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当期目录

2025年 第57卷 第5期 刊出日期:2025-05-13
设计技术
深厚富水弱胶结围岩井筒冻结深度影响因素分析及优化
周爱平, 谭杰, 乔文俊, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  1-7.  doi:10. 11799/ ce202505001
摘要 ( 28 )   PDF(mobile) (1342KB) ( 9 )  
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西部煤矿井筒多穿过白垩系和侏罗系深厚富水弱胶结围岩,大直径井筒需采用冻结法施工。冻结深度的确定将关系到井筒能否安全顺利施工,且对于深井冻结,井筒深部的冻结费用增幅明显。为合理确定井筒冻结深度,在分析其影响因素的基础上,提出了需综合分析井筒相关硐室位置及尺寸、井筒地质条件(包含工程地质条件和水文地质条件)两大因素的影响。在对新街一井主、副井井筒相关硐室、地层岩性分布规律及含水性等条件具体分析的基础上,结合对周边矿井井筒施工经验的对比分析,研究提出了本矿井井筒的冻结深度方案,分析了其优缺点并进行了技术经济比较,并最终确定了井筒冻结深度,该研究方法可以为相似地质条件下井筒冻结深度的确定提供借鉴。

乌东煤矿水平分段综放开采合理放煤工艺研究

张春雷, 万晓航, 张锦旺, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  8-16.  doi:10. 11799/ ce202505002
摘要 ( 22 )   PDF(mobile) (5756KB) ( 8 )  
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乌东煤矿+443 m B3-6工作面为近直立特厚煤层水平分段综放工作面,为提高综放工作面顶煤回收率与回采效率,采用理论分析、数值模拟等方法,对乌东煤矿+443 m B3-6工作面不同放煤轮次下的顶煤运移特征进行了研究与分析。结果表明:采用多轮放煤能够降低放煤高度,使得放煤后所形成煤岩分界面平缓下移,削弱工作面中部煤岩分界面滞后发育特征,能有利于扩大放出体与煤岩分界面的相切范围,从而提高工作面中部顶煤回收率;随着放煤轮数的增加,煤岩分界面开始滞后发育的位置越靠后;相较单轮放煤而言,采用三轮及以上放煤时工作面中部残煤大量减少;多轮放煤能够明显减少工作面顶板侧的残煤量,相较单轮放煤而言能够减少50 %以上的顶板侧残煤;对于顶煤回收率而言,多轮放煤能够使得偶数架回收率得到提升,并随着放煤轮数的增加,偶数架顶煤回收率逐渐增加;工作面整体回收率随着放煤轮次的增加呈现先增加后减少的趋势;综合理论分析、数值模拟以及现场施工的情况,乌东煤矿+443 m B3-6工作面应选择三轮间隔放煤工艺来提高顶煤回收率,相较单轮间隔放煤,顶煤回收率可提升2%以上。研究结果为指导乌东煤矿水平分段综放开采的合理放煤选择和提高顶煤回收率提供依据。

红沙泉露天煤矿西端帮陡帮开采方案研究

许晨, 马龙, 马宁, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  17-24.  doi:10. 11799/ ce202505003
摘要 ( 19 )   PDF(mobile) (4070KB) ( 3 )  
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为了提高红沙泉露天煤矿端帮压覆煤炭资源回采率,采用Morgenstern-Price极限平衡法和有限元强度折减法,对西端帮的边坡极限角度和滑动模式进行分析,验证通过进行陡帮开采来提升端帮角度的可行性;基于采场的三维数值模拟,探究内排土场和工作帮影响下,不同追踪距离和工作帮坡角对端帮稳定性及边坡变形影响规律,分析对比了三种端帮陡帮开采方案。结果表明:西端帮边坡极限角度为36°,适宜实施陡帮开采以优化端帮角度;在内排土场和工作帮影响下,追踪距离对边坡变形与稳定性的影响较大,随着追踪距离加大,深部岩体的变形量与变形范围逐渐增大,但变化梯度较小;工作帮坡角变化对端帮边坡稳定性影响较小,随着工作帮坡角增大,端帮边坡坡面暴露面积减少,端帮边坡稳定性增加;考虑西端帮破碎站影响,提出缩减平盘宽度和台阶并段结合的端帮陡帮开采方案,优化后西端帮边坡整体角度为18°,年均增加80t原煤回收,剥采比为1. 5m3 / t,经济效益9670万元。

中美欧标准中封闭式带式输送机通廊的风荷载计算比较

姜天阳, 赵金阳, 宋波
煤炭工程. 2025, 57(5):  25-29.  doi:10. 11799/ ce202505004
摘要 ( 12 )   PDF(mobile) (2067KB) ( 4 )  
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封闭式带式输送机通廊的风荷载体型系数和风振系数取值因缺少参考资料常常成为设计难题。以印尼码头输煤输矿工程为案例,对比国内外规范的相关规定,采用MIDAS有限元软件进行三维模型计算分析。研究结果表明:各国规范对通廊或与之结构体型相似的风荷载体型系数取值相近;通廊的风荷载体型系数受风向角影响,可能在端部出现风压集中区,通廊的受力和变形需考虑此因素的影响;通廊支架在不均匀风荷载作用下的受力需重点关注。

基于SWMM 模型的煤矿工业场地雨水调蓄方法研究

李彪
煤炭工程. 2025, 57(5):  30-35.  doi:10. 11799/ ce202505005
摘要 ( 2 )   PDF(mobile) (2616KB) ( 4 )  
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为优化不同降雨条件中煤矿工业场地雨水调蓄效果,提出基于SWMM模型的煤矿工业场地雨水调蓄方法。利用基于SWMM模型的雨水调蓄池溢流运算方法,计算煤矿工业场地在降雨中汇水区溢流与管网溢流。根据雨水调蓄池优化模型,围绕厂区雨水调蓄池溢流情况,建立雨水调蓄池优化的目标函数与约束条件,使用非支配排序遗传算法,获取雨水调蓄池排水最佳方案,实现煤矿工业场地雨水合理调蓄。研究结果表明:不同重现期中,该方法可降低煤矿工业场地下渗损失、地表径流量,提升厂区外部出流量与雨水调蓄池的蓄水容积。不同降雨类型中,可降低雨水调蓄池出水口水深与出水口流量。不同降雨时间中,可降低溢流节点数目、溢流时间、溢流深度。

施工技术

深井硐室群下大巷煤柱旋转开采巷道控制研究

鹿金龙, 宗琳琳, 李刚, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  36-44.  doi:10. 11799/ ce202505006
摘要 ( 3 )   PDF(mobile) (4813KB) ( 1 )  
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针对济宁矿业安居煤矿2317工作面近邻硐室群下大巷保护煤柱受多重扰动影响安全旋转开采问题,采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法研究得出了旋转综采工作面矿压分布规律及影响范围为68m。研究结果表明:旋采中心区域采动应力集中与液压支架反复支撑三角弧形悬板,工作面近心端应力集中程度明显高于远心端;在采动影响下硐室群发生变形破坏,覆岩应力得到缓释,形成采动应力缓释区”,对此提出并实施了旋采期间巷道锚网索+W 钢护板联合支护方案,超前巷道使用U型钢棚和单元支架进行加强支护。现场监测表明,该支护方案对旋转开采引起的矿压影响有较好的控制效果,工作面能够安全旋转开采。

基于不稳定岩层厚度的上覆斜交煤柱巷道分区支护设计方法

曹海岗, 陈聪, 李利峰, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  45-55.  doi:10. 11799/ ce202505007
摘要 ( 3 )   PDF(mobile) (5027KB) ( 2 )  
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针对基于不稳定岩层厚度的上覆斜交煤柱巷道分区支护设计方法问题,以郭家湾煤矿一盘区5-2煤层工作面作为工程背景,通过运用理论分析、数值模拟以及现场工程实践等方法,对遗留斜交煤柱下巷道围岩力学结构、巷道稳定性进行了研究,确定了基于完整岩层厚度下的支护分区设计原理与支护参数优选原则。并通过现场工程实践确定了巷道分区支护方案,对支护方案进行了模拟验证。研究结果表明:在上煤层工作面采高、应力集中系数等条件进行变化时,不稳定岩层厚度也会随之变化,呈正相关关系,其中应力集中系数对其影响较大;随着层间距减小以及靠近煤柱中心线,应力集中系数会不断增大,而棚距与顶锚杆有效长度会随之减小,这时支护方案会依次采用锚杆索、全锚索、架棚支护;数值模拟验证切实可行,现场验证控制效果良好。这为研究上覆斜交煤柱下方巷道支护问题提供了理论依据。
孤岛工作面底板含水体综合物探技术研究
史志红, 姜鹏
煤炭工程. 2025, 57(5):  56-63.  doi:10. 11799/ ce202505008
摘要 ( 7 )   PDF(mobile) (6476KB) ( 2 )  
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为确保王坪煤矿8306孤岛工作面带压开采的安全性,分析奥灰水对该工作面回采的影响程度,采用矿井瞬变电磁法、音频电透视法和无线电波透视法,对工作面底板构造与富水性进行综合物探,查明了工作面底板富水和构造发育状况,再结合物探成果分析了8306工作面带压开采的安全性。结果表明:8306工作面煤层顺层存在1处基本不含水的岩浆岩侵入体灰绿岩墙:在底板40 m范围内的隔水层存在几处富水性一般~较弱的裂隙水或低阻岩体,其中东南部区域有1处由断层导通奥灰水的含水体;底板40 m以下的奥灰含水层富水性推断为较强~一般的奥灰水。8306工作面正常带压开采时通常不会发生突水情况,但如果区段存在隐伏贯穿性导水构造,特别是矿井物探圈定的含水体与构造重叠区域,煤层底板可能面临奥灰突水危险,此时应做好钻探、水文监测预警等防治水工作。

碎软煤层气动定向钻孔套铣打捞技术研究与应用

杨伟锋, 方俊, 刘飞, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  64-69.  doi:10. 11799/ ce202505009
摘要 ( 5 )   PDF(mobile) (1317KB) ( 1 )  
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卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣打捞关键工艺参数,计算分析了套铣打捞钻杆在弯曲孔段的通过能力。在山西华阳新能股份有限公司二矿成功处理2起碎软煤层气动定向钻进卡钻事故,应用实践表明:通过Ф168mm套铣打捞钻具组合可增大钻孔环空排渣通道、提升事故钻具通过能力;采用中低钻压、中低回转速度钻进工艺参数,可有效降低事故处理风险、提升事故处理成功率。该研究成果可为碎软煤层钻孔事故处理提供重要借鉴。

生产技术

淮南矿区潘二煤矿A组煤分层开采底板破坏深度安全性评价

黄刚, 任波, 韩云春, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  70-76.  doi:10. 11799/ ce202505010
摘要 ( 10 )   PDF(mobile) (3260KB) ( 3 )  
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淮南矿区潘二煤矿深部A组煤开采受底板高承压水严重威胁。为清晰掌握A组煤开采过程中底板破坏深度及发育机理,基于FLAC3D数值模拟和微震监测技术分析了潘二煤矿A组煤分层开采工作面在回采扰动下工作面围岩应力分布规律及底板破坏范围;根据工作面回采过程中微震实时监测数据,利用SPSS软件聚类分析了底板破碎集中范围。研究结果表明:A组煤上分层回采工作面底板破坏带发育深度集中深度为23~30m,平均底板破坏深度约为27m;下分层回采工作面的底板破碎岩体中,在底板岩层深为9~22 m之间呈现较大集中特性,并在底板下21m高度集中,下分层采动诱发底板破碎体基本处于上分层煤层开采底板破坏范围之内,采动破坏带与含水导升带未形成贯通。

高抽巷布设参数对煤自燃的扰动效应分析

陈亮, 于宏阳, 毕雄飞, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  77-84.  doi:10. 11799/ ce202505011
摘要 ( 5 )   PDF(mobile) (9000KB) ( 1 )  
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针对自燃煤层综放工作面采空区高抽巷抽采对煤自燃扰动效应不清的问题,以山西荫营矿150315综放面“一面四巷”为背景,采用理论计算、UDEC 模拟及Image pro图像分析,获取了采空区覆岩裂隙分区定量特征及孔隙率沿程分布特征表达式,单从瓦斯抽采角度初定高抽巷垂向高度为20~53m;基于Comsol模拟分析了不同位置高抽巷抽采扰动下采空区瓦斯浓度分布、自燃“三带”宽度演变规律,以及不同抽采负压下瓦斯浓度及氧浓度的量变特征,指出水平距离与其对氧化升温带的扰动效应呈正相关性,其垂直高度与抽采瓦斯浓度成正比、与垂向氧浓度成反比。并确定了高抽巷水平位置距回风巷20 m、距煤层顶板垂直高度50 m,以及合理抽采负压为20 kPa。通过现场工程试验验证,优化后高抽巷抽采量减少1.37m3 / min,工作面回风巷瓦斯浓度仅上升0. 04%,均处于安全范围内。但采空区散热带、自燃氧化带宽度分别减少12m和9 m,有效降低其自燃风险,有利于采空区瓦斯与煤自燃灾害的协同共治。

浅埋藏近距离煤层综采面CO 来源分析与超限防治

李超跃, 周春山, 张玉龙, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  85-91.  doi:10. 11799/ ce202505012
摘要 ( 7 )   PDF(mobile) (2588KB) ( 1 )  
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为解决神东矿区工作面回风隅角CO超限等问题,以石圪台煤矿22104-1综采工作面为研究对象,通过开展煤层原生赋存CO测试、煤体常温CO产生速率测试、采煤过程CO释放测试及井下胶轮车尾气CO排放测试等实验,系统探究回风隅角CO的来源。研究结果表明:采空区浮煤常温氧化是CO的主要来源,贡献率达75%;采煤机割煤和胶轮车尾气的CO 贡献率分别为13%12%,而煤层原生赋存的CO含量近乎为零。基于上述结论,从抑制采空区浮煤氧化和阻隔CO外泄两方面着手, 提出均压通风、喷洒阻化剂等治理措施。实践应用显示,回风隅角CO浓度由42×10-6显著降至10×10-6 以下,有效解决了工作面CO超限问题,为石圪台煤矿安全生产提供了可靠保障。

难浮炼焦煤泥高效浮选分离工艺试验研究

陈辉, 何静谊, 张瑞, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  92-98.  doi:10. 11799/ ce202505013
摘要 ( 11 )   PDF(mobile) (1426KB) ( 2 )  
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针对常规浮选工艺处理微细粒含量极高煤泥时浮选精煤产率低,精煤灰分难以达到质量要求的问题,对龙泉4#入浮煤泥的浮选工艺进行了探索。 一粗一精二次浮选试验结果表明:高灰细泥夹带是造成精煤灰分偏高的主要原因,高剪切絮凝浮选可有效降低浮选精矿中的细泥夹带,最终确定高剪切絮凝浮选+一粗二精浮选工艺配以合理的浮选药剂制度可有效分选该煤泥;并采用激光粒度分析仪、接触角测量仪、扫描电镜等分析手段及煤颗粒与油滴碰撞概率的计算揭示了高剪切絮凝改善浮选效果的作用机理。研究结果表明:采用高剪切絮凝浮选+一粗二精浮选工艺,可使龙泉4#难浮煤泥的精煤灰分降至11.73%,产率达到50%左右,同时尾煤灰分提升至82.57%, 达到了分选要求。

传统净化工艺下矿井水溶解性污染物净化效果及改善措施研究

史元腾, 朱磊, 邴喆, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  99-106.  doi:10. 11799/ ce202505013
摘要 ( 0 )   PDF(mobile) (1876KB) ( 1 )  
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针对煤矿矿井水日益严格的排放要求,采用山西西南部某煤矿现有净化工艺,系统评价了传统矿井水净化技术对溶解性污染物的去除效果。结果表明,矿井水经沉淀预处理、混凝气浮和砂滤处理后,不仅可有效去除高浓度颗粒物,还对其中的有机物、总磷、氟化物、硫化物和总汞等溶解性污染组分有着不同程度的去除作用;采用活性炭吸附和微滤强化净化措施, 可确保矿井原水中污染物浓度大幅波动环境下,除总氮和氟化物外,所有溶解性污染物指标稳定达到地表水类标准。进一步研究发现,矿井水颗粒物和活性炭的吸附作用以及微滤膜的机械截留作用是溶解性污染物得以净化去除的发生机制。为改善总氮和氟化物净化效果,建议在现有处理工艺的基础上增加反硝化脱氮单元和氟化物吸附单元,研究成果可为煤矿矿井水净化工艺选择和升级改造提供理论支撑

研究探讨

急倾斜煤层长壁采场底板应力传递路径倾角效应研究

朱开鹏
煤炭工程. 2025, 57(5):  107-116.  doi:10. 11799/ ce202505015
摘要 ( 1 )   PDF(mobile) (8373KB) ( 1 )  
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为探究急倾斜煤层长壁采场底板采动应力传递路径的倾角效应,以新疆2130煤矿急倾斜长壁综采工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值计算相结合的研究方法,在全面厘定并分析底板非对称变形破坏一般规律的基础上,对底板采动应力的传递路径及其倾角效应进行了研究,量化表征了急倾斜煤层底板主应力大小渐变以及方向偏转的演化特征。结果表明: 在急倾斜煤层开采过程中,受煤层倾角影响,底板采动应力传递路径呈非对称反拱形态;在应力拱内部,直接底以及工作面倾向中下部区域的基本底处于受拉状态;在应力拱外部,以应力偏转界线为界限,底板主应力向倾向两侧煤体传递。并且,随着煤层倾角的增大,底板应力拱的拱高以及工作面倾向下侧煤体底板的应力集中系数均呈的演化趋势;底板第一主应力的大小和卸荷系数逐渐降低,最大卸荷位置向工作面倾向下侧煤体迁移;第一主应力向x轴正方向偏转,使得底板破坏深度逐渐减小。受此影响,底板的最大破坏深度位于工作面倾向中下部区域;同时,在采空区矸石的非均衡约束作用下,工作面倾向中上部区域的底板块体结构更易出现失稳滑移,且在持续的采动影响下底板滑移区易向上扩展。基于此,可通过对底板易破坏滑移区域采取重点关注、区域治理的防治措施,改善该区域底板的应力环境和结构特征,以期实现对急倾斜煤层长壁采场底板的稳定性控制。

远距离下保护层开采覆岩裂隙演化规律及相似模拟分析

高忠国, 杨俊鹏, 辛亚军, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  117-124.  doi:10. 11799/ ce202505016
摘要 ( 3 )   PDF(mobile) (2843KB) ( 1 )  
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远距离保护层开采因距离较远、卸压程度小及穿层钻孔施工难而受到制约,以黔金煤矿9#煤层(突出)与15#煤层(无突出)远距离保护层开采为背景,采用理论分析、相似模拟与现场试验开展研究,分析了远距离保护层开采后的顶板两带分布特征与瓦斯流动规律,探讨了工作面开采顶板覆岩运动与应力分布规律,设计了远距离保护层开采方案。结果表明:远距离保护层开采被保护层卸压情况主要与两带高度发育相关,工程矿井被保护层落在弯曲下沉带内;下保护层开采后,保护层上方三带产生,开切眼与终采线两侧曲线形态差别明显,煤层顶板下沉最为明显,被保护层顶板附近下沉较为缓和,上侧下沉较为明显;保护层工作面前方支承压力随工作面推进整体呈先升高再降低最后缓慢升高趋势;被保护层应力随着工作面推进,整体呈先缓慢升高后降低最后缓慢升高趋势;保护层开采过程中周期来压现象明显,平均周期来压垮落步距17m,工作面推进243m所形成裂隙发育带呈梯形,上垮落角为69°,下垮落角为62°;从15#煤施工穿层钻孔能够抽放9#煤瓦斯,钻孔抽采浓度随着时间增长呈轻微下降趋势,监测周期65d瓦斯浓度下降至3. 8%,抽采效果显著。

过断层构造区工作面回采速度诱发冲击地压机制研究

郭魏
煤炭工程. 2025, 57(5):  125-131.  doi:10. 11799/ ce202505017
摘要 ( 0 )   PDF(mobile) (2645KB) ( 1 )  
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回采速度对冲击矿压的影响至关重要,以屯宝煤矿工作面复杂组合断层为研究背景,基于理论分析、数值模拟和现场实践,研究了断层构造区工作面回采速度对诱发冲击地压的作用机制,并进行了工程实例验证。研究结果表明:回采速度的不同主要影响了工作面采空区顶板的垮落程度,进而影响围岩应力调整速度,该过程对应了弹性能释放剧烈程度和冲击危险性。开采速度的增加导致断层构造区域工作面超前支承压力与侧向压力峰值逐渐升高,易出现应力峰值的突变,且加快了断层损伤程度和突变速度,导致断层构造区域提前产生滑移现象。断层构造区域工作面开采能量频次与回采速度具有较好相关性,回采速度大于3.6 m/d时单个震动的平均能量上升6倍。建议屯宝煤矿断层构造区域时工作面开采速度小于3.6m/d,且保持匀速开采。研究结果可为类似工程条件下冲击地压发生机理和工作面安全开采提供理论指导。

不同因素影响下煤岩组合锚固体锚杆锚固性能研究

赵芳昊, 高林, 赵爽, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  132-139.  doi:10. 11799/ ce202505018
摘要 ( 7 )   PDF(mobile) (3027KB) ( 3 )  
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为了提高煤岩巷道复杂地质条件下锚固支护效果,针对煤岩巷道支护中锚杆锚固性能的关键影响因素展开了相关研究。首先,获取了典型矿井不同煤层及顶底板岩层的物理力学参数,并结合空心包体应力解除法测得巷道地应力分布;接着, 基于实测数据建立数值模型,反演掘采过程中锚杆工作环境的应力状态,确定围压范围为0~15 MPa;然后,通过室内试验系统地分析了不同煤岩强度比(1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、围压条件(0、5、10 和15MPa)以及穿层锚固方式(煤-岩、岩-煤)对煤岩组合锚固体锚杆承载性能的影响规律。研究结果表明:随着煤岩强度比的增加,锚杆的极限拉拔载荷显著提升,从1∶2条件下的45.4kN增长到1∶5条件下的68.79kN;围压增大能有效增强锚固体稳定性,极限载荷从0 MPa时的34.52kN提升至15MPa时的77.55kN;煤-岩穿层方式相比于岩-煤方式具有更优的锚固性能,极限拉拔载荷较岩-煤试样提高28.3%,并且在残余承载阶段没有明显的二次破坏。

基于振动信号分析的齿轮传动系统故障诊断方法研究

刘孝军, 任文清
煤炭工程. 2025, 57(5):  140-147.  doi:10. 11799/ ce202505019
摘要 ( 3 )   PDF(mobile) (4788KB) ( 2 )  
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齿轮传动装置作为机械设备的核心部件,其运行工况复杂,众多结构件的振动信号重叠,使得监测难度加大,需要专业人员的深入分析。为解决矿用机械设备齿轮传动系统监测面临的挑战,文章首先基于模态优选重构与表达的联合降噪算法(CEEMDAN)对振动信号进行降噪,进一步构建基于长短期记忆(LSTM)神经网络的故障诊断模型。同时,在种群初始化方式、收敛参数更新策略、位置更新策略三个方面对灰狼算法进行改进,经过性能测试以及与其他算法对比发现,文章采用的三项改进措施显著增强了灰狼算法的性能。最终,利用改进灰狼算法对故障诊断模型进行超参数优化。经过仿真分析与实验验证,本研究提出的故障诊断模型相比传统模型,诊断精度与稳定性都有大幅提高,识别平均准确率可达96%以上。

基于改进Transformer的提升机制动系统故障诊断研究

王凯旋, 张宏伟
煤炭工程. 2025, 57(5):  148-155.  doi:10. 11799/ ce202505020
摘要 ( 11 )   PDF(mobile) (1743KB) ( 1 )  
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在对矿井提升系统进行故障诊断时,为了降低对专家经验的依赖性并充分挖掘数据间的复杂关系,提出了一种基于改进Transformer神经网络的提升机制动系统故障诊断方法。首先,分析制动系统的故障现象及原因,确定监测参数。其次,搭建改进的Transformer故障诊断模型,利用多层自注意力机制来捕捉矿井提升机监测数据之间的相关性和故障关系,并将池化层引入Transformer模型中,降低模型的参数量,缓解过拟合的风险。最后,以采集提升机实际运行数据为基础开展实验研究,利用Adam优化器更新模型参数。结果表明,改进后的Transformer故障分类预测的准确率可达到97.5%,相比于TransformerCNNLSTM神经网络准确率分别提升了6.110.014.8百分点,具有较高的准确性。

基于钻孔钻进过程数据驱动的地层可钻性预测方法

陈韬, 张幼振, 钟自成
煤炭工程. 2025, 57(5):  156-162.  doi:10. 11799/ ce202505021
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复杂多变的地层条件给煤矿井下安全高效生产带来了巨大挑战,通过钻进数据建立地层可钻性预测模型,实现地层类型智能感知,可为钻进过程提供地质信息保障。针对煤矿井下钻进数据存在异常值、样本量不平衡等问题,采用局部离群因子异常检测算法(LOF)剔除异常钻进数据,利用生成式对抗网络(GAN)对原始钻进样本进行训练,获取了钻进生成样本以构建平衡钻进数据集。提出了一种鲸鱼算法优化核极限学习机(WOA-KELM)的钻进地层可钻性预测方法,构建基于鲸鱼算法优化后的核极限学习机预测模型预测地层可钻性等级。通过淮南矿区现场实钻数据获得了包括回转压力、钻进压力、钻速等钻进数据,利用LOF剔除异常值后通过GAN生成与原始样本相似度高的生成样本,应用箱线图、识别率、散点图分布验证了生成钻进样本的可靠性。利用生成样本平衡钻进数据集通过WOA-KELM建立钻进过程地层可钻性预测模型,对地层可钻性预测准确率达98%左右,优于SVM、KNN等识别模型。研究结果为煤矿井下自适应钻进与工况智能感知技术提供了参考和借鉴。

矸石粗颗粒含量对充填材料流变特性和力学性能影响研究
罗文, 杨增福, 李岚, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  163-170.  doi:10. 11799/ ce202505022
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为探究矸石中粗颗粒含量对充填材料流变特性及力学性能的作用机制,运用流变仪开展充填料浆流变试验,借助万能压力机测试充填体力学性能,获取了充填材料的流变特征参数、单轴抗压强度及应力-应变行为,并基于能量守恒理论剖析其能量演化特征。研究结果表明:矸石粗颗粒含量对充填料浆的流变行为影响显著。屈服应力随粗颗粒含量增加呈先降低后升高趋势,当粗颗粒含量从10%增至30%时,屈服应力最大降幅达55. 51%,随后逐渐回升;塑性黏度与粗颗粒含量呈显著负相关,最大降幅为38. 56%。在力学性能方面,充填体单轴抗压强度随粗颗粒含量增加遵循先增大后减小的规律,转折点位于20%处;在71428d的养护龄期下,抗压强度最大提升幅度分别为9.09%16.67%35.60%。微观分析表明,适量粗颗粒可优化基体颗粒级配,提升密实度,缩短应力-应变曲线压密阶段;过量粗颗粒则导致孔隙率增加,压密过程延长。能量分析显示,总应变能与耗散能随粗颗粒含量增加呈先降低后升高趋势,转折点介于20% ~30%之间峰值弹性能变化规律与单轴抗压强度一致,表明合理控制粗颗粒掺量有助于提升充填体储能能力。研究结果为煤矿充填开采中充填材料的科学配比与性能优化提供了理论依据和实践参考。

开采扰动与蠕变作用下煤岩体力学响应特征研究

程守业, 李民晟, 高峰
煤炭工程. 2025, 57(5):  171-177.  doi:10. 11799/ ce202505023
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在煤炭开采过程中,因循环载荷与蠕变导致的叠加损伤累积特征尚不清晰,从而造成动静载组合作用下覆岩卸压位置难以精准确定。为解决这一问题,利用MTS815试验机开展了围压为10MPa条件下、循环加卸载后不同轴压的蠕变压缩试验。试验结果表明:在循环加载过程中,卸载时弹性模量高于加载过程,泊松比也呈现出相似的变化趋势,且弹性模量和泊松比在加卸载过程中的差距逐渐变小;应力-应变响应在恒定偏应力下具有硬化与软化效应, 当偏应力较低时,以三轴抗压强度(TCS)为主的硬化效应十分显著,而当偏应力较高时,软化作用则更为突出;轴向应变率和体积应变率之间的演化特征能够通过负指数函数关系进行详细描述;采动卸压边界处的煤岩体承受着周期性破坏以及持续增加的蠕变应力作用。基于此,可依据煤岩体的蠕变演化规律,选择合适的时机来确定采动卸压边界,进而为应力演化主导的灾害防治工作提供量化参考依据。

三轴压缩及峰后循环荷载下轴向孔洞砂岩力学及渗流特性影响研究

张培森, 方家鑫, 裴海伦, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  178-186.  doi:10. 11799/ ce202505024
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为探究峰后循环荷载作用对含轴向孔洞缺陷岩体力学、渗透性的影响,明确工程重复扰动对缺陷底板岩体突水的影响规律,基于岩石自适应多场耦合试验仪,开展了20 MPa围压下孔径为5、10、15、20 mm轴向孔洞砂岩峰后循环荷载试验研究。研究结果表明:常规三轴压缩阶段,岩石渗透率随岩石内部裂隙的闭合、发育对应出现减小、增大的情况。5mm孔径孔洞岩石脆性破坏特征明显,10、15、20mm孔径孔洞岩石呈间歇性破坏形式,孔洞影响了岩石破坏特征。峰后循环阶段,岩石渗透率变化随轴压、围压作用呈规律性循环,循环卸载阶段岩石渗透率出现快速上升和快速下降现象。循环加卸载使岩石产生累积损伤,岩石循环承载能力随孔洞孔径增大而降低,峰后循环加卸载下含孔洞岩石渗流通道扩张总量大于渗流通道岩石颗粒堆积堵塞总量。含孔洞岩石破坏形式仍为贯通剪切破坏,循环荷载使次生剪切裂纹发育,且随孔洞孔径增大,裂纹发育程度越大,岩石破坏模式趋于复杂。

基于注意力阶梯残差网络的煤矿调度室人员状态识别

葛学成, 李颖娜, 张永, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  187-192.  doi:10. 11799/ ce202505025
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现有的煤炭安全监督多采用以人为主的模式,存在主观性强、精力消耗大等问题,易发生工作人员玩手机、抽烟、睡岗等疏忽行为,难以确保煤矿安全生产稳定有序地进行。鉴于此,利用目标检测技术,基于深度学习方法,研究了煤矿调度室人员工作状态的智能识别方法。首先,构建基于YOLOv5的煤矿调度室人员工作状态识别方法;然后,通过在特征融合子网络中引入卷积注意力模块,以提升模型在不同通道和不同空间位置的信息提取能力;最后,利用具有多尺度特征融合能力的阶梯残差卷积模块,增强模型对调度室人员的细微特征提取和全局特征融合的能力。实验结果显示,所提方法的全状态识别平均准确率达到91.7%,对玩手机和抽烟这些小尺度动作状态识别的平均准确率分别为94.4%86.0%,验证了所提模型在调度人员工作状态识别中的有效性。

微气泡气浮技术用于去除煤矿矿井水乳化油的模拟试验研究

王小强, 程海涛, 崔圣达, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  193-199.  doi:10. 11799/ ce202505026
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针对煤矿矿井水中乳化油难以通过传统混凝沉淀有效处理的问题,设计开发了微气泡气浮系统,该系统结合微气泡的特殊物理性质和多相流泵的高效溶气能力,显著提高了对乳化油颗粒的捕获与分离效率。研究了溶气压力、气水比对微气泡粒径分布以及稳定性的影响,以及溶气压力、气水比、进水含盐量、含油量和药剂投加量对除油效果的影响。结果表明,当微气泡发生器运行在0.55 MPa溶气压力及6%气水比的条件下时,微气泡稳定性最佳,平均粒径低至9.24μm,除油率可达45.80%;在较高油浓度和较高含盐量的条件下该系统仍然保持40%的除油率;运用响应曲面法优化药剂投加组合,确定了PAC投加浓度为107.900 mg/L,阳离子PAM投加量为10.034mg/L,复合破乳剂用量为90.000mg/L的最佳投药比例,此时乳化油去除效率可以提升至94.52%。因此,微气泡气浮技术在处理高盐、高乳化油含量煤矿矿井水方面具有高效性和适用性。

停留时间及升温速率对三塘湖盆地褐煤热作用产物分布的影响

王小强, 程海涛, 崔圣达, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  200-209.  doi:10. 11799/ ce202505027
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气化剂注入方式是影响煤炭地下气化过程中气体产率和热值的重要因素。为揭示停留时间和升温速率对褐煤在水蒸气中热作用下行为和产物的影响,采用固定床热解炉对三塘湖盆地西山窑组褐煤进行了不同停留时间和升温速率下的热作用实验。结果表明:停留时间增加, 半焦转化率和气体质量分数增加,水质量分数先增后减;高温条件下加剧了二次反应,促进甲烷变换反应的发生导致H2体积显著增加,且总的污染物质量减少。升温速率增加,半焦转化率和气体质量分数减少,水和焦油的质量分数先减后增;高温条件下抑制二次反应发生,H2体积减少,且总的污染物质量增加。建议在实际生产过程中,控制氧气和水蒸气鼓入量,适当增加热作用产物停留时间、降低煤层升温速率,以增加H2的生成量并减少总的污染物质量(反应温度大于等于700℃),提升煤炭地下气化制氢效果。

装备技术

基于动态面混合控制策略的矿用机车充电机CLLC谐振变换器研究

岳云涛, 赵宏维, 庄致钧, 等
煤炭工程. 2025, 57(5):  210-217.  doi:10. 11799/ ce202505028
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针对CLLC变换器高阶系统在全负载状态下电能传输的稳定性和快速性问题,提出了一种基于动态面控制的PFM-PWM混合控制策略。该控制策略在谐振变换器轻载和满载状态下分别采用PFMPWM控制算法,实现了系统输出电压的稳定性和快速性。详细分析了CLLC 谐振变换器的拓扑结构,阐述了欠谐振状态、谐振点状态及过谐振状态的工作模式,搭建了基于动态面混合控制策略的CLLC变换器仿真和实验平台,并结合矿用机车充电机特性,利用仿真和实验输出波形验证了动态面混合控制算法的有效性和实用性。

落地多绳摩擦式提升机钢丝绳除冰干燥装置研究

席海涛
煤炭工程. 2025, 57(5):  218-224.  doi:10. 11799/ ce202505029
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落地多绳摩擦式提升机外露钢丝绳在冬季低温、湿冷、雨雪条件下运行存在表面结冰问题,钢丝绳结冰容易造成提升系统摩擦系数降低,从而引起钢丝绳蠕动、打滑,严重时可能引发滑绳、失速等提升事故。为此,提出了一种适用于落地多绳摩擦式提升机的钢丝绳除冰干燥装置的设计思路,采用压缩空气作为工作介质,经过滤、加热后供环形气刀使用。文章介绍了钢丝绳除冰干燥装置的组成和工作原理,其重要部件的设计和选型以及控制系统的设计。该装置应用后,环形气刀释放高压、高速、高温气流,对钢丝绳表面结冰进行连续冲击、融化,从而实现了除冰、干燥目的。

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