延缓采掘进度。因此必须考虑在推进臂沿采掘工作面向前推进时应避免碰到巷道顶板。

由端帮采煤机的结构组成和作业特点可知，端帮采煤机在工作时要求推进臂组件和截割头模块在采掘巷道内必须沿直线推进，误差不能大于某一阈值，否则将会导致推进臂刮帮、割顶或卧底现象发生。但纵向可以沿煤层的走势进行起伏。

为实现截割头的正确导向，保障推进臂的推进方向始终在一条直线上，端帮采煤机必须配备可靠的导向系统，即定位测姿系统。使得地面控制人员可以根据此系统返回的信息进行导向，进而用来调整截割头模块的转向以及控制煤柱宽度，使得截割头完全在煤层中进行截割，避免割顶或卧底现象发生。

2.3 端帮采煤机定位测姿研究内容

端帮采煤机定位测姿研究内容是端帮采煤机推进臂前端的姿态测量技术。推进臂的姿态测量技术包括航向角、俯仰角和横滚角的测量。根据端帮采煤机的工作原理可知，航向角是反映推进臂推进方向与工作面走向的角度，俯仰角是反映推进臂与工作面的倾斜角度，横滚角是反映推进臂在与推进方向垂直方向上相对工作面的倾斜角度。

以推进臂前端的俯仰角、横滚角和方位角为基础数据，在推进臂沿采掘工作面向前推进的基础上可衍生出推进臂的推进轨迹，同时也为正确引导推进臂沿直线推进提供控制数据。端帮采煤机推进臂的航向角、俯仰角和横滚角的测量所采用的的坐标系与传统采煤机以采区地质模型为参考坐标系不同，它是以采掘工作平面为基准的，所得到的数据均为相对定位数据。

端帮采煤机定位测姿过程中尤其要注意方位的精确性，如卡特彼勒的端帮联合采煤机HW300就要求300m内左右误差不超过0.2°。现有井下定位测姿技术

当前GPS卫星定位系统已经很广泛地运用于地面设备的定位之中，但由于地表的屏蔽，井下无法接收到GPS信号，因此井下设备的定位以及监控亟需采用一种新的解决方法。3.1 无线传感器网络定位测姿技术

基于无线传感器网络的定位测姿技术是无线传感器网络系统应用于采矿工业的关键性技术之一。井下地形复杂，要有效地对环境和设备进行监测，必须对移动设备精确定位。无线传感器网络由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

经过各国研究者的共同努力，目前已经有众多节点定位机制可用于无线传感器网络。其基本思路大致相同：在传感器网络中部署一定比例的特殊节点，这类节点或拥有较强的能量并可配备GPS系统，或可通过其他特定方式获取自身坐标，称参考节点（reference point）、锚节点（anchor）或形象称之为灯塔（beacon）。其他节点称未知节点（unknown node），通过测量与参考节点的距离、角度，或依据相对位置关系、网络连通性进行一定计算得出自身坐标。通常分为距离测量、坐标计算以及可选的循环求精三个阶段。

上述基本过程中，通过测量与参考节点距离或角度进行定位的方法属于基于测距（range-based）的定位方法，而不通过测距距离、仅依据相对位置关系或网络连通性来进行定位的方法则称之为无需测距（range-based）的定位方法。

无线传感器网络定位测姿技术应用于端帮采煤机的缺点如下： 距离无关的定位算法是对节点位置的一种推测。绝大部分距离无关及其改进算法依赖于节点间的转发和射频通信半径，而无线传感器网络是一个自组织的多跳网络，节点间的路由转发本身就带有一定的随机性。射频通信半径受大气传播条件影响很大，和节点的硬件参数和电池电压也有一定的关系。

AOA方法在测距过程中误差较大，TOA的方法几乎很难实现，由于节点功耗和硬件性能的限制，很难做到精确的时间同步。如果采用射频信号到达时间作为距离计算依据，节点间要做到纳秒级的时间同步才能保证定位精度。但是，由于晶体振荡器的漂移，纳秒级的时间同步在硬件上实现十分困难。目前，到达时间差定位技术（TDOA）算法一般采用射频和超声波信号作为测距的载体，但是超声波信号在空气中衰减大的特性成了TDOA算法发展的瓶颈，其在近距离测量中是可行的，是精确的。

无线传感器网络现有定位算法中，都没有将以下两者结合起来改进：

a.测距（基于距离的定位算法）或者是距离估计（距离无关的定位算法）；

b.定位方法：包括三角测量法和极大似然估计法。

3.2 CSS定位测姿技术

CSS（Chirp Spread Spectrum，线性调频扩频）技术是由Chirp信号进行扩频的。Chirp信号是一种扩频信号，在一个Chirp信号周期内会表现出线性调频的特性，即信号频率随时间变化而线性变化。Chirp信号的频率在一个信号周期内会“扫过”一定的带宽，所以Chirp信号又被形象地称为“扫频信号”。Chirp信号的扫频特性可以应用在通信领域，用以表征数据符号，达到扩频的效果。

CSS技术是一种时分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制应用，利用脉冲压缩使得接收脉冲能量非常集中，极易被检测出来，提高了抗干扰和多径效应能力，有很好的鲁棒性。CSS技术可以直接捕获脉冲压缩，从而利用锁相环电路进行同步，且脉冲压缩技术有很好的抗频率偏移特性，能满足高可靠性和低功耗要求。

CSS定位测姿技术实现过程中，定位技术分为相对定位和绝对定位两种，绝对定位使元素的位置与文档流无关，因此不占据空间。这一点与相对定位不同，相对定位实际上被看作普通流定位模型的一部分，因为元素的位置相对于它在普通流中的位置。如图3-1所示表示的是CSS绝对定位。

图3-1 CSS绝对定位示意图 Fig.3-1 CSS absolute positioning schematic 3.3 地磁传感器定位测姿技术

随着地磁探测技术的发展和地磁场模型的不断完善，对地磁信息的测量精度越来越高，使用地磁与微惯性器件进行组合姿态测量，可以利用地磁场相对稳定，地磁传感器无累积误差、响应速度快的特点克服惯性器件的累积误差问题，实现小体积、低成本、抗高过载的高精度载体姿态测量方案。

目前，世界上被用于磁场探测的磁场传感器有超导量子干涉仪、质子磁力仪、光泵磁力仪、磁通门磁强计、磁阻传感器、霍尔传感器等，其主要特点如表3-1所示。

表3-1 常用磁传感器种类及特点

Tab3-1 types and characteristics of common magnetic sensors

超导量子干涉仪 质子磁力仪 光泵磁力仪 磁通门磁强计 普通磁阻磁强计 非晶丝磁强计 量程（T）10-14~10-6 10-10~10-2 10-10~10-2 10-10~10-2 10-6~10-1 10-9~10-4

灵敏度（nT）

10-5 10-2 10-3 10-2 10 10-1

测量类型 矢量 标量 标量 矢量 矢量 矢量

响应频率（Hz）功耗（mW）

1M 1~10 1~10

1~10 1M 1M

— 1000 1000 1000 10 10(1)超导量子干涉仪

超导量子干涉仪的工作原理:当两块超导体被一薄的绝缘层分开后，这两块超导体会构成一个Josephson隧道节。根据量子力学原理，会有电子穿过这一绝缘层形成超导电流，当在这一超导环路中加上一定的偏置电流后，便会发生宏观的量子干涉现象，也就说超导回路中的电流会随回路中外加磁通量的变化发生变化，并存在数学关系。超导量子干涉仪对磁场有极高的灵敏度，在弱磁探测领域有很高的实用价值，比如生物磁场测量和无损探伤等。

(2)质子磁力仪

质子磁力仪的工作原理:通过将探头中富含氢质子的酒精、煤油、蒸馏水等液体外加人工磁场使其氢质子按规律排列，然后消去人工磁场，根据分析质子在当地磁场作用下的自旋信号来反推磁场大小。质子磁力仪测量精度高，主要应用在高精度的地磁场的探测中，其测量的是标量值，即总磁场大小。

(3)光泵磁力仪

光泵磁力仪的工作原理:氦、铯、氮等元素在特定条件下会产生光泵吸收现象(磁共振吸收现象)，通过测量共振的频率即可测量当前的磁场强度。光泵磁力仪的磁场分辨率比质子磁力仪高一个数量级，可到达10-3 nT，测得的也是总磁场强度，主要应用在地磁场强度探测、磁场梯度测量和矿藏探测等领域内。

(4)磁通门磁强计

磁通门磁强计采用一组以软磁材料为磁芯的高导磁铁芯线圈作为探头，在饱和的激励磁场的交替作用下，在探头两端会产生形式己知的周期性电磁感应电压，通过加以远大于高导磁铁芯线圈饱和磁感应强度的激励磁场，可以将探头的磁芯激励至深度饱和状态，这样便可以将当地较微弱的磁场信息转变为探头两端的交变电压信号，通过对这一电压信号进行测量就可以得到当地的磁场值。

磁通门磁强计相比超导量子干涉仪、质子磁力仪和光泵磁力仪体积较小，而且使用时不需要较多支持设备，对磁场有较高的灵敏度，可以应用在地磁场探测、导磁率测量等领域，尽管磁通门磁强计相比前面介绍的高精度磁力仪造价有所降低，但也高达数千元。

(5)磁阻传感器

磁阻传感器根据巨磁阻抗效应(GMR)设计的一种磁场传感器，巨磁阻抗效应是指在纳米级别的薄膜中，某些磁阻材料的磁电阻变化率较高的现象。因此磁阻传感器一般是通过纳米级别的超薄膜制备技术，在单晶硅等半导体平面制作磁阻式的惠斯通电桥来实现的，当存在外部磁场时，磁阻发生变化，这样通过测量电桥中的电压信息便可得到外部磁场信息。

磁阻传感器造价低廉、体积小，是一种全固态磁传感器，被广泛应用在数字罗盘、姿态测量等领域内。虽然磁阻传感器的灵敏度稍低，大约在10nT左右，但这一灵敏度水平完全可以胜任对地磁场中低精度水平的测量。另外近几年发展起来的基于非晶材料的巨磁阻抗效应(GMI）的非晶材料磁传感器己经可以将灵敏度提升至0.1nT左右。

3.4 红外测距技术

1）红外测距仪

红外测距仪主要由调制光发射单元、接收单元、测相单元、计数显示单元、逻辑控制单元和电源变换器等部分组成,其光源通常为砷化镓半导体发光二极管。当有相当大的电流正向通过砷化镓二极管的P-N结时，P-N结里就会发射出波长为0.72m~0.96m的近红外光,这是由于在掺杂的GaAs半导体中电子-空穴复合时，过剩的能量以光子形式放出而产生的。而且所射出的光强会随着注入电流的变化而变化。因此将它作为测距仪的光源,便可以通过改变馈电电流的大小对射出的光强直接进行幅度调制,即这种半导体发光器件兼有“辐射”-“调制”双重功能。

用于接收调制光的红外光电探测转换器件通常为硅光敏二极管或雪崩式光敏二极管,这些器件具有“光电压效应”。当外来光照射到它的P-N结上时,由于光电能量转换的效应能在P-N两极产生一个电位差,其大小会随入射光的强弱而变化,从而起到“退调制”的作用。

2）红外测距原理

光电测距的原理是以电磁波(光波等)作为载波，通过测定光波在测线两端点间的往返传播时间△t，以及光波在大气中的传播速度c，则可求出两点间的水平距离D＝C△t/2。光电测距仪可分为脉冲式和相位式两种。

脉冲式光电测距仪是由测距仪发射系统发出脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，直接测定脉冲在待测距离上所用的时间t，即测量发射光脉冲与接收光脉冲的时间差，从而求得距离的仪器。脉冲式光电测距仪具有功率大、测程远等优点，但测距的绝对精度较低，一般只能达到米级，不能满足地籍测量和工程测量所需的精度要求。目前具有高精度测距的是相位式光电测距仪。

相位式光电测距仪是将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差，通过测定相位差来测定距离的仪器。光源灯的发射光管发出的光会随输入电流的大小发生相应的变化，这种光称为调制光。随输入电流变化的调制光射向测线另一端的反射镜，经反射镜反射后被接收系统接收，然后由相位计将反射信号(又称参考信号)与接收信号(又称测距信号)进行相位比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移。调制光往返程的总位移中为：

N22(N)2对应的距离值为：

D2(NN)

式中：N—调制光往返程总位移的整周期个数，其值可为0或正整数；为调制光的波长，N/2，而为不足一个整周期的相位移尾数。

相位式光电测距仪中的相位计只能测定全程相位移尾数，而无法测定整周期数N。因此，在相位式光电测距仪中，可采取发射两个或两个以上不同频率的调制光波，然后将不同频率的调制光波所测得的距离正确衔接起来就可得到被测距离。其中较低的测尺频率所对应的测尺称为粗测尺，较高的测尺频率所对应的测尺称为精测尺。将两个测尺的读数联合起来，即可求得单一的距离确定值。相位式光电测距仪与脉冲式光电测距仪相比，具有测距精度高的优势，目前精度高的光电测距仪能达到毫米级，但也具有测程较短的缺点。

红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。

红外测距仪属于相位式光电测距仪，测距基本原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，利用高频调制的红外线在待测距离上往返产生的相位移推算出光束往返的时间△t，从而根据D＝C△t/2得到距离D。3）测距精度

光电测距的误差来源可分为两部分：一部分是由测定相位的误差和仪器加常数的误差所引起的测距中误差。它与被测距离的长短无关，对某一仪器，在某一外界条件下施测，其中误差固定不变，故称为固定误差(或称为常误差)；另一部分是由真空中的光速值误差、调制频率误差和大气折射率误差所引起的测距中误差，它与被测距离的长短成正比，故称为比例误差。

因此，光电测距仪的标称精度通常表示为(ABppmD)mm。其中A为固定误差，B为比例误差，ppm的意思是百万分之一（10的-6次方），这个误差与所测的边长有关，1ppm表示每公里潜在的误差为1mm。光电测距仪按测量精度可划分为I级|mD|32Dppm，II级32Dppm|mD|55Dppm，III级55Dppm|mD|1010Dppm。

4）红外测距仪应用于端帮采煤机的优缺点

将红外测距仪应用于端帮采煤机时，可在推进臂上沿垂直于推进方向对称安装两个红外测距仪，实时测量推进臂与巷道两帮的距离并反馈给地面控制中心，控制中心再根据距离信息调整推进臂的推进方向使其沿直线推进。红外测距的优点是便宜,易制,安全,其主要缺点包括以下两个方面：

a、红外测距仪测距需要向外发射红外线并接受反射信号，因此红外测距仪的红外线发射器和接收器的安装位置必然暴露在端帮采煤机推进臂的两侧。但是井下环境极差，煤粉、尘土等容易将红外测距仪的光发射器和接收器覆盖住，导致红外测距仪无法发射或无法接受测距信号。

b、光电测距的理想测距条件是反射表面光滑而产生镜面反射，而井下巷道两帮及不规则，容易产生漫反射，导致测距仪接收到的反射信号及其微弱，而且巷道空间狭小，易产生多路径效应，光反射路径复杂，导致测距仪接收到的测距信号是经过多次反射才到达测距仪的，而不是垂直于推进臂方向的反射信号，测距精度难以保证。

3.5 惯性器件定位测姿技术

惯性导航理论基础为牛顿力学基本定律，利用加速度计测量待定位物体相对导航坐标系的加速度，经过两次积分后得到移动距离，从而确认待定位物体的位置。

惯性技术是一门综合了机电、光学、数学、力学、控制以及计算机等学科的技术,用于对运动体的姿态和位置参数的确定。由于是根据力学原理进行的测量,不需要与外界发生联系,因此能够在全球范围内和任何介质环境里自主地、隐蔽地、连续的进行三维定位和定向,广泛应用于航天、航空、航海、大地测量等领域,特别是惯性技术的高度自主性,使其在军事上具有特殊的应用价值。

惯性技术是在先进科学理论和制造工艺支持条件下发展起来的。其基本理是利用加速度传感器（加速度计）敏感载体的运动加速度,经过积分获得运动速度和位移;同时利用角速度传感器（陀螺仪）敏感载体运动的角速度,经积分后得到运动角度。惯性测量技术根据这些数据可以实时地确定载体的位置、运动速度和姿态信息。但是由于敏感器件的误差积累,难以在长时间下独立工作。惯性技术的研究重点在于增加惯性系统的可靠性和惯性器件的精度。

从结构上讲,惯性测量系统可以分为平台式和捷联式系统两类。平台式惯性系统利用转子陀螺的定轴性和进动性建立导航平台,加速度计安装在平台上,因此可以方便地读取载体的姿态和速度信息,但实体平台也增加了系统的结构的复杂程度并降低了系统的可靠性。捷联式惯性系统的陀螺仪、加速度计和载体固连,利用惯性敏感器件输出的载体运动数据,通过计算机算法构建载体运动的虚拟导航平台,得出载体的导航信息,结构简单,便于维护。

随着制造技术的进步,不断出现的惯性敏感器件也推动着惯性技术的发展,用于平台式惯导的动力调谐陀螺漂移己达到0.01°/h,霍尼韦尔公司研制的静电陀螺监控器的漂移误差小于104/h。激光陀螺和光纤陀螺的出现掀起了惯性技术的一场革命,这种小体积、低功耗、高精度的惯性器件不断完善,潜在优势逐渐显露出来,取得越来越广泛的应用。20世纪80年代开始出现了MEMS技术(微机械机电系统),MEMS惯性器件不仅具有体积小、重量轻、易于安装、高可靠性、耐冲击而广泛应用,而且易于大批量生产,成本优势较大,随着制造技术的进步,MEMS器件的测量精度也越来越高,因此基于MEMS器件的惯性系统研究逐渐成为了一个研究热点。

用于井下设备定位时，导航装置安装在端帮采煤机上，测量的是载体坐标系上所受的比力情况，需要换算到导航坐标系上再进行处理，才能获得有效导航数据。导航过程如图3-2所示：首先，测得载体在坐标系上所受比力的值fb，然后，根据载体的姿态获得导航坐标系到载体坐标系的变换矩阵Cn；接b（载体的姿态可根据陀螺仪推算）着计算出导航坐标轴下的比力值fn，由于比力值包含自身所受重力加速度g，测量并减去当地重力加速度后获得导航坐标系下的移动加速度an；最后通过积分运算获得速度和位置信息。

图3-2 惯性导航原理图

Fig 3-2 The Schematic of inertial navigation 端帮采煤机定位测姿技术发展前景

端帮采煤机在指定煤层向前掘进时，通过推进臂将截割头推进到采掘工作面，截割下的煤通过传输系统及时输送到地面。一段采掘结束后推进臂再向前推进一段继续采掘。为保证推进臂始终沿工作面向前直线延伸，避免推进过程中出现刮帮、割顶和卧底现象的发生，必须为推进臂前端建立精确可靠的导向系统。

基于无线传感器网络的井下设备定位测姿系统需要在井下待监测区域内部署大量的廉价微型传感器节点，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。但是端帮采煤的掘进巷道不采用支护，人员不进入巷道，不能在巷道内部署相应的传感器节点。而且无线传感器节点需要持续的能量供给，这一点在端帮采掘巷道也难以满足。因此基于无线传感器网络的井下设备定位测姿系统不能应用为端帮采煤机。

基于CSS技术的井下定位测姿系统主要用于实时显示各个巷道和工作面人员及移动设备的数量、分布状况、活动轨迹，查询任一指定井下人员在当前或指定时刻所处的区域、坐标、活动轨迹等信息。但其同样需要在井下建立一定数量监测分站和无线定位基站才能检测出井下人员或设备等运动目标的精确位置和一些传感控制信息。因此基于CSS技术的井下定位测姿系统也不能应用为端帮采煤机的导向系统。

基于地磁传感器的定位测姿系统是利用地磁场的变化来确定井下设备的位置姿态变化，它不需要事先在井下巷道中部署通信节点，而只需将地磁传感器直接固定在需要定位测姿的设备上即可。但应用地磁传感器进行定位测姿的最大就是精度问题，现有的用于探测磁场的磁传感器的精度还不能满足独立定位测姿的精度要求。因此，基于地磁传感器的定位测姿系统不能独立应用为端帮采煤机的导向系统。

基于红外测距技术的定位测姿系统虽然具有精度高、价格低廉的优点，但是红外测距仪的精密测距依赖于发射和接受到正确的反射信号，在复杂的井下环境中很难保证测距仪接收到的反射信号不是经过多次反射而获得的信号，因而无法确保测距的可靠性。所以基于红外测距技术的定位测姿系统也不能单独应用为端帮采煤机的导向系统。基于惯性技术的定位测姿系统具有许多优点：a.不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，因而不受外界电磁干扰的影响；b.能提供连续实时的位置姿态信息，且地位测姿信息噪声低；c.数据更新率高、短期精度和稳定性好。同时基于惯性技术的定位测姿系统也有一些缺点，其最主要的缺点是由于位置姿态信息经过积分而产生，定位测姿的误差随时间而增大，长期精度差。但是将惯性技术应用于端帮采煤机时，由于端帮采煤机作业的特点就是随着采掘过程的进展逐步向前延伸，因此可以通过零速更新算法及时的修正惯性器件随时间增大的误差，从而可以保证在整个采煤过程中的惯性系统定位测姿精度。所以将基于惯性技术的定位测姿系统应用为端帮采煤机的导向系统有很好的发展前景。

第二篇：技术报告书

技术报告书

编写人：日期：

GPS实习技术总结

一、测区概况与任务概述

陕西交通职业技术学院位于西安市未央区文景北路19号。测区平均高程为海拔米，

第三篇：采煤技术管理工作若干规定

东风煤矿采煤工作技术管理规定管理制度

为加强采煤技术管理，完善工作制度，使采煤技术更好地服务于生产、指导生产，经研究决定，对采煤技术管理作以下规定：

1、采区技术员对本区技术工作、图牌板管理、矿压监控工作负责，要经常深入现场，及时了解掌握工作面地质条件变化及生产情况，针对现场变化情况及时编写安全技术补充措施，向施工人员贯彻并监督指导规程措施在现场的执行情况，切实起到指导生产的作用。

2、采区技术员每周至少到采煤副总办公室填图一次，每周至少到采煤组一次，进行业务交流，填工作面位置与现场实际偏差不能超过1m，否则罚款20元/次。

3、工作面遇特殊情况，应及时编制补充措施，迟写影响生产的视情况罚50～200元。

4、工作面过溜斜、材斜及收作后7天内，须上交生产部采煤组交底材料（一式三份），迟交的罚款5元/天。

5、每个工作面回采结束后，须写出书面总结，总结要按集团公司下发的采掘技术管理规定要求认真编写，要在工作面回采结束后15天内交采煤组，迟交的罚款5元/天。

6、工作面初放材料要在初放结束后5天内交采煤组，迟交的罚款5元/天。

7、规程措施审批时间为周二至周五（特殊情况除外），审批规程必须提前一天通知有关单位，规程和措施出现图表不全的一处罚5元，错别字罚2元/个。

8、作业规程和所有措施都必须经总工程师签字，审批意见写齐全，若审批时无意见，写“现场严格按照此措施执行”，所有措施贯彻记录要全区人员签字，作业规程要有考试成绩。作业规程、措施（包括贯彻记录）在审批后5天内、措施在3天内交采煤组，迟交的罚款5元/天，交来的规程措施不合格的一次罚50元。

9、周报、月报、隐患排查报告及机电设备运行分析报告都要使用电子版发到邮箱里。

10、采煤技术员上报周报要求：周报在每周四～周六，三天内交来，每月月报在月底或1号上午下班前交来，周报要写明两巷回采位置，工作面回采情况及安全重点，月报要写明两巷回采位置，全月两巷推进度，工作面回采情况及安全重点并要附平面图，对迟交来的技术员罚5元/天，内容不全的少一项罚5元/次，上报材料有明显错误的罚10元/次。

12、生产部采煤组安排的业务范围内的工作，采区技术员必须按时按质按量完成，否则一次罚款20元。

13、请假制度，请假一天之内必须经区、生产部采煤组同意后方可离矿，一天以上必须写请假条，经区、采煤组、采煤副总同意，经查实未办请假手续的罚20元/次。

14、召开技术例会，无特殊情况不准请假，迟到一次罚10元，无故不参加者罚50元。采煤队技术员要编写初采初放总结报告，交生产技术科存档。

十二、管理制度。

1、井下所有工程作业前，必须有经过批准的作业规程，严禁无作业规程施工，无作业规程作业的按“三违”处理，并罚款100—500元。

2、要严格执行“一工程一措施”，套用的按无措施处理。

3、职能部室或矿领导在布置工程施工或作业的同时，要布置编制作业规程，一般要提前9天通知单位编制作业规程，单位要提前3天编制完毕，提前2天组织工程参加人员贯彻学习考试，推迟一天罚款20－50元，影响生产谁影响谁负责，无作业规程强行施工按“三违”处理，造成后果追究违章指挥者责任。

4、传批的作业规程或措施，严格按程序审批，审批者当天必须审批完，不准积压过夜。会审的作业规程，会审单位人员必须准时到会，不得迟到，不得缺席。第一审批人不在时，由单位技术负责人代替。

5、作业规程审批完毕后，要立即打印下发到有关单位或个人。办公室接到后要及时打印，一般不超过1天，推迟一天罚款10元。

对规程、措施或灾害预防处理计划不按规定要求编制、审批、报送、贯彻、执行、监督、检查、复审的责任者初采初放工作结束后，采煤队技术员要编写初采初放总结报告，交生产技术科存档。

总工程师（技术负责人）对作业规程编制质量负责，作业规程经总工程师（技术负责人）组织有关业务部门进行会审批准后执行。其他分管副矿长必须定期检查监督作业规程落实情况。区（队）长负责作业规程的现场落实，违反作业规程作业严格追究其责任。

第四篇：采煤技术人员培训学习体会

采煤技术培训班学习体会

为了进一步提高技术人员的专业技术水平和业务素质，2011年4月1日，集团公司党校组织举办了采煤工程技术人员培训班，而我很荣幸的成为了其中的一员。在为期一个月的培训期间里，集团公司多位领导前来授课，专题讲座堂堂精彩，几次小组研讨见仁见智，课外文体活动也是丰富多彩。

在学习期间，我始终抱着认真的态度参加每一次学习和讨论，深入了解了集团公司采煤工艺的发展历程，学习国内外先进的回采设备、技术和发展方向。不仅如此，通过生产技术部几位领导的授课对回采工作面的机电、通风、运输等方面也有了较为深入的了解。尤其是集团公司李伟林副总的专题讲座，让我获益匪浅，更加坚定了我在技术员这个平凡岗位上做出成绩的决心。尽管一个月时间的培训不是很长，但还是让我在理论和素养方面有了一定的提高，对工作的理解上得到了一次升华。总而言之，这次培训学习不仅丰富了我的学识，还进一步开拓了我的思维，使我的业务水平和工作作风等方面有了比较明显的转变和提高，进一步增强了自己务实工作的能力和信心。以下是我对这次学习的几点心得体会：

一、进一步认识技术员的基本职责。在队组中，技术员的工作不仅仅只是编写作业规程、措施和对工人进行培训这么简单。与队长、书记一同作为队组的三大员，技术员在技术管理上起着举足轻重的作用，在队组日常管理中也起着上情下达和下情上报的作用，这种桥梁纽带作用是无可替代的。这是因为技术员对上级的政策理解程度相对来说较为充分、深刻，可以说是政策落实到基层的可靠保证，可谓是“春江水暖鸭先知”；另一方面，技术员与一线工人接触较多，能更深入地了解井下的工作环境和矿工的基本情况，便于及时上报，使上级掌握井下实际情况从而做出正确的决策。

多走多看是工程技术人员必须具备的最基本素质。这就要求我们必须经常深入井下生产一线，因为只有勤下井才能准确了解井下的情况，并且下井要做到腿勤、手勤，切忌走马观花，一定要尽到一个技术员应尽的责任。腿勤，要在工作面多走走，多看看，发现隐患及时处理或上报。手勤，就是要勤于记录，记录好原始的数据，保证当天的数据当天记，做到以事实为基础，用数据说话。记好工作日志，记录当日的生产、材料消耗以及工作面的其它情况。

此外还要学会与工人师傅们谈心，以掌握他们的思想动态。谈心可以说是技术员与职工进行思想交流、感情沟通的最好方式，但要记得掌握火候，以收到事半功倍的效果。谈心要注意几点：一是谈心要善于“自责”。技术员与职工谈心时，不妨自己先降降格，勇于承担责任，然后再指出对方的思想症结，让对方通过技术员的“自责”而冷静思考，反思自己的错误。技术员用诚意打动对方，能拉近谈心双方的感情距离。二是谈心要善于“娱乐”。我们常说:“有共同的爱好，才能促进人们之间的友情。”技术员可以主动邀请职工一起去做对方喜欢做的事，如打牌、下棋或打球。技术员在这种环境下和职工谈兴趣，谈思想，更能让职工理解自己，感到自己是值得信赖的人，从而化解矛盾和积怨。三是谈心要善于“激励”。一般的谈心，或是指出对方的不足，或是提出批评的意见，效果往往不理想，这是因为空谈“大道理”，引发了职工的逆反心理。要真正的解开职工思想的“疙瘩”，只靠批评是不行的。批评不如鞭策，给人言语上的安慰不如给人行动上的激励，为对方进步创造条件、增加动力。四是谈心要善于“关心”。技术员要在谈心中广开渠道，寻找做思想工作的“同盟军”,如职工的工友、舍友、家属等，变“独角戏”为“大合唱”，以工友心、知己情和夫妻爱来感动职工，调动职工的积极性，利用感情上的这种优势，谈心往往能取得一举多得的良好效果。

二、与时俱进，善于学习，提高理论水平。当前是知识经济社会，煤矿企业也不例外，各种新技术、新装备、新材料层出不穷。所以为了适应企业发展的需要，唯一的方法就是不断学习，用丰富的理论知识来武装头脑。平时认真学习涉煤专业的所有课程，建立起自己的知识体系，认真解读国家煤炭安全监察局的所有政策和相关法规，严格执行煤矿三大规程，以便工作中理论联系实际，确保工作面生产保质保量、安全顺利进行。学习中要做到嘴勤、脑勤。嘴勤也就是不懂就问，不要不懂装懂，怕别人说自己无知。不懂不可怕，不懂装懂才是最可怕的，井下无小事，一旦发生意外，不懂装懂只能是害人害己。在和同事相处时，多讨论一些与专业技术相关的问题，交流工作心得，多向有经验的同事请教，问的多了知道的就多，现在的多问是为了以后的少问直至不问。如果再想学的多一些，不妨写点日记，记录心得，总结经验。脑勤，勤于思考，多想，多学。既要理论联系实际，又要学会用理论解释实际。也只有多思索，才能看到事物的本质，起到防患于未然的效果。当然，我们作为一名新时期的矿山技术人员，只掌握本专业的理论知识是远远不够的，还必须具备一定的机电、通风等与回采工作息息相关的专业知识，以备不时只需。总之，理论是基础，是行动的指南，而矿井就像个大课堂，只要愿意学，到处都是知识，只有不断丰富理论知识，才能增强综合实力，成为一名复合型人才。

三、不怕吃苦，乐于奉献，做一名合格的技术员。众所周知，煤矿是一个艰苦行业，也是一个高危行业。所以技术员平时也要加强政治学习，增强自己的道德修养，树立正确的人生观，价值观。做一名德才兼备的技术员，应当做到吃苦在前、享受在后、脚踏实地、甘于奉献、耐得住清贫、守得住寂寞。另外，身为一名技术员，应当明白自己的责任，在工作中起到自己应有的作用，当好队长的得力助手。矿井无小事，井下生产中凡事都要做到以预防为主，若等事情发生后就损失惨重，悔之晚矣。所以采煤技术员不能只等队长安排任务后才去做，有时队长事情多，可能会忽略一些问题，而我们要注动的去做自己能做的事，有时还要向对长提个醒。总之我们既要服从安排，又要学会主动承担任务。在上级领导来检查工作时，应主动回答问题，敢于发表自己的意见，不能总是唯唯诺诺，保持沉默。

通过这次学习我收获很大，不但使我学习到了许多非常实用的理论知识，开拓了我的眼界，而且还让我在这个培训班里结识了很多朋友。他们当中有很多都是有着丰富工作经验的老技术员，为我能够从老同志那里学到更多的知识搭建了平台，为今后更好地完成工作打下了基础。最后十分感谢集团公司党校给我这次十分难得学习机会，我要把新学到的知识运用到实际工作中去，为祖国的煤炭事业多出煤、出好煤。

学习

体

会

新元公司综一队

赵福兴 2011.4.18

第五篇：技术报告书

1.选址意见书复印件一份

2.电子图刻录一份

3.审批蓝线图原件一份

4.经办人身份复印件证一份