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面向煤矿巡检机器人的高能效路径规划方法

煤矿安全 2024年第6期55卷 211-216页

作者：陈骋苏成杰中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

针对现有矿用机器人路径路规划方法存在的效率低、收敛速度慢、易陷入局部最优等不足,提出了一种基于Actor-Critic算法的路径规划方法。首先根据巡检目标和障碍物的实时位置信息,计算巡检机器人的转向角,确定行进方向,可显著提高路径规... 详细信息

针对现有矿用机器人路径路规划方法存在的效率低、收敛速度慢、易陷入局部最优等不足,提出了一种基于Actor-Critic算法的路径规划方法。首先根据巡检目标和障碍物的实时位置信息,计算巡检机器人的转向角,确定行进方向,可显著提高路径规划的效率;以能量消耗最小化和避免碰撞为目标,巡检机器人根据动态随机变化的矿山环境,学习巡检的目标顺序和行进速度;因为矿山环境动态连续变化,导致较高的状态维度,因此采用深度学习网络估计连续状态产生的动作和奖赏;为了提高学习效率,采用策略网络和价值网络2个网络,实现实时更新策略和价值。仿真结果表明:采用所提方法,巡检机器人可以在动态环境中规划出安全合理的巡检路线,能够以98%的成功概率和更低的能量消耗完成巡检作业。

关键词：巡检机器人路径规划深度强化学习避障能量消耗

卸荷及瓦斯作用下煤体冲击倾向性特征试验研究

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煤矿安全 2024年第4期55卷 55-65页

作者：李志强中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

卸荷损伤作用下含瓦斯煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤与瓦斯复合型冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究卸荷作用对含瓦斯煤体冲击倾向性的影响,对含瓦斯煤体进行了不同卸荷幅度下变上限循环加卸载。试验结果表明:瓦斯... 详细信息

卸荷损伤作用下含瓦斯煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤与瓦斯复合型冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究卸荷作用对含瓦斯煤体冲击倾向性的影响,对含瓦斯煤体进行了不同卸荷幅度下变上限循环加卸载。试验结果表明:瓦斯对煤体力学性质具有劣化作用,9 MPa围压下经过1 MPa与2 MPa瓦斯作用后的煤试件抗压强度分别降低了11.2%及18.7%;在卸荷幅度分别为3 MPa与6 MPa作用下,煤试件抗压强度分别降低了12.6%与36.5%,剩余弹性能指数分别降低了10.4%与16.7%;含1 MPa瓦斯煤试件抗压强度分别降低约13.5%与39.8%,剩余弹性能指数分别降低了15.9%与43.6%;含2 MPa瓦斯煤试件抗压强度分别降低约16.7%与47.2%,剩余弹性能指数分别降低了20.3%与48.5%;随着卸荷幅度的增加,煤试件力学性能不断降低,且瓦斯作用会进一步加剧卸荷劣化程度,同时随着瓦斯压力的增加,劣化程度逐步加深;此外,卸压作用能够有效降低煤体冲击倾向性,同时含瓦斯煤体经过卸荷作用后冲击倾向性指标劣化程度高于原始煤试件,且随着瓦斯压力的增加,剩余弹性能指数降低程度越高。

关键词：冲击地压卸荷损伤冲击倾向性循环加卸载剩余弹性能指数

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上保护层双工作面开采卸压增透效应研究

煤炭工程 2024年第9期56卷 91-97页

作者：任仲久中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

针对中兴煤业2#煤层煤与瓦斯突出、被保护层工作面长度大、抽采能力有限等问题,提出了上保护层双工作面开采方式。通过理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了采用该方式时被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的分布规律,分析... 详细信息

针对中兴煤业2#煤层煤与瓦斯突出、被保护层工作面长度大、抽采能力有限等问题,提出了上保护层双工作面开采方式。通过理论计算、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了采用该方式时被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的分布规律,分析了2#煤层的卸压效果。结果表明:随保护层工作面长度的增大,卸压比例总体呈减小的趋势,当保护层工作面长度为110 m时,被保护层工作面的垂直应力和垂直位移的卸压比例分别达到91%和87.4%。卸压后现场实测2^(#)煤层最大残余瓦斯含量和最大残余瓦斯压力分别降低为5.37 m^(3)/t和0.44 MPa,孔隙率增加到4.05%,煤层透气性系数增加到1.08 m^(2)/(MPa^(2)·d),最大膨胀变形量大于3‰,各指标均表明卸压增透效果显著。

关键词：上保护层煤层卸压瓦斯压力卸压增透保护层开采

CO_(2)-ECBM过程中煤层渗透率演化规律

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煤矿安全 2024年第4期55卷 42-47页

作者：薛恩思中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

为了研究煤层渗透率在煤层注入CO_(2)以驱替CH_(4)(CO_(2)-ECBM)过程中的时空演化规律,以离柳矿区地质条件为工程背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟手段,建立了CO_(2)-ECBM流-固-热多场耦合数值模型,采用五点布井法对CO_(2)-ECBM过... 详细信息

为了研究煤层渗透率在煤层注入CO_(2)以驱替CH_(4)(CO_(2)-ECBM)过程中的时空演化规律,以离柳矿区地质条件为工程背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟手段,建立了CO_(2)-ECBM流-固-热多场耦合数值模型,采用五点布井法对CO_(2)-ECBM过程进行了数值模拟,对煤层渗透率随CO_(2)注入的时空演化规律进行了讨论。研究表明:瓦斯压力、CO_(2)注入以及煤基质的收缩/膨胀变形是影响渗透率演化的关键因素;煤基质吸附CO_(2)之后,其膨胀变形起主导作用,占据孔隙空间,导致渗透率下降,CO_(2)影响范围内的渗透率平均值降低了40%;沿CO_(2)注入井至抽采井,渗透率受CO_(2)影响越来越小,呈单调上升趋势;CO_(2)影响范围外,渗透率平均值增加14%。

关键词：煤层瓦斯瓦斯抽采渗透率 CO_(2)-ECBM 多物理场耦合

近距离煤层群联合开采火区“三位一体”治理技术

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煤矿安全 2024年第3期55卷 120-126页

作者：王帅中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

针对近距离煤层群开采期间的自然发火防治难题,以新维煤矿2110、3108工作面断层区域火点处置为例,通过实验研究与现场实践相结合的手段,开展隐蔽火点的探测与综合治理技术研究。3号煤层自然发火模拟实验结果表明:CO、C_(2)H_(4)体积分... 详细信息

针对近距离煤层群开采期间的自然发火防治难题,以新维煤矿2110、3108工作面断层区域火点处置为例,通过实验研究与现场实践相结合的手段,开展隐蔽火点的探测与综合治理技术研究。3号煤层自然发火模拟实验结果表明:CO、C_(2)H_(4)体积分数与煤温呈二次函数关系,可用于煤层自然发火预测预报;氧气体积分数的降低可以有效抑制煤自燃氧化进程,氧气体积分数为7%时最为明显,因此将其设为3号煤层自然发火的临界氧气体积分数。通过自燃隐患分析结合钻孔探查划定了3110轨道巷以西长80 m、宽10 m的F9断层区域为自然发火隐患区域,并提出以注浆降温为先导,以注胶堵漏为核心,以注氮阻爆为手段的液-胶-气“三位一体”的火区治理思路,累计向隐患区域注浆180 t、注胶504 m^(3),2110工作面采空区注氮流量保持在810 m^(3)/h,实现了火区的有效治理,保障了2个工作面的顺利启封与安全回采。

关键词：近距离煤层自然发火火区精准探查火区治理液-胶-气“三位一体” 无机复合胶体

低透气性煤层多孔同步分段水力压裂增透技术研究

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煤炭工程 2024年第6期56卷 111-116页

作者：薛彦平中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺122113 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺122113

为了提高煤层透气性的增透效率,研究了煤层多孔同步分段水力压裂增透技术,介绍了多孔同步分段水力压裂技术的基本原理,通过实验室测试了高压封孔胶囊的耐压强度及多孔同步分段水力压裂系统的自动控制工艺,结果表明:高压封孔胶囊的最小... 详细信息

为了提高煤层透气性的增透效率,研究了煤层多孔同步分段水力压裂增透技术,介绍了多孔同步分段水力压裂技术的基本原理,通过实验室测试了高压封孔胶囊的耐压强度及多孔同步分段水力压裂系统的自动控制工艺,结果表明:高压封孔胶囊的最小破坏强度为35 MPa,多孔同步分段水力压裂可通过自动控制系统实时监测每个钻孔的压力数据,实现压裂过程的自动控制。同时在三元煤矿进行了现场工业试验,工业试验表明,3#煤层的起裂压力为23.3~25.4 MPa,当压裂距离为10 m时,压裂孔的裂纹扩展时间为26~38 min,裂纹沟通时间为28~40 min,可有效提高压裂效率。经过多孔同步分段水力压裂增透的煤层,相对于未压裂煤层,在30 d的统计时间内,压裂后的平均瓦斯浓度是未压裂的1.12倍,平均混合流量是未压裂的2.17倍,平均瓦斯纯量是未压裂的2.44倍,能够有效的增加煤层透气性,提高瓦斯抽采效果。

关键词：多孔同步压裂分段压裂渗透率卸压增透瓦斯抽采

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小窑火区下采空区有害气体防治技术研究

煤矿安全 2024年第6期55卷 76-83页

作者：任仲久中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

小窑火区下回采工作面易发生上隅角低氧和有害气体超限,严重制约着矿井安全生产。为理清采空区有害气体的运移规律,以达西定律、扩散定律、流体动力弥散定律为基础构建了采空区气体运移的数学模型,利用COMSOL Multiphysics反演了沙坪矿1... 详细信息

小窑火区下回采工作面易发生上隅角低氧和有害气体超限,严重制约着矿井安全生产。为理清采空区有害气体的运移规律,以达西定律、扩散定律、流体动力弥散定律为基础构建了采空区气体运移的数学模型,利用COMSOL Multiphysics反演了沙坪矿13102工作面采空区有害气体的运移过程。结果表明:新鲜风流从进风巷道以及工作面流入采空区,然后从上隅角流出,在风流的带动下CH_(4)和CO从上隅角流出,导致工作面上隅角CH_(4)和CO体积分数超限、工作面低氧,在此基础上提出上隅角埋管抽采和均压通风的措施防治工作面上隅角低氧、有害气体超限,数值模拟发现上隅角埋管抽采只能防治工作面低氧的问题,而均压通风既能够防治工作面低氧还能阻止采空区有害气体涌向工作面。

关键词：小窑火区均压通风工作面低氧埋管抽采数值模拟有害气体

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基于役龄回退的露天矿采剥计划优化研究

露天采矿技术 2024年第1期39卷 11-16页

作者：宋波田凤亮王忠鑫黄俊婷王磊辛凤阳曾祥玉中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司沈阳110015 煤炭科学研究总院沈阳露天采矿技术研究分院沈阳110015 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

目前采用的“以剥采比分期均衡为目标进行排产”的采剥工程计划设计理论,在实际工程应用过程中难以实现“矿山主要开采设备数量均衡稳定”的目标。基于此,凝练了设备有效生产能力参考基线及退化轨迹、主采设备分期均衡配置的均衡期动态... 详细信息

目前采用的“以剥采比分期均衡为目标进行排产”的采剥工程计划设计理论,在实际工程应用过程中难以实现“矿山主要开采设备数量均衡稳定”的目标。基于此,凝练了设备有效生产能力参考基线及退化轨迹、主采设备分期均衡配置的均衡期动态优化、综合开采工艺系统间协同运行策略问题的混合多目标优化与博弈方法3个关键科学问题;提出了各类设备作业性能退化状态建模、各系统设备配置的均衡期动态寻优建模及算法求解、多系统协同运行策略优化建模及算法求解等重点攻关任务;提供了自然采剥比条件下主采设备数量分期均衡方法、综合开采工艺设备配置整体优化方法、全生命周期采剥计划反演理论等关键技术。

关键词：露天矿采剥计划役龄回退剥采比采矿优化

煤孔隙结构对瓦斯解吸−扩散−渗流过程的影响

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工矿自动化 2024年第3期50卷 122-130页

作者：贾男中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提。而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸−扩散过程。以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了... 详细信息

充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提。而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸−扩散过程。以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了煤孔隙空间结构,从微观角度分析了瓦斯解吸−扩散−渗流的演化过程,初步探讨了煤孔隙空间结构对瓦斯运移的影响。结果表明:①在孔隙中心位置的瓦斯压力相对较高,解吸−扩散由孔隙中心向边缘进行,不同时间及位置上瓦斯压力分布规律差异明显,造成瓦斯压力分布差异性的原因在于各代表性体积(REV)单元中孔隙与喉道的半径、长度、形状、连通性能不同。②孔隙结构和拓扑优势拓展了瓦斯解吸−扩散−渗流范围,大尺寸孔隙结构能为气体分子提供多元化运动空间,削弱尺寸效应对扩散广度的影响,促进瓦斯解吸−扩散速率。③强非均质连通孔隙结构中,瓦斯渗流分散而高效,能通过广泛沟通煤基质完成气体由扩散到渗流的转变,提升瓦斯传质效率;弱非均质连通孔隙结构中,气体渗流路径单一、流线集中,渗流传质阻力较大,气体分子由扩散到渗流的转变效率低,不利于瓦斯高效运移。研究结果从微观角度丰富了煤体瓦斯运移理论,为瓦斯抽采工程实践提供了理论基础。

关键词：瓦斯抽采煤层瓦斯孔隙结构瓦斯解吸瓦斯扩散瓦斯渗流 CT扫描