第一篇：端幫采煤技術報告書

報告正文

（一）端幫采煤機在中國的發展前景 1 端幫采煤技術與端幫采煤機

1.1 概念介紹

1）端幫采煤技術

端幫采煤技術就是利用露天煤礦采場端幫出露煤層布置采煤設備進行原煤開采的技術，不需要單獨進行剝離或基建，能實現高產量、最大化回收礦山資源并降低生產成本。整個系統的操作、維護全部在礦山外部地面完成,無需任何人員進入巷道作業。伴隨著采煤設備的不斷更新，端幫采煤技術的工藝形式也在不斷變化，其主要的生產工藝為:端幫井巷工程采煤工藝、端幫螺旋鉆采煤工藝、端幫采煤機采煤工藝。

端幫采煤技術伴隨著露天開采的發展得到不斷發展，最早的端幫采煤技術受到技術裝備落后的限制，主要的形式即在露天煤礦端幫煤層布置巷道，在巷道之間留設保安煤柱。這種方式技術簡單，相當于露井聯采的生產工藝。螺旋鉆端幫采煤工藝在國外出現的較早，國內在上世紀70~80年代開始在一些礦山應用，由于受技術裝備的限制，該工藝生產能力小，生產效率低，在露天煤礦的應用效果不太理想，但是由這項技術發展而來的螺旋鉆采煤技術在國內井工礦薄煤層開采中得到了廣泛的應用。端幫采煤機采煤工藝是近幾年才出現的新型端幫采煤技術，端幫采煤機的切割部類似于井工礦的房柱式采煤機。端幫采煤技術隨著技術裝備水平的提高適應能力不斷增強，在露天煤礦端幫煤開采、薄煤層開采方面有廣泛的應用前景。端幫采煤主要技術特點:a、提高了資源回收率，避免邊角及境界煤的丟失；b、煤層厚度適應范圍廣，從0.7~ 6m；c、無塌陷開采，滿足保護區、環保區等特殊條件下的開采要求；d、生產能力大，生產效率不斷提高，端幫采煤機最大采深可達300m以上；e、可適應破碎頂板、松軟底板、波浪形底板煤層開采；f、設備先進，實現無人工作面生產，自動化控制；g、端幫采煤，不利于端幫邊坡穩定；h、延遲內排土場推進，相對增大運距。

2）端幫采煤機

端幫采煤機是一種露井聯合的新型采掘設備，是一種能實現高產量，最大化回收礦山資源及降低生產成本的端幫開采技術。它適用于多煤層、薄煤層、地形復雜、剝采比大的不適宜全部剝離的礦山。尤其對內排前的露天礦邊幫壓煤，可以有效地回采，提高整個礦山資源回采率。另外，在礦山露頭煤層的開采過程中，此系統可以在因露天礦剝離覆蓋層而形成的狹窄臺階上進行開采，也可以根據煤層的分布，在露頭煤層周圍進行端幫開采，還可以沿著煤層的走勢進行溝壑開采以及在螺旋鉆開采過的煤層繼續開采。端幫采煤機對厚度在0.76～5.5m的煤層，有60～70%高回采率，對開采價值高的薄煤層有使用價值，是一種安全高效的端幫采煤設備。端幫聯合采煤機通常布置在待開采的煤層端幫前方的空地或臺階，即可對水平或傾斜等較復雜條件的煤層進行開采，系統控制的截割頭由液壓缸通過推進臂推入煤層進行截割，被截割下的煤炭通過推進臂系統運出巷道，轉至外部的旁側地面堆放，最終在開采端幫形成一系列矩形斷面的平行巷道。

1.2 發展優勢

1）安全：端幫采煤技術以安全生產為前提，端幫采煤系統操作控制可以在井口外部地面完成，無需人員進入巷道，全礦生產人員以完成整套設備開采作業及維護的所有工作；

2）高效：用人少，產量高，適用面廣，可用于回收高價值的超薄煤層，可廣泛應用于薄、中、厚煤層的回收；在美國自燃保護區，端幫采煤機成為開采較淺煤層的首選。對于0.7~6.4范圍的煤層端幫采煤機工藝的回采率能夠達到60%~75%，遠遠高于國內中小型煤礦的回采率；

3）先進：端幫采煤機配備人機智能操作系統，通過慣導系統可以全方位控制整個設備循環工作，監視設備工況并進行故障診斷；端幫采煤機將慣導系統定位與測姿技能很好的結合在一起，以保證在整個作業過程中，明確端幫采煤機推進臂的方位及姿態，進而很好的保證開采工作安全進行，避免出現推進臂刮幫等問題；

4）經濟：有利于煤炭資源的回收，無需支護及大量建礦任務等工作，總成本低；

5）環保：端幫采煤機開采過程中對地表植被破壞程度低，符合國家資源、環境政策；

6）其它：端幫采煤機設備操作容易、維護簡單。1.3 市場需求

由于露天煤礦的端幫、邊幫受邊界到界、邊坡穩定等開采限制，出現了部分煤炭儲量不得不被放棄或剝采比大、優質煤出露慢的情況，致使露采成本變大，經濟效益差。為此，煤炭產業部調整發展思路，堅持效益優先和價值導向，根據各露天煤礦實際生產經營狀況，積極開展露天煤礦露井聯采、端幫采煤等新技術、新工藝、新裝備研究。

隨著煤炭行業降耗增效發展模式的需求，端幫采煤機的市場也越來越大。而且目前國內使用的相關設備--聯合采煤機有80多套，全都是國外進口的，更不用說真正意義上的端幫采煤機。我校正在研發制造無人智能重達230噸，是中國第一臺國產的端幫采煤機。

生產端幫采煤機不僅增加適用范圍，而且能夠降低成本。我國生產的端幫采煤機不僅技術比進口設備先進，且端幫采煤機的生產彌補了國內生產的空白，振興了民族產業。

我國經濟的快速發展對煤炭需求大幅增加，高速高效工作面得到快速發展，大功率采煤機市場需求日益增加，但在此之前采煤機生產能力仍然有限，這樣不僅不能真正的實現高產高效工作面，而且回收率較低。端幫采煤機本身具有防滑坡、防砸功能。因此，在未來市場上，端幫采煤機有著不容小覷的市場需求。

第一、端幫采煤機的興起，有利于更快的提高露天礦資源回收率，節約國家資源，對于我國倡導綠色循環經濟以及可持續發展，具有十分重要的意義。近些年來，我國煤炭開采量仍舊保持高速增長，煤炭產量仍然位居世界第一位，2013年的煤炭生產量從2009年的30.5億t增長為37億t，到2014年，煤炭生產量初步估計為40億t。而2013年世界煤炭產量為66.9億t，中國占世界煤炭產量從2009年45.6%到2013年65%，按照這樣的消耗速度來計算，我國的煤炭開采年限將在100a左右，而擁有煤炭資源最多的美國則可以開采250多年。俄羅斯大于500年，德國為317年，印度為235年。我國煤炭的儲采比不但比世界主要采煤國家低，而且低于世界204年的平均水平。

第二、隨著我國露天開采技術水平的提高，并逐漸達到世界先進水平，縱觀各種采礦工藝，如單斗—卡車開采工藝、單斗—自移式破碎機或半固定破碎站—帶式輸送機開采工藝和吊斗鏟倒堆開采工藝已經在礦山得到了良好的應用，端幫運輸系統和露天采礦機也逐步的得到了業界的認可和推廣，露天開采技術發展的下一個熱點將是進一步提高露天礦端幫資源回收技術。

第三、目前對露天礦端幫資源的開采已經取得一些進步，特別是那些深凹的金屬露天礦山，對端幫煤礦采用“掛幫開采”，已經有很多成功的案例。通常都是采用擴幫開采技術、平硐—溜井聯合后退式開采及井工開采方式。對于水平或者緩傾斜礦床的露天礦，由于內部排土的存在，需要及時的對端幫資源進行回收才能獲得更好的經濟效益，否則很可能會造成永久性資源浪費。對于大部分水平或緩傾斜的露天煤礦，對端幫資源的回收進行了大量的研究，同時也取得了相當多的成果，但仍然存在著資源回收率低、未能解決好端幫邊坡穩定及塌陷的問題，在實際中并沒有得到大量的推廣應用。因此對端幫采煤機的研發，不但對節約煤炭資源及提高資源利用率具有意義，而且對進一步提高我國露天開采綜合技術水平有促進作用。

1.4 國內外發展現狀

隨著國家經濟的快速發展，其對煤炭行業的發展提出了更高的要求，端幫采煤技術能夠有效的提高煤炭的回收率，本節主要從國外、國內來講述端幫采煤技術的發展現狀。

1.4.1 國外發展現狀

國外對端幫開采的研究起步較早，特別是以美國為首的發達國家，專門開發了用于端幫采煤的端幫采煤機，并得到了廣泛的應用。以美國SHM公司為代表的企業，1994年正式推出了用于開采露天礦端幫及露頭煤的聯合采煤機。SHM 端幫聯合采煤機是基于連續采煤機開采方法的端幫開采技術的集大成者，具備了簡潔、安全、自動化、模塊化、機動性等多種特點，生產能力和生產效率都達到了很高的水平，能最大化回收礦山資源及降低生產成本。它是第一個露天開采和井工開采相結合，發揮設備最大效益的端幫采煤設備，能在露天礦臺階上直接開采水平長度300m以內、厚度0.76～5.5m的端幫煤。該機適用于開采煤體支撐性好，頂板中等穩定、煤層平坦、起伏不超過12°、厚度不小于0.7 m 的煤層。作業時無需任何操作人員進入巷道工作，采煤過程全部自動完成，所有控制行動均在地面完成。日常操作上也只需3、4 人即可完成。由于無需支護及大量建礦任務，因此經濟性非常好。2007年，SHM被特雷克斯收歸旗下，此后又隨特雷克斯其他礦業產品線并入比塞洛斯，如今又成為卡特彼勒的一道獨特風景，卡特彼勒稱之為露井聯合端幫采煤系統。無論在哪家旗下，近20年來，端幫聯合采煤機已經在美國、俄羅斯、印度等國的數十座煤礦投入使用，經過不斷改進，其單洞開采深度已由最初的30m提高到300m，日產煤量最高可達7000t，月產量約為11萬t。

端幫采煤機對開采價值高的薄煤層有極大的使用價值，是一種安全高效的端幫采煤設備。基于這一基礎，我國近些年正在對端幫采煤機進行研發。

1.4.2 國內發展現狀

端幫采煤機技術對于提高我國煤炭資源的回采率以及薄煤層露頭煤的開采，具有重大意義。我國北方省市，特別是內蒙古，陜西以及山西地區，擁有數量眾多的小型露天煤礦（年產60萬t至年產300萬t),端幫資源及露頭煤資源由于目前開采技術條件的限制，傳統的井工和露天開采方式都不能有效的回收這些資源，這些煤層不得不被放棄，造成資源的大量浪費。如果考慮使用端幫開采技術，不但可以提高回采率，回收端幫壓煤，而且會給企業和社會帶來更多的聯動效益。

我國至今還沒有端幫采煤機的應用，業界對端幫采煤機的實用性和可靠性缺乏試驗和研究。我們應該在未來幾年內逐步引進試用并加以研究推廣。

隨著煤炭資源整合的推進，在內蒙古、山西、陜西等一些適宜進行露天開采的礦區，井工轉露天的情況不斷出現，露天礦的規模和數量都得到了不同程度的增加。尤其在準格爾礦區、神東礦區、河保偏礦區等西北部地區及西南部地區的昭通礦區、小龍潭礦區的一些露天煤礦，雖然煤層層數多但煤層厚度相對較大，端幫煤炭資源在資源儲量中將占有一定的比例。采用端幫采煤技術回收端幫煤炭資源，將有利于企業的發展。端幫采煤技術在我國雖然有應用，但形式簡單，技術落后，生產效率低，SHM端幫采煤機具有操作容易，維護簡單，生產效率高等特點，在我國正處于廣泛的研究中。端幫采煤機定位與測姿的迫切需要

2.1 端幫采煤機的作業特點

端幫采煤機一般由六個部分組成：截割部分、導向部分、推進和運輸系統、動力卷盤系統、卸載系統、行走系統。其中推進和運輸系統是整個端幫采煤機最具特色也是最重要的組成部分之一。重型液壓動力站上的巨型液壓油缸負責將推進臂組件和截割頭模塊推入或撤出煤層。推進臂為密封矩形結構，多節鉸接組成，其連接不涉及電氣及液壓連接件。除了承受推力和回撤力，推進臂同時也是運煤工具，推進臂內置了雙螺旋運輸機，將截割下的煤炭運輸到外部地面，其密封結構避免了污染。

端幫采煤機的截割部分由可更換、模塊化的電動截割頭組成，根據煤層厚度不同，有不同規格的截割頭模塊可供選擇，但其截割頭寬度始終是有限的。開采過程中必須由控制室內的計算機系統控制截割頭精確地沿煤層厚度進行截割，避開巖石。端幫采煤機的地面部分有一個巨大的圓形卷盤，所有的動力電纜、控制電纜、液壓管路、電機冷卻水管以及各種傳感器管路等，都鎧裝在高強度防砸的夾具內，隨著采煤過程中推進臂的推進或回撤，沿著推進臂側邊的凹槽向截割頭提供動力，整個采煤過程中卷盤自動完成管纜的收、放動作。

2.2 端幫采煤機的測姿需求

由端幫采煤機的適用條件可知，端幫采煤技術在開采過程中沒有支護，端幫采煤機的應用場地多為地質危險地帶，尤其在破碎頂板、松軟頂板、節理發育頂板等地質條件下作業時，有可能在開采過程中發生頂板冒落。在厚煤層的開采過程中，有可能出現數噸重的巖石從巷道頂部落下砸到推進臂上。應對這一情況，端幫采煤機對推進臂的材質與焊接技術都有較高的要求，SHM推進臂由高強度耐磨高錳合金鋼制成，焊接由全自動焊接機器人完成。當石塊砸到推進臂時，只需抽出推進臂，用其他設備移開石塊，整個過程耗時不到幾分鐘。即使這樣，也會顯著降低工作效率，延緩采掘進度。因此必須考慮在推進臂沿采掘工作面向前推進時應避免碰到巷道頂板。

由端幫采煤機的結構組成和作業特點可知，端幫采煤機在工作時要求推進臂組件和截割頭模塊在采掘巷道內必須沿直線推進，誤差不能大于某一閾值，否則將會導致推進臂刮幫、割頂或臥底現象發生。但縱向可以沿煤層的走勢進行起伏。

為實現截割頭的正確導向，保障推進臂的推進方向始終在一條直線上，端幫采煤機必須配備可靠的導向系統，即定位測姿系統。使得地面控制人員可以根據此系統返回的信息進行導向，進而用來調整截割頭模塊的轉向以及控制煤柱寬度，使得截割頭完全在煤層中進行截割，避免割頂或臥底現象發生。

2.3 端幫采煤機定位測姿研究內容

端幫采煤機定位測姿研究內容是端幫采煤機推進臂前端的姿態測量技術。推進臂的姿態測量技術包括航向角、俯仰角和橫滾角的測量。根據端幫采煤機的工作原理可知，航向角是反映推進臂推進方向與工作面走向的角度，俯仰角是反映推進臂與工作面的傾斜角度，橫滾角是反映推進臂在與推進方向垂直方向上相對工作面的傾斜角度。

以推進臂前端的俯仰角、橫滾角和方位角為基礎數據，在推進臂沿采掘工作面向前推進的基礎上可衍生出推進臂的推進軌跡，同時也為正確引導推進臂沿直線推進提供控制數據。端幫采煤機推進臂的航向角、俯仰角和橫滾角的測量所采用的的坐標系與傳統采煤機以采區地質模型為參考坐標系不同，它是以采掘工作平面為基準的，所得到的數據均為相對定位數據。

端幫采煤機定位測姿過程中尤其要注意方位的精確性，如卡特彼勒的端幫聯合采煤機HW300就要求300m內左右誤差不超過0.2°。現有井下定位測姿技術

當前GPS衛星定位系統已經很廣泛地運用于地面設備的定位之中，但由于地表的屏蔽，井下無法接收到GPS信號，因此井下設備的定位以及監控亟需采用一種新的解決方法。3.1 無線傳感器網絡定位測姿技術

基于無線傳感器網絡的定位測姿技術是無線傳感器網絡系統應用于采礦工業的關鍵性技術之一。井下地形復雜，要有效地對環境和設備進行監測，必須對移動設備精確定位。無線傳感器網絡由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。

經過各國研究者的共同努力，目前已經有眾多節點定位機制可用于無線傳感器網絡。其基本思路大致相同：在傳感器網絡中部署一定比例的特殊節點，這類節點或擁有較強的能量并可配備GPS系統，或可通過其他特定方式獲取自身坐標，稱參考節點（reference point）、錨節點（anchor）或形象稱之為燈塔（beacon）。其他節點稱未知節點（unknown node），通過測量與參考節點的距離、角度，或依據相對位置關系、網絡連通性進行一定計算得出自身坐標。通常分為距離測量、坐標計算以及可選的循環求精三個階段。

上述基本過程中，通過測量與參考節點距離或角度進行定位的方法屬于基于測距（range-based）的定位方法，而不通過測距距離、僅依據相對位置關系或網絡連通性來進行定位的方法則稱之為無需測距（range-based）的定位方法。

無線傳感器網絡定位測姿技術應用于端幫采煤機的缺點如下： 距離無關的定位算法是對節點位置的一種推測。絕大部分距離無關及其改進算法依賴于節點間的轉發和射頻通信半徑，而無線傳感器網絡是一個自組織的多跳網絡，節點間的路由轉發本身就帶有一定的隨機性。射頻通信半徑受大氣傳播條件影響很大，和節點的硬件參數和電池電壓也有一定的關系。

AOA方法在測距過程中誤差較大，TOA的方法幾乎很難實現，由于節點功耗和硬件性能的限制，很難做到精確的時間同步。如果采用射頻信號到達時間作為距離計算依據，節點間要做到納秒級的時間同步才能保證定位精度。但是，由于晶體振蕩器的漂移，納秒級的時間同步在硬件上實現十分困難。目前，到達時間差定位技術（TDOA）算法一般采用射頻和超聲波信號作為測距的載體，但是超聲波信號在空氣中衰減大的特性成了TDOA算法發展的瓶頸，其在近距離測量中是可行的，是精確的。

無線傳感器網絡現有定位算法中，都沒有將以下兩者結合起來改進：

a.測距（基于距離的定位算法）或者是距離估計（距離無關的定位算法）；

b.定位方法：包括三角測量法和極大似然估計法。

3.2 CSS定位測姿技術

CSS（Chirp Spread Spectrum，線性調頻擴頻）技術是由Chirp信號進行擴頻的。Chirp信號是一種擴頻信號，在一個Chirp信號周期內會表現出線性調頻的特性，即信號頻率隨時間變化而線性變化。Chirp信號的頻率在一個信號周期內會“掃過”一定的帶寬，所以Chirp信號又被形象地稱為“掃頻信號”。Chirp信號的掃頻特性可以應用在通信領域，用以表征數據符號，達到擴頻的效果。

CSS技術是一種時分多址（Time Division Multiple Address，TDMA）的定制應用，利用脈沖壓縮使得接收脈沖能量非常集中，極易被檢測出來，提高了抗干擾和多徑效應能力，有很好的魯棒性。CSS技術可以直接捕獲脈沖壓縮，從而利用鎖相環電路進行同步，且脈沖壓縮技術有很好的抗頻率偏移特性，能滿足高可靠性和低功耗要求。

CSS定位測姿技術實現過程中，定位技術分為相對定位和絕對定位兩種，絕對定位使元素的位置與文檔流無關，因此不占據空間。這一點與相對定位不同，相對定位實際上被看作普通流定位模型的一部分，因為元素的位置相對于它在普通流中的位置。如圖3-1所示表示的是CSS絕對定位。

圖3-1 CSS絕對定位示意圖 Fig.3-1 CSS absolute positioning schematic 3.3 地磁傳感器定位測姿技術

隨著地磁探測技術的發展和地磁場模型的不斷完善，對地磁信息的測量精度越來越高，使用地磁與微慣性器件進行組合姿態測量，可以利用地磁場相對穩定，地磁傳感器無累積誤差、響應速度快的特點克服慣性器件的累積誤差問題，實現小體積、低成本、抗高過載的高精度載體姿態測量方案。

目前，世界上被用于磁場探測的磁場傳感器有超導量子干涉儀、質子磁力儀、光泵磁力儀、磁通門磁強計、磁阻傳感器、霍爾傳感器等，其主要特點如表3-1所示。

表3-1 常用磁傳感器種類及特點

Tab3-1 types and characteristics of common magnetic sensors

超導量子干涉儀 質子磁力儀 光泵磁力儀 磁通門磁強計 普通磁阻磁強計 非晶絲磁強計 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

靈敏度（nT）

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

測量類型 矢量 標量 標量 矢量 矢量 矢量

響應頻率（Hz）功耗（mW）

1M 1~10 1~10

1~10 1M 1M

— 1000 1000 1000 10 10(1)超導量子干涉儀

超導量子干涉儀的工作原理:當兩塊超導體被一薄的絕緣層分開后，這兩塊超導體會構成一個Josephson隧道節。根據量子力學原理，會有電子穿過這一絕緣層形成超導電流，當在這一超導環路中加上一定的偏置電流后，便會發生宏觀的量子干涉現象，也就說超導回路中的電流會隨回路中外加磁通量的變化發生變化，并存在數學關系。超導量子干涉儀對磁場有極高的靈敏度，在弱磁探測領域有很高的實用價值，比如生物磁場測量和無損探傷等。

(2)質子磁力儀

質子磁力儀的工作原理:通過將探頭中富含氫質子的酒精、煤油、蒸餾水等液體外加人工磁場使其氫質子按規律排列，然后消去人工磁場，根據分析質子在當地磁場作用下的自旋信號來反推磁場大小。質子磁力儀測量精度高，主要應用在高精度的地磁場的探測中，其測量的是標量值，即總磁場大小。

(3)光泵磁力儀

光泵磁力儀的工作原理:氦、銫、氮等元素在特定條件下會產生光泵吸收現象(磁共振吸收現象)，通過測量共振的頻率即可測量當前的磁場強度。光泵磁力儀的磁場分辨率比質子磁力儀高一個數量級，可到達10-3 nT，測得的也是總磁場強度，主要應用在地磁場強度探測、磁場梯度測量和礦藏探測等領域內。

(4)磁通門磁強計

磁通門磁強計采用一組以軟磁材料為磁芯的高導磁鐵芯線圈作為探頭，在飽和的激勵磁場的交替作用下，在探頭兩端會產生形式己知的周期性電磁感應電壓，通過加以遠大于高導磁鐵芯線圈飽和磁感應強度的激勵磁場，可以將探頭的磁芯激勵至深度飽和狀態，這樣便可以將當地較微弱的磁場信息轉變為探頭兩端的交變電壓信號，通過對這一電壓信號進行測量就可以得到當地的磁場值。

磁通門磁強計相比超導量子干涉儀、質子磁力儀和光泵磁力儀體積較小，而且使用時不需要較多支持設備，對磁場有較高的靈敏度，可以應用在地磁場探測、導磁率測量等領域，盡管磁通門磁強計相比前面介紹的高精度磁力儀造價有所降低，但也高達數千元。

(5)磁阻傳感器

磁阻傳感器根據巨磁阻抗效應(GMR)設計的一種磁場傳感器，巨磁阻抗效應是指在納米級別的薄膜中，某些磁阻材料的磁電阻變化率較高的現象。因此磁阻傳感器一般是通過納米級別的超薄膜制備技術，在單晶硅等半導體平面制作磁阻式的惠斯通電橋來實現的，當存在外部磁場時，磁阻發生變化，這樣通過測量電橋中的電壓信息便可得到外部磁場信息。

磁阻傳感器造價低廉、體積小，是一種全固態磁傳感器，被廣泛應用在數字羅盤、姿態測量等領域內。雖然磁阻傳感器的靈敏度稍低，大約在10nT左右，但這一靈敏度水平完全可以勝任對地磁場中低精度水平的測量。另外近幾年發展起來的基于非晶材料的巨磁阻抗效應(GMI）的非晶材料磁傳感器己經可以將靈敏度提升至0.1nT左右。

3.4 紅外測距技術

1）紅外測距儀

紅外測距儀主要由調制光發射單元、接收單元、測相單元、計數顯示單元、邏輯控制單元和電源變換器等部分組成,其光源通常為砷化鎵半導體發光二極管。當有相當大的電流正向通過砷化鎵二極管的P-N結時，P-N結里就會發射出波長為0.72?m~0.96?m的近紅外光,這是由于在摻雜的GaAs半導體中電子-空穴復合時，過剩的能量以光子形式放出而產生的。而且所射出的光強會隨著注入電流的變化而變化。因此將它作為測距儀的光源,便可以通過改變饋電電流的大小對射出的光強直接進行幅度調制,即這種半導體發光器件兼有“輻射”-“調制”雙重功能。

用于接收調制光的紅外光電探測轉換器件通常為硅光敏二極管或雪崩式光敏二極管,這些器件具有“光電壓效應”。當外來光照射到它的P-N結上時,由于光電能量轉換的效應能在P-N兩極產生一個電位差,其大小會隨入射光的強弱而變化,從而起到“退調制”的作用。

2）紅外測距原理

光電測距的原理是以電磁波(光波等)作為載波，通過測定光波在測線兩端點間的往返傳播時間△t，以及光波在大氣中的傳播速度c，則可求出兩點間的水平距離D＝C△t/2。光電測距儀可分為脈沖式和相位式兩種。

脈沖式光電測距儀是由測距儀發射系統發出脈沖，經被測目標反射后，再由測距儀的接收系統接收，直接測定脈沖在待測距離上所用的時間t，即測量發射光脈沖與接收光脈沖的時間差，從而求得距離的儀器。脈沖式光電測距儀具有功率大、測程遠等優點，但測距的絕對精度較低，一般只能達到米級，不能滿足地籍測量和工程測量所需的精度要求。目前具有高精度測距的是相位式光電測距儀。

相位式光電測距儀是將測量時間變成測量光在測線中傳播的載波相位差，通過測定相位差來測定距離的儀器。光源燈的發射光管發出的光會隨輸入電流的大小發生相應的變化，這種光稱為調制光。隨輸入電流變化的調制光射向測線另一端的反射鏡，經反射鏡反射后被接收系統接收，然后由相位計將反射信號(又稱參考信號)與接收信號(又稱測距信號)進行相位比較，并由顯示器顯示出調制光在被測距離上往返傳播所引起的相位移。調制光往返程的總位移中為：

??N2?????2?(N???)2?對應的距離值為：

D??2(N??N)

式中：N—調制光往返程總位移的整周期個數，其值可為0或正整數；?為調制光的波長，?N???/2?，而??為不足一個整周期的相位移尾數。

相位式光電測距儀中的相位計只能測定全程相位移尾數??，而無法測定整周期數N。因此，在相位式光電測距儀中，可采取發射兩個或兩個以上不同頻率的調制光波，然后將不同頻率的調制光波所測得的距離正確銜接起來就可得到被測距離。其中較低的測尺頻率所對應的測尺稱為粗測尺，較高的測尺頻率所對應的測尺稱為精測尺。將兩個測尺的讀數聯合起來，即可求得單一的距離確定值。相位式光電測距儀與脈沖式光電測距儀相比，具有測距精度高的優勢，目前精度高的光電測距儀能達到毫米級，但也具有測程較短的缺點。

紅外線是介于可見光和微波之間的一種電磁波，因此，它不僅具有可見光直線傳播、反射、折射等特性，還具有微波的某些特性，如較強的穿透能力和能貫穿某些不透明物質等。紅外傳感器包括紅外發射器件和紅外接收器件。自然界的所有物體只要溫度高于絕對零度都會輻射紅外線，因而，紅外傳感器須具有更強的發射和接收能力。

紅外測距儀屬于相位式光電測距儀，測距基本原理為紅外發射電路的紅外發光管發出紅外光，經障礙物反射后，由紅外接收電路的光敏接收管接收前方物體反射光，利用高頻調制的紅外線在待測距離上往返產生的相位移推算出光束往返的時間△t，從而根據D＝C△t/2得到距離D。3）測距精度

光電測距的誤差來源可分為兩部分：一部分是由測定相位的誤差和儀器加常數的誤差所引起的測距中誤差。它與被測距離的長短無關，對某一儀器，在某一外界條件下施測，其中誤差固定不變，故稱為固定誤差(或稱為常誤差)；另一部分是由真空中的光速值誤差、調制頻率誤差和大氣折射率誤差所引起的測距中誤差，它與被測距離的長短成正比，故稱為比例誤差。

因此，光電測距儀的標稱精度通常表示為?(A?BppmD)mm。其中A為固定誤差，B為比例誤差，ppm的意思是百萬分之一（10的-6次方），這個誤差與所測的邊長有關，1ppm表示每公里潛在的誤差為1mm。光電測距儀按測量精度可劃分為I級|mD|?3?2?Dppm，II級3?2?Dppm?|mD|?5?5?Dppm，III級5?5?Dppm?|mD|?10?10?Dppm。

4）紅外測距儀應用于端幫采煤機的優缺點

將紅外測距儀應用于端幫采煤機時，可在推進臂上沿垂直于推進方向對稱安裝兩個紅外測距儀，實時測量推進臂與巷道兩幫的距離并反饋給地面控制中心，控制中心再根據距離信息調整推進臂的推進方向使其沿直線推進。紅外測距的優點是便宜,易制,安全,其主要缺點包括以下兩個方面：

a、紅外測距儀測距需要向外發射紅外線并接受反射信號，因此紅外測距儀的紅外線發射器和接收器的安裝位置必然暴露在端幫采煤機推進臂的兩側。但是井下環境極差，煤粉、塵土等容易將紅外測距儀的光發射器和接收器覆蓋住，導致紅外測距儀無法發射或無法接受測距信號。

b、光電測距的理想測距條件是反射表面光滑而產生鏡面反射，而井下巷道兩幫及不規則，容易產生漫反射，導致測距儀接收到的反射信號及其微弱，而且巷道空間狹小，易產生多路徑效應，光反射路徑復雜，導致測距儀接收到的測距信號是經過多次反射才到達測距儀的，而不是垂直于推進臂方向的反射信號，測距精度難以保證。

3.5 慣性器件定位測姿技術

慣性導航理論基礎為牛頓力學基本定律，利用加速度計測量待定位物體相對導航坐標系的加速度，經過兩次積分后得到移動距離，從而確認待定位物體的位置。

慣性技術是一門綜合了機電、光學、數學、力學、控制以及計算機等學科的技術,用于對運動體的姿態和位置參數的確定。由于是根據力學原理進行的測量,不需要與外界發生聯系,因此能夠在全球范圍內和任何介質環境里自主地、隱蔽地、連續的進行三維定位和定向,廣泛應用于航天、航空、航海、大地測量等領域,特別是慣性技術的高度自主性,使其在軍事上具有特殊的應用價值。

慣性技術是在先進科學理論和制造工藝支持條件下發展起來的。其基本理是利用加速度傳感器（加速度計）敏感載體的運動加速度,經過積分獲得運動速度和位移;同時利用角速度傳感器（陀螺儀）敏感載體運動的角速度,經積分后得到運動角度。慣性測量技術根據這些數據可以實時地確定載體的位置、運動速度和姿態信息。但是由于敏感器件的誤差積累,難以在長時間下獨立工作。慣性技術的研究重點在于增加慣性系統的可靠性和慣性器件的精度。

從結構上講,慣性測量系統可以分為平臺式和捷聯式系統兩類。平臺式慣性系統利用轉子陀螺的定軸性和進動性建立導航平臺,加速度計安裝在平臺上,因此可以方便地讀取載體的姿態和速度信息,但實體平臺也增加了系統的結構的復雜程度并降低了系統的可靠性。捷聯式慣性系統的陀螺儀、加速度計和載體固連,利用慣性敏感器件輸出的載體運動數據,通過計算機算法構建載體運動的虛擬導航平臺,得出載體的導航信息,結構簡單,便于維護。

隨著制造技術的進步,不斷出現的慣性敏感器件也推動著慣性技術的發展,用于平臺式慣導的動力調諧陀螺漂移己達到0.01°/h,霍尼韋爾公司研制的靜電陀螺監控器的漂移誤差小于10?4?/h。激光陀螺和光纖陀螺的出現掀起了慣性技術的一場革命,這種小體積、低功耗、高精度的慣性器件不斷完善,潛在優勢逐漸顯露出來,取得越來越廣泛的應用。20世紀80年代開始出現了MEMS技術(微機械機電系統),MEMS慣性器件不僅具有體積小、重量輕、易于安裝、高可靠性、耐沖擊而廣泛應用,而且易于大批量生產,成本優勢較大,隨著制造技術的進步,MEMS器件的測量精度也越來越高,因此基于MEMS器件的慣性系統研究逐漸成為了一個研究熱點。

用于井下設備定位時，導航裝置安裝在端幫采煤機上，測量的是載體坐標系上所受的比力情況，需要換算到導航坐標系上再進行處理，才能獲得有效導航數據。導航過程如圖3-2所示：首先，測得載體在坐標系上所受比力的值fb，然后，根據載體的姿態獲得導航坐標系到載體坐標系的變換矩陣Cn；接b（載體的姿態可根據陀螺儀推算）著計算出導航坐標軸下的比力值fn，由于比力值包含自身所受重力加速度g，測量并減去當地重力加速度后獲得導航坐標系下的移動加速度an；最后通過積分運算獲得速度和位置信息。

圖3-2 慣性導航原理圖

Fig 3-2 The Schematic of inertial navigation 端幫采煤機定位測姿技術發展前景

端幫采煤機在指定煤層向前掘進時，通過推進臂將截割頭推進到采掘工作面，截割下的煤通過傳輸系統及時輸送到地面。一段采掘結束后推進臂再向前推進一段繼續采掘。為保證推進臂始終沿工作面向前直線延伸，避免推進過程中出現刮幫、割頂和臥底現象的發生，必須為推進臂前端建立精確可靠的導向系統。

基于無線傳感器網絡的井下設備定位測姿系統需要在井下待監測區域內部署大量的廉價微型傳感器節點，通過無線通信方式形成一個多跳的自組織網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中感知對象的信息，并發送給觀察者。但是端幫采煤的掘進巷道不采用支護，人員不進入巷道，不能在巷道內部署相應的傳感器節點。而且無線傳感器節點需要持續的能量供給，這一點在端幫采掘巷道也難以滿足。因此基于無線傳感器網絡的井下設備定位測姿系統不能應用為端幫采煤機。

基于CSS技術的井下定位測姿系統主要用于實時顯示各個巷道和工作面人員及移動設備的數量、分布狀況、活動軌跡，查詢任一指定井下人員在當前或指定時刻所處的區域、坐標、活動軌跡等信息。但其同樣需要在井下建立一定數量監測分站和無線定位基站才能檢測出井下人員或設備等運動目標的精確位置和一些傳感控制信息。因此基于CSS技術的井下定位測姿系統也不能應用為端幫采煤機的導向系統。

基于地磁傳感器的定位測姿系統是利用地磁場的變化來確定井下設備的位置姿態變化，它不需要事先在井下巷道中部署通信節點，而只需將地磁傳感器直接固定在需要定位測姿的設備上即可。但應用地磁傳感器進行定位測姿的最大就是精度問題，現有的用于探測磁場的磁傳感器的精度還不能滿足獨立定位測姿的精度要求。因此，基于地磁傳感器的定位測姿系統不能獨立應用為端幫采煤機的導向系統。

基于紅外測距技術的定位測姿系統雖然具有精度高、價格低廉的優點，但是紅外測距儀的精密測距依賴于發射和接受到正確的反射信號，在復雜的井下環境中很難保證測距儀接收到的反射信號不是經過多次反射而獲得的信號，因而無法確保測距的可靠性。所以基于紅外測距技術的定位測姿系統也不能單獨應用為端幫采煤機的導向系統。基于慣性技術的定位測姿系統具有許多優點：a.不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統，因而不受外界電磁干擾的影響；b.能提供連續實時的位置姿態信息，且地位測姿信息噪聲低；c.數據更新率高、短期精度和穩定性好。同時基于慣性技術的定位測姿系統也有一些缺點，其最主要的缺點是由于位置姿態信息經過積分而產生，定位測姿的誤差隨時間而增大，長期精度差。但是將慣性技術應用于端幫采煤機時，由于端幫采煤機作業的特點就是隨著采掘過程的進展逐步向前延伸，因此可以通過零速更新算法及時的修正慣性器件隨時間增大的誤差，從而可以保證在整個采煤過程中的慣性系統定位測姿精度。所以將基于慣性技術的定位測姿系統應用為端幫采煤機的導向系統有很好的發展前景。

第二篇：技術報告書

技術報告書

編寫人：日期：

GPS實習技術總結

一、測區概況與任務概述

陜西交通職業技術學院位于西安市未央區文景北路19號。測區平均高程為海拔米，

第三篇：采煤技術管理工作若干規定

東風煤礦采煤工作技術管理規定管理制度

為加強采煤技術管理，完善工作制度，使采煤技術更好地服務于生產、指導生產，經研究決定，對采煤技術管理作以下規定：

1、采區技術員對本區技術工作、圖牌板管理、礦壓監控工作負責，要經常深入現場，及時了解掌握工作面地質條件變化及生產情況，針對現場變化情況及時編寫安全技術補充措施，向施工人員貫徹并監督指導規程措施在現場的執行情況，切實起到指導生產的作用。

2、采區技術員每周至少到采煤副總辦公室填圖一次，每周至少到采煤組一次，進行業務交流，填工作面位置與現場實際偏差不能超過1m，否則罰款20元/次。

3、工作面遇特殊情況，應及時編制補充措施，遲寫影響生產的視情況罰50～200元。

4、工作面過溜斜、材斜及收作后7天內，須上交生產部采煤組交底材料（一式三份），遲交的罰款5元/天。

5、每個工作面回采結束后，須寫出書面總結，總結要按集團公司下發的采掘技術管理規定要求認真編寫，要在工作面回采結束后15天內交采煤組，遲交的罰款5元/天。

6、工作面初放材料要在初放結束后5天內交采煤組，遲交的罰款5元/天。

7、規程措施審批時間為周二至周五（特殊情況除外），審批規程必須提前一天通知有關單位，規程和措施出現圖表不全的一處罰5元，錯別字罰2元/個。

8、作業規程和所有措施都必須經總工程師簽字，審批意見寫齊全，若審批時無意見，寫“現場嚴格按照此措施執行”，所有措施貫徹記錄要全區人員簽字，作業規程要有考試成績。作業規程、措施（包括貫徹記錄）在審批后5天內、措施在3天內交采煤組，遲交的罰款5元/天，交來的規程措施不合格的一次罰50元。

9、周報、月報、隱患排查報告及機電設備運行分析報告都要使用電子版發到郵箱里。

10、采煤技術員上報周報要求：周報在每周四～周六，三天內交來，每月月報在月底或1號上午下班前交來，周報要寫明兩巷回采位置，工作面回采情況及安全重點，月報要寫明兩巷回采位置，全月兩巷推進度，工作面回采情況及安全重點并要附平面圖，對遲交來的技術員罰5元/天，內容不全的少一項罰5元/次，上報材料有明顯錯誤的罰10元/次。

12、生產部采煤組安排的業務范圍內的工作，采區技術員必須按時按質按量完成，否則一次罰款20元。

13、請假制度，請假一天之內必須經區、生產部采煤組同意后方可離礦，一天以上必須寫請假條，經區、采煤組、采煤副總同意，經查實未辦請假手續的罰20元/次。

14、召開技術例會，無特殊情況不準請假，遲到一次罰10元，無故不參加者罰50元。采煤隊技術員要編寫初采初放總結報告，交生產技術科存檔。

十二、管理制度。

1、井下所有工程作業前，必須有經過批準的作業規程，嚴禁無作業規程施工，無作業規程作業的按“三違”處理，并罰款100—500元。

2、要嚴格執行“一工程一措施”，套用的按無措施處理。

3、職能部室或礦領導在布置工程施工或作業的同時，要布置編制作業規程，一般要提前9天通知單位編制作業規程，單位要提前3天編制完畢，提前2天組織工程參加人員貫徹學習考試，推遲一天罰款20－50元，影響生產誰影響誰負責，無作業規程強行施工按“三違”處理，造成后果追究違章指揮者責任。

4、傳批的作業規程或措施，嚴格按程序審批，審批者當天必須審批完，不準積壓過夜。會審的作業規程，會審單位人員必須準時到會，不得遲到，不得缺席。第一審批人不在時，由單位技術負責人代替。

5、作業規程審批完畢后，要立即打印下發到有關單位或個人。辦公室接到后要及時打印，一般不超過1天，推遲一天罰款10元。

對規程、措施或災害預防處理計劃不按規定要求編制、審批、報送、貫徹、執行、監督、檢查、復審的責任者初采初放工作結束后，采煤隊技術員要編寫初采初放總結報告，交生產技術科存檔。

總工程師（技術負責人）對作業規程編制質量負責，作業規程經總工程師（技術負責人）組織有關業務部門進行會審批準后執行。其他分管副礦長必須定期檢查監督作業規程落實情況。區（隊）長負責作業規程的現場落實，違反作業規程作業嚴格追究其責任。

第四篇：采煤技術人員培訓學習體會

采煤技術培訓班學習體會

為了進一步提高技術人員的專業技術水平和業務素質，2011年4月1日，集團公司黨校組織舉辦了采煤工程技術人員培訓班，而我很榮幸的成為了其中的一員。在為期一個月的培訓期間里，集團公司多位領導前來授課，專題講座堂堂精彩，幾次小組研討見仁見智，課外文體活動也是豐富多彩。

在學習期間，我始終抱著認真的態度參加每一次學習和討論，深入了解了集團公司采煤工藝的發展歷程，學習國內外先進的回采設備、技術和發展方向。不僅如此，通過生產技術部幾位領導的授課對回采工作面的機電、通風、運輸等方面也有了較為深入的了解。尤其是集團公司李偉林副總的專題講座，讓我獲益匪淺，更加堅定了我在技術員這個平凡崗位上做出成績的決心。盡管一個月時間的培訓不是很長，但還是讓我在理論和素養方面有了一定的提高，對工作的理解上得到了一次升華。總而言之，這次培訓學習不僅豐富了我的學識，還進一步開拓了我的思維，使我的業務水平和工作作風等方面有了比較明顯的轉變和提高，進一步增強了自己務實工作的能力和信心。以下是我對這次學習的幾點心得體會：

一、進一步認識技術員的基本職責。在隊組中，技術員的工作不僅僅只是編寫作業規程、措施和對工人進行培訓這么簡單。與隊長、書記一同作為隊組的三大員，技術員在技術管理上起著舉足輕重的作用，在隊組日常管理中也起著上情下達和下情上報的作用，這種橋梁紐帶作用是無可替代的。這是因為技術員對上級的政策理解程度相對來說較為充分、深刻，可以說是政策落實到基層的可靠保證，可謂是“春江水暖鴨先知”；另一方面，技術員與一線工人接觸較多，能更深入地了解井下的工作環境和礦工的基本情況，便于及時上報，使上級掌握井下實際情況從而做出正確的決策。

多走多看是工程技術人員必須具備的最基本素質。這就要求我們必須經常深入井下生產一線，因為只有勤下井才能準確了解井下的情況，并且下井要做到腿勤、手勤，切忌走馬觀花，一定要盡到一個技術員應盡的責任。腿勤，要在工作面多走走，多看看，發現隱患及時處理或上報。手勤，就是要勤于記錄，記錄好原始的數據，保證當天的數據當天記，做到以事實為基礎，用數據說話。記好工作日志，記錄當日的生產、材料消耗以及工作面的其它情況。

此外還要學會與工人師傅們談心，以掌握他們的思想動態。談心可以說是技術員與職工進行思想交流、感情溝通的最好方式，但要記得掌握火候，以收到事半功倍的效果。談心要注意幾點：一是談心要善于“自責”。技術員與職工談心時，不妨自己先降降格，勇于承擔責任，然后再指出對方的思想癥結，讓對方通過技術員的“自責”而冷靜思考，反思自己的錯誤。技術員用誠意打動對方，能拉近談心雙方的感情距離。二是談心要善于“娛樂”。我們常說:“有共同的愛好，才能促進人們之間的友情。”技術員可以主動邀請職工一起去做對方喜歡做的事，如打牌、下棋或打球。技術員在這種環境下和職工談興趣，談思想，更能讓職工理解自己，感到自己是值得信賴的人，從而化解矛盾和積怨。三是談心要善于“激勵”。一般的談心，或是指出對方的不足，或是提出批評的意見，效果往往不理想，這是因為空談“大道理”，引發了職工的逆反心理。要真正的解開職工思想的“疙瘩”，只靠批評是不行的。批評不如鞭策，給人言語上的安慰不如給人行動上的激勵，為對方進步創造條件、增加動力。四是談心要善于“關心”。技術員要在談心中廣開渠道，尋找做思想工作的“同盟軍”,如職工的工友、舍友、家屬等，變“獨角戲”為“大合唱”，以工友心、知己情和夫妻愛來感動職工，調動職工的積極性，利用感情上的這種優勢，談心往往能取得一舉多得的良好效果。

二、與時俱進，善于學習，提高理論水平。當前是知識經濟社會，煤礦企業也不例外，各種新技術、新裝備、新材料層出不窮。所以為了適應企業發展的需要，唯一的方法就是不斷學習，用豐富的理論知識來武裝頭腦。平時認真學習涉煤專業的所有課程，建立起自己的知識體系，認真解讀國家煤炭安全監察局的所有政策和相關法規，嚴格執行煤礦三大規程，以便工作中理論聯系實際，確保工作面生產保質保量、安全順利進行。學習中要做到嘴勤、腦勤。嘴勤也就是不懂就問，不要不懂裝懂，怕別人說自己無知。不懂不可怕，不懂裝懂才是最可怕的，井下無小事，一旦發生意外，不懂裝懂只能是害人害己。在和同事相處時，多討論一些與專業技術相關的問題，交流工作心得，多向有經驗的同事請教，問的多了知道的就多，現在的多問是為了以后的少問直至不問。如果再想學的多一些，不妨寫點日記，記錄心得，總結經驗。腦勤，勤于思考，多想，多學。既要理論聯系實際，又要學會用理論解釋實際。也只有多思索，才能看到事物的本質，起到防患于未然的效果。當然，我們作為一名新時期的礦山技術人員，只掌握本專業的理論知識是遠遠不夠的，還必須具備一定的機電、通風等與回采工作息息相關的專業知識，以備不時只需。總之，理論是基礎，是行動的指南，而礦井就像個大課堂，只要愿意學，到處都是知識，只有不斷豐富理論知識，才能增強綜合實力，成為一名復合型人才。

三、不怕吃苦，樂于奉獻，做一名合格的技術員。眾所周知，煤礦是一個艱苦行業，也是一個高危行業。所以技術員平時也要加強政治學習，增強自己的道德修養，樹立正確的人生觀，價值觀。做一名德才兼備的技術員，應當做到吃苦在前、享受在后、腳踏實地、甘于奉獻、耐得住清貧、守得住寂寞。另外，身為一名技術員，應當明白自己的責任，在工作中起到自己應有的作用，當好隊長的得力助手。礦井無小事，井下生產中凡事都要做到以預防為主，若等事情發生后就損失慘重，悔之晚矣。所以采煤技術員不能只等隊長安排任務后才去做，有時隊長事情多，可能會忽略一些問題，而我們要注動的去做自己能做的事，有時還要向對長提個醒。總之我們既要服從安排，又要學會主動承擔任務。在上級領導來檢查工作時，應主動回答問題，敢于發表自己的意見，不能總是唯唯諾諾，保持沉默。

通過這次學習我收獲很大，不但使我學習到了許多非常實用的理論知識，開拓了我的眼界，而且還讓我在這個培訓班里結識了很多朋友。他們當中有很多都是有著豐富工作經驗的老技術員，為我能夠從老同志那里學到更多的知識搭建了平臺，為今后更好地完成工作打下了基礎。最后十分感謝集團公司黨校給我這次十分難得學習機會，我要把新學到的知識運用到實際工作中去，為祖國的煤炭事業多出煤、出好煤。

學習

體

會

新元公司綜一隊

趙福興 2011.4.18

第五篇：技術報告書

1.選址意見書復印件一份

2.電子圖刻錄一份

3.審批藍線圖原件一份

4.經辦人身份復印件證一份