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煤矿外骨骼机器人的研发与应用

智能矿山 2024年第5期5卷 53-57页

作者：郦高亮煤炭科学研究总院

煤炭作为我国国民经济持续快速健康发展的重要基础能源和工业原料,一直扮演着不可或缺的角色。随着科技的发展,推动煤矿智能化建设已成为实现煤炭行业转型升级、推动煤炭生产技术革命、提高企业核心竞争力的必由之路。近年来,国家部委... 详细信息

煤炭作为我国国民经济持续快速健康发展的重要基础能源和工业原料,一直扮演着不可或缺的角色。随着科技的发展,推动煤矿智能化建设已成为实现煤炭行业转型升级、推动煤炭生产技术革命、提高企业核心竞争力的必由之路。近年来,国家部委多次发布相关政策文件.

关键词：煤炭生产外骨骼机器人智能化建设基础能源行业转型升级提高企业核心竞争力政策文件研发与应用

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煤矿井下气动冲击回转钻进工艺参数试验

科学技术与工程 2024年第20期24卷 8479-8486页

作者：豆旭谦煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

冲击回转钻进方法是解决硬岩层钻进效率低问题的主要技术方法之一。为了对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进采用的气动冲击回转钻进工艺参数进行优化,通过采集试验地层岩芯,制样并进行单轴抗压强度测试,将试验岩层分为下层泥质砂岩、中层石英... 详细信息

冲击回转钻进方法是解决硬岩层钻进效率低问题的主要技术方法之一。为了对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进采用的气动冲击回转钻进工艺参数进行优化,通过采集试验地层岩芯,制样并进行单轴抗压强度测试,将试验岩层分为下层泥质砂岩、中层石英砂岩和上层泥质砂岩;讨论气动冲击回转钻进方法的工作原理和钻具组合特点,分析影响钻进效率的主要工艺参数,包括气体压力、钻机转速和给进压力,并给出了在正交试验设计时各参数水平的选择;采用“纵向机械钻速对比、横向工艺参数优化”的技术思路,运用正交试验设计方法进行了工艺参数优化研究,分析了各岩层机械钻速及差异性原因。结果表明:气体压力对机械钻速的影响具有显著性,钻机转速和给进压力不显著,但钻机转速对机械钻速的敏感性比给进压力明显。通过工艺参数研究,在试验设备和钻具条件下,得出最优工艺参数:气体压力为1 MPa,钻机转速为40 r/min,给进压力为3.0 MPa。通过对各层机械钻速的研究,得到下层泥质砂岩机械钻速最高、上层泥质砂岩次之和中层石英砂岩机械钻速最低,分析认为对于两种泥质含量较大的砂岩,泥质含量越高,岩石相对越软,相应塑性增大,对于以冲击为主碎岩的方法,塑性越大对机械钻速越不利,钻进效率相对更低;上层泥质砂岩处于试验钻孔的最深孔段,钻头磨损较多,对深孔处的钻进效率有不利影响。

关键词：正交设计冲击回转钻进气动冲击回转气动冲击器工艺参数

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矿用孔中瞬变电磁仪的研制

煤矿安全 2024年第5期55卷 235-242页

作者：向潇桐李宏杰叶锦娇邱浩煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

针对传统矿井瞬变电磁仪易受井下人文干扰因素的影响,设计了一种矿用孔中瞬变电磁仪;仪器的发射部分主要由电桥电路、消隐电路组成;为缩短关断时间,源栅之间的稳压二极管和发射线圈两侧吸收消隐电路构成快速关断电路系统,快速释放射线... 详细信息

针对传统矿井瞬变电磁仪易受井下人文干扰因素的影响,设计了一种矿用孔中瞬变电磁仪;仪器的发射部分主要由电桥电路、消隐电路组成;为缩短关断时间,源栅之间的稳压二极管和发射线圈两侧吸收消隐电路构成快速关断电路系统,快速释放射线圈中的能量,削弱电感效应;接收部分具备全空间信号采集能力,通过自调节二次场信号的增益倍数,使设备动态范围满足需求。试验表明:该仪器具备探查钻孔径向含水异常体的能力,由于装置位于孔中,距探测目标体近,易获得信噪比高的二次场信号,并避免了巷道人文干扰因素的影响,提高了探测精度。

关键词：矿井水害孔中瞬变电磁仪快速关断多通道采集吸收消隐电路 FPGA

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煤矿井下钻探数字化监测系统

工矿自动化 2024年第7期50卷 173-178页

作者：张幼振范强陈龙陈果税洋李旺年煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对煤矿井下钻探存在孔底工程参数测量困难、钻探数据准确性和完整性不足、钻探数据融合应用不够等问题,设计了一种煤矿井下钻探数字化监测系统。该系统由数据来源层、虚拟模型层、数据处理层和钻探服务层构成:数据来源层为虚拟模型层... 详细信息

针对煤矿井下钻探存在孔底工程参数测量困难、钻探数据准确性和完整性不足、钻探数据融合应用不够等问题,设计了一种煤矿井下钻探数字化监测系统。该系统由数据来源层、虚拟模型层、数据处理层和钻探服务层构成:数据来源层为虚拟模型层提供数据支撑,虚拟模型层通过仿真模拟分析生成新的数据并反馈至数据来源层;数据处理层接收到数据来源层和虚拟模型层提供的数据后,进行数据清洗、转换及合并等处理;钻探服务层通过后台数据管理端的权限设置,为不同层级用户提供数据显示、查询、分析、报警等服务。将钻探数据按时序特征分为事前数据(钻探施工之前根据钻孔设计资料和施工方案等获取的数据)、实时数据(包括钻探过程设备实时监测的参数和钻场视频等)和延时数据(孔底随钻测量装置采集的参数),针对这3类钻探数据设计了数据处理流程,并建立了由接入层、汇聚层和核心层组成的系统通信网络架构。工程实践结果表明:该系统实现了煤矿井下钻探施工数据的采集、传输、显示与动态管理,满足钻探施工过程监测和数据管理的需求,具有较好的实时性和准确性。该系统为煤矿井下钻探智能化施工和精细化管理提供了技术支撑。

关键词：煤矿井下钻探数字化监测钻探数据数据处理通信网络

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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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冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践

煤炭科学技术 2024年第9期52卷 112-124页

作者：祁和刚夏永学智宝岩秦子晗程健王凯王书文王宾昌杨光宇煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 中煤陕西榆林大海则煤业有限公司陕西榆林719000 煤炭科学研究总院矿山人工智能研究院北京100013 北京天地玛珂电液控制系统有限公司北京100013 中国中煤能源集团有限公司北京100120

如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智... 详细信息

如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智能防冲控采技术,实现由工程致灾向工程防灾、工程减灾的根本转变。通过开采源头设计、顶板区域压裂、局部靶向治理、强化巷道支护等措施为冲击地压煤层安全高效开采创造低应力环境和巷道安全空间。在此基础上,开发融合静态地质、动态监测、工况环境、人员定位、生产组织、历史数据等信息的大数据分析软件平台,以及融合冲击地压决策信息的智能化开采控制系统,将防冲信息源转化为智能开采控制源,形成了“低压快推,中压慢采,高压停产”的柔性智能推采新模式。通过现场应用表明,在智能防冲控采区,工作面及巷道矿压显现程度更小,煤岩能量释放更稳定,有利于冲击产能的合理释放。

关键词：冲击地压智能控采区域卸压靶向防范风险感知

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基于对象模型的煤矿数据采集融合共享系统

工矿自动化 2024年第1期50卷 17-24,34页

作者：尚伟栋王海力张晓霞王浩徐华龙山西天地王坡煤业有限公司山西晋城048021 煤炭科学研究总院有限公司矿山大数据研究院北京100013 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

针对目前煤矿数据采集、融合与共享存在的设备属性缺乏标准化且语义不统一、数据采集规约无法跨操作系统、数据访问实时性差、数据共享效率低等问题,设计了一种基于对象模型的煤矿数据采集融合共享系统。在基于位号的煤矿数据编码标准... 详细信息

针对目前煤矿数据采集、融合与共享存在的设备属性缺乏标准化且语义不统一、数据采集规约无法跨操作系统、数据访问实时性差、数据共享效率低等问题,设计了一种基于对象模型的煤矿数据采集融合共享系统。在基于位号的煤矿数据编码标准的基础上设计设备对象模型,克服了设备属性缺少标准化和设备属性语义不统一的问题;采用工业规约采集、Restful API问答式采集和文件数据采集等数据接入方式,可支持国产化操作系统,提供了方便的报文监视工具,能够准确判断通信异常原因;通过设备对象模型映射实现数据融合,引入数据治理机制确保数据的准确性和一致性,以对象模型的形式存储数据来节省存储空间、提高存储效率;将所有设备对象数据存储到一张表中,对象化的数据共享接口可简化成实时数据共享接口和历史数据共享接口,减少了冗余接口,从而降低了数据访问次数。应用结果表明,该系统在对设备数据标准化后降低了数据使用过程中语义解析的难度,同时提高了数据的计算、存储和访问性能,为大数据分析提供了保障。

关键词：数据采集数据融合数据共享对象模型数据编码数据治理数据存储

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人工冻土冻胀引发上覆地层与结构变形计算方法研究

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工程科学与技术 2024年

作者：王磊陈湘生伍军刘志强北京中煤矿山工程有限公司中国铁路工程集团有限公司深圳大学土木与交通工程学院煤炭科学研究总院

人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注，上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形，引发破坏，需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现这一理论核心，基于Peck公式计算思路，对... 详细信息

人工冻结法在地下特殊施工中的冻胀风险引发广泛关注，上覆地表变形可能造成城市道路、建筑结构变形，引发破坏，需要对地表及结构变形进行预测。瞄准冻胀的实质是冻土中水分迁移引起的宏观表现这一理论核心，基于Peck公式计算思路，对冻胀引起的上覆地层变形进行公式推导和参数取值，推导得出适合计算冻胀变形的冻隆公式，以求解冻结过程中上覆地层产生的冻胀量。通过水分迁移试验测定了冻结水分迁移速度，推导和归纳了冻结外锋面半径经验计算方法，得出了冻土体积增加量计算公式。通过郑州某冻结工程实测数据，计算了土体冻结过程中的水分体积增加率，冻隆公式计算值与实测值接近，可以满足施工过程中安全评价分析的需求。研究成果为人工冻结技术在高风险地下工程领域的技术研究和应用建立理论基础和计算参考。

关键词：人工冻结法冻土体积增加量水分迁移冻胀冻隆公式

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冻结立井井筒机械化掘进现状及发展趋势

煤炭科学技术 2024年第9期52卷 1-17页

作者：陈湘生王恒宋朝阳陈汉青陈曦丁航王磊煤炭科学研究总院北京100013 矿山深井建设技术国家工程研究中心北京100013 深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

针对我国“富煤贫油少气”的能源赋存结构及煤炭未来一段时间将长期占据能源消耗主导地位的特点,回顾了我国煤炭井工开采领域冻结立井井筒机械化掘进发展历程。钻爆法凿井作为我国立井井筒施工的主要工法,炸药的应用大幅提高了冻结井筒... 详细信息

针对我国“富煤贫油少气”的能源赋存结构及煤炭未来一段时间将长期占据能源消耗主导地位的特点,回顾了我国煤炭井工开采领域冻结立井井筒机械化掘进发展历程。钻爆法凿井作为我国立井井筒施工的主要工法,炸药的应用大幅提高了冻结井筒的掘进效率,配套的伞钻打孔、抓岩机装岩、大型井架及设备提升、大模板砌壁等大型机械化设备的应用,大幅提高了井筒成井速度;竖井钻机、反井钻机及竖井掘进机作为特殊地层条件下立井井筒特殊凿井方式,也有各自应用范围。面对我国西部富水弱胶结地层特点及智慧矿山发展趋势,采用冻结+钻爆法施工难以满足千米级弱胶结岩层立井井筒智能化无人化的建设需求,而采用冻结+竖井掘进机钻井是未来超深立井井筒技术发展方向之一。结合国外冻结+竖井掘进机凿井工程案例,针对我国西部富水弱胶结岩层立井井筒建设,提出了冻结+竖井掘进机凿井在冻结壁厚度和强度设计理论、双层钢筋混凝土井壁永久支护、低温环境下竖井掘进机掘进破岩形式以及分级上排渣方式等冻-掘-支-运协同作业方面提出了合理化建议;明确了井壁结构与弱胶结围岩相互作用机理,优化双层井壁结构方法,构建竖井掘进机掘-支-运同步作业模式等,提升井筒建设综合效率,提高信息化水平,推动立井井筒向机械化、绿色化和智能化发展。

关键词：特殊凿井机械破岩冻结井壁竖井掘进机

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