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煤矿智能化关键技术研究与实践

煤田地质与勘探 2023年第1期51卷 44-54页

作者：王海军曹云王洪磊煤炭科学研究总院有限公司北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

煤矿智能化是煤炭行业实现可持续发展的重要途径,为煤矿企业减人增效、安全生产提供有效保障,大数据、机器人、人工智能等新一代信息技术有力支撑了煤矿智能化建设。首先阐述了智慧矿山的设计思路,提出了智能化建设总体技术体系。然后,... 详细信息

煤矿智能化是煤炭行业实现可持续发展的重要途径,为煤矿企业减人增效、安全生产提供有效保障,大数据、机器人、人工智能等新一代信息技术有力支撑了煤矿智能化建设。首先阐述了智慧矿山的设计思路,提出了智能化建设总体技术体系。然后,分析了通用异构型控制和数据处理平台、矿用巡检机器人技术、人工智能技术、故障诊断技术和智能穿戴等煤矿智能化关键技术的发展现状与趋势,梳理了智能化建设应用过程中存在的关键难题,并针对瓶颈问题提出了解决方法与未来发展趋势。研究基于模块化开发的通用异构型控制和数据处理平台,实现了底层终端的可重构和底层通信协议的统一,解决了数据孤岛问题;研究巡检机器人驱动模块监测、运动控制与精确定位等关键技术,基于多传感器融合技术实现机器人精确定位;研究人工智能技术在煤矿场景应用中缺少典型数据和与场景知识结合的问题,提出小样本学习技术有望推动人工智能技术在煤矿智能化领域的进一步落地应用;研究煤矿设备故障诊断技术,提出构建基于数据和知识混合驱动的设备故障诊断模型将有效解决过度维修和欠维修的问题;智能穿戴技术是解决井下关键岗位作业人员防护问题的关键,提出了由呼吸系统、传感监测系统、人机交互系统、语音显示系统组成的智能穿戴系统设计方案。最后,阐述了内蒙古神东天隆集团霍洛湾煤矿与内蒙古神东天隆集团武家塔露天煤矿智能化建设实践经验与阶段成果,为不同类型煤矿的智能化建设提供参考。

关键词：数据处理煤矿机器人人工智能煤矿智能化智慧矿山

基于长距离密闭取心的煤巷条带瓦斯预抽效检研究

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煤炭科学技术 2021年第3期49卷 106-111页

作者：冯强龙威成李振福孙四清晋能控股集团有限公司山西晋城048000 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

区域瓦斯抽采效果检验是"四位一体"综合防突工作的重要一环,寺河矿采用残余瓦斯含量作为预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验指标,采用常规取心测定瓦斯含量分段评价瓦斯抽采效果,该效检方法存在评价范围小、检验点轨迹偏差大、掘进... 详细信息

区域瓦斯抽采效果检验是"四位一体"综合防突工作的重要一环,寺河矿采用残余瓦斯含量作为预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验指标,采用常规取心测定瓦斯含量分段评价瓦斯抽采效果,该效检方法存在评价范围小、检验点轨迹偏差大、掘进与效检交叉作业等问题。在研究煤矿井下煤层长距离密闭取心技术及工艺的基础上,提出了基于长距离密闭取心的煤巷条带瓦斯预抽效果快速检验方法,并选择东区工作面瓦斯预抽煤巷条带进行试验。根据寺河矿试验结果,长距离密闭取心测定煤层瓦斯含量为常规取心测值的1.26~1.71倍,煤巷条带瓦斯预抽一次效检范围由90 m扩大至390 m。研究表明,基于煤层长距离密闭取心的煤巷条带瓦斯预抽效检方法是可行的,该方法实现了煤层钻孔精准定点、长距离、密闭取心,提高瓦斯含量测定结果准确度,大幅扩大区域瓦斯预抽效果一次效检范围,减少掘进工作面生产与效检工作的交叉作业,促进了矿井生产"抽-掘-采"平衡。

关键词：煤巷条带预抽瓦斯效检方法密闭取心瓦斯含量

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煤矿巷道智能化掘进感知关键技术

煤炭学报 2021年第7期46卷 2123-2135页

作者：胡兴涛朱涛苏继敏刘凯文代双成邢旭东郑光辉刘炳权王波张国玉北京天地华泰矿业管理股份有限公司北京100013

针对目前煤矿巷道掘进工作面智能化应用水平较低导致掘进效率低下、采掘接替紧张的问题,分析了制约巷道掘进工作面实现智能化的关键技术-快速掘进煤炭地质保障技术、智能超前自主感知技术、智能掘进大数据云计算及控制软件技术。论述了... 详细信息

针对目前煤矿巷道掘进工作面智能化应用水平较低导致掘进效率低下、采掘接替紧张的问题,分析了制约巷道掘进工作面实现智能化的关键技术-快速掘进煤炭地质保障技术、智能超前自主感知技术、智能掘进大数据云计算及控制软件技术。论述了煤矿快速掘进理论及技术基础,以煤矿高分辨率三维地震勘探技术、矿井地质透明化技术为支撑,巷道围岩应力及其控制理论为基础,快速掘进设备为保障,形成实现煤矿智能高效掘进的探测、掘进、支护协同作业的基础支撑理论。重点阐述了煤矿巷道掘进工作面的智能超前自主感知技术,包括高分辨地质雷达探测技术、基于TSOA定位原理混合算法的掘进机位姿感知技术、基于同步定位与建图(SLAM)原理的掘进工作面环境感知技术、掘进设备运行状态感知技术。形成实现智能化掘进工作面的“掘进机位姿感知、工作面环境感知、设备状态感知”的空间一体化感知体系。在分析煤矿综掘工作面实现智能化快掘自主感知和调控技术的基础上,提出按照“以智能化超前感知为基础,以多源数据计算为中心,以安全智能快速掘进为目标”的原则进行设计和构建煤矿智能快速掘进技术体系。开发基于F5G通讯的多源数据和多源图像传输、存储技术,确保了数据传输的高效、可靠和稳定。依托大数据分析和云计算平台,开发具有CPU、存储和网络资源聚合计算基础架构VMware vSphere的软件-智能化掘进-SmartX,系统架构划分为数据源层、智能化超前感知数据采集层、多源数据和图像的传输存储层、大数据云平台数据分析层、决策应用层,包括超前地质探测精准感知、掘进设备位姿感知和掘进工作面环境感知等8个主要功能模块。形成智能化掘进工作面Hadoop&Spark一体化大数据云计算分析处理平台,智能化掘进-SmartX系统。分析煤矿巷道智能化掘进面临的挑战和未来发展,提出继续研制高质量感知设备与多源数据、图像深度融合技术,提高智能掘进设备上使用的感知设备种类、精度和智能性等,提升多源数据、图像在深度融合方面的精度和准确度。加大研发基于F5G通讯技术的掘进工艺智能化技术,智能化掘进设备在工作过程中,确保各项参数判定和指令动作在提前设定的状态下快速可靠准确完成。提出进一步提升巷道智能化掘进辅助生产环节的智能化水平,以减少现场作业人员数量,减轻作业人员劳动强度,实现掘进工作面智能化水平整体提升。

关键词：智能化掘进自主感知 F5G通讯技术智能化掘进-SmartX软件辅助生产

河下综放开采覆岩破坏发育特征实测及模拟研究

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煤炭学报 2013年第6期38卷 987-993页

作者：刘贵张华兴刘治国邹友平郭爱国崔锋天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013

下沟煤矿位于泾河下的煤炭资源,采用综放开采,现有的导水断裂带高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求。为了掌握泾河下特厚煤层大面积综放开采的覆岩破坏发育特征,实现水体下安全回采,在研究区工作面不同位置布置了5个采后"两... 详细信息

下沟煤矿位于泾河下的煤炭资源,采用综放开采,现有的导水断裂带高度计算方法不能满足水体下采煤安全评价的要求。为了掌握泾河下特厚煤层大面积综放开采的覆岩破坏发育特征,实现水体下安全回采,在研究区工作面不同位置布置了5个采后"两带"孔,进行了钻孔冲洗液漏失量和彩色电视观测,并通过物理模拟进一步研究了在各工作面间留设一定宽度隔离煤柱的开采方式的覆岩破坏过程。观测和模拟结果表明:隔离煤柱有效地控制了覆岩破坏发育高度,成为泾河下压煤安全回采的关键。根据得出的单工作面最大裂采比,并通过最小防水安全煤岩柱垂高的计算,认为地质条件满足泾河下安全回采的要求。

关键词：河下采煤综放开采覆岩破坏导水断裂带

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卧式振动离心机主振弹簧的特性试验

煤炭学报 2013年第4期38卷 700-706页

作者：阚晓平梁金钢董晓磊梁浩中国煤炭科工集团唐山研究院河北唐山063012

在橡胶弹簧本构模型的基础上,采用试验研究与有限元分析的方法,对橡胶弹簧的性能进行研究。通过试验,得出橡胶弹簧剪切刚度和动刚度的载荷-位移变化曲线。在不同的本构模型下拟合试验结果曲线,将拟合出的曲线与原试验曲线的对比分析,由... 详细信息

在橡胶弹簧本构模型的基础上,采用试验研究与有限元分析的方法,对橡胶弹簧的性能进行研究。通过试验,得出橡胶弹簧剪切刚度和动刚度的载荷-位移变化曲线。在不同的本构模型下拟合试验结果曲线,将拟合出的曲线与原试验曲线的对比分析,由曲线间的误差确定最适合的本构模型是五参数的Mooney-Rivlin本构模型。在选择的本构模型下,应用有限元分析软件对橡胶弹簧进行应力应变的分析验证有限元分析的准确性。通过研究发现橡胶弹簧线性和非线性的区分点,非线性刚度变化特性以及试验得出的橡胶弹簧本构模型,为未来的分析计算提供了有利的理论基础和试验验证。

关键词：橡胶弹簧试验有限元分析刚度

软岩巷道大变形双主动超前爆破预裂顶板防控技术

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煤炭学报 2020年第S2期45卷 589-598页

作者：高晓进李煜炜张振金张震于海涛黄志增岳春辉天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 内蒙古平庄能源股份有限公司内蒙古赤峰024076 内蒙古伊泰集团有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

为了解决软岩采场终采线附近大巷受工作面回采应力长时高压作用引起的巷道围岩结构大变形问题,以风水沟煤矿软岩地质条件为工程背景,从力源传递角度出发,提出了顶板深部围岩双主动超前深孔预裂爆破卸压原理,建立了爆破裂隙带构造应力场... 详细信息

为了解决软岩采场终采线附近大巷受工作面回采应力长时高压作用引起的巷道围岩结构大变形问题,以风水沟煤矿软岩地质条件为工程背景,从力源传递角度出发,提出了顶板深部围岩双主动超前深孔预裂爆破卸压原理,建立了爆破裂隙带构造应力场力学模型和终采线附近高位稳定岩层弹性基础连续板力学模型,对比分析了采场超前支承压力和爆破裂隙带构造应力分布特征,研究了顶板深部围岩双主动超前爆破卸压机制。研究得出:风水沟煤矿软岩采场超前支承压力动态演化规律具有动压影响区域广,峰值影响范围大,应力集中程度高的特点;终采线区域顶板深部围岩双主动超前爆破卸压后,爆破裂隙带构造应力场剧烈影响范围减小,应力集中程度降低,顶板下沉量和弯矩明显减小,工作面终采线预裂岩层及时垮落,冒落岩体的碎胀效应有效控制高位稳定岩层的变形以及破坏发展模式;煤柱区爆破裂隙带切断应力传递路径,采场应力环境得到明显优化。在工作面回采结束3个月后,现场监测的大巷围岩垂直应力增量在5%以下,巷道顶底板及两帮的移近量较小。研究结果表明,顶板双主动爆破卸压后形成的裂隙带阻挡了超前支承压力向前传递,降低了巷道围岩应力,减小了大巷变形。

关键词：软岩采场超前支承压力超前卸压爆破裂隙构造应力

粉煤灰掺杂MnO2催化臭氧氧化高盐废水中化学需氧量研究

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煤炭科学技术 2021年第7期49卷 208-215页

作者：夏立全陈贵锋李文博高明龙煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室北京100013

为实现煤化工高盐废水的有效处理,各种高级氧化技术均得到深入研究,非均相催化氧化技术有效且前景广阔,因此臭氧氧化的非均相氧化技术得到长足发展,而高效催化剂的开发至关重要。采用水热合成法制备了活性组分MnO2,通过掺杂成型技术制... 详细信息

为实现煤化工高盐废水的有效处理,各种高级氧化技术均得到深入研究,非均相催化氧化技术有效且前景广阔,因此臭氧氧化的非均相氧化技术得到长足发展,而高效催化剂的开发至关重要。采用水热合成法制备了活性组分MnO2,通过掺杂成型技术制备了颗粒状固体催化剂,通过X射线荧光光谱(XRF)、扫描式电子显微镜-X光微区分析(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位分析等表征技术对催化剂进行分析。结果显示,催化剂以硅、铝、钙的氧化物为主体,以二氧化锰为主要活性组分的混合型多层催化剂,催化剂表面形态较好且具有较好的孔道结构。催化臭氧氧化高盐水中化学需氧量降解试验中,探讨了臭氧投加量、催化剂投加量、初始pH等因素,结果表明,在臭氧投加量为10 mg/L、催化剂投加量为100 g的条件下反应60 min后,高盐水的化学需氧量去除率为60%左右,反应体系最优的酸碱度在催化剂等电点附近。反应机理研究中,通过添加PO^(3-)_(4)证明了表面的酸性位点为有机物降解的活性位点;加入对苯醌体系的化学需氧量降解率仅45%左右而加入叔丁醇反应体系可实现55%的化学需氧量降解率,因此通过添加不同种类的自由基抑制剂证明了·O^(2-)_(2)对化学需氧量降解的贡献远大于·OH;无机阴离子的加入对反应效果的影响结果不一致,Cl^(-)、HCO^(-)_(3)的加入浓度为1000 mg/L时催化效果会下降5%以上,说明自由基捕获剂类的阴离子会显著降低COD的降解率。

关键词：粉煤灰化学需氧量二氧化锰臭氧氧化高盐废水

基于双窄带LED光源的红外甲烷传感器的研制

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光子学报 2020年第6期49卷 148-156页

作者：赵庆川中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400039

利用甲烷气体分子在3.3μm处的主吸收峰,研制了一种基于非色散红外光谱技术的红外甲烷传感器.传感器的光学部分由峰值波长为3.4μm的测量发光二极管、峰值波长为2.7μm的参考发光二极管、截止波长为3.6μm的光电二极管及球面反射面组成... 详细信息

利用甲烷气体分子在3.3μm处的主吸收峰,研制了一种基于非色散红外光谱技术的红外甲烷传感器.传感器的光学部分由峰值波长为3.4μm的测量发光二极管、峰值波长为2.7μm的参考发光二极管、截止波长为3.6μm的光电二极管及球面反射面组成;电路部分包括发光二极管驱动电路、光敏信号处理电路、温度测量电路、微处理器.采用短脉冲供电控制逻辑的工作模式,降低红外光源的上电时间,将光学测量器件的功耗降至16mW.实验研究了温度变化对传感器甲烷浓度测量结果的影响,通过数据分析及线性拟合,得出了温度补偿算法公式.补偿后的传感器及检测系统平台实验结果表明:传感器平均功耗为23.56mW,在-20~50℃的温度范围内温度变化对测量值的影响不超过真值的3%,湿度影响不超过真值的4%,响应时间小于25s,工作稳定性时间大于60天,性能指标均满足或优于AQ6211-2008煤矿用非色散红外甲烷传感器行业标准相关要求.与热辐射红外光源或激光检测原理的甲烷传感器相比,基于双窄带发光二极管的红外甲烷传感器功耗降低70%以上,能够满足便携式、无线化应用场合低功耗的技术要求.

关键词：气体传感器红外吸收窄带光谱 LED光源短脉冲供电温度补偿甲烷检测

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煤炭智能开采地质保障技术及展望

煤田地质与勘探 2021年第1期49卷 21-31页

作者：董书宁刘再斌程建远陈宝辉代振华李丹中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 煤炭科学研究总院北京100013

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择,是实现煤矿安全高效生产的必由之路,地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑,且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保... 详细信息

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择,是实现煤矿安全高效生产的必由之路,地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑,且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产,从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查,不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题:地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上,论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系,主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术,通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈,实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革,针对新形势下煤矿安全发展新要求,提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向,平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。

关键词：智能开采地质保障透明矿井综合探测智能监测