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坚硬顶板气相切顶预裂卸压技术应用研究

建井技术 2024年第1期45卷 26-30,25页

作者：刘晓峰阳泉煤业集团泊里煤矿有限公司山西阳泉045000

坚硬顶板采场存在垮落困难或步距较大的问题,这导致矿压显现剧烈、围岩严重变形以及高成本低效返修等一系列难题。为了解决这些问题,利用气相切顶预裂卸压技术的高安全性和高效能等优势,综合实施“超前实施,联合治理”策略来控制采场围... 详细信息

坚硬顶板采场存在垮落困难或步距较大的问题,这导致矿压显现剧烈、围岩严重变形以及高成本低效返修等一系列难题。为了解决这些问题,利用气相切顶预裂卸压技术的高安全性和高效能等优势,综合实施“超前实施,联合治理”策略来控制采场围岩。基于对采场采动应力分区分析的研究,系统设计了气相切顶预裂卸压方案的具体参数,并成功地将其运用于现场。在实施过程中,通过使用高压注水和监测围岩变形等手段验证了气相切顶预裂卸压技术的良好效果。该研究成果为类似坚硬顶板条件下的采掘工程提供了宝贵经验。

关键词：坚硬顶板气相切顶预裂卸压高压注水变形监测

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掘进工作面煤与瓦斯共采优化

能源与节能 2024年第1期 45-50页

作者：贾永斌阳泉煤业集团泊里煤矿有限公司山西和顺032700

针对掘进工作面煤与瓦斯资源利用的不协调等实际问题,通过构建掘进工作面煤与瓦斯协调开采优化模型,确定合理的掘进速度和瓦斯抽采量,实现掘进工作面煤与瓦斯共采在社会与经济效益方面的最优化。

关键词：掘进工作面煤与瓦斯共采优化模型

补连塔煤矿12511工作面覆岩导水裂隙带发育特征

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洁净煤技术 2024年第S1期 690-695页

作者：马腾飞刘宁武轶凡国能神东煤炭集团有限责任公司补连塔煤矿中煤科工集团信息技术有限公司

采动诱发覆岩导水裂隙带发育范围探测及机理研究对于科学指导煤矿井下涌水量统计、工作面水害防治及保水开采具有重要意义。本研究以神东矿区补连塔煤矿12511工作面为地质原型，基于物理模型试验对工作面开采引起的导水裂隙带发育高度... 详细信息

采动诱发覆岩导水裂隙带发育范围探测及机理研究对于科学指导煤矿井下涌水量统计、工作面水害防治及保水开采具有重要意义。本研究以神东矿区补连塔煤矿12511工作面为地质原型，基于物理模型试验对工作面开采引起的导水裂隙带发育高度进行研究，并通过钻孔视频与冲洗液漏失量的结果进行综合评定。研究结果表明：物理模型试验测试的顶板初次来压步距50.6 m,平均周期来压步距为15 m,岩层断裂角变化范围为32°～60°,平均51°,顶板基本运动方式主要为离层、弯曲、断裂、回转、垮落；工作面从100 m位置到推进至200 m位置过程，随着顶板的破断并不断压实，覆岩裂隙密度从初次来压时的20条/m降至16条/m。冒落带发育高度35.7 m,裂隙带发育高度为118 m,依据现场钻孔视频与冲洗液流失量监测结果，认定导水裂隙带高度为93.12 m,冒落带高度为36.52 m,裂采比为16.63∶1。研究证明了基于物理相似模型试验得出的导水裂隙发育特性结果的合理性，对于推动覆岩导水裂隙带发育高度的研究具有重要意义。

关键词：神东矿区模型试验现场观测导水裂隙带

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煤矿井下带式输送机故障智能诊断

洁净煤技术 2024年第S1期 587-592页

作者：赵亚东马腾飞胡小刚武轶凡国能神东煤炭集团有限责任公司补连塔煤矿中煤科工集团信息技术有限公司

针对带式输送机托辊轴承故障诊断中振动信号提取特征困难而导致故障诊断精度较低的难题，提出了一种基于一维卷积神经网络(1DCNN)和极限学习机(ELM)的托辊轴承故障诊断方法。首先，根据具体的故障诊断任务，对采集到的数据进行划分，并... 详细信息

针对带式输送机托辊轴承故障诊断中振动信号提取特征困难而导致故障诊断精度较低的难题，提出了一种基于一维卷积神经网络(1DCNN)和极限学习机(ELM)的托辊轴承故障诊断方法。首先，根据具体的故障诊断任务，对采集到的数据进行划分，并进行傅里叶变换。然后，利用1DCNN提取故障特征，根据提取的故障特征利用ELM进行故障分类。测试精度均达到100%,用时分别为2.82和2.42 s。通过与ELM、随机森林、K最邻近法、支持向量机和卷积神经网络等方法对比，体现了所提方法的优越性。结果表明：采用1DCNN和ELM相结合的诊断方法，其诊断效果相比单一方法更好，能够满足煤矿领域托辊故障诊断需求。

关键词：一维卷积神经网络极限学习机托辊轴承故障诊断

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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

变工况下的煤矿清挖输送机速度自适应PID控制技术

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洁净煤技术 2024年第S1期 684-689页

作者：刘杰思旺斗武轶凡国能神东煤炭集团有限责任公司补连塔煤矿中煤科工集团信息技术有限公司

煤矿清挖输送机速度控制是输送机运行的关键。依据工况的变换，煤矿清挖输送机运行中需要及时转换为对应工况下的速度，以保证运行稳定。为此，提出变工况下的煤矿清挖输送机速度自适应PID控制技术。建立煤矿清挖输送机能耗模型和系统... 详细信息

煤矿清挖输送机速度控制是输送机运行的关键。依据工况的变换，煤矿清挖输送机运行中需要及时转换为对应工况下的速度，以保证运行稳定。为此，提出变工况下的煤矿清挖输送机速度自适应PID控制技术。建立煤矿清挖输送机能耗模型和系统模型，通过相关性分析方法获取运输量与带速之间的互相关关系。在PID控制器的基础上设计专家PID控制器，将能耗最小作为控制目标，结合运输量与带速之间的关系对煤矿清挖输送机速度展开自适应控制，并在控制过程中通过RC滤波器提高PID控制器输出信号的平滑性，避免控制过程中出现振动现象，完成煤矿清挖输送机速度的自适应控制。结果表明：在不同工况下进行实验，所提方法的能量消耗率在0.24 W/kg以下；速度控制曲线与设定速度曲线基本相符，且控制误差低于5 m/s;角速度曲线较为平稳；不同工况下得到的响应稳定性在98%以上。表明所提方法具有较强的实用性。

关键词：煤矿清挖输送机能耗模型相关性分析 PID控制器速度控制

脉状裂隙导水型岩溶陷落柱高压注浆机理及应用

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煤炭科学技术 2024年

作者：钱自卫鹿存金巩起立吴现帅王炳柱中国矿业大学资源与地球科学学院河南能源鹤壁煤业(集团)有限责任公司第九煤矿中矿地科技术研究院(江苏)有限公司

岩溶陷落柱在我国华北煤田广泛发育，为煤系地层严重缺陷，已引发多起严重突水灾害，开展陷落柱导水特征及注浆机理研究，对于保证煤炭资源安全开采具有现实意义。本研究根据陷落柱导水通道特征、陷落柱柱体结构形式及探查钻孔出水特征... 详细信息

岩溶陷落柱在我国华北煤田广泛发育，为煤系地层严重缺陷，已引发多起严重突水灾害，开展陷落柱导水特征及注浆机理研究，对于保证煤炭资源安全开采具有现实意义。本研究根据陷落柱导水通道特征、陷落柱柱体结构形式及探查钻孔出水特征，结合典型陷落柱探查及治理案例，在传统的松散间隙导水、微细孔裂隙渗透导水模式基础上，总结提出了陷落柱脉状裂隙导水的新模式，给出了此类陷落柱的水害致灾形式。研究发现此类陷落柱柱体一般较为密实，以软硬碎石组合分布，但分布不均匀，碎岩部分间隙未被破碎泥化物、砂、矿物结晶所充填，残存不规则扁平裂隙状或近似圆孔集中导水通道；初步分析认为柱体的不均匀性致使空隙渗流及结晶的差异是造成此类陷落柱形成的主要原因。开展了脉状裂隙导水型陷落柱透明可视化注浆模型试验，直观观测了单孔高压注浆对多个导水通道的治理过程，再结合相关理论，提出了涉及孔道渗流注浆、劈裂注浆及裂隙挤密闭合等复合形式的脉状裂隙导水型陷落柱高压注浆机理，以实现单注浆孔对多条脉状裂隙导水通道的综合控制。研究成果在埋深超过600m、奥灰水压7.67MPa、平面面积达到5200m2的鹤煤九矿9-6导水陷落柱的注浆治理中进行应用。依据相关标准设计了注浆控制段跨度，通过巷道揭露及钻孔出水情况可表征陷落柱的脉状裂隙导水特征，设计采用井下对抄布孔、分层布孔、分段注浆等实现了对注浆区域的全覆盖，分析注浆压力响应曲线可指示浆液的渗流、劈裂、挤密等过程，通过串浆情况、物探及微震监测、注水试验分析综合评判了陷落柱的治理效果，目前受陷落柱影响工作面已安全回采。研究成果为脉状裂隙导水型陷落柱的治理提供了理论及技术支撑。

关键词：岩溶陷落柱脉状导水通道高压注浆复合注浆机理

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强动压巷道顶板离层全程演化机制分析研究

山西煤炭 2024年第3期44卷 115-122页

作者：刘亚明晋能控股煤业集团有限责任公司晋华宫煤矿山西大同037016

针对强动压巷道顶板离层问题,基于弹塑性及断裂力学原理,从理论角度分析了强动压巷道顶板离层全程演化机制,建立了两端固支岩梁力学模型,系统分析了反映离层机制的5大类表征量,对比论述了高静载及强动压2种应力条件下的离层演化机制,探... 详细信息

针对强动压巷道顶板离层问题,基于弹塑性及断裂力学原理,从理论角度分析了强动压巷道顶板离层全程演化机制,建立了两端固支岩梁力学模型,系统分析了反映离层机制的5大类表征量,对比论述了高静载及强动压2种应力条件下的离层演化机制,探讨了层间离层与岩梁不同破裂形态的共生关系。研究表明:强动压巷道在高地应力和强动压作用下,顶板岩梁由弹性状态向塑性或破裂性态进行不可逆的渐进演变或突变失稳,层间离层持续萌生扩展并与岩层自身累积的损伤裂缝交合贯通,顶板被迫进入“离层-破裂”“破裂-离层”及“离层-震荡-震裂”的恶性循环,产生极大的安全隐患;强动压巷道顶板岩梁结构必须保持较好的完整性、较大的厚跨比及较大的强度,形成“厚-硬-小”的强力承载结构,使顶板岩梁尽量保持弹性、控制塑性、防止破裂,确保顶板结构稳定及离层可控。

关键词：顶板离层高地应力离层表征量顶板破裂演化机制顶板岩梁结构

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初采期坚硬顶板悬顶水力致裂治理技术

江西煤炭科技 2024年第3期 72-74,78页

作者：乔磊晋能控股煤业集团四老沟煤矿山西大同037000

针对8108综采工作面初采期间存在大面积悬顶突然垮落导致出现冲击荷载和飓风的风险,四老沟矿通过运用岩石断裂动力学理论对工作面采场应力状态进行理论分析,实施“实时周期立体交叉水力压裂技术”,第一次水力压裂后,工作面推进至9 m时,... 详细信息

针对8108综采工作面初采期间存在大面积悬顶突然垮落导致出现冲击荷载和飓风的风险,四老沟矿通过运用岩石断裂动力学理论对工作面采场应力状态进行理论分析,实施“实时周期立体交叉水力压裂技术”,第一次水力压裂后,工作面推进至9 m时,顶板初次垮落;工作面支架最大受力较常规采煤工法增大约10%,工作面推进60 m过程中,局部最大悬顶长度为12 m,表明顶板均垮落及时。

关键词：初采大面积悬顶立体交叉法水力压裂