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基于多种解析法和数值法求解巨厚砂岩水文地质参数

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煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 174-182页

作者：周全超刘玲李继升殷裁云华能煤炭技术研究有限公司北京100070 中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039

在煤矿开采过程中,矿井涌(突)水等事故不仅会造成巨大的经济损失,还严重威胁工作人员的生命安全。水文地质参数在计算矿井涌水量过程中扮演着重要角色,因此,准确测定含水层的水文地质参数对于煤矿防治水等工作具有重要意义。为了获取更... 详细信息

在煤矿开采过程中,矿井涌(突)水等事故不仅会造成巨大的经济损失,还严重威胁工作人员的生命安全。水文地质参数在计算矿井涌水量过程中扮演着重要角色,因此,准确测定含水层的水文地质参数对于煤矿防治水等工作具有重要意义。为了获取更加贴近实际的矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的水文地质参数,以新庄煤矿洛河组巨厚砂岩含水层上、下段的抽水试验资料为依托,采用传统的非稳定流的Theis公式法、Jacob直线图解法和水位恢复法等解析法,结合实际场地特征,计算出洛河组砂岩含水层上、下段的渗透系数分别为0.22~0.59和0.03~0.35 m/d;上段导水系数为128.74~373.67 m^(2)/d,下段为5.52~47.07 m^(2)/d;上段的贮水系数为2.22×10^(-4)~6.69×10^(-3),下段为6.53×10^(-5)~3.29×10^(-3)。并通过FEFLOW软件建立新庄矿区的地下水流数值模型,求解洛河组含水层的水文地质参数,得到洛河组上、下段渗透系数分别为0.55和0.45 m/d。通过多种方法对比分析表明,通过数值模拟法得到的水文地质参数结果与多种解析法计算的结果相近。在此基础上,根据各方法得出的水文地质参数计算矿井涌水量,并与实际涌水量进行对比,结果表明:在含水层上段,采用数值模拟法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量;而在洛河组下段,采用Jac-ob直线图解法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量。进一步提高了水文地质参数计算的准确度,为后期的含水层富水性研究、矿井涌水量预测以及类似矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的矿井水防治工作提供依据。

关键词：矿井涌(突)水水文地质参数抽水试验洛河组砂岩

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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

矿井涌水量预测方法及对比分析-以新疆东沟煤矿为例

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煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 211-220页

作者：周全超王丹丹党志伟霍超苏杰刘春宇顾雷雨李继升华能煤炭技术研究有限公司北京100070 中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039 中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 中煤地质集团有限公司北京100040

矿井涌水量的预测对煤矿的安全生产具有重要意义。水文地质参数的准确选择、计算方法的选择对矿井涌水量的准确预测影响巨大,同时考虑到矿井开采实际,涌水量不是从开采初期就稳定不变的,而是动态变化的。为提升涌水量预测的准确度,更好... 详细信息

矿井涌水量的预测对煤矿的安全生产具有重要意义。水文地质参数的准确选择、计算方法的选择对矿井涌水量的准确预测影响巨大,同时考虑到矿井开采实际,涌水量不是从开采初期就稳定不变的,而是动态变化的。为提升涌水量预测的准确度,更好地为煤矿开采服务,在分析新疆东沟煤矿地质及水文地质条件,选取准确水文地质参数的基础上,选择了2种适用于东沟煤矿的涌水量预测方法进行了对比分析。计算结果表明:①非稳定流释水-断面流法计算得到的涌水量呈现动态变化特征,采掘强度稳定后,变化幅度变小,最后趋于稳定;②采用大井法、非稳定流释水-断面流法计算得到的预测涌水量分别为3396、599.87~612.9 m^(3)/d与实际涌水量480 m^(3)/d分别相差607.5%>24.97%~27.69%;③根据矿井实际开采产生的涌水量数据验证分析,采用非稳定流释水-断面流法计算得到的涌水量与实际开采产生的涌水量基本吻合,涌水量预测结果的准确度依次为非稳定流释水-断面流法>大井法;④在资料充足、参数准确的情况下,建议优先选择非稳定流释水-断面流法计算涌水量,在补水边界条件差且符合大井法要求的条件下建议首先选用大井法。本次计算结果一方面充分验证了非稳定流释水-断面流法的准确度,另一方面为煤矿矿井涌水量计算提供了借鉴,同时也为东沟煤矿的安全生产提供了数据支撑。

关键词：矿井涌水量预测大井法非稳定流释水-断面流法小东沟煤矿

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我国煤矿快速掘进20a发展与展望

煤炭学报 2024年第2期49卷 1199-1213页

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山西太原030006 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030006

针对煤矿智能化快速发展,煤矿掘进面临新的机遇和挑战,笔者对我国煤矿快速掘进20 a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,... 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,笔者对我国煤矿快速掘进20 a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、全宽横轴截割滚筒为主,全断面截割滚筒为辅的截割滚筒结构形式,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315 kW、全宽横轴截割功率达560 kW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,形成了以连续采煤机、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

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基于煤体表面色度的煤质参数分析

洁净煤技术 2024年第S2期 762-768页

作者：王伟王飞胡玉玺杨娟利国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司大柳塔煤矿中国煤炭科工集团信息技术有限公司

为开拓煤炭质量监测领域新途径，通过引入煤样表面颜色图像分析技术，旨在实现煤炭灰分、固定碳及发热量等核心质量参数的非接触式、经济高效且实时在线监测。鉴于当前市场上广泛应用的在线监测方法多依赖于复杂且成本高昂的独立设备，... 详细信息

为开拓煤炭质量监测领域新途径，通过引入煤样表面颜色图像分析技术，旨在实现煤炭灰分、固定碳及发热量等核心质量参数的非接触式、经济高效且实时在线监测。鉴于当前市场上广泛应用的在线监测方法多依赖于复杂且成本高昂的独立设备，创新性提出利用煤样表面颜色图像中的色度信息作为煤质预测依据。选取来自两淮地区7个代表性煤矿的共计35个煤样，确保样本的多样性与代表性。利用高精度图像采集设备获取煤样的彩色图像数据，并依托先进的图像处理技术，将图像RGB色彩空间精细转换为归一化色度值，以消除光照、拍摄条件等外界因素的干扰。对处理后图像数据进行深入分析，发现煤样的蓝色与红色色度值与煤的灰分、固定碳比例及发热量之间存在显著的统计相关性，这一发现为煤质参数的快速预测提供了坚实的数据支撑。本研究不仅成功验证了煤样表面颜色作为煤质预测有效指标的可行性，更为我国选煤行业向智能化、自动化方向转型升级提供了宝贵的技术方案与理论依据。

关键词：煤样表面颜色图像分析煤质参数色度值智能化监测

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煤炭绿色开发复杂巨系统数智化技术进展

煤炭科学技术 2024年

作者：王国法张建中刘再斌庞义辉王佟桑聪中国煤炭科工集团有限公司煤炭科学研究总院有限公司天地科技股份有限公司北京技术研究分公司中煤科工西安研究院(集团)有限公司中国煤炭地质总局

本文分析了当前我国煤炭资源绿色开发面临的新形势和新要求，提出了煤炭资源绿色开发复杂巨系统数智化技术体系，以绿色开发模式为目标，以地质透明化为基础，将煤矿全要素数字化，完成煤矿所有信息的精准实时采集、网络化传输、规范化... 详细信息

本文分析了当前我国煤炭资源绿色开发面临的新形势和新要求，提出了煤炭资源绿色开发复杂巨系统数智化技术体系，以绿色开发模式为目标，以地质透明化为基础，将煤矿全要素数字化，完成煤矿所有信息的精准实时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化运行和智能化服务的数字化智慧体，融合一系列数智化关键技术实现煤炭资源绿色智能柔性开发与管控模式；提炼“数智开采”技术，研发了数字煤矿智慧逻辑模型、复杂变形条件下“采场-装备”双动态系统耦合分析模型、开采设备群健康状态评估与剩余寿命预测模型等关键技术，提出了智慧逻辑模型框架下的开采系统智能化控制方法，智能开采复杂场景综采设备群姿态识别方法、全局最优规划策略及协同控制方法、设备健康状态识别与故障诊断方法；诠释“透明地质”概念，提出了透明地质保障技术路径，研发了精细物探与钻探、围岩条件动态监测、多源高精度数据采集、多源异构数据融合解译等地质透明化技术，创新了静态地质建模、动态地质建模、工作面精准地质保障、多源地质数据解译融合、多属性动态高精度建模、地质信息同步映射、矿山信息模型等地质数字化技术，分析了“透明地质”技术在地下资源开发地质构造探明程度、揭示煤岩物理力学性质、“三场”变化、隐蔽致灾因素预测等应用价值；分析了绿色开采技术，包括绿色减沉与保水开采技术和井上下协同治理与生态修复技术；文中围绕3方面技术进行了案例解析，展望当前形势下，需亟待加速数据驱动下煤炭资源绿色开发与管理变革转型，推动煤炭行业高质量发展进入新阶段。

关键词：绿色矿山煤矿智能化智能开采绿色开采地质探测地质建模透明地质

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露天采矿科学目标的演变与未来发展趋势

煤炭学报 2024年第S1期49卷 129-153页

作者：王忠鑫田会王东田凤亮宋波赵明辛凤阳陈洪亮王金金苏振宁曾祥玉辽宁工程技术大学矿业学院中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司中国煤炭学会

露天开采是矿产资源开采的重要方式，国家与地方对露天矿开采提出了更高的要求。因此，将露天采矿作为一门科学开展系统性研究，揭示采矿过程和发生现象的规律，并做出科学的解释显得尤为迫切。首先从露天开采基础理论、关键成套装备研... 详细信息

露天开采是矿产资源开采的重要方式，国家与地方对露天矿开采提出了更高的要求。因此，将露天采矿作为一门科学开展系统性研究，揭示采矿过程和发生现象的规律，并做出科学的解释显得尤为迫切。首先从露天开采基础理论、关键成套装备研制与爆破工程技术3个方面梳理了近40 a来我国固体矿产资源露天开采领域取得的重大技术成果。而后采用现代科学计量学和信息计量学技术对近40 a来7 128篇文献进行了多元动态分析，以聚类分析法对主要研究主题在包括时间维度上的发展演化过程进行了多维度定量刻画。发现研究主题的演变是技术发展、开采现状、政策环境等多因素耦合影响的结果。以现有重大科技成果以及客观的文献计量结果为基础，指出了未来露天采矿科学的目标为形成系统全面的露天矿安全绿色高效智能开采技术体系，并给出了实现路径，即形成露天采矿工艺系统及重大装备热点研究主题，强化现有热点研究与露天采矿工艺系统及重大装备之间深度交叉融合，并给出了行业内外的各主题优势资源进行联合重大科技攻关，实现多主题间实质性协同创新的有益建议。最后从能源和生态视角的矿区规划理论、智能采矿设计原理、智能集群调度理论、煤炭开采易自燃特厚煤层安全高效开采技术、高大边坡稳定性控制技术、复杂工况带式输送机高效运输技术、智能化露天矿山系统工程7个方面展望了未来露天采矿科学的重大基础理论技术的发展方向；从高效率移动式破碎设备、模块式半固定破碎设备、连续开采工艺系统装备、大倾角运输装备、大型排土机5个方面展望了未来露天开采装备的发展方向。

关键词：露天矿采矿科学科学目标知识图谱文献计量 Citespace

基于Adam算法BP神经网络的矿井环境瓦斯浓度预测模型

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湖南科技大学学报（自然科学版） 2024年第1期39卷 18-23页

作者：曹亮中国煤炭科工集团煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

为了解决现有矿井环境瓦斯浓度预测方法无法处理大数据量、适应性差、误差较大、易陷入局部最优等问题,提出一种基于Adam算法的改进型BP(Back Propagation)神经网络模型,模型适用于矿井多环境参数下,对某区域内环境瓦斯浓度进行预测.对... 详细信息

为了解决现有矿井环境瓦斯浓度预测方法无法处理大数据量、适应性差、误差较大、易陷入局部最优等问题,提出一种基于Adam算法的改进型BP(Back Propagation)神经网络模型,模型适用于矿井多环境参数下,对某区域内环境瓦斯浓度进行预测.对监测监控系统采集到的真实数据进行归一化处理并形成数据集,通过将Adam算法与BP网络模型进行有效结合形成新的网络模型.运用训练集对模型进行训练及调优后,迭代次数在1 200次后损失率趋于平稳,验证集预测的结果整体平均误差率为1.258%,结果表明:该优化模型提高了网络训练速度,且避免了传统BP模型容易陷入局部最小的缺点,同时降低了预测的相对误差.

关键词：瓦斯浓度 BP神经网络激活函数 Adam算法梯度消失

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煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设

煤炭工程 2024年第10期56卷 1-11页

作者：王国法庞义辉中国煤炭科工集团有限公司北京100013 煤炭科学研究总院有限公司北京100013

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法... 详细信息

为了发展煤炭领域先进生产力,助力煤炭工业高质量发展,研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程,分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程,创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程,研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备,以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备,解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题,提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵,研究了典型超级煤矿建设成效与经验,并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

关键词：围岩控制煤机装备智能化煤矿高质量发展超级煤矿