研究方向三:矿山安全生产装备与监测监控技术
发布时间: 2012/12/25 23:17:12 被阅览数: 373 次 来源: 矿山灾害预防控制国家重点实验室

 

 矿山安全生产装备与监测监控技术

  
    本方向煤矿安全监测监控理论与技术的研究是保障煤矿安全生产的基础,以苏学成、曹茂永、曾庆良等为代表的一批学者,通过承担国家科技攻关项目、国家自然科学基金项目、国家“863”计划课题、国家科技支撑计划、国际合作项目等国家级课题20余项,在矿山安全检测技术及装置、复杂条件下地下工程开挖支护技术与装备、矿用机器人理论与技术、煤矿井下运输系统安全保障关键技术与装备、矿山机电设备自动检测与装置等方面开展了深入研究,在本研究方向上获得许多重大科技成果,获得国家科技进步奖4项、省部级科技奖励23项,获得国家发明专利27项、软件著作权7件,发表论文360余篇,被SCI、EI等收录170余篇,为企业创得经济效益达11亿元,在国内外引起了广泛影响。
    主要研究内容与特色如下:
   (1)矿山安全检测技术及装置
实验室从60年代就开展了矿压检测技术及矿用传感器的研究,取得了一系列成果。研发了一批拥有自主知识产权的技术和产品,首创了GH系列振弦式传感器;1999年我校作为主要起草单位制订了振弦式岩土工程用传感器国家行业的新标准。研发的振弦式矿山压力传感器等系列产品在国内市场份额突破12%,独具特色的系列煤矿顶板安全数字化监测系统,是目前我国煤矿系统唯一具有煤矿顶板全参数监测的产品,于2008年被国家科技部作为国家重点新产品在煤炭系统内推广应用。正是该技术的应用和支护技术的创新,极大地改善了我国煤矿开采的安全状况,提高了生产效率。
上世纪八十年代,实验室开始超声测井仪的研究。在国家“八五”科技攻关项目“锚喷支护施工质量检测技术”的研究中,首次将超声检测技术用于锚喷支护施工质量的检测,在超声检测的理论、方法、可靠性和测量精度等方面均有重大创新,1996年获国家科委国家“八五”重大科技成果奖(集体奖),1998年获山东省科技进步一等奖。承担的“大口径钻孔井径井斜超声测量技术及仪器”项目于2008年获教育部科技进步一等奖。研制的“SKD型超声测井仪”系列产品,已成功应用于山东龙固、河南陈四楼等矿井的建设中,该产品现正在新汶矿业集团等30多家大型企业推广使用;嵌入玻璃钢锚杆的光纤光栅传感器应用于16家煤矿的巷道顶板及液压支护监测监控;独具特色的大口径超声测井仪系列产品,是目前我国煤炭系统在钻孔检测方面的唯一产品。
    在矿山机电设备自动检测与装置研究方面,主要针对运提、通风、压风、排水等设备的安全检测与控制,经过近40年的努力,先后开发了“矿井风机工况自动监测报警系统”、“压风机工况自动监测报警系统”、“ZKFY—II型矿井通风阻力参数检测仪”、“矿井通风风压自动监测系统”,并在兖矿集团兴隆庄煤矿等矿区得到了广泛应用
   (2)矿山安全生产支护技术与装备
    上世纪70年代,实验室开展了以锚喷为主体的巷道支护技术与装备的研究,经过40多年的努力,在裂隙岩体力学特性及稳定性分析、巷道掘进灾害的非线性预测与控制研究、岩土支护与加固理论及技术、安全支护作业自动化设备等方面作出创造性贡献,特别是在国家“八五”科技攻关项目“锚喷支护施工质量检测技术”的研究中,首次将超声检测技术用于锚喷支护施工质量的检测,在超声检测的理论、方法、可靠性和测量精度等方面均有重大创新,获国家科委国家“八五”重大科技成果奖(集体奖),并成为国家施工规范的一部分。以安全监测为基础完成的“复杂条件下地下工程开挖支护技术的理论方法和应用研究”和“高应力极软岩工程锚注支护机理及技术研究与应用”,分别于2001、2002年获国家科学技术进步二等奖。
    此外,在国家科技支撑计划课题“煤矿复杂条件的综放工作面关键设备研究”和国家自然科学基金等多项国家级项目的支持资助下,主要针对复杂煤层的具体地质条件,研究了其矿压显现和顶煤运动规律,建立合理的液压支架受力模型,研究了放顶煤液压支架承载的动态特性,形成了一整套集液压支架创新设计、设备防倒防滑措施以及设备优化配套技术于一体的复杂条件综放工作面支护及安全开采技术。项目研发了支持复杂条件液压支架设计与开发的“液压支架虚拟样机开发平台”,并取得了“复杂产品虚拟样机协同开发平台”软件系统与“复杂产品成本报价系统软件”两项计算机软件著作权登记。本项目研究成果推广应用后可有效提升国产液压支架的设计水平,增强企业快速响应市场的能力,使国产液压支架更多地打入国际市场,研制的放顶煤液压支架满足了大倾角、松软等复杂煤层条件下综放开采的支护设备需求,该研究成果达到国际先进水平。获省部级以上奖励3项,其中“复杂条件纵放工作面关键设备及其优化配套技术”获2011年山东省科技进步一等奖。
   (3)矿用机器人理论与技术
    上世纪80年代初,实验室开展了应用于矿山恶劣环境下特种机器人的研究,在连续4项国家863计划的资助下,建立了矿山安全监控与施工的地下工程机器人理论和技术,研发出我国第一台真正用于地下工程的、拥有完全自主知识产权的地下工程机器人—喷浆机器人, 突破了我国机器人多年一直过不了“恶劣环境”的难关。现已形成防爆型与非防爆型、大中小型系列产品,已用于铁路公路隧道、地下洞库、矿山巷道、水电工程隧洞、油田防波堤护坡工程等一些国家重点工程。该成果于2001年获山东省科技进步一等奖,2002年获国家科技进步二等奖。该方向的成果使得我单位成为“863产业化基地”和国内知名的机器人研发单位之一。目前,随着国家需求和市场变化,该方向研发重点正向煤矿需求强烈的湿喷作业机器人以及集成作业线方向发展,与新汶矿业集团合作研发的“湿喷作业线”项目于2008年通过省科技厅技术鉴定,鉴定结论为国际先进水平。它将是一种全新的矿山关键自动化设备,这种设备尚未见国外类似产品的报道;特别是适应了我国目前安全生产的急需,且能大幅提高生产效率,解决影响煤矿掘进工序中长期存在的问题,这将是一个重大突破。目前本方向申报的“矿山新型湿喷作业机器人关键技术与装备研发”已经列入国家科技部高新技术发展及产业化领域2012年度国家科技计划预备项目。
    此外,实验室开展的特殊环境与灾难现场的探测与救援用“动物机器人”等项目研究,相关成果多次被中央电视台、新华社、美联社、路透社、CNN等国内外重要媒体报道。该成果2008年获山东省技术发明一等奖。
   (4)煤矿井下运输系统安全保障关键技术与装备
自上世纪60年代起,在矿山运输提升的安全检测及自动化技术方面做了大量的卓有成效的工作,在带式输送机的研究与应用方面处于国内领先水平,多项技术已经处于国际领先水平。该实验室孙可文教授在1990年著书详细论述了输送机的运行原理及模型,为弯曲输送在我国的发展奠定了坚实的基础。近年来,对带式输送机进行了全面系统的研究。①提出了水平弯曲带式输送机、大倾角带式输送机、多点驱动线摩擦带式输送机等运行理论和设计计算方法,建立了空间变向、线摩擦、垂直提升圆管带式输送机实验台。②大型带式输送机动态分析与可控传动系统的研究和应用。对于长距离、大运量、大倾角带式输送机的动态特性进行了深入系统地分析,提出了带式输送机的动态设计方法。为改善其动态性能,减小动张力,提高设备的可靠性和使用寿命,研制了液粘可控软起动(制动)系统、自冷盘式制动系统,液压自动拉紧系统。在全国煤矿得到了极为广泛的应用。③矿井运输提升设备的安全运行监控研究。为提高煤矿运输提升设备的安全运行性能,减少事故发生,对提升设备运行状态在线监测与故障诊断、矿井轨道运输人车闭锁等进行了大量研究,并广泛应用于煤矿,为创建本质安全性现代化矿井提供了技术保障。同时矿山运输系统的计算机网络集成控制,集机、电、液一体化,理论与实践结合紧密,在矿山等行业得到广泛应用,取得显著的经济效益。“带式输送机液体粘性无级调速装置”、“新型带式输送机液体粘性制动装置的技术研究”,分别获山东省科技进步二等奖;“高频弹性波顶煤厚度探测仪研制”项目,于2008年获得山东省安全生产科学技术奖一等奖;“煤矿井下运输系统与安全保障关键技术与装备”获2011年国家科技进步二等奖。

 


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