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基于PLC通信的矿山应急微电网控制策略

工矿自动化 2024年第S1期 194-199页

作者：韦钊杨大山梁林陕西能源职业技术学院煤炭与化工产业学院煤炭科学技术研究院有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室煤矿应急避险技术装备工程研究中心北京市煤矿安全工程技术研究中心陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿

应急微电网在主电网停电情况下为关键设备提供后备电源，对保障煤矿安全生产具有重要意义。在现有的配电设施基础上设计了一种交流微电网系统架构，为保障在1个或多个分布式发电机(DG)发生故障或输出功率不足情况下电网供电的可靠性，... 详细信息

应急微电网在主电网停电情况下为关键设备提供后备电源，对保障煤矿安全生产具有重要意义。在现有的配电设施基础上设计了一种交流微电网系统架构，为保障在1个或多个分布式发电机(DG)发生故障或输出功率不足情况下电网供电的可靠性，提出了一种基于固定频率电力线载波通信(PLC)的孤岛微电网控制策略，实现在DG之间提供自动和公平的负载共享，从而显著增加微电网供电的灵活性和可靠性。分布式微电网所有DG和电池存储系统(BSS)均通过逆变器连接到公共交流母线，所有负载在公共点处连接。除了电池充电外，所有DG电流为单向电流。PLC采用高频信号进行通信，该信号通过与电源电流相同的介质(电力线)传输。分析了PLC的注入、检测和抑制方法，以及总体通信逻辑。仿真结果验证了基于PLC的DG功率动态调整策略的有效性。

关键词：煤矿配电交流微电网应急供电控制策略电力线通信

沉陷区河堤边采边复治理方式下的动态填方量预计方法

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金属矿山 2024年第2期 198-204页

作者：李思豪查剑锋关杰张民中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 皖北煤电集团有限责任公司五沟煤矿安徽淮北235131 兖矿能源集团股份有限公司杨村煤矿山东济宁272118

煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一... 详细信息

煤矿开采引起的河堤变形与破坏显著降低了其防洪安全性能。“先破坏、后治理”的传统处理方式存在修复滞后、防汛压力大的问题,具有较大的安全隐患,甚至诱发溃坝、洪水等重大公共安全事故。边采边复,及时恢复河堤的防洪能力是解决这一问题的主要技术途径。基于矿山开采沉陷动态过程特征,提出了沉陷区河堤边采边复的设计流程;构建了河堤治理过程中的动态填方量计算模型,并应用于某矿地表河流的河堤采动损害治理工程中。研究结果表明:采用边采边复的治理方式对沉陷区河堤进行治理,可以降低在采动过程中的河水外溢风险,同时减轻了采动损害对河堤的破坏程度;提出的动态填方量预计方法可实现对河堤各治理阶段土方量的准确预计,能够满足实际工程需求,为河堤治理工程设计提供了依据。

关键词：边采边复概率积分法开采沉陷预计河堤治理

矿用防爆柴油机四元组合式尾气后处理系统设计及性能试验

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2547-2560页

作者：张磊唐彬展鲍久圣胡志伟彭振胡德平阴妍袁晓明中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿山西吕梁033602 徐州徐工重型车辆有限公司江苏徐州221112 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

防爆柴油机是矿井辅助运输车辆使用最为广泛的动力源之一,受防爆改造以及井下恶劣环境的影响,导致其尾气污染问题严重,有悖于绿色矿山发展战略。煤矿井下自2020年12月开始实施非道路国III排放标准,但现阶段矿用防爆柴油机尾气净化多采... 详细信息

防爆柴油机是矿井辅助运输车辆使用最为广泛的动力源之一,受防爆改造以及井下恶劣环境的影响,导致其尾气污染问题严重,有悖于绿色矿山发展战略。煤矿井下自2020年12月开始实施非道路国III排放标准,但现阶段矿用防爆柴油机尾气净化多采用机内前处理技术,无法满足非道路国IV及更高标准的排放要求。针对防爆柴油机尾气污染严重及净化技术滞后的问题,设计了一种新型四元组合式尾气后处理系统,并通过仿真和台架试验开展了关键部件结构参数优化及尾气污染物净化性能研究。首先,按照煤矿井下防爆要求,超前面向非道路国IV尾气排放标准,设计了一种由氧化催化剂(DOC)、颗粒捕集器(DPF)、选择性催化还原器(SCR)和防爆温控装置(EPTC)组成的防爆柴油机四元组合式尾气后处理系统;采用STAR-CCM+仿真软件对防爆温控装置结构进行传热分析,结果表明:管壁面温度均小于150℃,可满足煤矿安全规程防爆要求。其次,以某型60 kW防爆柴油机为研究对象,基于GT-Power软件分别搭建了DOC、SCR和DPF后处理部件的仿真模型,并对其关键结构参数及净化性能开展正交试验进行优化,确定了尾气后处理系统关键部件的最优结构参数,得到如下规律:污染物的净化效率随DOC和SCR的载体直径、载体长度和通道密度的增大而提高;载体长度和载体直径对DPF捕集效率与DOC和SCR规律一致,而DPF因其特殊的壁流式载体结构,随着通道密度增加,PM颗粒物的捕集效率可始终维持在96%附近。在此基础上,建立了防爆柴油机和后处理系统的耦合模型,开展了防爆柴油机尾气排放污染物净化效率、动力性与经济性仿真试验。最后,研制了四元组合式尾气后处理系统样机并开展台架试验,将试验数据与仿真数据对比分析,结果表明:尾气后处理系统对CO、NO、HC与颗粒物的净化效率分别大于95%、90%、83%以及95%,可满足非道路国IV排放要求;加装尾气后处理系统的防爆柴油机整体输出扭矩平均下降4.83%,整体燃油消耗率平均增加1.19%,对防爆柴油机的动力性与经济性的实际影响较小。

关键词：防爆柴油机尾气后处理 “四元”组合式参数优化非道路国Ⅳ

OCAA两相泡沫除尘剂制备及关键性能参数研究

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金属矿山 2024年

作者：张鑫李奇繁张童胡胜勇张玉龙尹海杨建敏张宇太原理工大学安全与应急管理工程学院中煤昔阳能源有限公司黄岩汇煤矿

矿井机械化和智能化水平的提升使得矿山粉尘污染问题日益突出，泡沫降尘由于操作简单、除尘效率高被广泛应用于井下粉尘治理。起泡性能、稳定性能和湿润性能是制约泡沫除尘剂作用效果的关键性能参数。提出并制备了一种综合性能强的新型... 详细信息

矿井机械化和智能化水平的提升使得矿山粉尘污染问题日益突出，泡沫降尘由于操作简单、除尘效率高被广泛应用于井下粉尘治理。起泡性能、稳定性能和湿润性能是制约泡沫除尘剂作用效果的关键性能参数。提出并制备了一种综合性能强的新型泡沫除尘剂OCAA，并对其性能参数和除尘机制进行研究。首先对13种典型的表面活性剂单体及其复配体的起泡性能和稳定性能进行测试，优选性能最佳的表面活性剂单体和复配体。其次选取不同性能的稳泡剂对复配体系的稳泡性能进行改善研究，确定复配体系中稳泡性能最佳的稳泡剂，并制备得到CAA溶液。最后通过润湿剂对CAA溶液的润湿性能进行提升，通过对比不同润湿剂的作用效果，确定了湿润剂成分为璜基琥珀酸二辛酯钠盐（OT-45），并制备得到了OCAA两相除尘泡沫除尘剂。研究结果表明：起泡剂成分脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和改性成分烷基糖苷（APG）：稳泡剂成分椰油酸甲基单乙醇酰胺（CMMEA）：湿润剂成分磺基琥珀酸二辛酯钠盐（OT-45）比例为5:5:3:1时，OCAA降尘剂具有最佳的起泡性能、稳泡性能和湿润性能。利用红外光谱表征OCAA除尘剂的微观结构，研究降尘剂作用前后煤体表面亲水官能团和疏水官能团变化规律，并结合OCAA两相除尘泡沫除尘剂分子结构和分子之间的作用，揭示OCAA除尘剂与粉尘颗粒相互结合机制。

关键词：表面活性剂两相泡沫复配体湿润性能除尘机理

基于振动信号的岩石单轴抗压强度钻进预测实验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第6期43卷 1406-1424页

作者：郝建刘河清刘建康吕家庆郑义宁刘建荣山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿山东菏泽274700 内蒙古上海庙矿业有限责任公司院士专家工作站内蒙古鄂尔多斯016299

为了研究钻进振动信号与岩体地质力学参数之间的响应关系,准确、快速地感知、预测岩石单轴抗压强度,开展基于钻进振动信号的岩石单轴抗压强度预测研究。以室内钻取花岗岩、石灰岩、砂岩和煤四类原岩(煤)试件实验为基础,结合傅里叶变换... 详细信息

为了研究钻进振动信号与岩体地质力学参数之间的响应关系,准确、快速地感知、预测岩石单轴抗压强度,开展基于钻进振动信号的岩石单轴抗压强度预测研究。以室内钻取花岗岩、石灰岩、砂岩和煤四类原岩(煤)试件实验为基础,结合傅里叶变换和振动信号降噪方法构建GA-BP神经网络模型,并对比分析降噪前后以及不同降噪方法模型的预测性能。结果表明:钻进振动信号与岩石单轴抗压强度之间有响应关系,应用钻进振动信号可预测岩石单轴抗压强度;采用Adobe Audition软件对振动信号进行降噪处理的GA-BP神经网络预测模型决定系数R2为0.838,均方根误差为7.063 MPa,平均绝对误差为5.347 MPa,其结果优于原始预测模型和一般降噪方法预测模型;与原始预测模型相比,最优降噪模型在预测精度上提升了6.3%,均方根误差减小1.954 MPa,平均绝对误差减小1.621 MPa;同一预测模型中不同岩性的预测效果存在一定差异。降噪信号GA-BP神经网络预测模型对单轴抗压强度有较优秀的预测能力,所用方法可为在岩体地质力学参数随钻测量方面提供基础。

关键词：岩石力学钻进振动信号单轴抗压强度傅里叶变换信号降噪人工神经网络

内蒙古干旱半干旱草原煤电开发区域生态承载力评价

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生态学杂志 2024年第2期43卷 522-532页

作者：李红清张琳覃昕王贵鹏孟祥芳高凯旋张杰张波郭佳佳陆兆华国家能源集团宝日希勒能源有限公司内蒙古呼伦贝尔021000 中国矿业大学(北京)恢复生态学研究所北京100083 南宁市水资源管理服务中心南宁530001 华能伊敏煤电有限责任公司内蒙古呼伦贝尔021130

为定量评价干旱半干旱草原煤电开发区域长时序生态承载力及其动态变化特征,本研究基于DPSIR模型,选取29个指标,构建了生态承载力评价指标体系,采用熵权法和综合求值法对内蒙古东、中、西部地区的呼伦贝尔市、锡林郭勒盟和鄂尔多斯市生... 详细信息

为定量评价干旱半干旱草原煤电开发区域长时序生态承载力及其动态变化特征,本研究基于DPSIR模型,选取29个指标,构建了生态承载力评价指标体系,采用熵权法和综合求值法对内蒙古东、中、西部地区的呼伦贝尔市、锡林郭勒盟和鄂尔多斯市生态承载力动态进行评价,采用主成分分析法对不同区域生态承载力的驱动力进行分析,并对不同组分变化及不同组分间相关性进行了分析。结果表明:(1)2005—2015年,呼伦贝尔市生态承载力在波动中缓慢上升,锡林郭勒盟呈现先降后升的趋势,鄂尔多斯市趋于平稳;(2)不同地区生态承载力驱动力略有差异,总体来说,影响煤电开发区域生态承载力的主要驱动因子为人均GDP、城镇居民可支配收入、工业产值比重、人均原煤产量等;(3)呼伦贝尔市与锡林郭勒盟的“状态”、“人类福祉”组分和鄂尔多斯市的“生态系统服务”组分与区域生态承载力呈显著相关;(4)不同区域生态承载力组分相关性有较大差异,提高居民生活水平,实施生态保护和降低煤电开发强度等可有效促进生态承载力的提升。

关键词：生态承载力内蒙古草原 DPSIR模型相关性分析

坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

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工矿自动化 2024年第1期50卷 147-154页

作者：赵常辛李晓旭石蒙冀瑞锋张焱国家能源集团乌海能源有限责任公司老石旦煤矿内蒙古乌海016010 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运... 详细信息

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。

关键词：综放工作面留煤柱护巷临空巷道围岩变形控制切顶卸压水力压裂

基于HA-RF-SHAP的露天煤矿粉尘浓度预测模型

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西安科技大学学报 2024年第1期44卷 74-83页

作者：金磊杨晓伟张浩杜勇志李新鹏戴春田周伟国能宝日希勒能源有限公司内蒙古呼伦贝尔021000 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116

为了有效预测和控制煤矿粉尘浓度,保障煤矿工人健康及环境安全,以宝日希勒露天煤矿现场粉尘监测数据为基础,使用随机森林对粉尘浓度进行预测,提出了4种启发式智能优化算法优化随机森林超参数的方法,通过RMSE、MAE和皮尔逊相关系数R对模... 详细信息

为了有效预测和控制煤矿粉尘浓度,保障煤矿工人健康及环境安全,以宝日希勒露天煤矿现场粉尘监测数据为基础,使用随机森林对粉尘浓度进行预测,提出了4种启发式智能优化算法优化随机森林超参数的方法,通过RMSE、MAE和皮尔逊相关系数R对模型进行评价,采用SHAP可解释模型分析影响露天煤矿粉尘浓度的因素。结果表明:PM2.5、PM10、TSP的最优模型分别为GWO-RF、WOA-RF和HHO-RF;超参数调整使模型整体RMSE指标提升约为1~3,MAE提升约为1~2.5,R提升约4%~6%;PM2.5的预测表现最好,训练集与测试集共同作用时,R为0.9463,MAE为3.059,RMSE为4.919,其次是PM10、TSP;单因素作用时,湿度对于该矿粉尘浓度影响最大,双因素同时影响下湿度和气压对粉尘浓度变化影响最大。研究提供了一个有效的粉尘浓度预测方法,可准确预测粉尘浓度并确定粉尘最影响因素,对矿山粉尘管控具有重要参考价值。

关键词：露天煤矿粉尘浓度预测启发式算法 SHAP 模型可解释性

基于正交设计对新疆地区露天煤矿富水火烧区影响边坡稳定性的敏感分析

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能源科技 2024年第3期22卷 93-96页

作者：王宝玉田培忠国能准能集团有限责任公司哈尔乌素露天煤矿内蒙古鄂尔多斯010300

露天煤矿边坡所处地质环境在煤层自燃后发生变化,选取密度、黏聚力、内摩擦角、渗透系数、坡高、坡角、水位高度,采用正交设计方法设计“7因素5水平”试验方案,应用SEEP/W与SLOPE/W计算边坡稳定系数,将其作为评价指标,通过极差分析、方... 详细信息

露天煤矿边坡所处地质环境在煤层自燃后发生变化,选取密度、黏聚力、内摩擦角、渗透系数、坡高、坡角、水位高度,采用正交设计方法设计“7因素5水平”试验方案,应用SEEP/W与SLOPE/W计算边坡稳定系数,将其作为评价指标,通过极差分析、方差分析方法分析7种因素的敏感性。研究表明:7种因素的敏感性为坡角>水位高度>黏聚力>渗透系数>坡高>内摩擦角>密度,方差分析的影响效应与极差分析顺序一致,黏聚力、渗透系数、坡角、水位高度是主要影响因素,坡高、密度、内摩擦角是次要影响因素。

关键词：正交设计火烧区极差分析方差分析