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我国煤矿智能化综采开采技术装备应用现状与发展思考

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煤炭科学技术 2024年第09期 189-198页

作者：袁智蒋庆友庞振忠中国中煤能源有限公司装备事业部中国煤矿机械装备有限责任公司

煤矿智能化技术是煤炭工业实现高质量发展的核心技术支撑，而煤矿智能开采技术与煤机装备是煤矿智能化建设的关键。在详细分析我国煤矿智能化建设初级阶段现状和煤矿智能化技术装备发展制约因素的基础上，剖析了采煤机自适应规划截割控... 详细信息

煤矿智能化技术是煤炭工业实现高质量发展的核心技术支撑，而煤矿智能开采技术与煤机装备是煤矿智能化建设的关键。在详细分析我国煤矿智能化建设初级阶段现状和煤矿智能化技术装备发展制约因素的基础上，剖析了采煤机自适应规划截割控制、刮板输送设备智能化综合控制、液压支架电液控制、透明工作面地质保障、工作面直线度监控、工作面人员精确定-位及主动防护、工作面AI识别监测等煤矿智能化开采技术的优势和不足，分析结果表明：煤矿智能化建设需求为高端煤机装备产业发展和产业升级带来了前所未有的机遇，现代信息技术与高端煤机装备的深度融合将革新我国煤炭的智能化生产方式，但各种技术瓶颈依旧制约着其高质量发展，距离煤矿实现“少人化、无人化”开采仍存在较大差距。煤矿智能化建设作为一项“人、机、环、管”协同的系统工程，笔者提出了由打破传统的“单兵作战”理念向秉承“有机智能协同”建设理念来破解当前技术瓶颈的建议，例如：加强高端煤机装备向新-数-智转变攻关、完善地-边-端三级垂直安全管控技术、规划感知引导装置由叠加扩充向有机融合转变、建立设备全生命周期数字化管理系统、引导单机智能向群组协同智能转变等建议，以此推动我国煤矿智能化开采煤机装备技术的高质量发展。

关键词：智能化开采煤机装备信息化技术综采

基于AI+3D技术的智能皮带分析和预警系统应用研究

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中国矿业 2024年第S1期 230-233+257页

作者：崔永乐国能神东煤炭集团有限责任公司

根据煤炭行业智能化建设需求，本文以神东煤炭保德煤矿为研究区，以推进矿井建设“5G+工业互联网”无人化矿井关键技术研发与工程为背景，通过对保德煤矿主运输系统皮带现有设备进行自主化智能改造设计，现场应用实践证明，该智能皮带... 详细信息

根据煤炭行业智能化建设需求，本文以神东煤炭保德煤矿为研究区，以推进矿井建设“5G+工业互联网”无人化矿井关键技术研发与工程为背景，通过对保德煤矿主运输系统皮带现有设备进行自主化智能改造设计，现场应用实践证明，该智能皮带系统提高了保德煤矿主运输系统的安全性和效率，基本实现主运系统的智能化和无人化。该系统采用先进的边缘计算技术，通过云边协同、管控一体化策略，实现了高效的数据处理和智能决策支持，系统能够精确测量煤流体积、识别煤流中的异物和大块煤、监测皮带的跑偏情况。通过此系统，保德煤矿在主运输系统方面展示了煤炭行业智能化的新模式，现场应用证明了该系统的实际应用价值，可有效推动行业安全生产和高效管理的进步。

关键词：煤流量监测异物识别 AI+3D技术预警系统

无轨胶轮车防爆柴油机尾气净化装置研制及试验

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矿业安全与环保 2024年

作者：张小荣胡志伟鲍久圣杨文政王飞唐彬展张磊 1.西山煤电(集团)有限责任公司 2.山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿 3.中国矿业大学机电工程学院西山煤电(集团)有限责任公司山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿中国矿业大学机电工程学院

针对煤矿井下无轨胶轮车尾气污染严重，无法满足非道路国Ⅳ排放标准的问题，为其设计了一种新型复合式尾气净化装置并进行了试验验证。首先，设计了由“废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）+氧化催化器（Diesel Oxidation Cata... 详细信息

针对煤矿井下无轨胶轮车尾气污染严重，无法满足非道路国Ⅳ排放标准的问题，为其设计了一种新型复合式尾气净化装置并进行了试验验证。首先，设计了由“废气再循环（Exhaust Gas Recirculation,EGR）+氧化催化器（Diesel Oxidation Catalyst,DOC）+催化型颗粒捕集器（Catalyst Diesel Particulate Filter,CDPF）+防爆水冷结构”组成的尾气净化系统；接着，利用GT-Power仿真软件建立了催化器模型，得到了排气参数对DOC催化反应的影响规律；在此基础上，针对TDE6105DZLQFB02非道路国Ⅲ防爆柴油机研制了尾气净化装置并进行了柴油机性能及排放试验。试验结果表明：加装尾气净化装置后，试验车辆在不同工况下，尾气中CO、HC、NOx和PM的净化效率分别达到了96.8%、50.95%、25.5%和95.2%，可满足非道路国Ⅳ排放法规限值。

关键词：无轨胶轮车防爆柴油机尾气后处理煤矿井下非道路国IV

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

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煤炭学报 2024年第1期49卷 100-113页

作者：顾大钊曹志国李井峰吴宝杨张勇蒋斌斌郭强王汉鹏武洋史小萌王路军杨毅查尔晟煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102211 北京低碳清洁能源研究院北京102211 国家能源投资集团有限责任公司北京100011 国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水... 详细信息

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。

关键词：煤矿地下水库地下水运移坝体结构冲击试验水岩耦合

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首山一矿深部地应力分布规律及影响因素

煤炭学报 2024年第5期49卷 2360-2375页

作者：郭德勇揣筱升张铁岗郭明生中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中国平煤神马能源化工集团有限责任公司河南平顶山467000

为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响... 详细信息

为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响,确定了影响地应力分布的主控因素。研究表明:多元回归反演分析法获得的地应力计算值与实测值吻合,相对误差小于20%,结果可靠。矿井煤岩体处于三维压应力状态,煤层主应力关系为S_(H)>S_(V)>S_(h),地应力由矿井北部向南部呈现先增大后减小再增大的变化趋势,地应力为28~44 MPa,属于高应力水平,地应力方向为NEE向。埋深影响地应力大小和类型,随埋深增加主应力增大,应力场类型向准静水压力场过渡;岩性与地应力密切相关,从泥岩到砂岩或灰岩,地应力增大,弹性模量越大地应力越大,地层岩性的差异造成地应力大小离散分布、应力方向偏转角不超过10°;矿井地应力与埋深、弹性模量的关系可表示为σ_(H)=0.0350H+0.4681E−8.5513。地质构造是影响首山一矿地应力分布的主控因素,褶皱形态控制地应力的水平应力分布,向斜内弧应力值大于背斜内弧,且褶皱弯曲程度越大,其内弧地应力越大,应力梯度越大;断层带内应力降低、断层尖灭端应力集中,地应力方向沿着断层走向偏转,与断层走向夹角越大,应力方向偏转角越大;断层切割复式褶皱时,断层与向斜构造组合区应力值大于断层与背斜构造组合区,且断褶构造组合造成地应力方向分布紊乱。

关键词：地应力测量应力解除法构造物理首山一矿

神东矿区构建综采工作面三维透视采场技术研究

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中国矿业 2024年第8期33卷 92-99页

作者：张传玖李鑫任建慧马盟盟国家能源神东煤炭集团有限责任公司布尔台煤矿内蒙古鄂尔多斯071000 瞳见科技有限公司山东济南250000 山东泽明能源科技有限公司山东泰安271000

为实现工作面回采期间矿压与生产管理、保障智慧矿山建设,需要构建三维透视采场。首先,基于实用矿山压力控制理论,建立采场空间结构力学模型,训练一套采场覆岩运动参数推导、支承压力分布规律计算、矿山压力实时监测数据分析与三维采场... 详细信息

为实现工作面回采期间矿压与生产管理、保障智慧矿山建设,需要构建三维透视采场。首先,基于实用矿山压力控制理论,建立采场空间结构力学模型,训练一套采场覆岩运动参数推导、支承压力分布规律计算、矿山压力实时监测数据分析与三维采场静态应力与动态应力模拟的算法体系。其次,通过采用二维三维一体化建模的方式构建三维透明地质模型、使用三维建模工具对液压支架等设备进行精细化建模、对采场上覆岩层的运动状态进行专业化建模,体现三维透视采场基本要素的全面性。通过采用三维曲面积分法解析综采液压支架相关数据、采用多目标多因素分级方法分析钻孔应力数据、采用时序序列数据分析其他数据三种方法进行采场实时监测数据分析。最后,以布尔台煤矿42204工作面为工程背景,构建了三维透视采场基本模型。所建立的三维模型能够根据地质信息、钻孔数据、矿压显现等实际情况反映应力场变化,实现采场空间采动应力随工作面推进的展示,为采煤工作面回采期间矿压与生产管理提供技术支撑。

关键词：三维透视采场技术框架动态应力分布实时监测综采工作面

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煤矿井下大口径长距离贯通钻孔成孔关键技术

煤矿安全 2024年第9期 197-203页

作者：高振宇王毅李雄伟刘修刚何伊军莫海涛李志斌白刚国能神东煤炭集团有限责任公司中国矿业大学矿业工程学院中煤科工西安研究院(集团)有限公司国家能源集团神东煤炭集团工程造价管理处

煤矿井下大口径长距离贯通钻孔可作为输送通道以替代矿井传统井工巷道,相比常规井下大口径钻孔,区别及难点主要在于“点对点”精准贯通、大口径长距离分级高效扩孔,以及全孔段套管敷设并注浆固管。介绍了煤矿井下大口径长距离贯通钻孔... 详细信息

煤矿井下大口径长距离贯通钻孔可作为输送通道以替代矿井传统井工巷道,相比常规井下大口径钻孔,区别及难点主要在于“点对点”精准贯通、大口径长距离分级高效扩孔,以及全孔段套管敷设并注浆固管。介绍了煤矿井下大口径长距离贯通钻孔成孔关键技术,从RMRS绕障对接技术、分级扩孔技术、排渣工艺技术、全孔段套管敷设技术及注浆固管技术等5个方面深入研究,实现了大口径长距离贯通钻孔高效成孔。在钻孔设计方位轨道多个关键点处钻取的引导直孔内,采用RMRS技术进行超前引导,以实现定向绕障及“点对点”精准贯通;合理优化扩孔级序,采用回拉扩孔工艺以提高扩孔钻进效率;利用“孔内循环+机械辅助”联合排渣工艺提升扩孔钻进排渣效率;选配适用滚珠扶正器,采用“前拉+后推”组合方式实现长距离全孔段套管敷设;采用“环空带压注浆法”进行注浆固管以保障固管质量。基于上述关键技术,构建了大柳塔井与活鸡兔井之间的大口径长距离输水管道,总长度1 932 m,钻孔终孔孔径330 mm,全孔段敷设输水套管尺寸?219 mm×8.94 mm;先导孔成功从2座桥墩之间斜向安全穿过,实际贯通点Bs与设计贯通点B之间水平投影位移偏差0.4 m、垂直剖面位移偏差0.25 m,空间位移偏差0.47 m,基本实现“点对点”连通;注浆固管声幅测井合格率95%,管路实际输水能力达150 m3/h。

关键词：大口径长距离贯通钻孔分级扩孔排渣工艺套管下入注浆固管

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京西关停矿井开发利用规划研究

煤炭工程 2024年第1期56卷 1-7页

作者：李学彬周玉颖张军朱仁静崔永国华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) 河北廊坊065201 北京京煤集团有限责任公司北京102300

京西矿井关停后将形成71万m3的可利用特殊地下空间和77.4万m2的地面工业广场,近千亿资产被闲置。针对京西矿井现状,响应北京总体规划,通过建设国家级安全生产事故预控与应急处置技术实验实训和科普基地(一期)作为京西关停矿井开发利用... 详细信息

京西矿井关停后将形成71万m3的可利用特殊地下空间和77.4万m2的地面工业广场,近千亿资产被闲置。针对京西矿井现状,响应北京总体规划,通过建设国家级安全生产事故预控与应急处置技术实验实训和科普基地(一期)作为京西关停矿井开发利用的首期工程。京西基地建设内容包括防灾减灾救灾技术支撑平台、应急管理能力培养课程体系、基础条件建设、应急管理信息化研发实训平台、应急管理特色学历教育课程体系、应急实训演练与知识文化科普平台6部分,具体由26个建设模块组成,共需要配置专业仪器设备1827台、开发课程54门、图书文献156套、引进培训师资180人次、改扩建工程设施1609套(项),利用千军台井地下巷道约3147 m,最终建成服务安全生产和应急管理的国际一流科教培基地。

关键词：京西关停矿井废弃矿井安全生产应急管理科教培基地

深部高承压“Y”型分支断层底板突水机理模拟试验研究

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煤炭科学技术 2024年

作者：李昂张文忠周永根王伟东田胜祺杨宇轩陕西省煤矿水害防治技术重点实验室西安科技大学建筑与土木工程学院中煤科工西安研究院(集团)有限公司神华新街能源有限责任公司陕西建工第三建设集团有限公司

普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征，较常规断层更容易发生活化突水，为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理，提出安全开采关键性技术参数，以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象，研发了一种新... 详细信息

普遍分布于淮南矿区的“Y”型分支断层由于其特殊的构造特征，较常规断层更容易发生活化突水，为揭示深部开采高承压水“Y”型分支断层底板突水机理，提出安全开采关键性技术参数，以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象，研发了一种新型原岩相似材料及与之匹配度较高的承压水模拟系统，依托自制的相似试验平台，采用数字图像相关法、水压传感器、水流量监测系统及红外热成像等多种定量及定性监测手段，对开采扰动与承压水导升协同作用下底板突水机理进行模拟研究。结果表明：可循环使用的新型棒体、块体材料与硅胶水囊承压水系统契合良好，能够科学可靠的模拟现场情况；工作面推进63 cm是“Y”型分支断层进入活化阶段的临界点，此后承压水沿主断层向分支断层内导升，水压逐渐增大；当工作面推进至71 cm，底板分支断层完全活化，工作面发生突水，主断层水压降低、水流量增大；采动应力对底板裂隙发育具有显著的影响，分支裂隙呈现出沿垂直方向扩展发育的规律，工作面推过79 cm，底板裂隙逐渐闭合，突水情况得到缓解。结合模拟结果及现场实际情况，探讨了三种“Y”型分支断层底板突水应对治理措施和预案，为类似断层底板防治水研究提供一定的参考。

关键词： “Y”型分支断层底板突水机理相似模拟试验数字图像相关法红外热成像