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分级添加矸石颗粒的充填浆料流变学特性研究

有色金属工程 2024年第10期14卷 116-123页

作者：张慧峰鲁成张思达刘凌云陕西煤业化工集团陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719302 陕西天地地质有限责任公司西安710054

煤矸石是矿山开采后遗留的固体废物,传统的测坍落度已无法解决煤矸石基充填料浆泵送过程出现的离析、堵管等问题。为此,通过Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,对屈服应力、表观黏度和流变特征等进行系统分析,研究了Talbol连续级配下分... 详细信息

煤矸石是矿山开采后遗留的固体废物,传统的测坍落度已无法解决煤矸石基充填料浆泵送过程出现的离析、堵管等问题。为此,通过Herschel-Bulkley模型拟合流变曲线,对屈服应力、表观黏度和流变特征等进行系统分析,研究了Talbol连续级配下分级添加矸石颗粒的矸石充填料浆流变学参数变化规律及影响因素。结果表明:1)小粒径范围内连续级配浆料“絮网结构”承载性能更好,非连续级配中大颗粒的配位数比小粒径大,屈服应力更高;2)添加0.5、0.5~1 mm矸石颗粒后,料浆“絮网结构”存在一个临界最大值,是更大粒径矸石颗粒实现悬浮的基础;3)“絮网结构”的承载性能随矸石粒径的增大而减小,表观黏度随剪切速率变化呈现先减小再增加后趋于平缓;4)当γ<50 s^(-1)时,料浆状态呈现剪切稀化或近牛顿流体状态,更易于搅拌和输送。该研究为矿山矸石充填料浆管道输送提供了借鉴。

关键词：矸石充填 Herschel-Bulkley模型屈服应力表观黏度流变特征

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 1-9页

作者：曹安业王常彬杨旭王冰张宁赵卫卫中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 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 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 陕西煤业化工集团有限责任公司陕西西安710065

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确... 详细信息

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明:采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数F_(sum)采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有F_(sum)良好对应关系;在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率提供参考。

关键词：冲击地压定位误差误差椭圆裂隙贯通微震频次-能量微震台网

基于GSL-YOLO模型的综放工作面混矸率检测方法

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工矿自动化 2024年第9期50卷 59-65,137页

作者：王福奇王志峰金建成井庆贺王耀辉王大龙汪义龙华能庆阳煤电有限责任公司甘肃庆阳745000 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 华亭煤业集团有限责任公司甘肃平凉744100 扎赉诺尔煤业有限责任公司内蒙古满洲里021410 华能煤炭技术研究有限公司北京100071 华能云南滇东能源有限责任公司云南曲靖655500 华能煤业有限公司陕西矿业分公司陕西西安710001

针对现有基于深度学习的综放工作面混矸率检测方法在井下低照度、高粉尘、煤矸堆叠等复杂条件下存在煤矸识别精度低、分割效果差、模型参数量和运算量大、未实现混矸率的实时检测等问题,提出了一种基于GSL-YOLO模型的混矸率检测方法。GS... 详细信息

针对现有基于深度学习的综放工作面混矸率检测方法在井下低照度、高粉尘、煤矸堆叠等复杂条件下存在煤矸识别精度低、分割效果差、模型参数量和运算量大、未实现混矸率的实时检测等问题,提出了一种基于GSL-YOLO模型的混矸率检测方法。GSL-YOLO模型在YOLOv8-seg的基础上进行以下改进:在主干网络中引入全局注意力机制(GAM),通过减少信息弥散和放大全局交互表示提高模型特征提取能力;选用具有高效局部聚合网络的空间金字塔池化(SPPELAN)模块,提升模型处理不同尺寸目标时的检测性能;采用轻量级非对称多级压缩检测头(LADH),降低模型的训练难度,同时提高推理速度。提出了一种基于类别分割掩码的混矸率计算方法,该方法基于煤流图像处理结果中的分割掩码信息,计算其中矸石的像素面积与总像素面积的比值,作为瞬时混矸率。实验结果表明:(1)GSL-YOLO模型的m AP@0.5∶0.95达96.1%,比YOLOv8-seg模型提高了0.8%。(2)GSL-YOLO模型的参数量为2.9×10^(6)个,浮点运算次数为11.4×10^(9),模型权重为6.0MiB,比YOLOv8-seg模型分别降低了12.1%,5.8%,11.8%,实现了模型的轻量化。(3)GSL-YOLO模型在测试集上的帧率为12帧/s,基本满足实时检测要求。(4)与YOLO系列模型相比,GSL-YOLO模型分割效果最好,检测精度最高,参数量和运算量较少,综合性能最佳。(5)基于截取的综放工作面后部刮板输送机上煤流视频中的3帧图像,计算了瞬时混矸率,结果表明,提出的混矸率计算方法基本实现了综放工作面混矸率的实时计算。

关键词：智能放煤煤矸识别混矸率检测 YOLOv8-seg 图像分割全局注意力机制非对称检测头

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充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟

矿业安全与环保 2024年第4期51卷 117-126页

作者：陈兵刘忠平高亮张哲鹏翟迪陕西陕煤榆北煤业有限公司榆林信息化运维分公司陕西榆林719302 陕西开拓新矿业工程有限公司陕西西安710054 西安绿色矿业研究院有限公司陕西西安710054 陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司陕西神木719300 西安科技大学能源学院陕西西安710054

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特... 详细信息

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特征键平均键长能量分别大于35、50、60、150 ms·mV时,出现宏观主裂纹面,且主裂纹破坏面随水泥掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性相关关系,Ω可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第1次破坏结束的前兆特征;通过颗粒流程序(PFC)数值模拟,可以有效观测到裂纹的类型和变化规律,数值模拟结果与聚类分析结果一致。

关键词：矸石胶结充填体破坏特征聚类分析声发射单键群方法损伤变量空间相关长度数值反分析

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 155-163页

作者：陈本良袁亮薛生降文萍杨科周韬李丹丹吴静安徽理工大学安徽淮南232001 淮南矿业(集团)有限责任公司安徽淮南232001 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,... 详细信息

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σ_(h,max)>σ_(v)>σ_(h,min),具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15~20 m范围内瓦斯含量由13.5 m^(3)/t降至最大9.11 m^(3)/t、最小6.92 m^(3)/t,平均7.92 m^(3)/t,约10 m范围均降至8 m^(3)/t以下。最后,采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果,气井抽采10 a累计产气约272.08×10^(4)m^(3),水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m^(3)/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明,煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

关键词：淮南矿区分段压裂水平井抽采效果瓦斯治理检测钻孔

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内部填充型矩形开口矿柱承载特性研究

有色金属工程 2024年第4期14卷 129-139页

作者：杨征丁彦雄高翔姚永安翟迪陕西煤业化工集团陕西小保当矿业有限公司陕西榆林719302 陕西天地地质有限责任公司西安710054 西安科技大学能源学院西安710054

为研究部分充填置换高强度充填材料对矩形开口矿柱力学承载特性的影响。采用中机电子万能试验机和DS5型声发射信号采集系统,对不同开口宽度的矿柱试样开展了单轴载荷作用下破坏全过程的力学承载特性试验,在破坏过程中采用快速相机进行... 详细信息

为研究部分充填置换高强度充填材料对矩形开口矿柱力学承载特性的影响。采用中机电子万能试验机和DS5型声发射信号采集系统,对不同开口宽度的矿柱试样开展了单轴载荷作用下破坏全过程的力学承载特性试验,在破坏过程中采用快速相机进行监测和记录,总结了充填高强度充填材料填充矩形开口矿柱的力学承载特性和破坏机理。结果表明:无充填矿柱试样(Ore Pillar Bearing,OPB)和充填矿柱试样(Ore Pillar-Filling Bearing,OPFB)模型试样变形破坏分为孔隙压密阶段、弹性变形阶段、屈服阶段和峰后破坏阶段,与AE振铃计数演化特征同步响应;OPB模型试样b值曲线缓慢下降,而OPFB模型试样b值曲线呈平缓趋势,高强度充填材料能有效改善脆性材料的应变软化现象,且对破坏后残余强度的提升影响最大;OPB和OPFB模型试样抗压强度及弹性模量随着掘充宽度的增加而减小,OPB模型试样由劈裂破坏面转向剪切破坏面,呈现延性向脆性破坏转变,OPFB模型试样呈现出延性破坏。研究可为矿柱的回收和稳定提供科学依据。

关键词：矿柱置换单轴压缩声发射 b值破坏机理

XG/KGM亲水胶体对粉煤灰浆液胶凝特性的影响

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煤炭工程 2024年第7期56卷 193-199页

作者：王慧张德飞魏高明王光明张德灿张佳敏西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 新汶矿业集团有限责任公司华丰煤矿山东泰安271413 伊犁新矿煤业有限责任公司新疆伊犁835000 兖矿能源集团股份有限公司鲍店煤矿山东邹城273513

粉煤灰存在保水性差、易干燥开裂等问题导致其应用受限。为提高粉煤灰的保水性能,通过向粉煤灰浆液中添加不同质量比的黄原胶(XG)、魔芋胶(KGM)亲水胶体制备了含亲水胶体的粉煤灰浆液,测试材料胶凝特性、稳定性及流变特性并浅析其成胶... 详细信息

粉煤灰存在保水性差、易干燥开裂等问题导致其应用受限。为提高粉煤灰的保水性能,通过向粉煤灰浆液中添加不同质量比的黄原胶(XG)、魔芋胶(KGM)亲水胶体制备了含亲水胶体的粉煤灰浆液,测试材料胶凝特性、稳定性及流变特性并浅析其成胶机理。结果表明:不同质量比XG/KGM亲水胶体粉煤灰浆液的成胶状态不同,当质量比大于4∶6时,粉煤灰浆液可成胶,120℃条件下热失水率最低为18.14%,稳定性良好,Zeta电位绝对值均在20 mV以上,1000℃条件下最大质量损失约为6.27%;流变试验表明,粉煤灰浆液均存在剪切稀化现象,为假塑性流体,采用Herschel-Bulkley模型进行拟合,R2均在0.99以上;储能模量G'均高于损耗模量G″,表明粉煤灰浆液以弹性性质为主;可成胶的三组即质量比为6∶4、8∶2、10∶0时,样品表面可观察到不规则的块状、片状形貌亲水胶体;成胶机理表明,粉煤灰与XG、XG与KGM之间可发生复杂相互作用,从而促进粉煤灰浆液成胶。

关键词：粉煤灰黄原胶魔芋胶胶凝特性流变特性稳定性

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基于压缩感知的液压支架声源定位识别方法

煤矿机械 2024年第3期45卷 180-185页

作者：张文李玉鹏袁有全王毅高珺陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司陕西延安727102 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077

针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵... 详细信息

针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵列的数据采集系统。针对传统算法识别宽带信号和多声源定位困难的问题,采用基于压缩感知的多声源宽带定位算法,通过对信号进行分解得到不同频带的定位结果。仿真结果表明,该方法能准确识别170台液压支架落煤声源位置,在信噪比(SNR)为-5 dB时双声源识别率达到98%。

关键词：放顶煤液压支架声源识别压缩感知嵌入式系统

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煤泥基充填材料流动性与强度特性试验研究

煤炭科学技术 2024年第S1期52卷 13-21页

作者：安百富易巧梅赵祥余伟健王栋达王家乐湖南科技大学南方煤矿瓦斯与顶板灾害预防控制安全生产重点实验室湖南湘潭411201 新汶矿业集团有限责任公司山东泰安271233 彬县水帘洞煤炭有限责任公司陕西彬州713500 山东能源集团西北矿业有限公司陕西西安710018

为研究煤泥基充填材料的流动与强度特性,运用正交试验设计了以煤泥、高水、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差、方差分析及多元回归分析等方法,研究了煤泥水百分浓度(A)、高水添加比例(B)、水泥添加比例(C)、粉煤灰添加比例(D)... 详细信息

为研究煤泥基充填材料的流动与强度特性,运用正交试验设计了以煤泥、高水、水泥、粉煤灰为组合的胶结充填材料,采用极差、方差分析及多元回归分析等方法,研究了煤泥水百分浓度(A)、高水添加比例(B)、水泥添加比例(C)、粉煤灰添加比例(D)等4个关键因素对充填材料的初凝时间、扩散度及抗压强度、抗剪强度的影响机制。试验结果表明:①煤泥基充填材料的初凝时间为52~67 min,扩散度为42.0~76.5 cm,抗压强度为0.076~0.247 MPa,抗剪强度为0.033~0.139 MPa。对于初凝时间,影响显著性有B>C>A>D;对于扩散度,有A>D>B>C;对于抗压强度,有D>C>A>B;对于抗剪强度,有C>D>A>B。②拟合出了A、B、C、D与流动性指标及强度指标的数学关系式,初凝时间与A、B成二次函数关系、与C、D均呈指数关系;扩散度与A、B、C均呈指数关系,与D呈三角函数关系;抗压强度与A、D均呈指数关系,与B、C呈二次多项式关系;抗剪强度与A、B呈二次多项式关系、与C、D均呈指数关系;在A、B、C、D等4个因素与4个参数独立拟合方程的基础上,建立4因素共同影响下煤泥基充填材料流动性及强度特性参数预计模型,并进行了验证。

关键词：煤泥基充填材料流动性抗压强度抗剪强度