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当期目录

2022年 第54卷 第2期 刊出日期:2022-02-14
设计技术
复杂矿井安全高效开采设计研究
章磊, 王勇
煤炭工程. 2022, 54(2):  1-4.  doi:10.11799/ce202202001
摘要 ( 81 )   PDF(mobile) (1680KB) ( 15 )  
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为实现复杂条件下千米深井的安全高效开采,在分析矿井资源条件基础上,结合地面布置及矿区生产经验,从开拓方式、井口位置选择、井筒数目、首采区巷道布置及采煤工艺等方面进行研究,确定了信湖矿井合理的开拓开采系统及采煤工艺。联合试运转表明,各系统运行稳定可靠,日产原煤约8000t,在籍人员1000人,达到了一井一面一千人的预期目标。
羊场湾煤矿上行开采合理巷道断面形状确定
杨胜利, 刘传义, 李明, 刘垚, 许金梦, 岳豪
煤炭工程. 2022, 54(2):  5-11.  doi:10.11799/ce202202002
摘要 ( 131 )   PDF(mobile) (6917KB) ( 16 )  
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为了研究羊场湾煤矿上行开采条件下合理巷道断面形状选择问题,通过理论计算二煤开采后的“两带”高度,现场实测采空区覆岩破坏范围,总结不同巷道断面形状的优缺点及适用范围,采用FLAC3D数值模拟软件模拟研究了上行开采条件下巷道围岩的受力与变形破坏特征,并进行了现场验证。研究表明:二煤开采后,裂隙带高度约为38.75~49.95m,围岩完整性较低,上行开采巷道位于裂隙带内|模拟得出了直墙半圆拱形断面巷道在上行开采条件下围岩稳定性最好,微拱形次之,矩形最差|结合数值模拟分析与现场验证最终确定了采用微拱形断面最为合适。
范各庄矿近距离煤层开采工作面巷道布置研究
孙胜, 赵春景, 贺健宇, 薛福祥
煤炭工程. 2022, 54(2):  12-18.  doi:10.11799/ce202202003
摘要 ( 141 )   PDF(mobile) (6934KB) ( 15 )  
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为了保证范各庄矿7、8、9、12煤近距离煤层开采中上下煤及邻近工作面巷道支护稳定及优化采面布置,通过底板滑移线理论计算,得出上下层工作面巷道合理内错距离为2~3倍巷宽,12煤3125S面与上覆面间距较大,经受采动破坏较小,8煤2285S面和9煤3191S面受采动影响较大。UDEC模拟显示,7煤首采后形成显著的煤柱应力区,底层煤中峰值应力可达原岩应力的3~4倍,下层工作面巷道应内错避开布置,8煤至12煤开采可对上覆煤柱区大幅卸压,应力峰值为2~2.5倍原岩应力。临近工作面巷道采用6~12m煤柱,上下工作面巷道内错9.8~11.0m,实现了巷道和采面支护稳定,从而为近距离煤层工作面设计优化与衔接规划提供了关键依据。
特厚煤层综放开采沿空掘巷煤柱合理宽度研究
郭重托, 李杰, 柏建彪, 张伟光
煤炭工程. 2022, 54(2):  19-24.  doi:10.11799/ce202202004
摘要 ( 82 )   PDF(mobile) (3317KB) ( 18 )  
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针对特厚煤层综放开采沿空掘巷时宽煤柱护巷效果不佳,煤壁片帮、围岩变形量大、煤炭资源浪费严重等现状。以伊犁潘津工业煤矿2302工作面回风巷为工程背景,基于极限平衡理论探究了侧压系数、采高、埋深及煤柱支护阻力等因素对窄煤柱宽度的影响规律。结果表明,随着前三者逐渐增大,煤柱宽度也随之增大,后者反之|煤柱合理宽度取值范围的上下极限差值也随之增大,而后者几乎不发生变化。此外,结合现场地质条件,确定了窄煤柱宽度为6m,同时采用数值计算验证了其合理性,并在2302工作面回风巷进行了工业性试验。现场结果表明,6m窄煤柱在沿空掘巷期间,巷道断面开拓轮廓无明显变形,围岩控制效果显著。
深部矿井水地下调蓄系统研究
段东伟, 丁湘, 冯洁, 蒲治国, 刘凯祥, 贺晓浪
煤炭工程. 2022, 54(2):  25-30.  doi:10.11799/ce202202005
摘要 ( 76 )   PDF(mobile) (1486KB) ( 10 )  
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针对蒙陕地区深部矿井涌水量大、污水比例高、资源化利用率低等问题,研究利用采空区建设地下调蓄系统以稳定矿井涌水量、净化污水、降低水处理压力、提高矿井水利用率。根据煤层埋藏和开采条件,从调蓄系统建设条件和选址原则、容水量计算、水质保障、隔离工程建设条件、强矿压影响、安全性保障、经济和环境效益等角度,对矿井水地下储存、净化与调蓄进行了可行性研究。利用呼吉尔特矿区门克庆煤矿采空区建设形成矿井水调蓄系统示范工程,取得了良好的经济与环境效益。
赵固煤矿低温余热利用系统优化设计
罗景辉, 韩子辰, 熊楚超, 侯立泉, 张昌建, 刘欢
煤炭工程. 2022, 54(2):  31-36.  doi:10.11799/ce202202006
摘要 ( 103 )   PDF(mobile) (4906KB) ( 16 )  
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对赵固煤矿低温余热利用项目进行了测试,发现该余热利用系统运行稳定,但多低温热源并联热能利用率偏低,采用TRNSYS软件建立了系统的模型,利用现有的系统验证了模型的正确性,并利用模型分析了多低温热源串联热能利用率,结果表明,多低温热源串联比并联热能利用率更高,为系统的优化指明了方向,为同类型项目的设计提供了借鉴。
施工技术
深井软岩巷道穿厚煤层碎裂顶板区围岩控制技术
肖殿才, 蒋祥卿, 罗勇, 任波, 鲁德超, 唐义川
煤炭工程. 2022, 54(2):  37-42.  doi:10.11799/ce202202007
摘要 ( 61 )   PDF(mobile) (4140KB) ( 15 )  
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针对深井软岩巷道穿厚煤层碎裂顶板区围岩控制技术难题,通过现场调查,分析工程破坏特点,结合钻孔窥视分析结果,得出巷道围岩变形失稳原因为破碎岩体降低了内层锚网的支护性能,未能与围岩形成统一承载体,围岩松动圈扩大及变形不均匀致使U型棚支护性能降低,支护阻力不足,围岩扩容膨胀,发生破坏。提出通过超前预注浆和组合金属骨架实现破碎围岩改性、围岩应力优化,形成稳定的承载结构,进而实现破碎岩体的二次承载,强化内层锚网支护效果,做到内锚有效、外架可靠。以此提出“超前预支护+内锚外架联合控顶+锁腿控帮+喷注补强+底板控水卸压”联合的组合控制技术,形成了锚固体与注浆围岩互相强化,强控顶、辅以控帮治底的联合支护体系|现场开展了工程实践,并取得了较好的支护效果。
高效回收遗留煤柱过空巷群泵送支柱支护技术研究
刘剑
煤炭工程. 2022, 54(2):  43-48.  doi:10.11799/ce202202008
摘要 ( 86 )   PDF(mobile) (3262KB) ( 14 )  
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为了实现神东矿区哈拉沟煤矿遗留煤炭资源安全回收,解决过空巷群时矿山压力大和压架等难题,通过布置22311综采面回采大巷煤柱,在借鉴传统过空巷工艺优势基础上,提出了采用泵送支柱支护空巷顶底板技术,并总结优化前期支护设计方案,减少了泵送支柱数量,节约了大量成本。结果表明:泵送支柱可有效管理空巷,抗压能力大、峰后残余强度损失小、抗变形能力强、不受限于巷高,有效避免了综采面过空巷时顶板下沉严重、冒顶、压架等风险。采用泵送支护技术为哈拉沟煤矿多回采11.1万t煤炭资源,保证了综采面过空巷安全、高效生产,研究成果对指导相似开采背景的煤矿区提供技术支持。
厚顶煤夹矸顶板下巷道复合支护技术研究
秦志宏, 程详, 孟祥瑞, 赵光明, 纪宝柱
煤炭工程. 2022, 54(2):  49-54.  doi:10.11799/ce202202009
摘要 ( 93 )   PDF(mobile) (7225KB) ( 11 )  
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针对厚顶煤夹矸顶板传统支护方案下巷道围岩变形量大,垮落威胁严重的问题,以信湖煤矿81采区818工作面运输巷为研究对象,采用理论分析、FLAC3D数值模拟方法,对原始支护参数进行优化研究,提出了厚顶煤夹矸顶板下“三心拱U型钢棚+锚索梁+锁腿梁”复合支护技术,解决了巷道支护的难题。井下试验和现场实测结果表明:复合支护后,巷道围岩应力状态明显改善,顶板下沉量控制在50mm,锚索稳定支护载荷332kN,为其破断载荷的56.9%,可以对巷道起到良好的支护作用,满足矿井安全高效生产的需求。
三软煤层巷道布置优化与联合支护技术研究
王国龙, 常云博, 林陆, 杜湃, 李航
煤炭工程. 2022, 54(2):  55-61.  doi:10.11799/ce202202010
摘要 ( 81 )   PDF(mobile) (4741KB) ( 13 )  
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为解决三软煤层回采巷道围岩大变形难支护和区段间留设大煤柱资源浪费的问题,对巷道布置和支护方式进行了优化,采用了厚煤层错层位外错式沿空掘巷相邻巷道联合支护的方法。首先采用极限平衡区法确定沿空巷道煤柱留设5m,建立了关键块B力学模型,计算分析了关键块B不会发生滑落失稳与回转失稳|其次介绍了相邻巷道联合支护技术|最后采用FLAC3D数值模拟软件模拟比较了采用错层位沿空掘巷原支护方案和巷道支护方案优化后回采期间巷道围岩支护效果。结果表明:优化后支护方案顶板浅部围岩可稳定悬吊在深部稳定岩层中,控制巷道浅部围岩变形|侧帮锚索与巷道顶部锚索形成联合锚固区,增强了顶板抗离层能力,加强了顶板围岩不同方向节理裂隙的控制能力,可有效保证巷道围岩处于稳定状态。
生产技术
动力扰动诱发煤层大巷冲击地压机理及其防控技术
张金魁, 侯涛, 李民, 李鹏, 顾合龙
煤炭工程. 2022, 54(2):  62-66.  doi:10.11799/ce202202011
摘要 ( 117 )   PDF(mobile) (10135KB) ( 20 )  
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为了提高深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害防控效果,基于高家堡煤矿冲击地压灾害发生特点与工程地质条件,通过动静载组合控制煤岩动态破坏的普适性理论方法进行探究,揭示了高家堡煤矿煤层大巷冲击地压致灾机理,明确了动静载复合应力场动力灾害防控途径。在此基础上,考虑煤层大巷服务年限长、围岩应力集中程度高等特点,结合动力扰动诱发大巷冲击失效机制,针对性提出了“爆破松动+围岩注浆”围岩灾变组合控制方法,并通过数值模拟与现场试验综合研究方法进行验证。研究结果表明:深部矿井煤层大巷冲击地压动力灾害科学防控,旨在于增大动态应力波的衰减,降低围岩应力集中程度|而“爆破-注浆”联合控制技术兼具上述效果,在现场工程实践中冲击防控效果良好,可作为深部矿井煤层大巷冲击地压灾害防控的有效途径之一。
顶分层大采高综采架后高效铺网试验研究
张震, 张洪清, 谭德永, 冯立友
煤炭工程. 2022, 54(2):  67-72.  doi:10.11799/ce202202012
摘要 ( 84 )   PDF(mobile) (3237KB) ( 16 )  
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针对松软围岩特厚煤层整层综放开采高含矸率、低回收率的问题,论文提出了“顶分层大采高综采架后高效铺网+下分层整层综放”开采方法,确定了顶分层大采高综采架后高效铺网的运网、挂网、展网、联网工艺,研发了工作面架后高效铺网材料运输系统、自动展网系统,并确定了架后高效联网方式,开展了高效铺网系统地面试验,对柔性网压缩效果、铺网运输系统、展网工序及快速联网时间进行了测试,以灵东煤矿为工程背景,分析了大采高综采架后高效铺网系统井下可行性。试验结果表明:大采高综采架后高效铺网运输系统拉移速度43.1~49.1m/min,联网速度1.33m/min,支架后方柔性网卷可顺利实现整体铺展,未出现网卷扭曲及紧缩现象,展网有效可行|大采高架后铺网整体工序作业时间为87.5min,工作面年产能力可达到600万t以上,能够实现工作面的高产高效。该试验成果对松软围岩特厚煤层高效高回收率开采具有重要的参考意义。
综放工作面转载破碎粉尘扩散运移规律分析
郭玉峰, 郝永江, 李云龙, 郭伟强
煤炭工程. 2022, 54(2):  73-77.  doi:10.11799/ce202202013
摘要 ( 70 )   PDF(mobile) (5030KB) ( 11 )  
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为了分析综放工作面转载破碎粉尘的扩散运移规律,根据进风巷实际情况建模并利用FLUENT软件进行数值模拟。结果表明:综放工作面进风巷内的主要产尘点位于转载机机头1m处和破碎机防护罩周围,且高浓度粉尘主要集中于离地面1m左右|转载点处粉尘中心尘源的粉尘浓度较高,起尘高度约为0.5m左右,因此喷雾降尘时雾滴须有针对性。破碎机防护罩周围粉尘呈层状分布,从地面向上粉尘浓度逐渐降低,缝隙处逸出的粉尘远小于转载点产生的粉尘|整体上,进风巷内从转载机机头1m处开始起尘,到破碎机与机头中部,在防护罩下方形成高浓度粉尘区域,于破碎机处粉尘浓度又达到极大值,最后在转载机机尾处粉尘扩散基本趋于稳定,粉尘治理时可根据不同位置调整喷雾系统的喷雾参数。
煤矿井下筛管完孔技术在穿层孔中的应用
王力
煤炭工程. 2022, 54(2):  78-82.  doi:10.11799/ce202202014
摘要 ( 82 )   PDF(mobile) (1627KB) ( 12 )  
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针对煤矿井下筛管完孔技术在穿层孔完孔中应用时存在的悬挂可靠性差、全孔下入筛管成本高等问题,研究了穿层孔筛管悬挂装置的最优卡爪长度,优选了配套钻头,并在淮北芦岭煤矿进行了现场应用。应用结果表明:当悬挂装置卡爪长度95mm时,在常用103mm孔径的大倾角穿层孔中悬挂可靠,三翼开闭式钻头岩层钻进效率高,中心翼片打开可靠。在相同抽采条件下,施工的70个筛管完孔穿层钻孔比同样数量的裸眼完孔穿层孔瓦斯抽采浓度提高26%,抽采流量提高78%,在9个月的抽采效果考察周期的后期,抽采流量平均增幅还提高了25%,提出了穿层孔煤孔段筛管下入方法,设计了可脱式定位接头,完善了煤矿井下穿层孔筛管完孔技术,为穿层孔煤孔段定位筛管完孔提供了技术思路。
地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术应用
戴磊, 段李宏
煤炭工程. 2022, 54(2):  83-88.  doi:10.11799/ce202202015
摘要 ( 99 )   PDF(mobile) (1377KB) ( 13 )  
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为了进一步提高矿井岩溶水害治理技术的可靠性,降低工作面水害威胁,解决矿井面临的太原组上段灰岩岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔施工工程量大、施工工期长等安全技术问题,陈四楼矿在南翼2506工作面(里段)实施了底板水害地面区域治理工程,选取L8灰岩含水层作为目标层位,施工1个主孔,13个分支孔,累计钻探进尺6349.06m,累计注水泥18945t,并开展了井下钻探和物探复探验证。结果显示,通过地面区域治理钻孔高压注浆封堵,取得了良好的治理效果,将含水层改造为等效隔水层,解放了受高压强含水层威胁的煤炭资源,目前工作面已安全回采,验证了地面区域治理工程在薄层灰岩含水层水害防治的有效性。研究结果为永夏矿区及全国类似受底板高承压水危害的矿井提供了借鉴实例。
间断级配高浓度水煤浆制备技术应用研究
王建军, 常宣
煤炭工程. 2022, 54(2):  89-92.  doi:10.11799/ce202202016
摘要 ( 57 )   PDF(mobile) (1184KB) ( 9 )  
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陕西延长石油榆林凯越煤化有限公司煤浆制备系统的3台棒磨机一直处于全开状态,无备机,当棒磨机出现故障停机时,后续气化和合成须降低负荷,从而影响甲醇的产量。为降本增效、扩大产能,采用煤科总院研发的第三代间断级配高水煤浆制备技术,对原有制浆系统进行改造。备用一条粗粉生产线,当一台棒磨机检修或故障时启用,以便从根本上解决棒磨机无备机导致生产负荷波动的难题。间断级配高浓度制浆成套技术将选择性破磨机和细磨机有机组合,综合磨矿效率大幅提高,煤浆浓度与单磨机制浆技术相比可提高4个百分点以上。
研究探讨
鄂尔多斯深部典型煤矿冲击地压发生机制与防治实践
张修峰, 孔令海
煤炭工程. 2022, 54(2):  93-97.  doi:10.11799/ce202202017
摘要 ( 119 )   PDF(mobile) (2904KB) ( 13 )  
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鄂尔多斯矿区深部多个工作面发生破坏性冲击地压事故,被列为该地区煤矿开采的主要灾害,影响的煤炭产量占该地区总量的近1/3。采用理论、试验和实测等综合方法,系统研究了冲击地压类型及发生机制,提出防冲关键对策。针对矿区深部开采典型条件,提出基于应力优化减冲和应变控制防冲技术原理的“采前、采中、采后”防冲技术对策,并在现场成功应用。实践表明,采取的防冲对策不仅提高了资源回收率,理顺了采掘接续关系,而且实现了有效防治冲击地压的目的,可为类似条件矿井冲击地压防治提供参考。
浅埋深坚硬顶板工作面冲击地压微震时空前兆信息特征
张传玖, 薛雅荣, 杨伟, 李振雷, 李红平, 杨旭, 贾兵兵
煤炭工程. 2022, 54(2):  98-104.  doi:10.11799/ce202202018
摘要 ( 71 )   PDF(mobile) (10398KB) ( 13 )  
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为提高冲击地压矿井现场防冲措施实施的针对性,以宽沟煤矿B2煤层I010203工作面为工程背景,研究其历次矿压显现事件发生前后的微震监测信息时空演化规律。结果表明:I010203工作面矿压显现事件震源位置受上层“刀把型”采空区边界影响,具有阶段性特征,且主要集中于工作面中下部、区段煤柱和侧向采空区围岩,垂向上大多位于煤体和顶板岩层中,坚硬顶板破裂是该矿发生冲击地压的主要诱导因素|在矿压显现事件发生前7d内微震前兆预警指标b值、断层总面积A〖DK〗(t〖DK〗)值和微震活动度S值分别出现突降或突增现象并保持低值或高值异常,表明煤岩体内部弹性能积聚、破裂程度增大,冲击危险性增高|结合高斯空间光滑法绘制的微震指标云图在矿压显现事件发生前呈现一定规律性,可进一步量化确定局部冲击危险区域。研究结果揭示了在坚硬顶板条件下工作面冲击地压微震时空前兆信息特征,可指导现场人员采取针对性防冲措施,有助于冲击地压的精准防治。
张拉高预紧式锚固体强度强化机制研究及工程应用
于振子, 张波, 李梦龙, 王广辉, 王襄禹
煤炭工程. 2022, 54(2):  105-109.  doi:10.11799/ce202202019
摘要 ( 65 )   PDF(mobile) (4208KB) ( 9 )  
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针对平煤四矿己15-23090运输巷扩帮后锚杆无法重复预紧、锚固体强度减弱等问题,提出了新型张拉预紧式锚杆配套设备,研究预紧力对锚杆锚固性能的影响。通过数值模拟、单轴压缩试验,分析不同预紧力下,岩体强度及内部裂隙发育特征得出:①张拉高预紧式锚固体可有效提高岩体的峰值强度和残余强度,增强其极限承载能力;②高预紧力能约束内部张拉和剪切裂隙的发育,提高了岩体的整体性。巷道试验后,张拉锁具使锚杆预紧力普遍达到60kN以上,使用锁具紧固锚杆后,巷道帮部位移量比原支护方式减少了44.3%,解决了扩帮后锚杆因尾部螺纹长度不足而无法重复预紧的问题,降低了施工强度及支护成本。
上保护层开采遗留区段煤柱现存状态研究
肖健, 陈学习, 单文选, 毕瑞卿
煤炭工程. 2022, 54(2):  110-115.  doi:10.11799/ce202202020
摘要 ( 82 )   PDF(mobile) (6428KB) ( 8 )  
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为研究深井近距离上保护层开采遗留区段煤柱在下保护层开采时的状态,采用煤柱极限强度计算、数值模拟及现场探测同步进行的研究方案,对平煤四矿己15-23160联络巷两侧宽度均为4m的区段煤柱进行了研究,得到以下结论:①区段煤柱理论计算极限强度最大值为26.0 MPa;②煤柱1和煤柱2在己15煤层及己16.17煤层开采过程中承受的最大垂直应力分别为131.1MPa、85.1MPa,远超煤柱极限强度;③现场两个探测组探测的遗留煤柱最大残余高度均为0.64m,高度损失达到原始煤柱高度的60%,坍塌垮落煤体涌向煤柱两侧采空区和己15-23160联络巷;④残余煤柱不会在下部对被保护层形成明显的应力集中区,保护效果在倾向上有连续性。
煤层覆岩导水裂隙带发育高度综合分析技术研究
翟志伟, 张传达, 孟秀峰, 武志高, 陈凤杰, 徐书恩
煤炭工程. 2022, 54(2):  116-120.  doi:10.11799/ce202202021
摘要 ( 96 )   PDF(mobile) (5993KB) ( 13 )  
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为探明综采工作面导水裂隙带高度发育规律,通过传统经验公式计算、软件数值模拟、钻孔窥视技术等方法,研究了盖州煤矿9105综采工作面导水裂隙带发育高度,并进行了相互验证。结果表明:钻孔窥视技术确定的导水裂隙带发育高度准确度更高,但受采后覆岩塑性破坏马鞍形位置最高部位和观测时间影响较大|采用钻孔轨迹分析进行高度校正是提高利用钻孔窥视技术确定导水裂隙带发育高度准确性的关键|钻孔倾角和方位越接近设计参数,导水裂隙带发育高度预测越准确。钻孔窥视技术结合传统经验公式和数值模拟技术综合确定导水裂隙带发育高度,能有效提高导水裂隙带发育高度预测精度。
复杂地质条件煤矿巷道多履带钻锚机器人运动学研究
赵昊, 马宏伟, 王川伟, 薛旭升, 梁林
煤炭工程. 2022, 54(2):  121-126.  doi:10.11799/ce202202022
摘要 ( 94 )   PDF(mobile) (5111KB) ( 9 )  
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针对复杂地质条件煤矿巷道存在的掘快支慢难题,提出一种集钻、护、锚于一体的多履带钻锚机器人群。依据巷道支护需求,设计钻锚机器人本体结构、钻机布置以及支护工艺,完成钻锚机器人三维建模|基于D-H法建立钻锚机器人钻机运动学模型,分析并求解顶板钻机与侧帮钻机正运动学解和逆运动学解,仿真得到钻机可支护区域的点状云图、末端运动轨迹等。结果表明顶部与侧帮钻机支护作业中能够避免钻机与机器人本体之间的干涉,实现准确、平稳运动至待支护位置,具有较强的稳定性和可靠性。
Gemini表面活性剂协同强化低阶煤浮选机理研究
杨瑞峰
煤炭工程. 2022, 54(2):  127-132.  doi:10.11799/ce202202023
摘要 ( 98 )   PDF(mobile) (4581KB) ( 11 )  
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Gemini表面活性剂是通过联接基将2个或2个以上的传统表面活性剂分子在亲水基或接近亲水基处连接在一起的新型表面活性剂,与传统表面活性剂相比,Gemini表面活性剂具有更低的临界胶束浓度(CMC)以及更高的分子活性。选择双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)作为Gemini表面活性剂,以十二烷(C12)、油酸甲酯(MO)为捕收剂,考察了DDAB协同强化低阶煤浮选的作用机理。通过煤泥单元浮选试验,确定了DDAB最佳投加量为0.5mmol/L,此时DDAB/C12协同作用时精煤产率为76.91%,较C12单独作用时提高了60%。DDAB/MO协同作用时精煤产率为75.86%,较MO单独作用时提高了40%。与C12和MO相比,DDAB分子前线轨道能隙最小,分子活性更高,更易吸附于低阶煤表面。混合药剂在低阶煤表面的吸附形态为穿插型共吸附,DDAB优先吸附于低阶煤表面,其次为C12或者MO。
基于EMD-LSTM的重介分选精煤灰分时间序列预测方法研究
程凯, 王然风, 付翔
煤炭工程. 2022, 54(2):  133-139.  doi:10.11799/ce202202024
摘要 ( 100 )   PDF(mobile) (6151KB) ( 9 )  
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针对重介分选的智能化发展需求,根据重介精煤灰分数据噪声特征及灰分过程控制对灰分预测精度、预测时长的要求,提出了基于EMD-LSTM的重介精煤灰分时间序列预测方法。首先,通过经验模态分解(EMD)算法将重介精煤灰分时序数列中的不同尺度分量逐级分解出来,生成一系列具有相同特征尺度的本征模函数,从而去除一定噪声影响|其次,进一步借助于长短期记忆(LSTM)神经网络可解决数据的长期依赖问题,从而在长时间视野预测方面表现更为突出。该方法应用于实际数据集的短期预测,实验结果表明,对LSTM神经网络进行参数寻优后,基于EMD-LSTM的重介分选精煤灰分指标时间序列预测方法中,去除IMF1分量的模型所得的预测结果具有最小的标准差σ(0.1481)和平均绝对误差λ(0.1184),去除噪声后的EMD-LSTM模型可使预测准确性显著提高,能够有效解决精煤灰分预测的问题。
基于多方法耦合的矿井突水水源识别模型研究
宋立兵, 董东林, 王振荣, 李果, 杨茂林
煤炭工程. 2022, 54(2):  140-146.  doi:10.11799/ce202202025
摘要 ( 93 )   PDF(mobile) (1828KB) ( 10 )  
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为快速准确地判别矿井突水水源,减少矿井突水事故带来的危害,以保德矿为例,选取Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO2-4、Cl-、HCO-3共6种水化学指标作为判别指标,通过分析各含水层水化学特征,确定了各含水层代表水样,以此为基础建立了耦合主成分分析-离群值检验-回归填补法-贝叶斯判别法的矿井突水水源判别模型,并将模型判别结果与PCA-Bayes模型判别结果做出对比。结果表明:保德矿采空区、二叠系砂岩含水层、石炭系砂岩含水层、奥灰含水层的水质类型分别为HCO3-Ca·Na·Mg型、HCO3-Na型、HCO3-Na型和HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型|保德矿水样主成分为Ca2+、Mg2+、Na++K+、SO2-4,可作为综合指标反映保德矿原始水样数据信息|待测水样中的异常值,可通过离群值检验和线性回归模型确定并校正|对比数据校正前后Bayes模型判别结果,校正后准确率为95%,判别准确度明显提升,可准确高效的识别突水水源。
饱水冻结裂隙砂岩力学特性试验研究
宋勇军, 郭玺玺, 谭皓, 车永新
煤炭工程. 2022, 54(2):  147-152.  doi:10.11799/ce202202026
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为探究寒区裂隙岩体的力学特性及破坏机理,对不同裂隙倾角的饱水砂岩开展-10℃冻结环境下的常规三轴压缩试验。结果表明:裂隙几何特征对加载过程中砂岩应力应变曲线发展有较大影响。应力应变曲线初始段呈“上凸型”特征,这是由于该阶段主要由岩体孔隙和裂隙内冰体承担荷载。砂岩峰值强度、弹性模量、抗剪强度参数与裂隙倾角呈线性正相关|泊松比、体积应变与裂隙倾角呈非线性负相关关系,但变化幅度不大|低温冻结环境一定程度上增强了砂岩颗粒间胶结度及摩擦力,使得不同裂隙砂岩均呈单斜面剪切破坏特征,除主剪切面斜裂纹外无明显翼裂纹及次生裂纹出现。通过建立考虑裂隙砂岩强度和变形的损伤演化方程发现,随裂隙倾角增大,砂岩起裂应力水平、扩容应力水平均逐渐增大,而峰后应力应变曲线跌落状态越明显,表明应力应变曲线弹性阶段相对变长,塑性阶段变短,砂岩脆性增强,抵抗塑性变形能力下降。
基于三维图像特征的矸石含煤率在线检测方法
邱照玉, 沈宁, 窦东阳, 刘钢洋
煤炭工程. 2022, 54(2):  153-159.  doi:10.11799/ce202202027
摘要 ( 46 )   PDF(mobile) (3835KB) ( 11 )  
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矸石含煤率是选煤生产的关键指标之一,目前还不能在线检测。因此,提出一种基于机器视觉和粒子群支持向量机的新方法来检测矸石含煤率。首先将采集到的矸石胶带上的单目图像进行分割,识别出属于煤和矸石类别的各个区域。从各区域中提取出尺寸特征参数和密度特征参数,分别得到煤和矸石的特征参数,再将矸石的特征参数除以煤的特征参数,得到样本图片的二维特征参数。同时在胶带上采集双目图像,获取图像的高度信息,计算高度比三维图像特征,通过计算Pearson相关系数筛选出八个最优特征,最后利用支持向量机预测矸石含煤率并通过粒子群优化算法对模型进行优化。建立平面特征模型与三维特征模型,对比分析两个模型的预测结果,三维特征模型的性能明显优于平面特征模型,平均相对误差为7.57%。
基于YOLO的井下人员速度测量方法研究
付燕, 窦晓熠, 叶鸥
煤炭工程. 2022, 54(2):  160-165.  doi:10.11799/ce202202028
摘要 ( 78 )   PDF(mobile) (1357KB) ( 17 )  
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由于井下环境复杂、背景单一、参照物不够明显的视频数据特征,较难直接通过视觉计算的标定方式实现井下运动目标的测速。论文提出一种不依赖场景标定的速度检测方法,通过自主学习的方式,智能化监测井下工作人员的作业规范。该方法首先基于YOLOv3对巡检人员进行持续的检测跟踪,在此过程中通过视频相邻帧间的目标边界框特征点,确定图像消失点|其次,利用图像消失点建立三角形模型测量实时速度|最后,利用测量出的速度趋势智能判断井下工作人员是否存在漏检行为。在煤矿数据集上的实验结果表明,该方法能够有效度量井下运动目标的速度,用于判断井下工作人员巡检时是否存在漏检行为,比标定方法更适合井下场景的应用。
装备技术
煤矿智能化综采装备系统及其可靠性分析
焦承尧, 王永强, 张幸福, 黄莹
煤炭工程. 2022, 54(2):  166-171.  doi:10.11799/ce202202029
摘要 ( 125 )   PDF(mobile) (1587KB) ( 20 )  
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为明晰智能化综采装备系统可靠性的受控因素,根据其内涵和特征,从系统、装备、技术、环境等角度对智能化综采装备系统可靠性的影响因素进行分析。首先明确阐述了智能化综采装备系统的概念,指出其主要特征为以智能化单机综采装备为基础、以生产大数据为核心、以智能化综采装备的互联互通为关键、以智能化综采装备的精准协同控制为目标。根据智能化综采装备系统的内涵和特征,建立了包含综采装备可靠性、传感系统可靠性、控制系统可靠性、通信系统可靠性、生产数据融合度和装备系统与生产环境适应性等6个方面的智能化综采装备系统可靠性指标体系,分析了智能化综采装备系统可靠性的影响因素,并针对不同影响因素的特点提出目前亟需开展的研究方向。
基于模糊数学的掘进机截割头转速分档预测方法
杨阳, 王鹏江, 吉晓冬, 沈阳, 王东杰
煤炭工程. 2022, 54(2):  172-176.  doi:10.11799/ce202202030
摘要 ( 87 )   PDF(mobile) (1252KB) ( 13 )  
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针对悬臂式掘进机在井下掘进过程中截割载荷识别困难的问题,提出了一种基于模糊数学的掘进机截割头转速分档预测方法。通过分析掘进机截割头工作过程,基于模糊数学将井下实测的多传感器信息进行信息融合,得到截割头载荷的预测输出。依据不同工况将截割头转速分为四个档位,并进行了实验验证,为研究不同工况下截割头转速自适应控制提供了理论和实践基础。
煤矿用纯电动铰接车辆驱动控制系统研究
杜佳霖, 胡勇
煤炭工程. 2022, 54(2):  177-180.  doi:10.11799/ce202202031
摘要 ( 69 )   PDF(mobile) (1267KB) ( 10 )  
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研究煤矿井下防爆铅酸蓄电池铰接车辆的先进驱动方式,包括集中式驱动、双电机双桥驱动、分布式驱动技术。分别对各驱动方式特点进行分析,针对不同类型的驱动方式以代表车型举例进行了介绍,并对各种驱动方式的优缺点进行了比较。综合比较,采用分布式驱动使电动车辆整车布置更加灵活,传动效率更高,且适用范围广,分布式驱动方式是煤矿用纯电动铰接车辆驱动控制系统的研发方向。
工程管理
基于KANO-IPA的矿工安全沟通满意度需求层次研究
陈铁华, 于飞, 李红霞
煤炭工程. 2022, 54(2):  180-187.  doi:10.11799/ce202202032
摘要 ( 93 )   PDF(mobile) (1304KB) ( 9 )  
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为识别提升矿工安全沟通满意度的关键因素,提出矿工安全沟通满意度提升策略以减少不安全行为与人因事故。围绕选取的21个安全沟通满意度指标要素进行问卷调查,对调查结果进行统计分析判定矿工安全沟通满意度要素的层次分类以及满意度提升优先序。结果显示:21项指标要素划分为2项必备要素、2项魅力要素、17项一维要素,结合分析型KANO-IPA矩阵分析,确定影响矿工安全沟通满意度的关键因素及满意度要素提升的优先顺序,并提出提高矿工安全沟通质量的策略。
基于BN-PHA的煤矿提升运输系统风险分析
曹春玲, 张娜齐, 李梦雨, 邵杨
煤炭工程. 2022, 54(2):  188-192.  doi:10.11799/ce202202033
摘要 ( 88 )   PDF(mobile) (1526KB) ( 11 )  
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为系统化地分析煤矿提升运输系统事故,提出了一种基于贝叶斯网络融合预先危险性分析(BN-PHA)的风险分析方法。首先借助GeNle软件构建提升运输系统的风险贝叶斯网络结构,利用其双向推理能力识别最易造成运输事故的贝叶斯风险节点|然后对事故节点进行预先危险性分析,分析事故的起因、可能造成的结果,提出相应的整改措施。结果表明:违规通行、信号装置故障、违章驾驶、超重和超速以及连接件故障是引起煤矿提升运输事故的最可能风险因素,并提出防范这些风险的对策,为煤矿运输系统的安全有效作业提供参考。
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