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煤矿井下单轨吊无人驾驶目标识别算法与轨道接缝检测方法

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煤炭学报 2024年第S1期49卷 457-471页

作者：王茂森鲍久圣章全利杨阳袁晓明阴妍张可琨葛世荣中国矿业大学机电工程学院石家庄煤矿机械有限责任公司中国煤炭科工集团太原研究院有限公司中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院

单轨吊作为煤矿井下辅助运输的重要设备形式之一，具有运载能力大、爬坡能力强等优点，在煤矿智能化建设背景下无人驾驶是其必然的发展方向。为确保无人驾驶单轨吊在井下巷道内的安全行驶，对轨道接缝和关键目标的可靠检测尤为重要，从... 详细信息

单轨吊作为煤矿井下辅助运输的重要设备形式之一，具有运载能力大、爬坡能力强等优点，在煤矿智能化建设背景下无人驾驶是其必然的发展方向。为确保无人驾驶单轨吊在井下巷道内的安全行驶，对轨道接缝和关键目标的可靠检测尤为重要，从提高单轨吊无人驾驶安全通过性出发，对单轨吊无人驾驶目标识别算法与轨道接缝检测方法两大主要方面展开了研究。首先，对矿井图片数据集进行了增强处理，提高了其多样性；提出了一种加入改进通道注意力机制ECA＿s和EIOU回归损失函数的YOLOv5算法，并对改进后的YOLOv5算法进行试验分析，结果表明，采用改进后的YOLOv5算法，识别准确率提高了9.1%,mAP提升了3.6%。其次，建立了基于机器视觉的单轨吊轨道接缝检测方法，采用图像预处理、直方图信息统计、形态学处理等技术，根据标定系数计算轨道接缝距离，结果表明，基于机器视觉的轨道接缝检测算法处理一张接缝图像的检测误差仅为0.3 mm。最后，开展了单轨吊无人驾驶目标检测试验，结果表明，改进后的YOLOv5目标检测算法平均精度达到90.3%，具有更高的检测准确率；单轨吊轨道接缝检测算法处理接缝图像的平均检测误差为0.73 mm、最大检测误差不超过1.1 mm，具有更高的检测精度。为保障煤矿井下单轨吊无人驾驶安全通过性和可靠性，提供了务实可行的检测方案和精确可靠的检测算法。

关键词：单轨吊无人驾驶机器视觉目标检测 YOLOv5 接缝检测

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

采空区复合灾害环境下含瓦斯煤自燃特征研究进展

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2711-2727页

作者：田富超贾东旭陈明义梁运涛朱红青张同浩中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿灾害防控全国重点实验室辽宁沈抚示范区113122 煤炭科学研究总院北京100013 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院河北石家庄050043 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响... 详细信息

采空区瓦斯与煤自燃复合灾害日趋成为制约矿井安全生产的主要灾害模式,煤自燃作为瓦斯燃烧、爆炸等灾害事故的“点火源”,无疑是防范煤矿采空区复合灾害的关键。目前关于采空区遗煤残余瓦斯(吸附态为主)与风流瓦斯(游离态)对煤自燃影响机理的认识还不够深入,为此探究了含瓦斯条件下煤自燃相关研究的最新进展。现阶段针对含瓦斯风流/气氛下煤自燃特性的研究内容较为丰富,但吸附态瓦斯影响条件下的煤自燃特性实验平台及相关研究成果较匮乏。研究表明,游离瓦斯易引起煤低温氧化气体产物出现明显的“滞后效应”,同时煤体放热强度减弱、活化能整体增大,这反映出氧化气氛中的瓦斯对煤自燃具有抑制作用;相应地,煤自燃过程中的官能团、自由基及煤微晶结构等微观特征参数均会随瓦斯体积分数呈现规律性演变。进一步,考虑到遗煤内部残余瓦斯与风流瓦斯的赋存状态差异,探究了瓦斯对煤自燃过程的影响机理,包括CH4对O_(2)的驱替稀释作用、CH_(4)与O_(2)的竞争吸附解吸引起的置换效应,以及高温环境下的O_(2)分子化学吸附和煤氧复合效应作用。基于此,提出了采空区遗煤在吸附态瓦斯影响下的自燃过程特性、含瓦斯煤自燃流–固–热–化多场耦合特征、含瓦斯煤自燃监测预警理论应用等亟待突破的瓶颈问题。

关键词：煤自燃复合灾害环境微观特征多场耦合遗煤残余瓦斯热动力灾害

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覆岩离层注浆采空区自燃“三带”分布规律

煤矿安全 2024年第7期55卷 68-77页

作者：刘海东刘彦池林柏泉刘厅山西焦煤西山煤电集团有限责任公司山西太原030053 中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

覆岩离层注浆技术通过压实采空区内的破碎岩体,改变了采空区的流场特性和自燃“三带”的分布情况。为了探讨屯兰矿22301综采工作面离层注浆件下采空区遗煤自燃风险范围,基于实测和数值模拟相结合的方法,对该工作面采空区内存在的自燃“... 详细信息

覆岩离层注浆技术通过压实采空区内的破碎岩体,改变了采空区的流场特性和自燃“三带”的分布情况。为了探讨屯兰矿22301综采工作面离层注浆件下采空区遗煤自燃风险范围,基于实测和数值模拟相结合的方法,对该工作面采空区内存在的自燃“三带”进行准确划分;并提出了注浆钻孔的空隙率三维数学模型,评估不同注浆钻孔位置对采空区流场的影响。结果表明:修正后的空隙率三维数学模型能更好地反映注浆后采空区的气体流场,其模拟结果与现场实测结果的残差精度提高22%;相比于未注浆情况,离层注浆后采空区受到压实作用,有效抑制采空区自然发火的危险性,并导致工作面漏风风流向上汇聚,使采空区垮落带较高位置的氧气体积分数增加;注浆钻孔的布置参数对采空区流场将产生影响,其影响关联度依次为钻孔间距、钻孔排数、钻孔影响半径。

关键词：覆岩离层注浆采空区自燃空隙率注浆钻孔数值模拟

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屯兰区块煤层气井压裂特征多尺度分析

煤炭科学技术 2024年第3期52卷 148-158页

作者：李鸿雨宋晓夏刘威李伟陈伟东王昱太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 煤与煤系气地质山西省重点实验室山西太原030024 山西焦煤集团有限责任公司屯兰煤矿山西古交030200 东北石油大学非常规油气研究院黑龙江大庆163318

为探究屯兰区块煤层气井压裂特征,以太原西山屯兰区块2号煤层为研究对象,通过对采煤工作面揭露的XST-167、XST-168、XST-176和XST-177四口煤层气井进行地质编录、煤样宏观特征描述及CT分析,从多尺度研究煤层的压裂特征。结果表明:研究... 详细信息

为探究屯兰区块煤层气井压裂特征,以太原西山屯兰区块2号煤层为研究对象,通过对采煤工作面揭露的XST-167、XST-168、XST-176和XST-177四口煤层气井进行地质编录、煤样宏观特征描述及CT分析,从多尺度研究煤层的压裂特征。结果表明:研究区煤层气井附近煤层主要分布斜交裂隙组成的“X”型压裂裂隙,在XST-177煤层气井附近有“T”型压裂裂隙。石英砂与压裂裂隙壁碰撞、摩擦产生煤粉,煤粉充填在裂隙内,对煤层气的产出有阻碍作用。通过对XST-168、XST-177二口煤层气井揭露的井筒进行对比,发现XST-177煤层气井的压裂效果更好,更有利于煤层气的产出。煤层气井附近的煤大多为碎裂煤、碎粒煤,水力压裂破坏了煤体的原生结构,使煤体硬度降低,裂隙显著增加。部分煤样可以观测到石英砂镶嵌其上,主要集中在煤的层理面上,说明石英砂被压进煤层后,主要沿水平缝向煤层内延伸,与此处的最大主应力方向保持一致。通过CT扫描技术,对受压裂影响的煤样(压裂煤)和未受压裂影响的煤样(正常煤)进行扫描,发现压裂煤T1、T2中裂隙宽度大于100μm的裂隙分别占总裂隙体积的58.8%和48.5%,裂隙数量上分别为23407条和19679条,而正常煤T3中裂隙宽度大于100μm的裂隙仅占总裂隙体积的1.7%,裂隙数量仅为3504条,T1、T2较T3的裂隙宽度更宽,裂隙数量更多,说明压裂作用使煤样裂隙宽度和数量明显增加,压裂煤内部的孔裂隙更发育。

关键词：煤层气屯兰区块多尺度水力压裂裂隙计算机断层扫描技术

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PLC在选煤厂电气自动化设备中的应用

矿业装备 2024年第1期 48-50页

作者：杨正东山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿选煤厂山西兴县033602

PLC又称可编程逻辑控制器,通过数字或模拟的输入与输出实现机械设备和生产过程的有效控制,具有可靠性强、应用灵活等特点,在选煤厂电气自动化设备控制中扮演关键性角色。故此,基于PLC技术特点,对PLC在选煤厂电气自动化设备中的应用进行... 详细信息

PLC又称可编程逻辑控制器,通过数字或模拟的输入与输出实现机械设备和生产过程的有效控制,具有可靠性强、应用灵活等特点,在选煤厂电气自动化设备控制中扮演关键性角色。故此,基于PLC技术特点,对PLC在选煤厂电气自动化设备中的应用进行探究,以期最大化发挥PLC应用价值,提升选煤厂生产效率和质量。

关键词： PLC 选煤厂电气自动化设备控制系统

选煤生产过程控制机器人煤质化验系统的研制和应用

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煤炭科学技术 2024年

作者：刘奇梁宇张洪王明星宗宝杨坤赵晋祥裴君伟张锋林颖西山煤电(集团)有限责任公司中国矿业大学化工学院徐州泰瑞仪器设备有限公司

选煤厂是煤矿智能化建设的重要组成部分，煤质检测的精度和速度直接影响生产控制参数调整的准确性和及时性。因此，实现生产煤样的高精度和快速检测是精细选煤的重要基础。本文研究了影响煤样灰化速度的主要因素，并提出了富氧燃烧技术... 详细信息

选煤厂是煤矿智能化建设的重要组成部分，煤质检测的精度和速度直接影响生产控制参数调整的准确性和及时性。因此，实现生产煤样的高精度和快速检测是精细选煤的重要基础。本文研究了影响煤样灰化速度的主要因素，并提出了富氧燃烧技术用于灰分检测的优化方案。研究发现，当马弗炉中的氧气流量超过3 L/min时，检测结果与国家标准一致，测定时间由40分钟缩短至10分钟，重复性误差最大不超过0.20%。此外，本文还研制了紫外测硫仪，解决了库仑和红外测硫仪存在的难题，测定结果准确，操作简便。为了进一步提升选煤厂的智能化水平，本文将机器人化验技术应用于生产控制煤质检测，开发了倒挂式机器人布置方案和不开盖称样技术，实现了灰分、全硫含量和全水分的无人自动检测和数据自动传输。通过机器人化验与人工化验结果的对比分析，发现机器人化验的精密度和准确性均在国家标准允许范围内。研究成果为选煤厂生产控制煤质检验的智能化发展提供了重要支持，并对煤矿智能化建设和精细选煤具有重要意义。

关键词：煤质分析选煤厂生产控制智能煤矿

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不同变质程度煤氧化特征指标量化分析

煤矿安全 2024年第9期55卷 30-39页

作者：郭宇冯全超雷昌奎年军白亚娥华晋焦煤有限责任公司沙曲一号煤矿太原理工大学安全与应急管理工程学院陕西山利科技发展有限责任公司神木职业技术学院矿业建筑工程系

为了研究不同变质程度煤氧化特征指标变化规律,采用程序升温实验系统分别对不黏煤(BN)、气肥煤(QF)和1/3焦煤(1/3JM)氧化过程进行了测试分析,确定了不同氧化阶段的表观活化能,量化计算了煤自燃极限参数变化特征。结果表明:低变质程度煤... 详细信息

为了研究不同变质程度煤氧化特征指标变化规律,采用程序升温实验系统分别对不黏煤(BN)、气肥煤(QF)和1/3焦煤(1/3JM)氧化过程进行了测试分析,确定了不同氧化阶段的表观活化能,量化计算了煤自燃极限参数变化特征。结果表明:低变质程度煤的表观活化能比高变质程度煤的低,BN、QF、1/3JM煤样平均表观活化能分别为39.90、65.28、69.43 kJ/mol,煤的表观活化能与其变质程度呈正相关关系,低变质程度煤自燃危险性更高;同一煤种不同阶段的表观活化能也不相同,BN、QF和1/3JM煤样阶段一表观活化能分别为55.28、75.05、80.79 kJ/mol,阶段三则分别为23.23、59.07、61.50 kJ/mol,整体随氧化反应深入而降低;3个煤种自燃极限参数极值点温度分别为50.3、61.5、59.7℃,低变质程度煤比高变质程度煤的极值点温度要低;相同条件下,低变质程度煤最小浮煤厚度和下限氧气体积分数更小,上限漏风强度更大,更容易发生自燃,而变质程度相近的煤种,其氧化特征参数接近。

关键词：不同变质程度煤表观活化能极限参数煤自燃氧化特征

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软岩大巷围岩裂隙演化机制与控制研究

中国矿业 2024年第7期33卷 160-168页

作者：陈海俊陈勇山西焦煤集团西山煤电南岭公司山西太原030000 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

本文以南岭煤业52采区进风大巷为研究对象,剖析了软岩大巷变形破坏特点及裂隙演化机制,以期有效解决软岩大巷面临的剧烈变形、失稳等工程难题。首先,根据软弱岩体应力-应变关系,及其与围岩强度变化之间的相互作用关系,构建了能够描述圆... 详细信息

本文以南岭煤业52采区进风大巷为研究对象,剖析了软岩大巷变形破坏特点及裂隙演化机制,以期有效解决软岩大巷面临的剧烈变形、失稳等工程难题。首先,根据软弱岩体应力-应变关系,及其与围岩强度变化之间的相互作用关系,构建了能够描述圆形巷道破坏分区现象的力学模型,明晰了软岩大巷围岩弹塑性变形分区破坏特征,揭示了深井软岩大巷围岩的变形破坏机理。其次,基于UDEC-Trigon方法,构建了符合工程尺度的离散元数值计算模型,并提出了针对该模型的参数校正方法。通过模拟研究,探讨了软岩大巷围岩的裂隙扩展特征、应力分布规律、巷道变形规律。最后,提出了深浅部注浆与高强高预紧力锚杆索支护的软岩大巷控制技术及相应参数,并在南岭煤业52采区进风大巷成功应用。应用结果表明:锚杆索+注浆联合控制技术有效控制了52采区进风大巷的变形量,提高了巷道稳定性。本文研究成果为软岩大巷围岩变形稳定控制提供了理论依据和技术支撑。

关键词：软岩大巷破坏机理 UDEC-Trigon修正模型裂隙扩展矿压观测