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煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势

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煤田地质与勘探 2023年第9期51卷 10-19页

作者：郝世俊褚志伟李泉新方俊陈龙刘建林煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近... 详细信息

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近钻头随钻测量开发经验和发展路径的基础上,分析了现有技术应用于煤矿井下的局限性,依托煤矿井下现阶段随钻测量技术,提出了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究思路,探讨了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究现状,重点解决结构小型化、仪器单元化、防爆模块化、测量协同化和控制整体化的研发技术难题。在煤矿智能化建设大背景下,提出未来需要从近钻头多参数一体化测量、近钻头参数动态监测、近钻头旋转导向钻进和近钻头自适应钻进等方面入手,大力推动煤矿井下近钻头随钻测量与5G通信、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的融合发展。

关键词：煤矿井下近钻头多种参数随钻测量研究现状发展趋势

煤矿井下水平保压取心保压触发装置研制与试验研究

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煤田地质与勘探 2023年第8期51卷 39-46页

作者：黄伟陈领李佳南凡东杨明庆刘贵康许晴马长亮吕晓东王鼎铭四川大学机械工程学院四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 金石钻探(唐山)股份有限公司河北唐山063004

瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置... 详细信息

瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置,系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统,对装置性能进行试验研究。结果表明:在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下,保压触发装置的各功能模块均稳定运行,保压控制器均完成了翻转闭合;同时,钢丝绳顺利从取心钻杆内取出,有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕,避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试,结果表明:在最高压力为4.1 MPa条件下,压力表读数稳定,取心器保压舱内带压流体不发生泄漏,表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后,在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验,结果表明:保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能,煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展,对煤层瓦斯含量的精准测定具有重要意义。

关键词：水平孔保压取心保压触发装置试验研究煤矿井下

煤矿井下自动加卸钻杆靶标图像清晰化方法研究

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煤田地质与勘探 2023年第5期51卷 180-187页

作者：姚宁平梁春苗姚亚峰宋海涛中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 煤炭科学研究总院北京100013

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣... 详细信息

受煤矿井运输巷道空间限制,将钻孔机器人设计为灵活布局的钻进和钻杆加卸2个独立系统,利用基于合作靶标的单目视觉识别,将钻进和钻杆加卸2个系统关联,解决两系统递送钻杆的协同作业问题。然而,煤矿井下钻孔施工中场景复杂,存在孔口煤渣、污水污染合作靶标、粉尘浓度大能见度低、人造光源亮度低、光照不均匀使靶标图像对比度低,以及矿灯直射合作靶标反光等问题,会影响合作靶标图像清晰度,使基于靶标识别加卸钻杆的位置的精度降低,进而影响钻孔机器人自动加卸钻杆的成功率。因此,首先针对施工中孔口返出的煤渣、煤泥污染合作靶标的问题,利用形态学滤波中先腐蚀,再膨胀的开运算,清除煤渣间断斑块和突出靶标像素点;先膨胀再腐蚀的闭运算,消除小的孔洞和间断细小鸿沟,达到消除固体污染物对合作靶标的影响;其次针对粉尘、岩尘、水雾和污水影响图像对比度问题,通过暗通道先验求出初始透射率,采用梯度域导向滤波精细化透射率,利用导向滤波得到改进暗通道,并求大气光值,利用大气散射模型得到除雾后的图像,实现清晰化图像、增强图像对比度目的;最后对亚像素级角点和方向进行精细化,优化能量函数,使用种子棋盘格沿4个边缘生长棋盘格,用能量变化情况确认是否生长出最大的棋盘,补全因强光反射缺失的合作靶标图像。实验结果表明:将形态学滤波、去雾算法和棋盘格生长等方法相融合,可增强煤矿井下复杂场景钻孔施工中合作靶标图像的清晰度,提高基于视觉识别的图像精度,为钻孔机器人自动加卸钻杆的精确控制奠定基础。

关键词：自动加卸钻杆合作靶标形态学滤波去雾算法棋盘格生长图像清晰化煤矿井下

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

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煤炭科学技术 2023年第1期51卷 31-44页

作者：康红普冯彦军张震赵凯凯王鹏中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景,开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验,水力裂缝扩展理论分析及三维数... 详细信息

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景,开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验,水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟,提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测,获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时,进行了液压支架工作阻力,工作面周期来压步距及持续距离,来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析,综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计,井下定向钻孔压裂工艺与装备,水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明:在曹家滩煤矿井下地应力状态下(最小主应力为垂直应力),水力裂缝以水平裂缝为主,沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右,有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板,实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱,确保了工作面安全生产。最后,分析了水力压裂存在的问题,展望了技术发展方向。

关键词：煤矿井下区域水力压裂岩层控制定向钻孔压裂层位压裂参数设计

煤矿井下无人化辅助运输系统关键基础研究及应用实践

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煤炭学报 2023年第2期48卷 1085-1098页

作者：鲍久圣章全利葛世荣胡而已袁晓明杨阳阴妍吕玉寒中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京100083 应急管理部信息研究院北京100029 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 石家庄煤矿机械有限责任公司河北石家庄051431

辅助运输系统是煤矿生产系统的重要组成部分,辅助运输设备的先进与否直接关系到煤矿的生产效率与作业安全。近年来我国开始大力推进煤矿智能化建设,但传统辅助运输系统仍普遍存在工艺不连续、转载环节多、用工占比高、自动化程度低等现... 详细信息

辅助运输系统是煤矿生产系统的重要组成部分,辅助运输设备的先进与否直接关系到煤矿的生产效率与作业安全。近年来我国开始大力推进煤矿智能化建设,但传统辅助运输系统仍普遍存在工艺不连续、转载环节多、用工占比高、自动化程度低等现实问题,已经成为制约煤矿智能化建设和无人化发展的薄弱环节。面向煤矿辅助运输系统“无人化”发展目标,凝练提出了辅助运输系统亟需研究解决的“连续化、标准化、智能化”三大关键基础问题,分别针对轨道式、无轨式辅助运输系统给出了多种连续化、标准化和智能化解决方案,进而提出了一种新型复合式连续化无人型辅助运输系统。首先,针对往复式串车提升不连续问题,设计了一种采用悬挂式钢丝绳牵引的轨道矿车连续运输系统;针对无极绳绞车难以适应长距离运输问题,设计了一种采用耐磨胶带多点辅助驱动的长距离无极绳牵引系统;针对无轨胶轮车因爬坡能力不足而导致的应用受限问题,设计了一种采用钢丝绳辅助牵引的无轨胶轮车连续运输系统。其次,开展辅助运输系统标准化设计,基于无轨、有轨两类标准化载物平台,针对设备、长料、散料、液体等不同物料类型,设计了不同大小规格和开口形式的系列化标准容器;通过将标准化、系列化的装载容器与载物平台进行模块化组合,可实现辅助运输物料的“集装箱式”快速装运,为开展机器人化辅助运输奠定了基础。再次,面向煤矿辅助运输系统智能化建设需求,研制了无人驾驶的无轨胶轮车和单轨吊并通过现场试验进行了验证,给出了无极绳运输系统的无人化运行方案,可有效解决传统辅助运输系统用工岗位多、人为失误多等问题;进一步,针对井下转运环节和最后100 m运输亟待解决的智能化难题,设计了一种“装铲运”一体化重载搬运机器人。最后,针对传统辅助运输设备种类繁多和应用局限性问题,发明了一种“轮轨复合”且“天地衔接”的新型多功能井下运输机器人(MAGV);基于MAGV提出了煤矿井下“两地三轨”自适应连续化辅助运输系统,并分别给出了其在斜井和立井中的应用工艺。研究结果可为解决煤矿井下辅助运输系统长期存在的运输不连续、用工岗位多、智能化程度低等现实问题提供指导,从而为推动煤矿井下实现“连续、标准、智能”的“无人化”辅助运输提供了一系列务实可行的技术原理和设计方案。

关键词：煤矿井下辅助运输连续化标准化智能化无人化

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煤矿井下作业人员罹患肺曲霉菌感染1例

中华劳动卫生职业病杂志 2023年第3期41卷 228-230页

作者：王成霞仇路武新舒张红香徐振宝淄博市职业病防治院放射科淄博255000 淄博市中心医院胸外科淄博255000 淄博市职业病防治院检验科淄博255000

井下环境阴暗潮湿,容易滋生致病微生物。1例煤矿井下运输工人在职业健康检查中发现右肺肿块,CT见肿块位于右肺上叶后段,伴点条形钙化及液化坏死,近端支气管狭窄、闭塞;MRI检查示FS-T2WI、DWI显示"靶征",中央高信号周围呈环形低信号,外... 详细信息

井下环境阴暗潮湿,容易滋生致病微生物。1例煤矿井下运输工人在职业健康检查中发现右肺肿块,CT见肿块位于右肺上叶后段,伴点条形钙化及液化坏死,近端支气管狭窄、闭塞;MRI检查示FS-T2WI、DWI显示"靶征",中央高信号周围呈环形低信号,外周呈条片状高低混杂信号,T1WI显示等信号病灶中一线状高信号的环,经过病理学确诊为肺曲霉菌感染。

关键词：肺曲霉菌感染煤矿井下环境磁共振成像

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煤矿井下不同作业场所的职业健康损害研究

中国安全科学学报 2023年第4期33卷 221-229页

作者：贾改妮蒋方杨明刘毛毛全星苑吴一丹河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454003 瓦斯地质与瓦斯治理省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454003

为完善煤矿工人健康损害评价体系,提升矿工职业健康防护水平,首先,评价煤矿作业环境中粉尘和噪声的危险性;然后,采用健康风险评价和健康损害量化评价法,建立矿工受粉尘和噪声损害评价模型,并针对不同工种开展健康损害评价;最后,以货币... 详细信息

为完善煤矿工人健康损害评价体系,提升矿工职业健康防护水平,首先,评价煤矿作业环境中粉尘和噪声的危险性;然后,采用健康风险评价和健康损害量化评价法,建立矿工受粉尘和噪声损害评价模型,并针对不同工种开展健康损害评价;最后,以货币的形式量化矿工所受职业健康风险。结果表明:作业过程中煤矿粉尘和噪声的危险性等级均为可能危险级别,矿工健康风险评价模型可以用于评价矿工受粉尘和噪声健康损害;除戊8-31200风巷高抽巷的各类司机、掘进工受矽尘影响外,其他工种均受煤尘影响,相同粉尘质量浓度下矽尘对矿工的影响更为严重;相同声压级范围内,工人年龄越大,因受噪声干扰产生的健康损害越严重;受粉尘和噪声影响最大的工种为掘进工,其职业健康风险在1.3万元以上;不同场所职业健康风险大小排序依次为戊10-32040风巷、戊8-31200风巷高抽巷、戊8-32060采面、筛分楼、储运队。

关键词：煤矿井下作业场所职业健康损害粉尘噪声健康风险评价

煤矿井下图像的双分支耦合Transformer网络增强方法

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煤炭学报 2024年

作者：程健宋泽龙李昊马永壮李和平孙大智煤炭科学研究总院天地科技股份有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室煤炭科学研究总院有限公司矿山大数据研究院

受煤矿井下光源少、光照不均匀等因素影响，井下采集到的图像存在照度低、呈现大量暗区、细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声等问题。现有图像增强方法在进行低照度图像增强时容易出现色彩失真、细节信息丢失等缺点，另外深度学习低照度... 详细信息

受煤矿井下光源少、光照不均匀等因素影响，井下采集到的图像存在照度低、呈现大量暗区、细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声等问题。现有图像增强方法在进行低照度图像增强时容易出现色彩失真、细节信息丢失等缺点，另外深度学习低照度图像增强方法在一定程度上解决了低照度图像亮度增强的问题，但其模型泛化能力较差，在实际煤矿井下场景应用效果不佳。针对上述问题，利用Transformer本身泛化能力强的优势，本文提出一种基于Transformer模型的低照度图像增强算法。融合Swin v2模块与卷积模块，构建煤矿井下低照度图像的乘法图和加法图，并与原图像进行叠加拟合，以解决细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声的问题。同时采用多尺度模块的注意力机制对叠加拟合后的图像进行色彩处理，以解决图像亮度提升有限、存在大量暗区以及色彩失真的问题。经实验表明，相较于LIME、Zero-DCE、RetiNexNet、MBLLEN、KIND算法，本文算法在客观质量指标峰值信噪比（PSNR）和结构相似性（SSIM）上的表现，分别提高了34.76%，55.73%；47.32%，52.76%；22.52%，25.7%；19.615%，12.285%；5.81%，2.625%。同时定性分析结果表明该方法能够对煤矿井下低照度图像进行显著增强，图像亮度达到可视范围，相比其他方法，色彩更加真实，图像细节信息更为清晰。说明本文提出的算法在图像噪声程度、色彩失真程度、对比度、结构相似度以及亮度等方面均具有良好的性能，整体相对较优。

关键词：低照度图像图像增强 Transformer模型煤矿井下

煤矿井下基于SRU神经网络可见光定位系统的研究

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激光与光电子学进展 2023年

作者：汝贵秦岭王凤英胡晓莉徐艳红内蒙古科技大学信息工程学院

为了提高煤矿井下定位的精度并降低定位系统的复杂度，本文提出了一种基于简单循环单元（SRU）的煤矿井下可见光定位系统。该系统由单个LED灯和四个光电探测器（PD）组成，其中四个光电探测器分别位于安全帽的前后左右四个位置，待测点... 详细信息

为了提高煤矿井下定位的精度并降低定位系统的复杂度，本文提出了一种基于简单循环单元（SRU）的煤矿井下可见光定位系统。该系统由单个LED灯和四个光电探测器（PD）组成，其中四个光电探测器分别位于安全帽的前后左右四个位置，待测点位于安全帽顶部的中心，通过SRU神经网络预测待测点的位置信息。仿真结果表明，在3.6m×3.6m×3m的定位区域内，该算法的定位精度可以达到1.42cm，平均定位时间为0.59s，且97%的点定位误差都在2.3cm内，与其他定位算法相比，定位精度显著提升。为了进一步验证该定位系统的性能，在实际环境中搭建了整个定位系统，实验结果表明，本定位系统的平均定位误差为10.21cm，能够满足煤矿井下定位的要求。

关键词：简单循环单元深度学习可见光煤矿井下定位系统