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临空巷道煤柱割缝爆破切顶联合卸压技术研究

煤炭工程 2024年第3期56卷 66-74页

作者：季飞煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

坚硬顶板下临空巷道存在着高应力集中、大变形、难支护等问题,以葫芦素煤矿21105工作面为工程背景,分析了坚硬顶板下工作面回采期间上覆顶板破断规律,研究了临空巷道围岩变形机理,提出了临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压巷道变形... 详细信息

坚硬顶板下临空巷道存在着高应力集中、大变形、难支护等问题,以葫芦素煤矿21105工作面为工程背景,分析了坚硬顶板下工作面回采期间上覆顶板破断规律,研究了临空巷道围岩变形机理,提出了临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压巷道变形控制方法,采用FLAC3D软件模拟了卸压前后临空巷道围岩应力分布规律。在葫芦素煤矿21105工作面回风巷采取“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压措施后,临空煤柱深基点应力峰值降低36.1%,浅基点应力峰值降低19.1%,试验区域微震日均能量降低67.0%,日均微震总能量降低35.7%,采取卸压措施后临空巷道顶底板移近量减小60.1%,两帮移近量减小41.6%,巷道变形得到有效控制。试验结果表明临空巷道“顶板爆破+煤柱割缝”联合卸压技术可有效降低煤柱应力,减少巷道变形,为坚硬顶板下临空巷道变形控制提供了一种新的治理手段。

关键词：坚硬顶板临空巷道变形控制水力割缝顶板爆破

工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律研究

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煤炭技术 2024年第10期 135-141页

作者：张婧周浩屈世甲赵乾坤西安科技大学计算机科学与技术学院中煤科工集团常州研究院有限公司天地(常州)自动化股份有限公司

针对综采工作面受限空间内，监测传感器无法满足甲烷浓度监测的需要，以及工作面人工巡检位置难以明确的现状，研究了工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律。首先将工作面受限空间划分成均匀网格，并进一步划分为3个横向区域和4个纵... 详细信息

针对综采工作面受限空间内，监测传感器无法满足甲烷浓度监测的需要，以及工作面人工巡检位置难以明确的现状，研究了工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律。首先将工作面受限空间划分成均匀网格，并进一步划分为3个横向区域和4个纵向区域。然后通过对工作面煤壁甲烷涌出的特征分析，结合现场数据，建立仿真模拟实验的边界条件，对不同甲烷涌出强度和风速条件下的甲烷扩散规律进行研究。实验结果表明：随着甲烷涌出强度增大，垂直煤壁方向上，靠近煤壁位置的甲烷扩散占比减少，远离煤壁位置的甲烷扩散占比增加；平行煤壁方向上，甲烷扩散占比未发生明显变化。随着工作面风速增大，垂直煤壁方向上，靠近煤壁位置的甲烷扩散占比增加，远离煤壁位置的甲烷扩散占比减少；平行煤壁方向上，回风侧区域甲烷扩散占比向进风侧区域转移。

关键词：工作面煤壁甲烷监测涌出特征受限空间扩散规律

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基于5G的电液控设备邻架控制方法

工矿自动化 2024年第S1期 165-168页

作者：张科学张立亚李晨鑫魏春贤高鹏华北科技学院河北省矿山智能化开采技术重点实验室煤炭科学技术研究院有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京市煤矿安全工程技术研究中心

针对综采工作面电液控设备支架远程控制实时性较差、成本高等问题，分析了5G在电液控设备邻架控制中的适用性，提出了基于5G的电液控设备邻架控制方法。结合5G高速、低延迟和大容量连接的特性，实现了对邻架控制的高效、精确和可靠控制... 详细信息

针对综采工作面电液控设备支架远程控制实时性较差、成本高等问题，分析了5G在电液控设备邻架控制中的适用性，提出了基于5G的电液控设备邻架控制方法。结合5G高速、低延迟和大容量连接的特性，实现了对邻架控制的高效、精确和可靠控制。介绍了电液控设备和邻架控制的基本原理，详细阐述了5G在电液控设备邻架控制系统的应用与架构，通过实验对基于5G的电液控设备邻架控制方法的可行性和有效性进行了验证。

关键词：综采工作面电液控设备邻架控制 5G

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矿山硬岩巷道掘进技术现状与展望

煤矿机械 2024年第11期 93-97页

作者：赵肖敏山西天地煤机装备有限公司中国煤炭科工集团太原研究院有限公司煤矿采掘机械装备国家工程实验室

钻爆法和截齿破岩技术被用于解决硬岩截割的难题，但2种方法都存在诸多不足，难以适用于矿山硬岩巷道安全高效掘进。根据破岩方式的不同，对当前前沿的矿山硬岩巷道掘进技术进行了总结和探索研究。首先，阐述了不同硬岩截割方式的破岩... 详细信息

钻爆法和截齿破岩技术被用于解决硬岩截割的难题，但2种方法都存在诸多不足，难以适用于矿山硬岩巷道安全高效掘进。根据破岩方式的不同，对当前前沿的矿山硬岩巷道掘进技术进行了总结和探索研究。首先，阐述了不同硬岩截割方式的破岩机理，结合巷道成形方式介绍了国内外先进的硬岩巷道掘进装备，分析了相关装备的优缺点，指出了其适用范围。最后，分析了目前前沿的硬岩巷道掘进技术的局限性，指出了各种硬岩巷道掘进技术的未来发展趋势，高灵活性及各种破岩方式复合技术是实现矿山硬岩巷道安全高效掘进的发展方向。

关键词：硬岩掘进全断面部分断面滚压破岩底切技术

自适应接地电阻的本安型电法监测场源信号发射装置设计

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煤矿安全 2024年第2期55卷 204-210页

作者：王冰纯中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

电法监测技术因其对煤岩电阻率变化的高灵敏特点而逐步在突水风险较高的矿井进行推广应用,然而由于井下工作面两巷工况环境复杂,不同场源发射监测电极间的接地条件差异较大且随时间变化,难以在整个监测周期内提供稳定的场源信号。设计... 详细信息

电法监测技术因其对煤岩电阻率变化的高灵敏特点而逐步在突水风险较高的矿井进行推广应用,然而由于井下工作面两巷工况环境复杂,不同场源发射监测电极间的接地条件差异较大且随时间变化,难以在整个监测周期内提供稳定的场源信号。设计了一种基于STM32F407的负反馈式本安型电法监测场源信号发射装置,该装置可自适应调节不同发射电极间的接入电阻,具备双重可靠本安保护电路,实现了本安限制条件下场源信号的最大功率稳定发射,既而使场源能量最大化加载至目标监测地质体来获得尽可能强的场源响应信号,提升电法监测系统数据采集质量,提高反演解释的准确性。

关键词：矿井突水评价煤岩电阻率电法监测系统水害风险监测场源 STM32F4

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密闭采空区不同惰化置换方案效果仿真

中国煤炭 2024年第3期50卷 61-68页

作者：邢震马砺韩安王伟峰王璐中煤科工集团常州研究院有限公司江苏省常州市213015 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室江苏省常州市213015 天地〈常州〉自动化股份有限公司江苏省常州市213015 西安科技大学陕西省西安市710000

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研... 详细信息

针对密闭采空区瓦斯抽采过程中在负压作用下外界O_(2)通过裂隙进入采空区易引发煤自燃的问题,常采用抽采的同时注惰性气体以置换抽出的瓦斯的方案,此法可平衡气压、防止外界空气进入采空区,达到防治煤自燃的目的。采用数值模拟的方法研究置换过程中相关物理参数流场变化规律,并提出了自由混合置换法、正压置换法、负压置换法、正压-负压置换法4种方案;以O_(2)最大体积分数低于2%为置换达标标准,对比了4种方案下耗费总时长、消耗氮量、通风机运转时间、累计注氮时长等置换成本评价指标,找出可用于置换方案决策的方法,并给出不同地质条件下密闭采空区适用方案。

关键词：密闭采空区惰化置换煤自燃气压数值模拟

基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统

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工矿自动化 2024年第1期50卷 25-34页

作者：李明锋李䶮刘用吴学松徐继盛常建明王涛潘红光甘肃华亭煤电股份有限公司砚北煤矿甘肃华亭744100 西安科技大学电气与控制工程学院陕西西安710054

针对煤矿井下人员定位系统在实际应用中存在因设备算力与存储资源不足导致无法使用复杂测距与定位算法,定位数据即时传输与响应性能不足,在系统部署方面人力物力损耗较大等问题,提出了一种基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统。在... 详细信息

针对煤矿井下人员定位系统在实际应用中存在因设备算力与存储资源不足导致无法使用复杂测距与定位算法,定位数据即时传输与响应性能不足,在系统部署方面人力物力损耗较大等问题,提出了一种基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统。在末端部署能耗低、抗干扰性强的UWB定位基站,定位基站与5G基站以级联的方式连接,定位基站采集UWB与惯导数据,利用5G网络回传至计算平台,在计算平台上完成定位信息的解算和存储。将基于惯导的人员位置估计作为预测值,将基于UWB的三边定位算法获取的人员位置估计作为观测值,利用卡尔曼滤波器将预测值和观测值进行融合,降低定位误差。在煤矿主体实验基地搭建测试系统,模拟真实煤矿井下环境并进行对比实验。结果表明:(1)在x轴和y轴,融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息和真实位置信息的重合度最高,说明融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息最接近真实位置,平均误差为22.192 cm。(2)5G+UWB和惯导技术组合的井下人员定位系统的位置信息和真实位置信息的重合度最高,误差为[15 cm,20 cm],x轴最大平均误差为26 cm,y轴最大平均误差为24 cm,超过目前大多数井下人员定位系统精度。

关键词：井下人员定位 5G UWB 惯导技术卡尔曼滤波

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蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

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煤田地质与勘探 2024年第8期52卷 101-110页

作者：周振方董书宁董阳罗生虎薛建坤王治宙王淑璇尚宏波王甜甜王昱同王同西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中煤科工西安研究院(集团)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 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710077 陕西省现代建筑设计研究院有限公司生态环境一所陕西西安710024 西安科技大学理学院陕西西安710054 煤炭科学研究总院北京100013 西安科技大学能源学院陕西西安710054

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过... 详细信息

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

关键词：蒙陕接壤区水害防治涌水量变化顶板破坏周期来压数值模拟微震

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煤矿井下钻杆装卸机械臂设计与应用

煤炭技术 2024年第4期43卷 255-258页

作者：彭光宇中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

针对液驱钻杆装卸机械臂控制精度低,动作连贯性差,不利于实现钻机智能化的问题。以防爆伺服控制技术为切入点,结合钻探施工工艺技术,设计六自由度电驱防爆机械臂,用于煤矿井下钻杆自动装卸,打造新一代智能化钻杆装卸平台。首先分析了钻... 详细信息

针对液驱钻杆装卸机械臂控制精度低,动作连贯性差,不利于实现钻机智能化的问题。以防爆伺服控制技术为切入点,结合钻探施工工艺技术,设计六自由度电驱防爆机械臂,用于煤矿井下钻杆自动装卸,打造新一代智能化钻杆装卸平台。首先分析了钻杆装卸机械臂主要参数,根据参数要求设计机械臂结构方案,再进行机械臂驱动部件选型计算,最后通过运动学仿真与分析,验证机械臂满足钻杆装卸要求。现场试验表明,设计的钻杆装卸机械臂运行稳定,智能化程度高,适用于煤矿井下恶劣环境。

关键词：钻杆装卸防爆机械臂伺服控制仿真分析