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当期目录

2022年 第54卷 第4期 刊出日期:2022-04-15
设计技术
厚表土厚坚硬顶板无煤柱切顶留巷关键技术研究#br#
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周均民, 申世豹, 刘进晓, 张峰
煤炭工程. 2022, 54(4):  1-6.  doi:10.11799/ce202204001
摘要 ( 129 )   PDF(mobile) (6080KB) ( 15 )  
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以郭屯煤矿4307工作面厚表土厚坚硬顶板切顶留巷的实际情况,首先用相似材料模拟了厚表土厚坚硬顶板侧向覆岩结构的演化规律,随着工作面长度不同呈现出“L”型、“三角形”和“类三角形”等悬臂梁结构,由于厚表土位于3下煤覆岩裂隙带之上的弯曲下沉带内,厚表土作为给定载荷对覆岩运动影响较小。厚坚硬顶板悬臂梁厚度大、悬臂长,对沿空留巷影响大。对于此种情况下的留巷,提出了“充得满”“切得下”“非对称”支护和“挡得住”四项关键技术,并根据4307工作面实际情况对以上关键技术进行了设计,确定了设计参数。现场实践表明,工作面后方沿空留巷可分成三带,滞后工作面30m之内的变形平缓带,30~100m为变形快速带,100~240m为逐渐稳定带。实体帮和底鼓量变形较大,顶板和矸石帮变形较小。4307轨道平巷留巷稳定后,较原断面收缩约22.1%,留巷收缩后的断面基本满足回采复用要求,取得了较好的应用效果。
李楼煤矿矿井抗灾排水系统设计优化
王中亮, 刘海泉, 王振虹
煤炭工程. 2022, 54(4):  7-11.  doi:10.11799/ce202204002
摘要 ( 161 )   PDF(mobile) (1788KB) ( 14 )  
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针对李楼煤矿复杂水文地质条件及井下正常排水系统现状,为增加矿井抵御水患灾害的能力,提出在井底车场新布置矿井抗灾排水系统。通过理论计算及方案对比,抗灾排水系统采用了“斜巷连接+卧式安装+底板布置”方式,确定了水泵及排水管选型,绘制了水泵特性曲线。结果表明,李楼煤矿抗灾排水系统布置合理,工程实施后设备运行良好,实际使用效果达到了设计要求,矿井抵御突发水灾灾害能力得到了大大提升,对煤矿抗灾排水泵房设计与应用有良好的借鉴作用。
印尼督巴印多煤矿露天转井工开采开拓方式比选研究
李诚, 王靖焘, 黄守章, 夏婷婷
煤炭工程. 2022, 54(4):  12-16.  doi:10.11799/ce202204003
摘要 ( 133 )   PDF(mobile) (3710KB) ( 7 )  
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针对督巴印多煤矿露天转井工开采设计过程中遇到的诸多问题,分析了影响开拓方式的主要因素,确定了开拓方式、井筒数量、工业场地位置、斜井层位,最终选择在煤层露头北侧布置工业场地,并采用3条斜井开拓,斜井沿煤层底板下约30m穿过回填区。研究成果可以为印尼“三软”煤层露天转井工开采设计和建设提供参考。
智能变电站技术在煤矿供电工程中的设计和应用
王惠臣
煤炭工程. 2022, 54(4):  17-21.  doi:10.11799/ce202204004
摘要 ( 185 )   PDF(mobile) (1555KB) ( 33 )  
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以国内煤矿智能变电站的发展趋势为背景,论述了智能变电站技术在煤矿供电工程中的设计和应用,提出了五彩湾一号煤矿110kV变电站的智能化设计方案和系统架构,分析了建设智能变电站需要的相关技术、设备选用情况。重点介绍了五彩湾一号煤矿110kV智能变电站“过程层”的相关技术和设计解决方案,概述变电站“三层两网”式通信网络结构,并对煤矿110kV智能变电站设计和应用中存在的问题进行归纳总结。
复杂岩溶地质条件下厂房地基基础设计
刘泽坤
煤炭工程. 2022, 54(4):  22-26.  doi:10.11799/ce202204005
摘要 ( 135 )   PDF(mobile) (1253KB) ( 14 )  
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针对复杂岩溶地质条件下厂房地基基础工程中基础选型、基础设计和实际施工中存在的问题,基于实际工程进行研究分析。根据场地内不同的地质情况,选择不同的地基基础型式|按照规范规定,对嵌岩桩逐桩进行施工勘察,以此作为桩基终孔依据|根据现场施工情况,综合考虑安全可靠、工程造价及施工便利等各项因素,解决了施工过程中出现的桩基护壁、溶洞处理、基底岩面凹凸不平等问题。
施工技术
大采高大断面沿空巷道围岩控制技术研究
郅荣伟
煤炭工程. 2022, 54(4):  27-33.  doi:10.11799/ce202204005
摘要 ( 50 )   PDF(mobile) (1668KB) ( 11 )  
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针对大采高、大断面沿空巷道变形大及难以控制问题,以红庆河煤矿3402工作面为背景,建立沿空掘巷顶板岩梁力学模型,采用理论计算推导出采空区侧向基本顶破断位置计算公式,得出3402工作面侧向基本顶位于煤壁内3~3.5m处破断,利用FLAC3D模拟软件分析沿空巷道不同煤柱宽度、不同工作面采高、不同巷道跨度的巷道应力特征,揭示了大采高沿空掘巷围岩变形破坏机理。结果表明:煤柱小于等于6m时煤柱峰值承载应力相对较小,工作面采高增加煤柱内稳定承载区域逐渐收缩减小,巷道跨度增加顶底板偏应力低值区范围扩大,顶板稳定性降低,根据深部大采高大断面沿空巷道应力分布特征,确定了煤柱宽度为6m,通过实施支护优化方案,取得了较好的现场效果。
软岩巷道变形破坏特征及锚注一体化支护技术
魏世明, 靳梦帆, 禄鑫琰, 张泽升
煤炭工程. 2022, 54(4):  34-38.  doi:10.11799/ce202204007
摘要 ( 141 )   PDF(mobile) (3013KB) ( 22 )  
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平煤十矿-320m第二变电所位于砂质泥岩中,受矿压显现影响,巷道底板、两帮出现大变形,普通支护难以满足要求,采用高强锚注一体化支护技术对巷道进行修复。通过钻孔窥视仪对各深度岩层裂隙发育状况进行了观测,并以此为基础对围岩变形破坏特征进行了分析,得出了巷道变形量大、难以支护的原因|借助数值模拟方法对原支护与高强锚注一体化支护方案进行了对比分析,结果表明,高强锚注支护可在很大程度上控制围岩的变形|实际应用效果表明,采用高强锚注一体化支护后巷道在较短时间内即可达到稳定,围岩变形从根本上得到了控制,该技术对控制软岩巷道变形具有明显的技术应用效果。
采动巷道围岩非均匀变形特征及稳定性控制技术研究
朱影, 张宜海, 蒋绍军
煤炭工程. 2022, 54(4):  39-44.  doi:10.11799/ce202204008
摘要 ( 124 )   PDF(mobile) (2448KB) ( 12 )  
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受到原岩应力与采动应力叠加影响的巷道会产生非均匀变形,甚至发现顶板事故,采动巷道围岩稳定性控制是实现矿井安全高效开采的关键。针对长岭一号煤矿152106工作面轨道巷受到采动影响变形严重的问题,采用现场监测、数值模拟等研究方法,分析了采动巷道围岩变形特征及塑性区演化规律。结果表明:在采动影响下,巷道围岩变形呈非均匀特征,工作面前方巷道围岩变形量小于工作面后方,巷道煤柱侧变形量大于煤壁侧,顶板出现离层并且靠近煤柱侧底鼓量更大,局部可达400mm|工作面前方最大主应力、主应力比值、塑性区范围均小于工作面后方,塑性区呈椭圆形分布,巷道围岩位移量与塑性区范围具有一致性。据此提出了补强支护方案,即顶板补打锚索、煤柱对穿锚索及打设单体液压支柱,现场试验结果表明轨道巷煤柱帮变形减少了65%,巷道底鼓量260mm,工程应用效果较好。
近距离采空区下巷道循环掘进的应力扰动特征
邓日键, 韩昌良, 杨厚强, 张有志, 刘永强, 宋凯, 魏民
煤炭工程. 2022, 54(4):  45-50.  doi:10.11799/ce202204009
摘要 ( 113 )   PDF(mobile) (3019KB) ( 10 )  
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为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响,基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境,模拟巷道多次开挖推进过程,得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明,邻近顶板受到循环开挖的扰动应力呈现波形递减趋势,由应力波传播特点将扰动区域分为近场扰动区、中场扰动区及远场扰动区。顶板所受的扰动应力与距离两者之间的联系可视为“指数函数”关系式。同一位置顶板所受到的当次开挖卸载的扰动应力比前一次开挖卸载的扰动应力小,且每次的应力变化量近乎相同。现场钻孔窥视效果表明,厚锚固圈层的建立可大大提高顶板岩层整体性。
煤矿立井钻井法过松散含水砂层预加固技术研究
崔明远, 王海波, 鲁海涛, 黄久源, 聂华超
煤炭工程. 2022, 54(4):  51-56.  doi:10.11799/ce202204010
摘要 ( 168 )   PDF(mobile) (1911KB) ( 12 )  
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为了使煤矿立井钻井法凿井能顺利通过松散含水砂层,结合可可盖煤矿中央风井区松散含水砂层的地质特征,提出了对立井井筒采取桩基帷幕预加固处理的技术方案。通过混凝土咬合桩和MJS旋喷桩两种桩基帷幕加固方案的实施性对比,确定了MJS旋喷桩在松散含水砂层地质条件下能顺利实施,并通过建立有限元模型和理论计算,确定了MJS旋喷帷幕桩的合理施工参数。结果表明,MJS旋喷帷幕桩在立井井筒松散层周围形成了强度合格的帷幕加固体,实际施工中确保了煤矿立井钻井法凿井能顺利通过松散含水砂层,其施工工艺可为类似条件下煤矿立井井筒施工提供参考。
复合强富水含水层帷幕薄弱带识别方法与靶向加固技术
石志远
煤炭工程. 2022, 54(4):  57-61.  doi:10.11799/ce202204011
摘要 ( 96 )   PDF(mobile) (2786KB) ( 12 )  
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为了治理复合强富水含水层帷幕薄弱带,以朱仙庄煤矿侏罗系灰岩含水层帷幕为研究对象,分析研究了帷幕薄弱带形成的主要原因与薄弱带识别方法,提出了以钻孔布置原则和靶向注浆技术为核心的帷幕薄弱带治理技术体系。结果表明:含水层各向异性、高速动水条件、地下水冲击或侵蚀作用以及构造条件是薄弱带发育的主要原因|加固钻孔布设在帷幕墙外主径流方向上,距离帷幕0.5~1倍扩散半径,孔间距及钻孔个数由浆液扩散距离和薄弱带长度决定|利用井下疏降产生的水压差形成动水条件,将传统加固方式发展为靶向注浆加固,可以使浆液有针对性地加固帷幕薄弱带。研究成果减少了注浆盲目性,降低了治理成本,实现了复合强富水含水层帷幕截流目标。
生产技术
基于BP神经网络和遗传算法的综采面工艺参数优化研究
王挨荣, 陈汉章, 郭微, 潘涛, 赵洪泽, 贾灵强, 徐洪洋
煤炭工程. 2022, 54(4):  62-67.  doi:10.11799/ce202204012
摘要 ( 109 )   PDF(mobile) (1776KB) ( 19 )  
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针对综采面生产过程机理复杂、数学模型难以建立等问题,通过数据挖掘和深度学习技术,挖掘隐藏在数据中的规律,通过智能建模技术和多目标优化技术,根据矿井综合生产指标对工艺控制参数进行模拟,建立工艺参数优化模型、通过海量历史数据对模型训练,给出合理工艺参数优化控制策略情况预测,以提升工作面生产效能为目的,选择出优化的、合理的工艺控制参数,为降低生产成本和能耗、提高生产效率提供智能决策方案,为矿山工作人员提供辅助决策方法。
大采高工作面覆岩空间结构变化矿压显现规律研究
路洋波, 王元杰, 董亚东, 陈法兵
煤炭工程. 2022, 54(4):  68-73.  doi:10.11799/ce202204013
摘要 ( 73 )   PDF(mobile) (3299KB) ( 13 )  
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为研究工作面回采过程中,在经历不同的采空边界条件下,工作面不同覆岩空间结构变化及对矿压显现的影响,基于理论计算、微震监测、应力在线监测等方法,对母杜柴登煤矿30202工作面回采期间所形成的不同覆岩结构类型进行分析,得到不同覆岩空间结构下强矿压显现特征及危险区分布规律。研究结果表明:30202工作面回采过程中,先后经历“一面为自身采空区,三面为实体煤”到“两面为采空区,两面为实体煤”的边界条件,其覆岩空间结构相应的会经历“O”型、“O-S”型到“S”型覆岩结构转换和稳定的过程。工作面在“一面采空”条件下,回采过程中发生强矿压的危险性较小|工作面在经历“一面采空”到“两面采空”边界条件转变过程中,其临近已采工作面采空区侧及其端头煤发生强矿压的危险性较上一阶段明显增加|在“两面采空”条件下,本工作面高位岩层与相邻采空区上覆未回转下沉的高位岩梁容易产生连动,形成高位、跨度大的岩梁失稳,使得30202工作面回风巷侧在叠加应力影响下容易发生强矿压。研究结果可为工作面在不同开采条件下采场矿压特征分析、顶板控制和巷道支护设计提供一定借鉴。
煤矿井下两级膨胀气动单轨吊研究应用
王毅颖, 顾英, 李俊庆, 张宏财, 史艳楠, 王瀚秋
煤炭工程. 2022, 54(4):  74-78.  doi:10.11799/ce202204014
摘要 ( 108 )   PDF(mobile) (3041KB) ( 14 )  
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针对目前防爆柴油机、防爆蓄电池单轨吊车在高瓦斯矿井应用及矿井救援时存在的安全隐患问题,研究了可脱离风管独立工作的自携带空气动力的气动单轨吊车结构|提出了空气动力气动机多参数耦合的优化设计方法,得到了空气动力气动机的优化参数,有效提高了气动机的输出扭矩|采用气动管路、气动阀、减压阀等气动设备构建了全气动逐级减压驱动气路|研制了安全可靠、高运输能力、安静、无噪声、环境友好的井下空气动力单轨吊车,在井下运行过程中无高温,无火花,无燃烧、无电气控制,适用于高瓦斯矿井确保安全生产。试验结果表明:空气动力单轨吊的性能得到了有效的提高。
地面L型井抽采采空区瓦斯适应性及其水平段位置优选
李丹, 苏现波
煤炭工程. 2022, 54(4):  79-85.  doi:10.11799/ce202204015
摘要 ( 136 )   PDF(mobile) (1545KB) ( 14 )  
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地面L型井抽采采空区瓦斯不仅可减少工作面上隅角瓦斯积聚,而且可获取洁净能源,已在我国多个矿区进行了试验性应用,瓦斯治理效果和经济效益显著,但部分地面L型井抽采效果与预期目标仍有一定差距。为改进L型井瓦斯抽采效果,基于采场岩移“三带”理论及工作面瓦斯运移规律,全面分析了L型井抽采采空区瓦斯的影响因素,对其适应性和L型井水平段位置优选进行了研究。研究结果表明,地面L型井抽采采空区瓦斯技术适宜于采空区涌出量占比高、U型通风和仰采工作面、采空区瓦斯资源量多的高瓦斯工作面。L型井的水平段应靠近工作面回风巷侧布置,垂直方向上,其起始点至终孔点应呈一定的下向倾角,起始点和终孔点高度应分别位于裂隙带上部和下部|水平方向上应位于裂隙发育区内且尽量靠近回风侧边界,同时建立了L型井水平段起始点与煤层底板的垂直距离和距回风巷水平投影距离的计算方法。
研究探讨
基于PSO-SVR预测模型的综采工作面周期来压研究
吕文玉, 王海金, 伍永平, 杜旭峰, 贺雁鹏, 贾栋栋
煤炭工程. 2022, 54(4):  86-91.  doi:10.11799/ce202204016
摘要 ( 85 )   PDF(mobile) (1369KB) ( 15 )  
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为了准确预测综采工作面基本顶周期来压规律,采用灰度系统理论提取了影响综采工作面周期来压的八个显著因素。针对支持向量机(SVR)预测模型过分依赖主观选择的参数问题,建立了粒子群算法优化参数选择的支持向量机(PSO-SVR)预测模型。试验结果得出:PSO-SVR比SVR模型在周期来压强度和步距的均方误差分别降低为47.7%、74.3%,决定系数分别提升为45.7%、44.6%。为突显PSO-SVR模型性能的优越性,与应用最广泛的BP普通神经网络进行了对比试验,粒子群算法对标准支持向量机模型性能优化效果明显,较普通BP神经网络优势显著。可见,PSO-SVR对于多种因素影响的非线性耦合预测具有较高的精度和较强的泛化性。
岩石巷道爆破效果预测及应用效果实践研究
马鑫民, 王毅, 翟中华, 冯文宇, 朱培枭, 陈攀, 张召冉, 王雁冰
煤炭工程. 2022, 54(4):  92-98.  doi:10.11799/ce202204017
摘要 ( 90 )   PDF(mobile) (1652KB) ( 13 )  
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为更准确地预测岩石巷道的爆破效果,以提高爆破效率和降低生产成本,基于随机森林方法确定了影响爆破效果的6个关键因素:总装药量、断面面积、炮眼深度、掏槽眼装药量、辅助眼装药量、周边眼装药量,构建基于网格搜索法-支持向量机回归预测模型,以平均绝对误差和相关系数为评价指标,预测炸药单耗。建立了径向基核函数、多项式核函数和线性核函数三种核函数的支持向量机模型,并采用随机森林回归算法作为对照组。结果表明,SVR-Rbf组表现最好,在数据库和顾北煤矿实际案例的预测中相关系数均达到0.95左右,平均绝对误差也至少比其他组小一倍左右,并将最优模型应用于顾北矿岩石巷道爆破炸药单耗预测,效果良好,表明建立的Grid Search CV-SVM预测模型是预测岩石巷道爆破效果有效方法。
双撑靴砌壁模板系统悬吊承载力模型试验研究
江军, 王博, 朱启银, 王建州, 郝宇航
煤炭工程. 2022, 54(4):  99-104.  doi:10.11799/ce202204018
摘要 ( 113 )   PDF(mobile) (2659KB) ( 12 )  
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超深井建设日益增多,传统的地面稳车系统随着建井深度的增加面临有效提升荷载不足的问题。立井环形无中心双层支撑靴结构,利用钢结构与井壁之间的摩擦力提供悬吊荷载,可实现井内悬空砌壁。当前对该支撑靴结构形式及有效悬吊载荷认识不足。通过开展室内相似模型试验,探究双伸缩口支撑靴与单伸缩口形式下撑靴在不同工况下最大悬吊荷重与撑紧力关系。结果表明,双伸缩口支撑靴可以改善其与井壁混凝土的接触状态,其承载能力优于单伸缩口形式|常规脱模工况下,上层撑靴双伸缩口最大悬吊荷重与撑紧力比值介于2.5~2.8之间|涂油不利工况下,上层撑靴双伸缩口最大悬吊荷重与撑紧力比值介于1.9~2.8之间。
两种斜井冻结方式的温度场模型实验研究
陈骏, 张祥, 王千星, 赵康普
煤炭工程. 2022, 54(4):  105-110.  doi:10.11799/ce202204019
摘要 ( 100 )   PDF(mobile) (2908KB) ( 12 )  
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受高精度小倾角斜井冻结孔钻机缺乏的限制,斜井冻结施工多采用竖直孔冻结方案,造成能源的极大浪费。通过建立大型三维冻结模型试验台,研究了采用竖直孔和倾斜孔两种冻结方式下斜井冻结壁的温度场分布规律,对比分析了不同施工阶段的冻结壁扩展和解冻差异。研究结果表明,在积极冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁较快达到设计要求,整个冻结范围内温度分布均匀、冻结范围更大|在维护冻结期,竖直孔冻结方案中冻结壁顶板和底板的解冻厚度在100mm左右,而倾斜孔冻结壁解冻范围比较稳定,受开挖影响小。轴向冻结冻结壁顶板平均温度均能维持在-6~-5℃,而且在连续开挖后,依然能够保持长期稳定。而竖直孔冻结时,顶、底板平均温度为-4~-2℃,侧帮平均温度为-5~-4℃。
诱导抑尘技术在露天煤矿一级破碎站的应用研究
王爱爱, 杨卓, 龙东生, 吴桐
煤炭工程. 2022, 54(4):  111-116.  doi:10.11799/ce202204020
摘要 ( 93 )   PDF(mobile) (2526KB) ( 16 )  
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:针对露天煤矿一级破碎站粉尘污染严重的现状,为解决现有粉尘防治技术中存在的投资高、能耗大、抑尘效果差等问题,基于微动力诱导抑尘机理,研发了一种露天矿一级破碎站受料斗微动力诱导抑尘罩,并开展了实验室和工业性试验。该抑尘罩结构简单,由罩体、一级降尘层、二级降尘层和振动装置构成,卸料过程诱导的污浊空气经过两次自降尘。试验结果表明,粉尘浓度显著降低,生产环境得到明显改善。
采动影响下接续面巷道围岩变形机理与控制研究
王志强, 刘吟苍, 田野, 王鹏, 于峰
煤炭工程. 2022, 54(4):  117-121.  doi:10.11799/ce202204021
摘要 ( 77 )   PDF(mobile) (2973KB) ( 13 )  
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老公营子矿Ⅲ16-1(2)工作面运输巷道在I06-2(2)1工作面回采过程中受采动影响较大,顶底板与两帮发生变形,严重影响到Ⅲ16-1(2)工作面之后的生产工作。结合该矿地质条件,采用理论分析、数值模拟等研究方法确定接续面受采动影响的范围,并优化支护方案,增加巷道围岩稳定性,减少接续面的扩帮、拉底等工作。研究表明:22m宽煤柱下,首采面回采工作对接续面的影响范围是超前工作面50m到滞后工作面30m|根据数值模拟效果观察确定优化方案,对塑性破坏集中区域设置增强锚索进行加强支护|通过现场应用,验证了优化方案的有效性。
深部煤巷偏应力场分布特征及围岩控制研究
史明将, 弓培林, 姚春波, 牛奋蹄, 范东旭
煤炭工程. 2022, 54(4):  122-127.  doi:10.11799/ce202204022
摘要 ( 80 )   PDF(mobile) (3897KB) ( 12 )  
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针对受多重采动影响的深部巷道变形量大、支护困难等围岩控制问题,以赵庄煤矿33092巷为研究对象,通过现场调研、理论分析、数值模拟等方式分析了受重复采动影响的深部煤巷围岩变形破坏形态,获得了深部巷道围岩偏应力分布特征及塑性区演化规律。研究结果表明:33092巷围岩偏应力S1和塑性区都呈倾斜的“8”字型分布,属于明显的非对称式破坏,现场巷道破坏形式与理论分析、数值模拟结果基本一致|基于偏应力和塑性区的非对称分布形态,提出了33092巷的非对称支护改进方案并在现场进行工业试验,试验结果表明该方案能维持巷道围岩的稳定性,保证巷道服务期内的安全使用。
矸石似膏体充填料浆临界流速影响因素研究
郝宇鑫, 黄玉诚, 李育松, 朱能高, 林海
煤炭工程. 2022, 54(4):  128-133.  doi:10.11799/ce202204023
摘要 ( 100 )   PDF(mobile) (4412KB) ( 9 )  
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为探究矸石似膏体料浆在管输过程中的流变参数的影响因素,以公格营子矿矸石似膏体充填料浆为工程背景,使用CRT流变仪测试了不同浓度、矸石颗粒粒径下的矸石似膏体充填料浆的流变参数,运用流体力学和粒状物输送水力学分析了矸石颗粒在似膏体料浆的受力情况,运用Fluent软件对管道输送过程中不同流速、矸石粒径以及料浆浓度下的料浆流动状态以及粒子运动轨迹进行了模拟验证。结果表明,矸石似膏体料浆的矸石颗粒粒径大小和浓度会影响料浆的塑性粘度和初始切应力,进而对管道输送的临界流速产生影响。具体表现为在管输过程中,矸石粒径为15mm、20mm、较5mm和10mm更易下沉,料浆浓度达到76%时,料浆初始切应力增幅会出现急剧增加,随着料浆浓度增大,管输过程中矸石颗粒更不容易沉降。
插板式进气畸变对对旋风机内流特性的影响
陈庆光, 姜忠瑞, 邢振想
煤炭工程. 2022, 54(4):  134-138.  doi:10.11799/ce202204024
摘要 ( 87 )   PDF(mobile) (4883KB) ( 10 )  
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为了研究插板式进气畸变对风机内部瞬态流场的影响,采用SST k-ω湍流模型对包括进气风道在内的矿用对旋主通风机装置全流道内的三维流动进行数值模拟,详细分析了插板式进气畸变条件下对旋风机的内流特性。结果表明:与均匀进气型式相比,插板式进气畸变恶化了对旋风机上游进气风道内的流场,导致畸变区内叶轮进口相对气流角减小,叶片通道堵塞,严重时风机将发生旋转失速|由插板式进气畸变所诱导的位于通道下方的涡对,使得位于同一畸变区内的两个叶片的静压载荷分布具有明显差异,严重影响叶轮、叶片的工作状态|沿整个叶片高度方向,插板式进气畸变对叶尖区域的影响显著。
Relief-MRMR-SVM在煤矸图像分类的研究
张释如, 朱萌
煤炭工程. 2022, 54(4):  139-144.  doi:10.11799/ce202204025
摘要 ( 77 )   PDF(mobile) (2406KB) ( 13 )  
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煤和矸石的图像分类是实现煤矸自动分选的关键环节。为提高煤矸分选模型的准确性和稳定性,提出了一种结合Relief、MRMR算法及SVM分类器构建的混合式特征选择及分类方法,提取煤矸图像的颜色及纹理共26个特征对其分类进行研究。在提取纹理时联合使用了LBP局部和GLCM全局特征,有助于提高分类的准确性。利用该特征选择方法选出最优特征子集后,用粒子群和支持向量机算法构建PSO-SVM最佳参数模型进行煤矸分类。结果显示,该方法能剔除较多冗余特征,提高煤矸分类的效率|在两个数据集上,该模型的平均分类准确率分别达到96.12%和94.17%,证明了方法的有效性和模型的稳定性。
神东矿区地表水和地下水水化学特征及其影响因素研究
李果, 吕情绪, 许峰
煤炭工程. 2022, 54(4):  145-150.  doi:10.11799/ce202204026
摘要 ( 82 )   PDF(mobile) (3368KB) ( 12 )  
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为加深采矿区地表水和地下水水化学组成及其影响因素的研究,以神东矿区地表水和地下水为研究对象。采用Piper三线图、Gibbs模型、Na端元图、WQI法和TH-TDS等方法,探究了该矿区地表水和地下水水化学组成特征及其控制因素,并进行饮用适宜性评价。结果表明,神东矿区地表水和地下水均呈弱碱性,地表水pH值整体上大于地下水,地下水EC值整体上高于地表水,地下水TDS值也明显大于地表水,地下水TH值整体上较地表水值更大且变化范围更广|地表水和地下水的优势阴阳离子均为HCO3-和Na+,其水化学类型均为Cl-SO4-Ca-Mg。神东矿区地表水和地下水水化学组成主要受到硅酸盐岩和蒸发盐岩的风化影响,同时碳酸盐岩风化也有一定作用。此外,对研究区地表水和地下水水质进行饮用适宜性评价可知,研究区地下水水质整体上优于地表水,但利用矿区水源作为饮用水时应注意进行适当处理。
定向导孔全角变化率对大直径反井钻具扫孔影响研究
郝浩杰, 荆国业, 韩博
煤炭工程. 2022, 54(4):  151-155.  doi:10.11799/ce202204027
摘要 ( 76 )   PDF(mobile) (2191KB) ( 8 )  
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定向反井钻井施工时,首先使用定向钻机钻进先导孔并实现钻孔轨迹控制,随后使用反井钻机扫孔扩大先导孔。但由于先导孔存在偏斜,导孔轨迹的全角变化率会对大直径钻具的扫孔产生较大影响。通过弯曲应力理论分析,建立先导孔轨迹全角变化率与大直径反井钻具之间的关系|通过先导孔偏斜实测数据分析,建立先导孔轨迹模型|通过定向反井钻井工业性试验,研究导孔全角变化率对大直径反井钻具扫孔的影响程度。结果表明:该方法能够准确预测钻具扫孔时的状态,为保证大直径深井反井法施工过程中的钻具安全顺利扫孔提供理论与技术支撑。
基于BP神经网络的掘进机行进轨迹跟踪控制研究
詹宇, 方明正, 胡锦辉, 王迪妮, 瞿圆媛
煤炭工程. 2022, 54(4):  156-161.  doi:10.11799/ce202204028
摘要 ( 82 )   PDF(mobile) (1959KB) ( 22 )  
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根据井下掘进机行进特点,建立了掘进机履带式行走位姿偏差模型|以履带移动线速度和转向角速度作为路径跟踪控制输入量,利用李雅普诺夫稳定原则和反演法设计并简化了路径跟踪调度的控制律。利用BP神经网络实现对控制律中关键系数的动态优化更新,以实时补偿机身位姿相对于所设计轨迹的跟踪偏差。仿真结果表明,提出的基于BP神经网络的掘进机行进纠偏控制模型结构简单易实现,机身位姿偏差均能在有限的跟踪步骤内收敛为零且转速调整过程平稳,证明本模型控制下的轨迹跟踪效果良好。
我国煤矿重要机电运输设备安全管理现状及对策措施研究
王利峰
煤炭工程. 2022, 54(4):  162-166.  doi:10.11799/ce202204029
摘要 ( 87 )   PDF(mobile) (1160KB) ( 15 )  
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针对煤矿用立井提升系统等10类作用重大、容易发生群死群伤事故的煤矿重要机电运输设备,通过对全国煤矿重要机电运输设备开展全面调研,掌握重要机电运输设备技术发展和安全管理现状,依托安全标志管理数据统计,研究了重要机电运输设备安全管理存在问题。结合对我国近8年煤矿机电、运输事故的综合分析,提出进一步改善重要机电运输设备安全保障水平的对策措施,为煤矿企业、设备生产企业、安全监管监察机构提供有益参考。
基于虚拟样机的轴承故障模拟技术研究
叶洋, 吕奇峰, 汪爱明, 孟晨, 高嘉宇
煤炭工程. 2022, 54(4):  167-171.  doi:10.11799/ce202204030
摘要 ( 85 )   PDF(mobile) (2854KB) ( 18 )  
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根据Hertz接触理论对球轴承内部进行力学分析,同时根据弹性流体润滑理论考虑了轴承的润滑特性,基于ADMAS建立了内圈故障尺寸为0.007英寸,0.014英寸和0.021英寸时的故障轴承模型,仿真得到了内圈故障的振动数据,将分析得到的故障特征频率与理论计算值以及西储大学实验值进行比较,结果表明:不同故障尺寸仿真得到的特征频率与计算值和实验值均相近,最大相对误差为3.46%。从而验证了采用虚拟样机技术建立轴承典型故障数据库的可行性。
重介质干扰床的分选效果研究
牛祯
煤炭工程. 2022, 54(4):  172-175.  doi:10.11799/ce202204031
摘要 ( 92 )   PDF(mobile) (1208KB) ( 10 )  
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在较低的床层密度下,干扰床的精煤分选效果不佳。为了提高干扰床分选机的分选床层密度,增强按密度分选的作用,进而提高干扰床分选效果,研究了干扰床层添加重介质的分选效果,分析了干扰床层内密度变化和干扰床层内Hδ50位置,并进行了变径重介干扰床实验。结果表明,添加重介质前,床层的平均密度和分选密度分别为1.18g/cm和1.46g/cm,添加重介质后分别为1.295g/cm和1.45g/cm|添加重介质后精煤产率提高2.36百分点,精煤灰分降低0.17百分点|干扰床内,随着高度的增加床层密度逐渐降低,密度越高降低速率越大|随着密度增加,Hδ50升高,干扰床床层密度的梯度场变化增加,密度稳定性变差,Hδ50波动增大|变径干扰床分选效果优于普通干扰床。
浅埋高强度开采矿区生态损伤特征与减损实践
王常建, 徐祝贺, 赵伟, 杨国柱, 郭俊廷
煤炭工程. 2022, 54(4):  176-181.  doi:10.11799/ce202204032
摘要 ( 75 )   PDF(mobile) (2661KB) ( 15 )  
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为解决浅埋高强度开采损害与生态保护间的矛盾问题,基于神东矿区地质开采条件、生态本底特征,总结了高强度开采的损伤特征。神东矿区采用大工作面快速推进降低非均匀沉降面积、开采初期工作面注浆减沉、建造地下水库保水及生态利用、填埋地表裂缝持水保墒、植物接菌微生物抗逆性提升、驯化筛选适生植物等技术,有效降低了煤炭开采引起的生态损伤。遥感监测表明,神东矿区2011—2015年技术应用初期,植被覆盖度50%左右,处在中高植被覆盖度级别,2018年植被覆盖度提高到62.4%,达到了高覆盖度水平。结合开采实践与理论研究,提出从开采源头设计着手、传导过程调控、末端修复治理采动损伤的全过程控制技术。
装备技术
面向掘进工作面爆破质量评价的移动测量机器人技术研究
宋国栋
煤炭工程. 2022, 54(4):  182-186.  doi:10.11799/ce202204033
摘要 ( 77 )   PDF(mobile) (5677KB) ( 8 )  
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针对掘进爆破后安全员采用便携检测设备与裸眼经验判断的传统安全评价方式,提出了用于爆破质量评价的机器人技术。研究了掘进工作面环境下履带式机器人底座实现方法,机器人通过搭载地质雷达对掘进工作面前端进行扫描,辨识顶板围岩稳定性,通过井下巷道全景扫描后,将数据传到管控平台系统,对采集的扫描数据进行处理分析,生成井下巷道三维实体模型,将所获取的实体模型与设计施工图进行对比,完成巷道施工质量验收工作|同时对比多个时间段的实体模型变化情况,辅助分析巷道围岩稳定性。通过机器人的自主巡检,实现了掘进工作面爆破初期巷道安全及质量的快速评价,减少了危险环境下的作业人员,提高了掘进工作面的智能化水平。
物料换装运输无轨胶轮车设计及应用
赵海兴
煤炭工程. 2022, 54(4):  187-192.  doi:10.11799/ce202204034
摘要 ( 151 )   PDF(mobile) (2350KB) ( 17 )  
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为提升山西东江煤业物料运输效率,降低安全隐患,确定在斜井巷道采用轨道平板车运输集装箱,由矿用提升机牵引运送到换装硐室,通过起重机起吊集装箱放置在无轨胶轮车货厢内部并固定,在平巷由无轨胶轮车将物料运输到指定地点。根据现场需求,确定了无轨胶轮车的主要技术参数,阐述了整车动力传动系统设计、车架及悬架设计、转向系统设计和自卸货厢及集装箱设计等技术要点; 整车满载在水平干硬路面上测试最大牵引力为90kN,运行最大速度为35km/h;将轴距加长600mm测试,四轮驱动和前轮驱动最大速度均为32km/h。实践表明两辆车单日平均运输16趟,单辆车单趟换装、自卸和往返运行的时间合计约1h,已使用12个月,性能稳定。
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