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以孔代巷瓦斯抽采工艺技术应用

矿业安全与环保 2024年第3期51卷 92-96,106页

作者：乔伟中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037 煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽... 详细信息

为解决新源煤矿12214工作面上隅角瓦斯超限问题,考察了该工作面顶板岩性,研究了顶板裂隙带范围及其对采空区瓦斯流动聚积的影响,对瓦斯涌出量来源进行了分析,确定在不同层位施工一组共7个顶板高位定向长钻孔进行瓦斯抽采,并与一段高抽巷瓦斯抽采效果进行对比。结果表明:历经5个月回采,顶板高位定向长钻孔组与高抽巷平均抽采瓦斯浓度分别为17.24%、21.32%,抽采瓦斯纯流量分别为3.71、3.37 m^(3)/min,回采期间上隅角平均瓦斯浓度分别为0.42%、0.49%。研究表明,顶板高位定向长钻孔影响范围比高抽巷大,抽采瓦斯纯流量提高了10.09%,施工成本比高抽巷低,且施工效率更高,极大地缓解了高抽巷掘进速度对采煤工作面投产的制约,证明顶板高位定向长钻孔能够有效替代高抽巷进行矿井瓦斯抽采。

关键词：瓦斯抽采上隅角瓦斯涌出来源顶板高位定向长钻孔高抽巷瓦斯抽采效果

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煤矿瓦斯抽采钻孔三维模拟及控制效果评价

矿业安全与环保 2024年第3期51卷 50-55,64页

作者：朱墨然煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

针对瓦斯抽采钻孔施工完成后缺少钻孔三维可视化及控制效果评价的工具,难以精确识别钻孔空白带,留下安全隐患的问题,提出了一种抽采钻孔的三维模拟及评价技术。通过导入采掘工程平面图和钻孔施工数据,提取巷道、钻场、钻孔、测量点等基... 详细信息

针对瓦斯抽采钻孔施工完成后缺少钻孔三维可视化及控制效果评价的工具,难以精确识别钻孔空白带,留下安全隐患的问题,提出了一种抽采钻孔的三维模拟及评价技术。通过导入采掘工程平面图和钻孔施工数据,提取巷道、钻场、钻孔、测量点等基础数据,对巷道底板高程沿导线测量点的高程值进行插值处理,将巷道等图元的二维坐标转换为三维坐标,构建了可反映煤层、巷道和钻孔特征的三维模型。提出了基于体积法的钻孔控制效果评价方法,将煤层划分为若干个边长等于抽采有效半径的控制体,通过计算穿过控制体钻孔长度之和与抽采有效半径的比值来定量评价钻孔的控制效果,并将钻孔控制效果用不同的颜色进行三维展示,便于对钻孔的疏密及钻孔空白带的位置进行分析,为精确补充钻孔提供决策依据。基于该技术,开发了抽采钻孔三维模拟及控制效果评价系统,并在窑街煤电金河煤矿16215工作面进行了应用,处理了3786个钻孔数据,绘制了巷道、钻场、钻孔和煤层的三维模型,钻孔三维模拟情况与现场一致,通过控制效果分析对钻孔空白带施工了补充钻孔,有效消除了潜在安全隐患。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯抽采抽采钻孔三维模拟控制效果效果评价

上保护层开采下特厚突出煤层沿空巷道合理位置研究

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煤炭工程 2024年第6期56卷 21-27页

作者：任启寒煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复... 详细信息

基于上保护层开采下特厚煤层瓦斯地质条件,综合理论分析、数值模拟、工程实践等方法,对采空区侧向应力分布特征、突出危险性预测指标变化规律及沿空巷道合理位置进行了研究。结果表明:上保护层开采后裂隙岩体存在应力恢复效应,应力恢复后采空区侧向应力峰值会向采空区方向移进;根据采空区侧向不同距离下的煤体突出预测指标测试结果划分了充分卸压排放区、有效卸压排放区及危险区域,结合工程类比、数值模拟结果、隔绝采空区气体需要,确定了沿空煤柱留设宽度为5~7 m;调整后巷道掘进期间突出预测指标及回风瓦斯浓度最大值分别为0.16 mL/(g·min^(1/2))、0.22%,与未调整之前相比降幅分别达到66%、35.3%,保证了巷道安全掘进,验证了沿空煤柱留设的合理性。

关键词：保护层开采特厚煤层突出危险侧向应力煤柱宽度

陕西侏罗纪煤层瓦斯灾害特点及突出发生条件的探讨

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矿业安全与环保 2024年第3期51卷 1-7,15页

作者：孙东玲曹偈杨慧明唐强煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危... 详细信息

随着我国煤炭生产向西部转移,西部尤其是西北地区大量开采低阶煤的矿井瓦斯灾害,成为必须认真面对的重要问题。以陕西黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区、旬耀矿区、永陇矿区的6个典型矿井为研究对象,分析总结了矿井瓦斯赋存特征,并从煤层突出危险性单指标、能量、突出动力效应等多个角度探讨了煤层突出危险性。研究表明:黄陇煤田以低变质烟煤为主,煤的破坏程度小、硬度较高,煤层瓦斯普遍呈现高压力、低含量(1.71~4.36 m^(3)/t)特征;较低的瓦斯含量使煤层中孕育的瓦斯内能连同弹性潜能低于煤体破碎并抛掷做功所需要的能量值,也不能产生足够多的气体裹挟煤炭在巷道空间运移形成典型的突出灾害;但发生片帮或冲击地压等动力现象时短时间内的大量瓦斯涌出将成为这些矿井主要的瓦斯事故风险。指出陕西侏罗纪煤田的矿井应在做好瓦斯抽采的同时,通过控制好煤壁顶板和冲击地压将能有效减少瓦斯事故的发生。

关键词：侏罗纪煤层瓦斯地质瓦斯参数煤与瓦斯突出发生条件

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定向钻孔群轨迹三维呈现方法及软件开发

煤矿安全 2024年第5期55卷 227-234页

作者：张先韬煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400039 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039

为加强煤矿地质直观展示方式,实现对煤矿井下钻孔群的可视化展现和辅助数据分析,探讨了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现技术的主要实现步骤,阐述了各步骤中的核心方法和关键技术;设计了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现软件并展示了其主要功... 详细信息

为加强煤矿地质直观展示方式,实现对煤矿井下钻孔群的可视化展现和辅助数据分析,探讨了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现技术的主要实现步骤,阐述了各步骤中的核心方法和关键技术;设计了定向钻孔群轨迹三维可视化呈现软件并展示了其主要功能、数据流、逻辑框图等,基于C#和WPF编程开发了对应软件并展示了部分三维可视化效果。

关键词：定向钻孔群多分支轨迹三维可视化呈现技术坐标变换参数化控制

煤矿氧气检测高精度VCSEL驱动及温控电路设计

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矿业安全与环保 2024年第2期51卷 153-160页

作者：于庆张华乾郭清华煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400039 煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400037

为解决当前常用煤矿氧气检测仪器易受交叉气体干扰且功耗大的问题,基于GD32F303RCT6微控制器和ADN8834热电冷却控制器,设计了一种软启动开关电路控制的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser,VCSEL)高精度驱动及... 详细信息

为解决当前常用煤矿氧气检测仪器易受交叉气体干扰且功耗大的问题,基于GD32F303RCT6微控制器和ADN8834热电冷却控制器,设计了一种软启动开关电路控制的垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser,VCSEL)高精度驱动及温控电路。驱动电路中,高频正弦波信号和低频锯齿波信号叠加的二进制数据由微控制器产生,经信号发生电路、电压电流转换电路转化成VCSEL高精度驱动电流信号;温控电路中,设计基于比例积分微分(Proportional Integral Differential,PID)补偿电路和数模转换控制器(Digital to Analog Converter,DAC)目标温度控制电路实现激光器温度自动调节。测试结果表明:驱动电路的电流输出区间为0.680~1.360 mA;锯齿波频率误差小于0.5%,正弦波频率误差小于0.1%;氧气吸收峰扫描精度高达0.07 pm,对应电流扫描精度为0.12μA;温控电路的温度控制精度为±0.012℃。满足了可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)煤矿氧气检测应用需求。

关键词：煤矿氧气检测 VCSEL 高精度驱动及温控电路 PID补偿电路 DAC目标温度控制电路

基于纳米压痕的构造煤与原生煤结构面力学特性

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 509-523页

作者：郭敬杰李伟韩祥凯花春雨邓东中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

煤与瓦斯突出等矿井动力灾害严重威胁矿井安全高效生产,不同煤体的微观强度、变形和流变特性的研究对矿井高效生产和灾害防治具有重要意义.本文采用纳米压痕技术对典型的构造煤和原生煤试样的结构面进行了测试,研究了构造煤与原生煤的... 详细信息

煤与瓦斯突出等矿井动力灾害严重威胁矿井安全高效生产,不同煤体的微观强度、变形和流变特性的研究对矿井高效生产和灾害防治具有重要意义.本文采用纳米压痕技术对典型的构造煤和原生煤试样的结构面进行了测试,研究了构造煤与原生煤的微观强度、变形、加卸载速率敏感性和蠕变特性.结果表明:相同载荷条件下构造煤变形能力比原生煤更强,弹性恢复能力更弱,构造煤的变形耗散能约为原生煤的2倍,二者结构面存在部分相似的特性.随加卸载速率降低弹性能占比升高,耗散能、弹性模量、刚度下降;载荷加卸载速率小于100μN/s时,强度特性存在较大的波动,载荷加卸载速率大于100μN/s时,强度特性随着速率变化波动变小,当载荷加载速率远大于卸载速率时会出现初始卸载时刻出现应力滞后现象.构造煤在不同载荷条件下蠕变变形能力均大于原生煤,伯格斯模型可以描述煤体纳米压痕条件下蠕变趋势,但不能很好地描述弹性恢复现象,分数阶麦克斯韦模型可以精确描述纳米压痕条件下煤体的蠕变过程.

关键词：纳米压痕构造煤结构面率相关蠕变煤与瓦斯突出

我国深部冲击地压防控工程技术难题及发展方向

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1291-1302页

作者：潘俊锋夏永学王书文马文涛张晨阳王冰中煤科工开采研究院有限公司北京100013 中国中煤能源集团有限公司北京100120 煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400000 陕西彬长矿业集团有限公司陕西咸阳711300

随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人... 详细信息

随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人为开采扰动范围大,灾害防治过程围岩卸压后应力恢复快,冲击地压防治成效低下原因归结于防冲卸压工程实施与浅部开采相比,面临“三高一低”防控技术新要求,包括高强度的大尺寸钻孔卸压,以解决厚硬煤层不容易塌孔问题;小间距高密度施工钻孔,以解决钻孔卸压范围不联通问题;多轮反复高频度施工,以解决深部煤层卸压后应力恢复快问题;采掘工作面进尺低速度推进,以解决开采扰动强度大问题。针对深部冲击地压“三高一低”防控新要求模式,为了进一步提高冲击地压防控安全可靠性,以常规源头防控冲击地压采用优化开拓开采部署的局限性为背景,提出了深部冲击地压上覆岩层结构与载荷主动调控区域防控冲击地压技术,并提出了进一步需要解决的科学问题;以近年来几起典型的冲击地压事故存在防治方案“漏靶”问题为背景,开发了深部冲击地压采掘空间局部靶向防控技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤矿冲击地压防治措施实施后,难以评判安全性问题为背景,提出了深部冲击地压防治卸压达标评判技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤炭行业大力推广开采智能化,治灾仍需靠人工,人员处于高危环境作业问题,探索了深部冲击地压防治过程智慧智能化新兴研究方向及其面临的科学难题。最后,客观的指出,冲击地压防控绝不纯粹是理论与技术问题,人类对专业问题的认知也是酿成事故的重要原因之一,结合现场工程实践,讨论了冲击地压概念、冲击地压机理是否清楚、冲击地压能否预测、冲击地压能否防治以及冲击地压矿井怎么办等行业焦点专业问题,指出冲击地压工程难题是人类与自然界作斗争,需要从业人员客观认知,客观接受并深入研究,成效是显著的。

关键词：冲击地压深部开采 “三高一低” 源头防控靶向防控卸压达标智能防冲

融合卷积神经网络与线性回归的带式输送机托辊故障音频识别方法

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煤炭科学技术 2024年

作者：陈湘源秦伟刘晏驰罗明华国能榆林能源有限责任公司中煤科工集团重庆研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室

针对煤矿井下带式输送机托辊故障音频识别中存在的声源复杂、特征不显著等问题，提出一种融合卷积神经网络与线性回归的托辊故障音频识别方法。首先通过带式输送机巡检机器人搭载的MEMS拾音器采集托辊沿线音频信号，基于小波自相关去噪... 详细信息

针对煤矿井下带式输送机托辊故障音频识别中存在的声源复杂、特征不显著等问题，提出一种融合卷积神经网络与线性回归的托辊故障音频识别方法。首先通过带式输送机巡检机器人搭载的MEMS拾音器采集托辊沿线音频信号，基于小波自相关去噪技术对声音进行预处理，抑制音频信号中的背景噪声信号，优化数据质量。其次利用声纹谱分离技术，采用HPSS（谐波冲击波源分离）方法分离出谐波、冲击波分量，增强托辊故障声音信号特征；基于MFCC（梅尔频率倒谱系数）声纹特征提取方法，解析出谐波-冲击波中托辊声纹特征信息，生成声谱图，提升托辊故障声纹表征能力。最后以声谱图与声品质特征为数据源，融合故障多模态特征，丰富数据维度，基于残差卷积神经网络结构计算图像特征，多元线性回归快速拟合音频基本特征，生成融合卷积神经网络与线性回归的托辊故障音频识别模型进行联合训练，通过Focal Loss损失函数优化模型训练的样本权重，提高模型对托辊故障识别的准确率。用本文方法对国能榆林郭家湾煤矿实际采集的带式输送机故障托辊音频信息进行分析验证，结果表明：托辊故障检出率达到95.79%，检出准确率达到95.60%。

关键词：托辊故障音频识别声纹特征声谱图残差卷积神经网络多元线性回归