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煤矿智能化建设市场现状及发展趋势研究

煤炭科学技术 2024年

作者：张林王国法刘治国富佳兴王丹丹郝雅琦孟令宇张建中周兆宇张亮覃杰中国煤炭科工集团有限公司天地科技股份有限公司北京天玛智控科技股份有限公司煤炭科学研究总院有限公司中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

煤矿智能化建设市场现状及未来发展趋势是行业管理部门、煤炭生产企业、科技支撑企业、其他潜在企业等关注的对象，也是行业内资本投入、技术研发和人才培养的重要指导方向。构建基于生产要素、需求条件、支持性产业、企业战略以及行业... 详细信息

煤矿智能化建设市场现状及未来发展趋势是行业管理部门、煤炭生产企业、科技支撑企业、其他潜在企业等关注的对象，也是行业内资本投入、技术研发和人才培养的重要指导方向。构建基于生产要素、需求条件、支持性产业、企业战略以及行业机遇和政府支持政策的六维波特钻石模型，宏观分析煤矿智能化建设市场的竞争优势；以2013年至2023年的煤矿数量、产能、采选业固定资产投资及智能化建设总投资、建设成效等历史数据为基础，选取数量指标、产能指标和投资指标等不同维度的数据，计算煤矿智能化建设市场渗透率并进行曲线拟合，根据煤炭企业规模集中度、煤炭产能分布集中度和煤炭企业属性集中度对拟合的曲线进一步修正；为进一步衡量煤矿智能化建设市场活力，以国家首批71处智能化示范煤矿为样本，预测2025年至2035年煤矿智能化市场容量，在难以全面精准获得煤矿智能化全部子系统历年市场数据的情况下，利用SAC、SAM、SAP三项产品市场统计数据对煤矿智能化市场分析及预测结果进行可靠性验证；根据政策导向、技术现状和建设实际，提出了煤矿智能化建设市场发展萌芽破土、培育试点、示范建设、全面建设和高级智能五个阶段，基于杰弗里摩尔鸿沟理论，分析了智能化建设各阶段特征及早期市场和主流市场特点，发掘了煤矿智能化建设市场鸿沟及其产生因素，给出跨越鸿沟的具体措施。结论：①我国煤矿智能化建设市场具有强且持续的竞争力；②2023年市场渗透率约为4.74%，预计至2026年渗透率将达10%，是社会资本投入黄金时期，可用较低投入撬动未来较高市场份额；③煤矿智能化建设市场容量将于2025年突破3200亿元，2035年将累计达到万亿级；④当前煤矿智能化建设处于早期市场和主流市场之间的鸿沟区，预计用2-3年时间将完成鸿沟跨越。

关键词：煤矿智能化市场渗透率市场容量市场阶段市场鸿沟

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高强度采动地裂缝形成与演化规律及减损方法

煤炭学报 2024年

作者：李晓斌李全生何富连张村韩鹏华张勇任赵鹏张传玖武洋北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室国家能源投资集团有限责任公司中国矿业大学(北京)能源与矿业学院国能神东煤炭集团有限责任公司神东煤炭技术研究院

神东矿区高强度开采造成覆岩和地表损伤严重，威胁矿区生态安全。科学认识地裂缝演化规律和采动覆岩-地表损伤传导机理是井下安全减损开采、含水层自修复和地表生态环境治理的关键科学问题。综合采用现场实测、理论分析、数值模拟和物... 详细信息

神东矿区高强度开采造成覆岩和地表损伤严重，威胁矿区生态安全。科学认识地裂缝演化规律和采动覆岩-地表损伤传导机理是井下安全减损开采、含水层自修复和地表生态环境治理的关键科学问题。综合采用现场实测、理论分析、数值模拟和物理模拟等手段，首先分析了工作面矿压规律、覆岩结构特征和地裂缝宽度变化规律。然后考虑周期来压大小和覆岩结构特征，详细阐明了地裂缝宽度的动态发育过程呈“M”型双峰形态，深刻揭示了地裂缝产生机制。最后从工作面、覆岩和地表三个方面提出了采动损伤系统减损方法。研究表明，双关键层结构工作面存在大小周期来压，亚关键层破断影响小周期来压，主关键层失稳控制大周期来压，大周期来压步距为小周期来压步距的 2～4 倍，大周期来压载荷为小周期的1.07～1.13倍；中部动态裂缝呈“双峰”分布，具有自修复现象，边界裂缝呈“单峰”分布，对地表破坏性更严重；加快推进速度可减弱采动损伤程度和加快顶板下沉速度；从关键岩块回转下沉方面解释了中部动态地裂缝张开-闭合-张开-闭合演化过程；揭示了高强度开采导致压力拱结构失稳是地裂缝产生的根本原因；提出了推进速度优化、注浆成拱减损与地裂缝分区治理的系统减损方法。研究成果为煤炭规模化开采与生态环境保护相协调发展提供了理论与技术支撑。

关键词：现场监测关键层地裂缝推进速度减损方法

基于相关系数法的煤孔隙结构与自燃着火温度关联研究

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矿业研究与开发 2024年第5期44卷 106-113页

作者：田坤赵炬吕兆海陕西能源职业技术学院陕西咸阳市712000 国家能源投资集团有限责任公司北京100010

为了探究煤中孔隙结构参数与煤自燃着火温度之间的相关性,利用液氮吸附试验测试了4种不同变质程度煤样的孔隙结构与孔径分布,利用热重试验得到了煤的自燃着火温度和着火能力,利用Pearson相关系数法计算了煤的着火温度与孔隙结构关键参... 详细信息

为了探究煤中孔隙结构参数与煤自燃着火温度之间的相关性,利用液氮吸附试验测试了4种不同变质程度煤样的孔隙结构与孔径分布,利用热重试验得到了煤的自燃着火温度和着火能力,利用Pearson相关系数法计算了煤的着火温度与孔隙结构关键参数之间的关联性。结果表明,随着煤变质程度的增加,煤孔隙的吸附能力、比表面积和孔体积均先降后增,介孔占比逐渐减小,大孔占比逐渐增加;随着煤变质程度的增加,煤的质量曲线和失重速率曲线向高温区移动,着火温度逐渐增长,自燃能力减弱。Pearson相关系数法的计算结果表明,比表面积、2~10 nm、10~20 nm和>50 nm孔径占比与着火温度的相关系数分别为-0.853、-0.895、-0.910和0.921。煤中的大孔含量越低、介孔含量越高,煤的比表面积越大,与氧气接触更加便捷,着火温度越低,煤自燃能力越强。基于相关系数法的结果,建立了煤孔隙结构与着火温度的多元线性回归模型,得到预测值与真实值的相关系数R2为0.853,拟合度较高,该模型可用于预测煤的着火温度。

关键词：煤自燃孔隙结构着火温度自燃能力 Pearson相关系数法多元线性回归模型

最小化学反应量原理在有色冶炼技术研发中的应用

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有色金属（冶炼部分） 2024年第11期 187-196页

作者：蒋开喜王海北王玉芳刘三平福州大学紫金地质与矿业学院福州350108 矿冶科技集团有限公司北京100160

资源、能源和环境是制约有色金属工业可持续发展的重要问题,针对我国有色冶炼资源禀赋差、综合回收率低、环境污染重等问题,提出了最小化学反应量原理,从资源、环境、能源、原辅材料消耗、投资、成本等多角度进行工艺分析及优化,实现主... 详细信息

资源、能源和环境是制约有色金属工业可持续发展的重要问题,针对我国有色冶炼资源禀赋差、综合回收率低、环境污染重等问题,提出了最小化学反应量原理,从资源、环境、能源、原辅材料消耗、投资、成本等多角度进行工艺分析及优化,实现主金属及伴生元素提取的最大化,原辅材料消耗及环境影响最小化,提高企业的经济效益。以最小化学反应量原理为指导,开发了复杂难处理资源可控加压浸出、难处理氧化矿选冶新工艺等多项技术体系,并在铜、锌、镍、钴、锂、钼等多领域进行了创新及应用,同时综合回收镓、锗、铼、金、银等伴生有价金属,实现了战略金属高效清洁提取和广泛工业应用。

关键词：最小化学反应量原理复杂难处理资源有色冶炼加压浸出

煤矿导水裂隙带影响因素敏感性及高度预测研究

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中国矿业 2024年第10期33卷 193-201页

作者：李晓斌李全生李金松刘小庆李井峰方杰张勇王路军张传玖北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102209 国家能源投资集团有限责任公司北京100011 煤炭科学研究总院有限公司北京100013 国家能源神东煤炭集团有限责任公司技术研究院陕西榆林719315

研究导水裂隙带高度是含水层修复和地表生态保护的重要基础,明确其影响因素的敏感性排序,有利于抓住主要矛盾,安全高效地实现矿井水预防。本文采用现场实测、数值模拟和数学统计方法,分析了导水裂隙带高度与岩层硬度、工作面长度、采高... 详细信息

研究导水裂隙带高度是含水层修复和地表生态保护的重要基础,明确其影响因素的敏感性排序,有利于抓住主要矛盾,安全高效地实现矿井水预防。本文采用现场实测、数值模拟和数学统计方法,分析了导水裂隙带高度与岩层硬度、工作面长度、采高和埋深的内在联系,得到了导水裂隙带高度计算公式,并在现场得到应用。通过研究可知:导水裂隙带高度在硬岩中传导更快,而软岩可以抑制导水裂隙带高度。软岩与硬岩组合(下软上硬)导水裂隙带高度大于硬岩与软岩组合(下硬上软)导水裂隙带高度。开采方法会影响导水裂隙带高度,综放开采导水裂隙带高度大于厚煤层分层开采、单一薄煤层开采、单一中厚煤层开采。各因素影响导水裂隙带高度的程度为:采高>硬岩岩性比例系数>采深>工作面长度。与“三下”规程经验公式相比,利用多因素拟合公式可以较好地实现乌兰木伦煤矿12403工作面导水裂隙带高度预测,误差仅为−2.54%,研究成果为地下水资源保护和水害治理提供指导依据。

关键词：岩性组合多因素分析导水裂隙带高度敏感性预测公式

适用于超大采高工作面的新型复合框架式高承载中部槽研究

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煤矿机械 2024年第3期45卷 41-43页

作者：刘桐严小明沈丰李旺杨皓朱永年宁夏天地奔牛实业集团有限公司宁夏石嘴山753000 煤矿综采输送设备智能制造技术国家地方联合工程实验室宁夏石嘴山753000 府谷能源投资集团郭家湾矿业有限公司陕西榆林719400

随着工作面采高的不断增大,液压支架与采煤机随之不断增大,在7 m及以上大采高工作面,液压支架油缸推力增大到1 600 kN以上,采煤机自重增大到1 800 kN以上,对刮板输送机中部槽的承载能力和可靠性提出了挑战,传统中部槽已难以适应,容易出... 详细信息

随着工作面采高的不断增大,液压支架与采煤机随之不断增大,在7 m及以上大采高工作面,液压支架油缸推力增大到1 600 kN以上,采煤机自重增大到1 800 kN以上,对刮板输送机中部槽的承载能力和可靠性提出了挑战,传统中部槽已难以适应,容易出现槽体及封底板变形、焊道开裂、铲板断裂失效等故障,严重影响工作效率。为此提出了一种新型复合框架式高承载中部槽,通过框架式盒状结构、鼓形销定位联接结构,有效提升中部槽的承载能力和可靠性,满足在7 m及以上大采高工作面使用需求。

关键词：中部槽框架式高承载大采高

基于MatDEM 的刮板输送机中部槽铲装能力研究

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煤矿机械 2024年第2期45卷 66-68页

作者：李龙刚严小明刘益添李旺沈丰朱永年宁夏天地奔牛实业集团有限公司宁夏石嘴山753000 煤矿综采输送设备智能制造技术国家地方联合工程实验室宁夏石嘴山753000 府谷能源投资集团郭家湾矿业有限公司陕西榆林719400

刮板输送机中部槽的铲装能力是输送装备设计的重要性能指标。现有中部槽设计主要依靠经验及试验检验,对不同地质工况的适应性较差。通过基于MatDEM的离散元仿真技术的运用,可以对不同地质条件下的中部槽铲装效果进行模拟分析,开展铲装... 详细信息

刮板输送机中部槽的铲装能力是输送装备设计的重要性能指标。现有中部槽设计主要依靠经验及试验检验,对不同地质工况的适应性较差。通过基于MatDEM的离散元仿真技术的运用,可以对不同地质条件下的中部槽铲装效果进行模拟分析,开展铲装能力优化研究,进而找出最佳的设计方案,提高中部槽的铲装能力。

关键词：刮板输送机铲装能力离散元 MatDEM

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高刚度D型侧挂式电机减速器联接罩筒研究

煤矿机械 2024年第4期45卷 105-107页

作者：秦俊严小明杨皓闫亚录刘益添沈丰宁夏天地奔牛实业集团有限公司宁夏石嘴山753000 煤矿综采输送设备智能制造技术国家地方联合工程实验室宁夏石嘴山753000 府谷能源投资集团郭家湾矿业有限公司陕西榆林719400

煤矿井下采煤工作面的输送、破碎装备的动力部常用的安装方式为减速器输出端与设备转轴相联接,减速器输入端通过罩筒与电动机相互联接,整个电机-罩筒-减速器部件构成一个悬臂结构,与设备主体联接。现有悬臂结构动力部安装方式会造成两... 详细信息

煤矿井下采煤工作面的输送、破碎装备的动力部常用的安装方式为减速器输出端与设备转轴相联接,减速器输入端通过罩筒与电动机相互联接,整个电机-罩筒-减速器部件构成一个悬臂结构,与设备主体联接。现有悬臂结构动力部安装方式会造成两方面问题:一方面悬臂结构上的电机在重力作用下变形,无法保证与减速器联接同轴度,在高速运行状态下容易损坏减速器输入轴和联轴器,造成减速器故障频发、联轴器寿命短等问题;另一方面电机-罩筒-减速器部件整体因联接长度偏短产生整体偏沉,导致设备主体变形,与减速器联接的设备轴组等部件因变形造成寿命短、易损坏。研制了一种高刚度D型侧挂式电机减速器联接罩筒,能够有效减少动力部因偏沉变形而造成的故障,提高装备可靠性。

关键词：动力部罩筒防偏沉

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损伤岩石声发射演化特征及响应机制试验研究

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 96-106页

作者：张凯张东晓赵勇强杨英明郭伟耀孙鹏胥林鹏付光胜北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102211 国家能源投资集团有限责任公司北京100011 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 中国冶金地质总局青岛地质勘查院山东青岛266590

岩石内部损伤演化是导致岩土工程灾害的原因之一,揭示岩石破裂过程中的关键参数响应特征可为岩石破坏后失稳状态识别提供依据,对于岩体工程灾害预警防控至关重要。通过循环加载-卸载(加卸载)试验制备不同损伤程度粉砂岩试样,利用损伤试... 详细信息

岩石内部损伤演化是导致岩土工程灾害的原因之一,揭示岩石破裂过程中的关键参数响应特征可为岩石破坏后失稳状态识别提供依据,对于岩体工程灾害预警防控至关重要。通过循环加载-卸载(加卸载)试验制备不同损伤程度粉砂岩试样,利用损伤试样开展单轴加载试验,分析试样损伤程度与波速关系及声发射演化规律,探讨不同损伤程度岩石的声发射响应机制。结果表明:(1)损伤试样纵波波速随着损伤程度增加呈线性减小趋势,但声发射振铃计数由阶段性递增转变为加载全过程迅速增加,声发射能量在屈服阶段由小幅度突增转变为快速增加。(2)反映岩石内部不同尺度裂隙发展趋势的声发射b值峰值区由峰后破坏阶段向压密阶段转移,造成峰后破坏阶段失稳特征不明显,反映岩体内部声发射源集中程度和能量尺度的S值在压密至屈服阶段由低位中幅度波动转变为高位小幅度波动,表明岩石在峰前阶段产生非稳定破坏。(3)损伤试样破裂过程随着损伤程度增加由晶间滑移主导型转变为裂隙发育主导型,导致声发射高频低能(400~800 kHz、0~250 aJ)信号由零星出现转变为加载全过程密集分布,以及高频信号带变宽。(4)损伤岩石内部裂隙发育程度不同是导致声发射响应机制差异化的根本原因,岩石内部裂隙密度随着损伤程度增加而增大,造成其在受载过程中由渐进式稳定破坏模式向突发式非稳定破坏模式转变,同时加载过程中声发射信号活跃度及强度增强。研究获得了不同损伤程度岩石的声发射参数特征,可为工程岩体损伤程度识别提供理论依据。

关键词：损伤岩石波速声发射能量主频响应机制