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CFRP基材矿用安全头盔轻量化设计与优化

复合材料科学与工程 2024年

作者：石林鑫王海军王洪磊煤炭科学研究总院中国煤炭科工集团煤炭科学研究总院有限公司

为解决目前矿用安全头盔重量过大的问题，采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代传统ABS注塑材料实现矿用安全头盔的轻量化设计。建立了钢球-头盔碰撞仿真有限元模型，在碰撞仿真环境下对比分析ABS和CFRP盔壳的力学性能。CFRP盔壳的强度和... 详细信息

为解决目前矿用安全头盔重量过大的问题，采用碳纤维增强复合材料(CFRP)替代传统ABS注塑材料实现矿用安全头盔的轻量化设计。建立了钢球-头盔碰撞仿真有限元模型，在碰撞仿真环境下对比分析ABS和CFRP盔壳的力学性能。CFRP盔壳的强度和刚度优于ABS盔壳，且具有更好的防护性能。利用BP神经网络模拟CFRP铺层参数与头盔力学性能之间的输入输出映射关系，并使用粒子群优化算法实现了对CFRP头盔力学性能的全局优化。优化结果表明，最优铺层参数为单层层厚0.2 mm，各层铺层角度[0°/45°/60°/45°/0°/90°]，优化后的CFRP头盔在碰撞仿真中头盔顶部最大变形量为19.601 mm，头模最大受力为4.891 kN。该优化方案能够满足相关国家标准的要求，同时实现相比ABS头盔盔壳减重49.3%的轻量化设计。

关键词：碳纤维增强复合材料有限元分析 BP神经网络粒子群优化轻量化设计

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冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采

煤炭科学技术 2024年第1期52卷 1-14页

作者：王国法潘一山赵善坤庞义辉何勇华魏文艳中国煤炭科工集团有限公司北京100013 北京天玛智控科技股份有限公司北京101399 辽宁大学灾害岩体力学研究所辽宁沈阳110036 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优... 详细信息

冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题,系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势,深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面,全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题,研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备,利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果,结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法,构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理,提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析,基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警,并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制,实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面,分析了冲击地压智能防控技术的研发重点,提出了煤矿冲击地压监测预警系统组成及总体架构。从顶层设计、关键技术、智能精准解危与效果评价等方面提出了我国煤矿冲击地压煤层实现安全高效智能开采的技术路径与研发方向。

关键词：冲击地压采动应力防冲技术智能开采系统吸能防冲液压支架监测预警系统

露天煤矿废弃地自然资源价值识别与评估方法研究

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矿业安全与环保 2024年第1期51卷 154-160页

作者：肖泳张越李静中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司重庆400016

随着经济转型升级与煤炭资源的枯竭,露天废弃矿坑的二次开发利用成为资源型城市获得增量空间资源的新选择。基于科学的资源价值评价方法,提出了露天煤矿废弃地资源价值识别与定量评估的理想模型和技术方法路线,并以抚顺西露天矿各类资... 详细信息

随着经济转型升级与煤炭资源的枯竭,露天废弃矿坑的二次开发利用成为资源型城市获得增量空间资源的新选择。基于科学的资源价值评价方法,提出了露天煤矿废弃地资源价值识别与定量评估的理想模型和技术方法路线,并以抚顺西露天矿各类资源的评估为案例,直观展示了西露天矿的自然资源情况。通过研究可知,西露天矿总价值约为24.4亿元,其中直接使用价值占99.57%。在各类价值中,第三产业价值超过了第一、二产业的价值,这也与目前西露天矿的生态修复及发展方向相匹配,验证了模型的有效性。

关键词：二次开发利用价值识别定量评估分析理想模型模型有效性抚顺

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我国煤矿快速掘进20年发展与展望

煤炭学报 2024年

作者：王虹陈明军张小峰中国煤炭科工集团太原研究院有限公司煤炭科学研究总院煤矿采掘机械装备国家工程实验室

针对煤矿智能化快速发展，煤矿掘进面临新的机遇和挑战，本文对我国煤矿快速掘进20年的发展进行全面综述，以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势，以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方... 详细信息

针对煤矿智能化快速发展，煤矿掘进面临新的机遇和挑战，本文对我国煤矿快速掘进20年的发展进行全面综述，以期理清掘进工艺、关键工序的技术及装备、成套装备的发展脉络及趋势，以便更好地推动掘进智能化的高速健康发展。在掘进工艺方面，双巷掘进开辟了截割、支护在不同巷道同时作业的新途径；掘锚同步工艺，时间-空间多维同步快速掘进工艺打破了先掘后支、及时全部支护的传统，创立了掘锚同步、迎头必要支护与多维空间永久支护动态匹配的分区支护方法。在掘进装备方面，形成了以纵轴、全宽横轴截割头为主，全断面截割头为辅的截割头结构形式，并且在高功率密度减速器及整机设计理念不断突破的基础上，成功研制纵轴截割功率达315kW、全宽横轴截割功率达560kW的系列高效截割系统。在锚护装备方面，由传统的单体锚杆钻机发展出臂载、机载锚杆钻机、一键操作流程化钻机、钻机集群等，在有限空间内钻机的数量和作业安全性得到大幅提升，作业流程得到大幅简化，锚孔识别、锚护路径自动规划等智能化技术已进入工业性试验阶段。柔性运输系统的发明解决了掘进面短距离高效转载难题。在成套装备配置上，形成了以连采机、掘锚一体机、掘锚机（掘进机+机载锚杆钻机）、煤矿全断面掘进机为龙头的四大类快速掘进系统，在四大快速掘进系统下，又分别形成了不同的作业线，实现了对不同地质条件巷道快速掘进的全覆盖。掘进工程系统层级上实现了具有成套装备的远程控制、集中控制、视频监测、闭锁联动、人员接近预警等智能化功能。回顾快速掘进的发展历程，提出完善时间-空间多维同步快速掘进理论、以智能掘进搜集透明地质的基础大数据、加强掘进巷道辅助作业工艺及设备研究、加强装备的智能化核心技术研发等智能掘进的发展方向。

关键词：快速掘进智能掘进截割锚护掘进成套装备

定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展

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煤田地质与勘探 2024年

作者：李泉新程卓尔方俊牟全斌刘飞丛琳煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段，负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水... 详细信息

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段，负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展，其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面，总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果；在瓦斯抽采参数监测技术方面，基于不同原理，阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状，以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段；在瓦斯抽采智能调控系统方面，介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果，以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象，基于智能算法与PLC控制技术，初步实现井下管网智能调控，提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明，缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法，瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势，包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向，为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。

关键词：瓦斯抽采定向长钻孔负压参数监测智能调控系统煤矿

不同滴灌方式下生物炭对采煤沉陷区花生根系形态及土壤无机氮的影响

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生态学杂志 2024年

作者：陈东周欣姜浩郑俊林沈阳农业大学水利学院中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

采煤沉陷区复垦是采煤区难点问题之一。为探究采煤沉陷区不同滴灌方式和生物炭用量对花生增产的影响机制，于2021年和2022年开展田间试验，采用裂区试验设计，主区为灌溉方式，分别设置膜下滴灌(M)和浅埋滴灌(Q)两个水平，副区为生物炭... 详细信息

采煤沉陷区复垦是采煤区难点问题之一。为探究采煤沉陷区不同滴灌方式和生物炭用量对花生增产的影响机制，于2021年和2022年开展田间试验，采用裂区试验设计，主区为灌溉方式，分别设置膜下滴灌(M)和浅埋滴灌(Q)两个水平，副区为生物炭施用量，分别设置0(B0)、10(B10)和20(B20)t·hm-2三个水平，研究了不同灌水方式和生物炭施用量对花生根系生长、干物质及氮素积累量、产量及土壤无机氮含量的影响。结果表明：与浅埋滴灌相比，膜下滴灌显著提高了花生根长、根体积、根表面积、饱果期干物质积累量、百仁质量、百果质量及产量，但显著降低了土壤铵态氮和硝态氮含量；膜下滴灌处理下花生产量、百仁质量和百果质量较浅埋滴灌分别提高了14.9%、8.9%和6.3%。随着生物炭用量的增加，花生根长(苗期除外)、根体积(苗期和结荚期除外)、根表面积(苗期除外)、饱果期干物质积累量、百果质量、百仁质量及产量均呈先增后减的趋势，生物炭施用量为10 t·hm-2时达到最大值，B10处理花生产量较B0处理提高了19.8%。土壤铵态氮含量随生物炭用量的增加逐渐降低(花针期除外)，而硝态氮(花针期除外)和植株氮素积累量则随生物炭用量的增加逐渐增加；MB10处理下花生根长、根体积(结荚期除外)、根表面积(苗期除外)、饱果期干物质积累量、百果质量、百仁质量及产量均为最优，产量较QB0处理提高了38.8%。花生产量、百仁质量及百果质量与根长、根表面积呈显著正相关，百果质量与土壤铵态氮和硝态氮含量亦呈显著正相关。综上，膜下滴灌条件下施用10 t·hm-2生物炭处理通过促进花生根系生长，提高植株对土壤无机氮素的吸收利用，进而增加干物质积累并最终提高产量。研究结果可为采煤沉陷区土地复垦提供技术支撑和理论参考。

关键词：花生膜下滴灌生物炭采煤沉陷区产量

倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术-以艾维尔沟矿区为例

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 211-220页

作者：梁运培朱拴成陈亮赵坤孙东玲陈建杰张碧川重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044 煤炭工业规划设计研究院有限公司北京100120 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 新疆焦煤(集团)有限责任公司新疆乌鲁木齐830091

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层... 详细信息

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明:时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

关键词：煤层气开发技术下向钻孔地面钻井倾斜碎软煤层非对称采动

基于路面附着系数估计的模糊自适应轨迹跟踪控制

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重庆理工大学学报(自然科学) 2024年第6期 92-101页

作者：张修伟陈龙孙桓五吉强太原理工大学中国煤炭科工集团太原研究院有限公司

为提高智能汽车轨迹跟踪在复杂工况环境下的控制精度和稳定性，提出了一种适应路面附着系数突变与车速动态变化的模糊自适应轨迹跟踪控制策略。建立七自由度车辆动力学模型，基于模型预测控制(model predictive control, MPC)算法设计... 详细信息

为提高智能汽车轨迹跟踪在复杂工况环境下的控制精度和稳定性，提出了一种适应路面附着系数突变与车速动态变化的模糊自适应轨迹跟踪控制策略。建立七自由度车辆动力学模型，基于模型预测控制(model predictive control, MPC)算法设计了车辆轨迹跟踪控制器，研究了MPC控制器参数、路面附着系数、车速与车辆轨迹跟踪性能间的影响关系；为了实时获取当前道路的路面附着系数，根据dugoff轮胎模型和整车动力学模型设计了无迹卡尔曼滤波估计器；据此设计了以路面附着系数和车速为输入量的MPC控制器参数自适应模糊控制器，实时修正MPC控制器的参数，以提高复杂工况环境下车辆的稳定性及跟踪能力；通过仿真实验对所设计的控制方法进行了验证。结果表明：所提出控制方法在低速条件下保证了车辆稳定性，提高了车辆的跟踪精度；中速条件下有效克服了车辆在路面附着系数突变道路上动态行驶时轨迹跟踪精度较低，稳定性较差的不足。

关键词：轨迹跟踪路面附着系数估计模型预测控制模糊控制

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安家庄选煤厂选煤工艺设计

当代化工研究 2024年第5期 179-181页

作者：周丫舒中国煤炭科工集团武汉设计研究院有限公司湖北430064

文章通过对安家庄选煤厂原煤煤质的分析,确定了块煤智能干选机预排矸、混煤无压三产品旋流器分选的选煤方法,经过对几种常见分选设备的比较,制定出块煤智能干选机分选+混煤无压三产品旋流器分选+粗煤泥高频筛回收+细煤泥压滤机回收的选... 详细信息

文章通过对安家庄选煤厂原煤煤质的分析,确定了块煤智能干选机预排矸、混煤无压三产品旋流器分选的选煤方法,经过对几种常见分选设备的比较,制定出块煤智能干选机分选+混煤无压三产品旋流器分选+粗煤泥高频筛回收+细煤泥压滤机回收的选煤工艺。

关键词：煤质旋流器选煤工艺