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综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究

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煤炭技术 2024年第1期43卷 153-157页

作者：龚晓燕程傲邹浩孙育恒杨富强张红兵李昊孙康西安科技大学机械工程学院西安710054 渭南陕煤启辰科技有限公司陕西渭南714000

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风... 详细信息

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试,结果表明:模型误差率最大9.85%,最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%,粉尘浓度最高降低了40%,有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。

关键词：综掘面风流调控 BP神经网络瓦斯及粉尘浓度双目标预测模型

高硫含量煤层综掘面泡沫吸收液治理硫化氢关键技术研究

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矿山机械 2024年第7期52卷 1-5页

作者：付蓉张明国能乌海能源有限责任公司

通过对五虎山煤矿 011008 综掘工作面割煤期间硫化氢体积分数的测量，得出了掘进机截割不同位置煤块时涌出的硫化氢分布规律。根据规律，研制布设了硫化氢吸收剂配比装置及泡沫喷射系统，并通过对比不同质量分数的泡沫剂、硫化氢吸收剂... 详细信息

通过对五虎山煤矿 011008 综掘工作面割煤期间硫化氢体积分数的测量，得出了掘进机截割不同位置煤块时涌出的硫化氢分布规律。根据规律，研制布设了硫化氢吸收剂配比装置及泡沫喷射系统，并通过对比不同质量分数的泡沫剂、硫化氢吸收剂治理效果，结合现场条件和应用成本，确定综掘工作面泡沫剂以及硫化氢吸收液最佳喷洒质量分数为 3.0% 和 0.5%；经过最佳质量分数的泡沫吸收剂治理后，综掘司机位置处的硫化氢体积分数从 120.3×10-6下降到 5.0×10-6，治理效率为 95.8%，下风侧 10 m 的硫化氢体积分数从 100.3×10-6下降到 4.7×10-6，治理效率为 95.3%。

关键词：高硫含量煤层综掘面泡沫吸收液硫化氢治理技术

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岩巷综掘工作面通风除尘系统的数值模拟

煤 2024年第6期33卷 5-8页

作者：陈俊涛韩锦城国家能源集团国神公司上榆泉煤矿山西忻州034000

为了研究综掘工作面粉尘的运移规律,提出相应的控制措施,根据气固两相流理论建立了粉尘运动的数学模型,运用CFD软件对岩巷掘进工作面气流及粉尘质量浓度分布进行数值计算,得出了掘进巷道在不同通风条件下粉尘质量浓度的分布规律,且根据... 详细信息

为了研究综掘工作面粉尘的运移规律,提出相应的控制措施,根据气固两相流理论建立了粉尘运动的数学模型,运用CFD软件对岩巷掘进工作面气流及粉尘质量浓度分布进行数值计算,得出了掘进巷道在不同通风条件下粉尘质量浓度的分布规律,且根据模拟结果对综掘工作面的防尘提出了建议,确定了压抽比为2∶3的混合式通风为最有效的通风除尘方式。

关键词：综掘面数值模拟混合式通风除尘

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综掘面风流智能调控数字孪生系统

计算机集成制造系统 2023年第6期29卷 2006-2018页

作者：朱斌张奎张有为龚晓燕长安大学智能制造研究所陕西西安710064 西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

针对综掘面风筒出风口参数不能随瓦斯、粉尘的浓度变化动态调节风流状态,不能实现复杂恶劣下矿井物理作业环境和虚拟模型互联互通的智能化煤矿发展的要求,提出基于数字孪生技术的综掘面风流智能化调控方法,建立了风流调控装置的动态虚... 详细信息

针对综掘面风筒出风口参数不能随瓦斯、粉尘的浓度变化动态调节风流状态,不能实现复杂恶劣下矿井物理作业环境和虚拟模型互联互通的智能化煤矿发展的要求,提出基于数字孪生技术的综掘面风流智能化调控方法,建立了风流调控装置的动态虚拟模型。研究了风筒出风口参数调控规则获取、基于长短期记忆网络的瓦斯粉尘浓度预测、基于遗传—反向传播神经网络的风筒出风口参数决策等支持虚拟模型实现动态预警预测、具有自主学习和自主决策功能的关键技术。实验表明,数字孪生系统能够高保真度地再现矿井巷道的作业环境,实现虚实融合、迭代优化和以虚控实的综掘面风流新型调控方式,有效优化瓦斯和粉尘的运移分布,提高煤矿开采作业的智能化水平。

关键词：数字孪生煤矿综掘面智能调控

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综掘面抽风口调控下的旋流风幕降尘优化

中国安全科学学报 2023年第6期33卷 56-63页

作者：龚晓燕张浩陈龙费颖豪王天舒牛虎明西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西陕煤陕北矿业有限公司陕西榆林719000

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,... 详细信息

为提高煤矿综掘面粉尘防治技术水平,通过旋流风幕与抽风口的协同作用优化风流减少粉尘聚集,改善工作面通风环境。将附壁风筒和自主研制的风流调控装置相结合,设计混合式通风下的旋流风幕与抽风口风流调控系统。首先,利用数值模拟方法,分析附壁风筒条缝宽度、轴径风量比和抽风口口径、偏转角度单参数变化对粉尘运移分布的影响;其次,采用粒子群优化算法(PSO),求解得到司机及行人位置粉尘双目标优化的最优调控方案;最后,分别通过数值模拟和搭建的调控降尘试验平台测试验证最优方案优化效果。结果表明:调控后司机位置粉尘质量浓度降低41.5%;回风侧行人呼吸带平均粉尘质量浓度降低64.2%,物理试验与数值模拟的降尘优化效果基本一致,验证了旋流风幕与抽风口综合降尘方法的有效性。

关键词：综掘面抽风口风流调控旋流风幕粉尘场双目标优化

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综掘面风流调控下粉尘双目标优化研究

中国安全科学学报 2022年第4期32卷 44-50页

作者：龚晓燕童丹丹樊江江彭高高李珍赵少龙西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

为解决煤矿综掘面局部通风方式下,风筒出风口风流状态不能根据掘进过程实际需求动态调控,造成巷道内粉尘严重积聚的问题,利用流场模拟试验方法,分析获取出风口风流参数变化下粉尘浓度的回归数据,以掘进机司机位置处呼尘及回风侧全尘质... 详细信息

为解决煤矿综掘面局部通风方式下,风筒出风口风流状态不能根据掘进过程实际需求动态调控,造成巷道内粉尘严重积聚的问题,利用流场模拟试验方法,分析获取出风口风流参数变化下粉尘浓度的回归数据,以掘进机司机位置处呼尘及回风侧全尘质量浓度最低为优化目标,构建风流调控下的粉尘浓度双目标优化模型,基于粒子群算法求解该模型,并选取理想解作为最优风流调控方案;利用自主研制的风流调控装置分析井下测试及降尘效果。研究结果表明:经过最优风流调控,出风口距工作面5和10 m时,回风侧全尘质量浓度分别降低38.55%和42.11%;掘进机司机位置呼尘质量浓度分别降低26.05%和27.29%,为实现综掘面安全高效通风降尘提供依据。

关键词：综掘面风流调控优化模型粒子群算法粉尘浓度

综掘面风速瓦斯粉尘最优分布的风流智能调控优化评价模型

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中国安全生产科学技术 2023年第5期19卷 65-72页

作者：龚晓燕陈有乐刘壮壮陈龙朱倩丽孙育恒康瑞金西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

为确定综掘面风流智能调控装置的最优调控方案,以优化风流场分布状态来减少粉尘瓦斯聚集,分析选取11项影响通风效果的因素作为评价指标,构建3层结构的调控评价指标体系;利用层次分析(AHP)法确定指标权重,构造基于F分布的各指标隶属函数... 详细信息

为确定综掘面风流智能调控装置的最优调控方案,以优化风流场分布状态来减少粉尘瓦斯聚集,分析选取11项影响通风效果的因素作为评价指标,构建3层结构的调控评价指标体系;利用层次分析(AHP)法确定指标权重,构造基于F分布的各指标隶属函数,应用模糊综合评价法确定各指标的隶属度,计算方案评价分值。针对陕北某煤矿,计算出风口距端面5 m工况所有调控方案的仿真实验数据,确定模型评价指标权重及隶属度函数,通过评价得出最优调控方案。研究结果表明:回风侧行人呼吸带、司机位置粉尘质量浓度分别降低43.1%、68.9%,端面上隅角和下隅角瓦斯体积分数分别降低54.7%、66.8%,从而验证风流智能调控评价模型的有效性。研究结果可为综掘面风流调控方案的确定提供参考。

关键词：综掘面风流智能调控评价指标体系层次分析法模糊综合评价

综掘面水幕帘与空气幕联合控降尘技术试验研究与工程实践

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综掘面水幕帘与空气幕联合控降尘技术试验研究与工程实践

作者：李会桢中国矿业大学

学位级别：硕士

随着煤矿掘进机械化水平的提升,掘进工作面粉尘产生量急剧上升,对煤矿安全生产和工人的身心健康存在着严重威胁。水幕帘和空气幕是综掘巷道常用的控降尘技术措施,但在应用过程中多以主观经验为主进行现场布置以及工况参数设置,不够科学... 详细信息

随着煤矿掘进机械化水平的提升,掘进工作面粉尘产生量急剧上升,对煤矿安全生产和工人的身心健康存在着严重威胁。水幕帘和空气幕是综掘巷道常用的控降尘技术措施,但在应用过程中多以主观经验为主进行现场布置以及工况参数设置,不够科学合理。不合理的布置方式与结构参数设计会增加巷道通风阻力,降低水幕帘和空气幕的控降尘效率,导致粉尘防治效果不佳。为了充分发挥二者的控降尘性能,本文分别以水幕帘和空气幕为研究对象,开展了水幕帘结构参数优化及降尘性能测试研究、空气幕结构设计与控尘性能研究,并提出了基于迎头喷雾、空气幕、水幕帘的综掘面联动降尘技术体系,取得了如下研究成果:基于煤矿井下水幕帘降尘技术的应用背景,分析阐释了水幕帘降尘机理,确定了影响水幕帘降尘性能的关键结构因素。合理设计不同因素参数水平,采用自主搭建的试验平台,基于正交试验对不同因素水平下水幕帘降尘性能与通风阻力特性开展了研究。结果表明:筛网网孔越小越有利于捕尘水膜的形成,水膜间的强度和韧性更高,但也会导致巷道通风阻力的增加,不利于含尘风流的排出;随着喷雾与筛网间距的增大,粉尘沉降效率呈现出了先下降后上升的变化趋势,通风阻力则与间距呈负相关;筛网倾斜状态阻碍了捕尘水膜的形成,致使降尘效率下降的同时增加了巷道通风阻力;此外,喷雾压力(超过3MPa)增加,水幕帘降尘效率增幅减缓而通风阻力大幅增加。最终根据试验结果,确定水幕帘应用最佳工况参数为筛网孔径2*2mm、采用全断面竖直布置方式,喷雾布置于筛网上风侧1.2m处、喷雾压力设为3MPa。通过Anasys Fluent仿真模拟与试验相结合的方式对空气幕出口宽度、导流槽长度、流道(送风管道)类型与导流叶片布置方式等进行了研究,设计出了能形成风量均匀、抗偏移能力强的横流空气幕装置,并对所设计装置的隔尘性能进行了试验测试。研究表明:当出口宽度设为1.5cm时,空气幕能够最大程度将粉尘阻隔在迎头区域,且后方巷道风流分布较为均匀,有利于逸散粉尘的排出;导流槽高度设为40mm时,整流能力最强,射流过程对周围空气夹带作用弱;流道类型采用楔形流道时,能保持管道内部静压稳定,实现条缝出口均匀送风;导流叶片采用下部倾斜45°上部竖直的组合型叶片,并间隔4cm布置时,能够有效降低风流偏转阻力,增强气幕抗干扰能力。采用研发的空气幕装置开展隔尘试验,结果表明:空气幕对全尘和呼吸尘的阻隔效率分别为62.59%和61.91%,能有效抑制粉尘的扩散。针对综掘面粉尘治理的难点,提出了基于迎头喷雾、空气幕、水幕帘技术的综掘面联动降尘技术体系,并采用自主搭建的水幕帘与空气幕联合控降尘试验系统,对该降尘技术体系的降尘性能进行了测试。测试结果表明:联动降尘技术对呼吸尘和全尘的降尘效率最高可达86.45%和88.96%,相比空气幕与迎头喷雾联合降尘技术分别提高了11.24%、9.89%,相比单一喷雾降尘分别提高了23.03%、23.15%。并在首山一矿进行了现场应用,应用证明:现场粉尘沉降效率最高可达85.05%,说明了水幕帘与空气幕联动降尘技术体系能够有效结合迎头喷雾、空气幕、水幕帘的技术优势,通过控降结合,实现综掘巷道全水平多级高效率协同降尘。

关键词：综掘面粉尘水幕帘空气幕降尘性能

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综掘面风流调控数字孪生系统研究

综掘面风流调控数字孪生系统研究

作者：张有为长安大学

学位级别：硕士

为满足综掘智能化发展需求,针对掘进面传统局部通风系统实时监测能力不足,风筒出风口风流状态无法智能调节导致风速场分布不均匀,引起巷道内瓦斯和粉尘的积聚,造成安全隐患等问题,结合数字孪生技术建立了综掘面风流调控数字孪生系统。... 详细信息

为满足综掘智能化发展需求,针对掘进面传统局部通风系统实时监测能力不足,风筒出风口风流状态无法智能调节导致风速场分布不均匀,引起巷道内瓦斯和粉尘的积聚,造成安全隐患等问题,结合数字孪生技术建立了综掘面风流调控数字孪生系统。本文分别围绕系统整体设计、数字孪生虚拟仿真模型构建和基于数字孪生的风筒决策规则挖掘与调控展开深入研究,主要的研究内容如下:(1)针对综掘巷道通风智能化需求,结合数字孪生特性,以系统工程思想为指导,对系统需求、功能、结构进行分析,构建综掘面风流调控系统的数字孪生架构。在此基础上分析风筒智能调控的运行模式与关键技术。(2)针对数字孪生虚拟仿真模型构建问题,以物理巷道内的实时感知数据为基础,以虚实映射方法为纽带,从几何模型、运动模型和环境仿真模型三个维度实现数字孪生虚拟仿真模型的构建。(3)针对掘进环境下风筒的实时调控需求,结合数字孪生技术和数据挖掘技术,利用决策树算法从孪生数据中挖掘巷道内风流分布与风筒参数之间的规律,将其转换为IF-THEN形式的决策规则,并依据该规则调控巷道内风流分布,从而降低瓦斯与粉尘浓度。以实际案例对数字孪生智能决策模型的可行性和规则的有效性进行了验证。(4)基于上述研究,利用Unity3D平台实现了综掘面风流调控数字孪生系统的开发,详细阐述了功能模块的实现过程,通过实际案例验证了该系统的有效性和可行性。

关键词：综掘面智能调控数字孪生决策树