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Nonlinear multi body dynamic modeling and vibration analysis of a double drum coal shearer 被引量:1
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作者 ZHANG Xiao-li YAO Guo ZHANG Yi-min 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第7期2120-2130,共11页
The double drum coal shearer is widely applied for the underground coal exploration in the mining industry.The vibration and noise control are significant factors for the stability design of the double drum coal shear... The double drum coal shearer is widely applied for the underground coal exploration in the mining industry.The vibration and noise control are significant factors for the stability design of the double drum coal shearer.In this paper,the vibration properties of a double drum coal shearer are firstly investigated.The horizontal,transverse and torsional vibrations of the motor body and the angle displacements of the rockers are taken into account.The walking units and the hydraulic units are modeled by the stiffness-damping systems.The nonlinear equation of motion of the double drum coal shearer is established by applying the Lagrange’s equation.The nonlinear vibration response of the system is calculated by using the Runge Kutta numerical method.The effects of the shearing loads,the equivalent damping and stiffness of the walking units,the inclination angels of the rockers and the equivalent damping and stiffness of the hydraulic units on the vibration properties of the system are discussed. 展开更多
关键词 coal shearer VIBRATION multi body dynamics transient response
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论“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障 被引量:5
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作者 王双明 李识博 +6 位作者 孙强 侯恩科 耿济世 师庆民 王生全 周书涛 郑鑫超 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开... 受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开采和绿色开采,保障“碳达峰、碳中和”、生态文明建设和美丽中国的战略需求,成为煤炭工业高质量发展亟待破解的瓶颈。围绕煤炭开采地质条件演化和多圈层结构响应,提出了破解煤炭安全开采、环境保护和可持续发展问题的“6R”(可恢复“Recover”、可再用“Reuse”、可减损“Reduce”、可再储“Restore”、可循环“Recycle”、可再生“Renewable”)开发理念和煤矿区资源安全、绿色开采和减损地质保障的科学内涵和研究思路,主要内容包括:明晰煤炭开采地质条件的演化规律,厘清安全开采与绿色开采的关系,建立煤炭安全开采和绿色开采的协调机制,应用地质工程手段保障煤炭安全减损开采和绿色开采,形成煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控策略和开发理念;基于安全开采和绿色开采协调的“碳、水、环”约束下煤炭开采区采动影响地质结构和地质条件功能再利用理念,建立基于煤炭开采区地质结构保护与煤炭安全、绿色开采的多方位、全时空监测-预测-预警体系,剖析减损开采的地质主控因素,提出关键岩层组合关系和隔水封闭层位的动态评价和保护与修复方法,形成基于关键岩层和隔水层损害程度、宏观裂隙形态与地下水导流能力控制的减损开采理论与模式;推进“煤炭安全、绿色开发→地质条件保护、修复、利用→资源再利用和可持续发展”全周期和全链条减损保障研究,通过开采调控、岩层控制、工程防治和修复重构,形成多圈层功能服务的煤矿区地质条件保护和重构技术及理论,打造“碳、水、环”约束下地质条件再利用的煤炭开采区“碳-水-生态-能源”的储蓄库,发展人地和谐和产业可持续开发模式。“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障研究,服务于煤炭安全、绿色开采和地质环境保护、经济社会可持续发展,实现煤炭开采区地表生态和谐与地下空间功能利用,形成能源安全牵引、减碳低碳驱动、水资源和水环境保护、生态环境和谐下的煤矿区可持续发展的全链条开发减损地质保障格局。 展开更多
关键词 “碳、水、环”三重约束 多圈层响应 减损机制 煤炭开采地质保障 全链条综合开发
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融合多传感器数据的采煤机截齿失效诊断方法 被引量:1
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作者 何武林 彭继慎 《传感技术学报》 北大核心 2025年第2期309-315,共7页
截齿失效诊断需要使用一系列传感特征信号参数来诊断,当多个传感特征信号交互出现后,其相互间形成的干扰将导致无法准确判断截齿的状态。提出一种融合多传感器数据的采煤机截齿失效诊断方法。建立采煤机截齿失效多传感特征融合模型,完... 截齿失效诊断需要使用一系列传感特征信号参数来诊断,当多个传感特征信号交互出现后,其相互间形成的干扰将导致无法准确判断截齿的状态。提出一种融合多传感器数据的采煤机截齿失效诊断方法。建立采煤机截齿失效多传感特征融合模型,完成传感特征融合。建立截齿多传感融合特征样本的模糊隶属度函数模型,按照截齿参数设定变量,获得不同传感特征变量的模糊熵值,线性分析传感融合特征模糊熵值与截齿失效间关系。以截齿失效状态模糊熵值作为基本概率分配函数核,求解将待诊断样本的隶属度函数,对比正常和失效的隶属度特征,实现高效诊断。仿真数据证明:所提方法在空载和正常两种测试情况下的载荷范围诊断误差均在3 N以内,诊断耗时为25 ms。 展开更多
关键词 机械故障诊断 失效诊断 多传感器数据 采煤机截齿 基本概率分配函数 模糊熵值
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多层厚硬顶板大采高综放工作面强动载矿压特征及机理
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作者 张震 黄志增 +4 位作者 徐刚 刘晓刚 刘前进 赵铁林 蔺星宇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3369-3387,共19页
针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特... 针对榆神矿区特厚煤层多层厚硬顶板大采高综放工作面下开采液压支架立柱急剧下缩、工作面易压架等强矿压显现问题,采用立柱压力传感器和位移传感器对工作面回采期间支架工作阻力、顶板下沉量进行了全程系统监测;对工作面矿压显现宏观特征、近远场覆岩运移与矿压的联动性进行了分析,明确了多层厚硬顶板大采高综放开采工作面矿压显现特征,得到了多层厚硬顶板破断的空间形态及覆岩结构演化规律;阐述了矿压作用机制,建立了考虑煤壁前方弯曲变形、多层厚硬顶板各层位间受力关联下的低、中、高不同层位覆岩结构力学模型,给出了不同层位岩层破断失稳判据及支架临界支护强度。结果表明:多层厚硬顶板大采高综放开采工作面除具有“来压区域性明显、来压急增阻、大小周期来压、周期性强动载来压”的特点外,还呈现出强动载来压期间多次连续性或短距间断性大周期来压的新特征;强动载期间连续性大周期来压矿压显现程度总体呈先增大后减缓的趋势,工作面周期性强动载来压呈不规律性,每隔4~10个小周期来压,间隔120.9~241.9 m,平均161 m发生1次强动载来压,强动载来压期间矿压显现异常强烈;上覆岩层呈现“低位悬臂梁+中位非铰接梁+高位联贯破断叠合铰接梁结构”,低位悬臂梁结构位于煤层上方20 m以内,该结构的周期性回转破断造成工作面小周期来压,中位非铰接梁位于煤层上方20~70 m范围,该范围内岩层的架前拉伸破断或架后剪切破断导致工作面发生大周期来压,高位岩层位于煤层上方70 m以上,中部厚硬岩层破断后,对高位铰接梁有效接触及支撑力减小,造成高位铰接梁相继破断失稳,继而导致工作面多次连续性或短距间断性大周期来压的强动载来压;中位非铰接梁结构破断失稳时支架合理支护强度为1.897 MPa,高位联贯破断铰接梁回转变形失稳对应的支架合理支护强度为2.470 MPa,滑落失稳对应的支架合理支护强度为3.180 MPa,现有的高强度支架难以对顶板的强矿压进行有效控制,须采取顶板弱化的手段进行采场围岩控制。研究成果对特厚煤层多层厚硬顶板开采围岩控制具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 特厚煤层 多层厚硬顶板 矿压显现特征 破断结构 矿压作用机理
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论“掘进就是掘模型”的学术思想
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作者 马宏伟 孙思雅 +16 位作者 王川伟 毛清华 薛旭升 刘鹏 田海波 王鹏 张烨 聂珍 马柯翔 郭逸风 张恒 王赛赛 李烺 苏浩 崔闻达 成佳帅 喻祖坤 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期661-675,共15页
为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能... 为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能截割技术、基于巷道模型的智能临时支护技术、基于巷道模型的智能永久支护技术、基于巷道模型的智能导航技术和基于巷道模型的机群智能并行协同控制技术。针对巷道模型构建问题,提出融合地质勘探、巷道设计、超前探测等多源数据的巷道模型构建方法,为掘进系统各子系统模型构建提供统一基准;针对基于巷道模型的智能截割问题,建立了待掘巷道模型与截割子系统模型的耦合子模型,提出了智能截割轨迹规划以及截割参数优化方法,制定了巷道智能截割策略,实现了截割子系统自适应规划截割;针对基于巷道模型的智能临时支护问题,建立了截割巷道模型与临时支护子系统耦合的临时支护子模型,提出了临时支护位姿与支护力自适应调整方法,实现了临时支护子系统安全可靠作业,提高了围岩的稳定性,为掘锚并行协同作业奠定了时空基础;针对基于巷道模型的永久支护问题,建立了临时支护巷道模型与永久支护子系统耦合的永久支护子模型,提出了受限时空下永久支护子系统内部各钻锚设备的协同控制方法,实现了永久支护子系统的高效协同控制;针对基于巷道模型的智能导航问题,建立了巷道模型与导航子系统耦合的导航子模型,提出了“惯导+全站仪”的智能掘进系统精确导航方法,提高了巷道掘进精度和成型质量;针对基于巷道模型的机群智能并行协同控制问题,建立了巷道模型与机群协同控制子系统耦合的并行协同控制子模型,制定了多机并行协同控制策略,提出了多任务多系统智能掘进系统协同控制方法,实现了智能掘进系统安全高效掘进。基于“掘进就是掘模型”的学术思想,研发了护盾式煤矿巷道掘进机器人系统,成功应用于陕煤化集团陕西小保当矿业有限公司,破解了夹矸厚、硬度大、片帮严重等复杂地质条件煤矿巷道掘进难题,有效提高了巷道掘进的安全性、高效性和智能化水平。 展开更多
关键词 煤矿智能掘进 掘进就是掘模型 智能掘进机器人 智能导航 智能支护 多任务协同控制
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考虑设备突发故障的露天矿无人矿卡集群调度优化
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作者 顾清华 王雪晴 +2 位作者 王丹 张朋朋 王宇 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第2期305-315,共11页
为减少露天矿开采设备突发故障的不确定性和随机性影响,以露天煤矿运输系统中的装载点和卸载点的生产设备为研究对象,提出考虑设备突发故障的露天矿无人矿卡集群调度模型。首先,以最小化卡车运输成本、卡车总空闲时间以及最大化矿石运... 为减少露天矿开采设备突发故障的不确定性和随机性影响,以露天煤矿运输系统中的装载点和卸载点的生产设备为研究对象,提出考虑设备突发故障的露天矿无人矿卡集群调度模型。首先,以最小化卡车运输成本、卡车总空闲时间以及最大化矿石运量为目标,建立初始调度模型;其次,考虑设备突发故障,构建与初始调度方案目标函数偏差最小的重新调度模型,进而提出一种基于代理模型辅助的自适应选择多目标进化算法,用克里金(Kriging)代理模型代替卡车调度仿真过程;最后,以国内某露天矿的相关数据进行仿真应用。结果表明:当运输系统受到设备突发故障干扰时,该方法能给出卡车总空闲时间更短以及矿石运量更多的调度优化调整方案。 展开更多
关键词 设备突发故障 多目标进化算法 露天煤矿 重新调度
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煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法及应用
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作者 杨科 于祥 +4 位作者 何祥 赵新元 方珏静 魏祯 何淑欣 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期46-64,共19页
矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规... 矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规模化和绿色化处置煤基固废的关键路径之一。但现有的充填开采技术存在对覆岩控制效果有限、缺乏多种充填方式间的联动效应和对煤基固废的综合利用率偏低等问题。因此,通过概述我国典型煤基固废的资源化利用现状和存在问题,从经济、技术、环境、政策和空间5个维度阐明了煤基固废充填开采的可行性。基于此,提出了煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法,系统阐述了该方法的内涵和整体思路,主要包括高位充填、原位充填和低位充填。结合层次分析法初步建立了具有15项评价指标的多层位立体空间煤基固废充填方法评价体系。煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法的规模化应用主要存在充填材料高效精准制备机理、充填料浆管道输送特性、充填空间结构演化规律和充填材料−充填空间交互作用不明等4项关键技术难题。围绕以上关键技术难题,主要开展煤基固废充填材料成浆机理、充填材料精准制备技术框架、充填料浆流场稳态控制、充填料浆管道输送关键参数、充填空间空隙结构演化、充填材料扩散/承载特性、充填材料−围岩系统协同作用机制和充填材料−环境多场耦合机制8项研究内容。根据宁夏煤业任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿的开采技术、充填工艺及地质条件,分别针对性提出低位垮落带注浆充填和高位离层区注浆充填方法,实现了矿区煤基固废的安全绿色处置,有效控制了地表沉陷与变形,形成了良好的区域型示范效应。多层位立体空间煤基固废充填方法创新了煤矿井下煤基固废规模化处置的新模式,完善了绿色充填开采技术体系,实现了煤矿采动覆岩全空间协同控制与固废资源化技术跃升,可推动煤炭企业由“环境代价型”向“生态增值型”的根本转变。 展开更多
关键词 多层位立体空间 煤基固废 充填开采 固废处置 评价体系
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时间卷积长短时记忆网络煤矿平硐变形多步预测
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作者 冀汶莉 淡新 +6 位作者 马晨阳 柴敬 吴玉意 秋风岐 刘文涛 雷武林 刘永亮 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期176-190,共15页
煤矿主平硐易受到外界因素的干扰,对其变形进行监测和预测十分重要。在光纤光栅监测平硐变形工程应用的基础上,提出了集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)的时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN... 煤矿主平硐易受到外界因素的干扰,对其变形进行监测和预测十分重要。在光纤光栅监测平硐变形工程应用的基础上,提出了集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)的时间卷积网络(Temporal Convolutional Network,TCN)结合长短时记忆神经网络(Long Short-Term-Memory Network,LSTM)的EEMD-TCN-LSTM平硐变形多步预测模型。首先,通过集成经验模态分解方法将包含有噪声的监测数据分解成若干本征模态函数(Intrinsic Mode Functions,IMF)分量。然后,计算IMF分量的模糊熵并选择有效IMF分量。最后,对不同有效分量序列利用TCN网络提取长时间维度特征,利用LSTM网络捕获非线性特征,叠加各分量预测结果。在预测模型的训练过程中采用多输出策略的多步预测方法,输出为未来多个时刻的光纤监测值。在不同光纤光栅传感器的监测数据上进行试验。结果表明:通过EEMD分解结合模糊熵法处理光纤监测数据,能在保留平硐变形信息的同时,过滤掉更多的噪声。与已有方法相比,预测方法在单步预测时,其评价指标决定系数(Coefficient of Determination,R^(2))可达到0.99,平方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)分别降低3.0%~10.0%和5.0%~20.0%,预测结果更准确。多输出策略下预测方法超前3步预测的R2平均为0.95,应变计的RMSE和MAE值至少降低了75.0%和31.5%,位移计的RMSE和MAE值至少降低了50.0%和66.7%,压力计的RMSE和MAE值至少降低了85.7%和62.3%,误差积累最低。集成经验模态分解的TCN-LSTM平硐变形多步预测方法,能够为巷道围岩变形预测提供技术基础。 展开更多
关键词 平硐变形 多步预测 TCN-LSTM预测模型 集成经验模态分解 煤矿智能化
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贪心策略与调度规则融合的煤矸分拣机器人多任务分配方法
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作者 曹现刚 丁文韬 +3 位作者 吴旭东 王鹏 藏家松 刘依哲 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期64-73,139,共11页
煤炭复杂的原煤开采工艺与原煤含矸率变化导致带式输送机上矸石的到达率、位置坐标和粒度大小呈现非线性变化,影响煤矸分拣的综合收益。在综合考虑矸石队列特征与排队论调度规则的基础上,提出了贪心策略与调度规则融合的多机械臂煤矸分... 煤炭复杂的原煤开采工艺与原煤含矸率变化导致带式输送机上矸石的到达率、位置坐标和粒度大小呈现非线性变化,影响煤矸分拣的综合收益。在综合考虑矸石队列特征与排队论调度规则的基础上,提出了贪心策略与调度规则融合的多机械臂煤矸分拣机器人多任务分配方法。构建包含匹配矩阵、效益矩阵和环境状态矩阵的多机械臂煤矸分拣机器人多任务分配基础框架。分析矸石队列各维度信息特点与部分调度规则机理,研究不同调度规则间的组合方法,建立调度规则组合集,通过贪心策略比较不同时间窗口内不同调度规则的综合收益,以煤矸分拣过程中的分拣率与任务完成成功率作为综合收益,按照综合收益最大来选择调度规则进行多任务分配。搭建不同最大过煤量的时变原煤流仿真环境,进行多机械臂煤矸分拣机器人多任务分配仿真实验,结果表明:对于最大过煤量120,150 kg/s的时变原煤流样本,采用贪心策略与调度规则融合的煤矸分拣机器人多任务分配方法时矸石分拣率分别为97.69%,89.10%,较单一调度规则方法分别提升6.82%,5.67%;任务完成成功率为95.64%,86.46%,较单一调度规则方法分别提升3.02%,2.13%;机械臂利用率标准差较小,表明该方法降低了原煤流时变性对煤矸分拣综合收益的影响。 展开更多
关键词 煤矸分拣机器人 多机械臂 时变原煤流 多任务分配 贪心策略 调度规则组合
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基于改进YOLOv8模型的井下人员入侵带式输送机危险区域智能识别
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作者 毛清华 苏毅楠 +3 位作者 贺高峰 翟姣 王荣泉 尚新芒 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期11-20,103,共11页
针对煤矿带式输送机场景存在尘雾干扰严重、背景环境复杂、人员尺度多变且易遮挡等因素导致人员入侵危险区域识别准确率不高等问题,提出一种基于改进YOLOv8模型的井下人员入侵带式输送机危险区域智能识别系统。改进YOLOv8模型通过替换... 针对煤矿带式输送机场景存在尘雾干扰严重、背景环境复杂、人员尺度多变且易遮挡等因素导致人员入侵危险区域识别准确率不高等问题,提出一种基于改进YOLOv8模型的井下人员入侵带式输送机危险区域智能识别系统。改进YOLOv8模型通过替换主干网络C2f模块为C2fER模块,加强模型的细节特征提取能力,提升模型对小目标人员的识别性能;通过在颈部网络引入特征强化加权双向特征金字塔网络(FE-BiFPN)结构,提高模型的特征融合能力,从而提升模型对多尺度人员目标的识别效果;通过引入分离增强注意力模块(SEAM)增强模型在复杂背景下对局部特征的关注度,提升模型对遮挡目标人员的识别能力;通过引入WIoU损失函数增强训练效果,提升模型识别准确率。消融实验结果表明:改进YOLOv8模型的准确率较基线模型YOLOv8s提升2.3%,mAP@0.5提升3.4%,识别速度为104帧/s。人员识别实验结果表明:与YOLOv10m,YOLOv8s-CA、YOLOv8s-SPDConv和YOLO8n模型相比,改进YOLOv8模型对小目标、多尺度目标、遮挡目标的识别效果均更佳,识别准确率为90.2%,mAP@0.5为87.2%。人员入侵危险区域实验结果表明:井下人员入侵带式输送机危险区域智能识别系统判别人员入侵危险区域的平均准确率为93.25%,满足识别需求。 展开更多
关键词 煤矿带式输送机 人员入侵危险区域 YOLOv8模型 遮挡目标检测 小目标检测 多尺度融合 C2fER模块 特征强化加权双向特征金字塔网络结构
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煤矿用输送带热解过程特征研究
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作者 张铎 李艳 +3 位作者 文虎 钱万学 刘茂霞 王伟峰 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期202-210,共9页
带式输送机作为煤炭运输系统的中枢,在提升煤炭开采效率的同时也存在着火灾隐患。为探明煤矿用输送带热解过程,探索其发生热解后的行为特征,选取PVC-800S型输送带样品,通过热重-红外联用(TG-FTIR)试验,研究4种不同升温速率(5,10,15,20℃... 带式输送机作为煤炭运输系统的中枢,在提升煤炭开采效率的同时也存在着火灾隐患。为探明煤矿用输送带热解过程,探索其发生热解后的行为特征,选取PVC-800S型输送带样品,通过热重-红外联用(TG-FTIR)试验,研究4种不同升温速率(5,10,15,20℃/min)下输送带的热解特性,分析热解过程中不同阶段样本质量、物质结构及气体生成演变特征。结果表明:不同升温速率下,TG/DTG曲线、气体产物等具有相似规律和趋势,随升温速率增加,各参量特征值向高温区发生偏移;输送带热解经历4个明显失重阶段,第1,2失重阶段发生聚合物链的断裂和降解,多烯共轭结构断裂、热解产物交联、异构和芳香化;第3,4失重阶段主要为PVC中挥发分的失重以及剩余有机组分的碳化;热解过程中有CO_(2),H_(2)O,HCl,NO_(2)等气体逸出,其中第1失重阶段主要逸出HCl,NO_(2),CO_(2),H_(2)O,其中,CO_(2),H_(2)O逸出最多;第2,3失重阶段主要逸出CO_(2),H_(2)O,NO_(2),且逸出浓度均较高;第4失重阶段主要逸出NO_(2)。研究可为煤矿用输送带火灾早期阶段的预警提供相应理论参考。 展开更多
关键词 煤矿用输送带 热重-红外联用 多升温速率 热解气体
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采掘扰动下煤岩体真三轴力学特性及本构模型
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作者 徐世强 张自政 +3 位作者 余伟健 柏建彪 邓敏 刘帅刚 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第6期111-119,共9页
为深入掌握采掘扰动下煤岩组合体真三轴力学特性,采用八面体剪应力理论,系统研究采掘扰动下受交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴力学特性及能量演化机制,并最后基于德鲁克-普拉格准则,建立考虑交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴损伤本... 为深入掌握采掘扰动下煤岩组合体真三轴力学特性,采用八面体剪应力理论,系统研究采掘扰动下受交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴力学特性及能量演化机制,并最后基于德鲁克-普拉格准则,建立考虑交界面倾角影响的煤岩组合体真三轴损伤本构模型。结果表明:开挖扰动阶段,煤岩组合体轴向应变随时间线性增长,能量主要转化为弹性能,随着应变增大耗散能逐渐增加;当交界面倾角超过60°时,剪应力明显增大且增大节点延后至开挖末期。回采阶段,试样能量主要用于变形破坏;交界面倾角小于60°时,试样在剪应力达到强度极限前会发生2次变形,回采扰动末期应变有2个骤增节点,随后剪应力骤降,耗散能比例趋于1;交界面倾角大于60°时,轴向应变峰值降低,应变骤增节点后延并与剪应力骤降节点同步,组合体变形破坏主要取决于岩体部分;模型验证后拟合优度均高于90%。 展开更多
关键词 真三轴 煤岩组合体 采掘扰动 力学特性 本构模型
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多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响
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作者 贾玉良 陈苏社 +5 位作者 邓强 周海丰 王巍 邹友峰 聂小军 陈志超 《水土保持研究》 北大核心 2025年第3期98-107,共10页
[目的]探明生态脆弱矿区多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响,为该地区土地复垦与生态修复提供科学依据。[方法]以神东矿区活鸡兔矿井为研究区,遴选一次、二次、三次采动裂缝区与未扰动区,通过土壤样品采集和分析,揭示不同采... [目的]探明生态脆弱矿区多煤层重复采动下地表裂缝对土壤理化性质的影响,为该地区土地复垦与生态修复提供科学依据。[方法]以神东矿区活鸡兔矿井为研究区,遴选一次、二次、三次采动裂缝区与未扰动区,通过土壤样品采集和分析,揭示不同采动裂缝区土壤理化性质的变化及它们的相关性。[结果](1)土层深度、重复采动均显著影响裂缝区土壤容重、含水量、总孔隙度、毛管孔隙度、最大持水量和毛管持水量(p<0.05),且存在显著的交互作用(p<0.05);一次、二次采动裂缝区土壤孔隙度下降、容重增加,土壤持水能力下降;三次采动裂缝区土壤孔隙度与持水能力增加,土壤含水量显著高于未扰动区同一土层(p<0.05),最大值为15.01%(50—70 cm土层)。(2)重复采动显著影响裂缝区土壤全氮、碱解氮、全磷、有机质含量(p<0.05);一次、二次采动裂缝区土壤全氮、全磷含量显著低于未扰动区(p<0.05);三次采动裂缝区土壤全氮、碱解氮、全磷含量与未扰动区差异不显著(p>0.05),0—10 cm土层土壤有效磷、有机质含量分别为9.97 mg/kg,13.18 g/kg,显著高于其他区域(p<0.05)。(3)三次重复采动显著增强了裂缝区土壤物理性质、土壤养分含量与土壤含水量之间的负相关性(p<0.05)。[结论]多煤层重复采动下地表裂缝导致土壤理化性质空间异质性增强,但作用方向、作用程度与采动次数之间无相关性。 展开更多
关键词 地表裂缝 土壤理化性质 多煤层 重复采动 生态脆弱矿区
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煤矿安全监控系统研究现状与展望 被引量:3
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作者 邓飞 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期14-19,29,共7页
回顾了我国煤矿安全监控系统的发展历程,系统地阐述了现有安全监控系统感知、传输与应用软件相关关键技术的研究进展。针对煤矿安全生产新需求和技术发展趋势,提出了新一代云边端煤矿安全数智化监控系统架构,该架构明确了系统端侧应具... 回顾了我国煤矿安全监控系统的发展历程,系统地阐述了现有安全监控系统感知、传输与应用软件相关关键技术的研究进展。针对煤矿安全生产新需求和技术发展趋势,提出了新一代云边端煤矿安全数智化监控系统架构,该架构明确了系统端侧应具备多模精准感知,边缘侧实现区域风险就地判识与管控,云端负责全矿井智能监测预警。探讨了灾害数字孪生、面域化全息感知、全IP传感网构建、多模态学习、同步仿真、风险分析与处置等关键技术的发展方向,为煤矿安全智能化水平的提升提供了新思路。 展开更多
关键词 煤矿 安全监控系统 全息感知 数字孪生 灾害模拟 多模态学习 隐患风险判识
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北方防沙带干旱半干旱露天矿区水资源保护利用关键技术与途径
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作者 方杰 徐智敏 +4 位作者 程伟 逯梓晗 赵勇强 朱宇豪 陈天赐 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期12-26,共15页
【背景】我国北方防沙带主要位于新疆、内蒙古、宁夏以及甘肃等干旱半干旱地区,该区降雨稀少、蒸发量大,导致水资源短缺、生态环境脆弱。近年来,随着该区域露天矿的规模化开发,开采扰动愈发强烈,区域地下水位下降、生态环境矛盾等问题... 【背景】我国北方防沙带主要位于新疆、内蒙古、宁夏以及甘肃等干旱半干旱地区,该区降雨稀少、蒸发量大,导致水资源短缺、生态环境脆弱。近年来,随着该区域露天矿的规模化开发,开采扰动愈发强烈,区域地下水位下降、生态环境矛盾等问题日益突出,亟需创建露天矿区水资源保护技术体系,以突破煤炭开发与水资源保护相协调的技术难题。【方法和结果】以北方防沙带为研究区、北方防沙带露天煤矿为研究主体,查明区域内露天矿分布情况,揭示典型蒙东、蒙西、疆北区的露天矿区降水量、蒸发量、含水介质、涌水量、水质等区域性水文地质特征;研发了地表水、地下水、大气凝结水及矿坑水的多水源保护关键技术,形成以矿坑水资源“地表蓄水池-第四系含水层回灌-地下水库”多级储水模式、地表水截蓄、大气凝结水高效捕获利用、帷幕注浆为主的地下水源头控制与露天矿区人工重构生态含水层等为核心的露天矿区水资源立体保护技术;研究了矿坑水的高悬浮物处理技术、低成本规模化处理技术以及新型露天矿区生态精准灌溉技术。【结论】创建立体式、低成本、高效率、规模化、可复制的北方防沙带露天煤矿水资源保护与处理利用模式,形成主动、系统的地上/下水资源保、储、用技术集成体系,解决北方防沙带干旱少雨条件为主的矿区生态修复难题,为北方防沙带生态保护与修复提供水资源保障,对服务国家能源安全与生态文明建设等国家战略具有重要意义。 展开更多
关键词 露天开采 多级储水 立体保护技术 水资源利用 矿坑水处理 灌溉利用 北方防沙带
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煤矿灾害“云边端”一体化智能精准管控技术体系研究
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作者 刘玉冰 李怡腾 +6 位作者 李忠辉 殷山 景超 李凯 李振兴 赵胜磊 刘承飞 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期105-112,164,共9页
构建煤矿灾害智能化精准管控体系有助于提高事故预测预警准确度,实现智能化风险研判。现有研究大多聚焦单一灾害进行监测预警技术或算法优化,缺乏多灾害监测预警协同机制和事故应急联动下的避灾路径规划,且数据传输时延大,管控效率较低... 构建煤矿灾害智能化精准管控体系有助于提高事故预测预警准确度,实现智能化风险研判。现有研究大多聚焦单一灾害进行监测预警技术或算法优化,缺乏多灾害监测预警协同机制和事故应急联动下的避灾路径规划,且数据传输时延大,管控效率较低。提出了一种煤矿灾害“云边端”一体化智能精准管控技术体系,介绍了该体系架构和监控预警数据流转与交互机制,从数据精准感知、边缘计算、云平台3个角度重点分析了该体系的关键技术,包括:在端侧,研发瓦斯、火灾、粉尘、顶板等多灾害智能传感器,构建基于IPv6的5G+4G+WiFi6的高速低时延通信网络,优化感知设备及联动控制装备部署方案;在边侧,建立基于深度学习AdaTT模型的煤矿重大灾害数据融合分析模型,研发矿用AI视频分析设备以实现安全隐患图像识别,开发基于边缘计算驱动的煤矿工作面协同管控技术;在云侧,采用数字孪生技术实现可视化推演,基于Delphi理论和深度学习模型实现煤矿重大灾害安全态势分析,设计灾害环境下的路径时变网络路径规划算法。基于该技术体系开发了煤矿灾害融合监控预警与管控数字化决策平台,并在平顶山天安煤业股份有限公司十二矿成功应用,显著提高了多灾种风险分析决策效率与智能管控水平。 展开更多
关键词 煤矿灾害 瓦斯灾害 矿井火灾 粉尘灾害 顶板灾害 多灾害管控 云边端协同
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寺河东五盘区煤与煤层气共采技术与应用
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作者 李国富 季长江 +4 位作者 李军军 张江华 唐杰 赵晋斌 邵显华 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期291-303,共13页
高瓦斯矿井煤层含气量大,单纯的井下瓦斯抽采受时间及空间制约,导致井下抽采效果受限。同时,由于井下通常仅依靠钻孔进行负压抽采,煤层增透手段和改造方式缺乏,导致抽采不充分,煤层含气量总体降幅小,无法快速实现工作面消突、达到保障... 高瓦斯矿井煤层含气量大,单纯的井下瓦斯抽采受时间及空间制约,导致井下抽采效果受限。同时,由于井下通常仅依靠钻孔进行负压抽采,煤层增透手段和改造方式缺乏,导致抽采不充分,煤层含气量总体降幅小,无法快速实现工作面消突、达到保障矿井安全生产的要求。运用油气开发技术在地面进行煤层气抽采,煤层增透措施不受空间限制,可采用多种手段进行煤层改造,提升储层渗透性。同时,根据采掘规划,在地面超前布置煤层气抽采工程,对煤层进行长时间超前预抽,可减少井下瓦斯抽采工程量,缩短井下瓦斯抽采和达标时间,保障矿井安全生产。为大幅降低高瓦斯煤层含气量,提升煤炭开采效率与安全生产水平,针对寺河矿东五盘区煤层气地质特征,结合盘区采掘衔接规划,开展相适应的煤层气地面与井下抽采技术与工艺研究,探索高瓦斯矿井的煤与煤层气高效协调开发。采用理论分析与现场测试相结合的方式,对东五盘区开展多种煤层气地面与井下抽采尝试,综合降低煤层含气量。并通过地面抽采效果检验井,评价东五盘区煤层气抽采实际效果。经过近20 a的井上下连续抽采,东五盘区规划区3号煤层剩余含气量降到8 m^(3)/t以下,平均降幅在50%以上;准备区抽采达标时间缩短了15%以上,保障了矿井高产高效;生产区井下精准抽采甲烷浓度提高5%以上,工作面抽采率提高5%以上,确保井下高效抽采。东五盘区地面大规模超前预抽已基本实现高瓦斯煤层的低瓦斯采掘。煤与煤层气共采既通过地面超前预抽大幅度降低了煤层含气量、增加了煤层气产量,又通过井下精准抽采填补了地面抽采盲区,实现了煤层气抽采的全覆盖,节约了井下瓦斯抽采成本。寺河矿东五盘区煤与煤层气共采的成功实施,不仅有效保障了高瓦斯煤层的低瓦斯开采,也大幅度降低了甲烷排空污染大气环境,同时还促进了沁南煤层气产业基地的建设,为其他高瓦斯矿井的煤与煤层气共采提供了参考与借鉴,对煤与煤层气共采技术的推广具有重要的意义。 展开更多
关键词 煤与煤层气共采 寺河矿 东五盘区 抽采效果评价 井上下联合抽采
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西部地区矿井多能互补热电协同供能系统配置优化 被引量:1
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作者 王龙飞 王帅 +4 位作者 李庆 李瑞华 武进 向轶 邴喆 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2739-2751,共13页
随着“双碳”目标的深入推进,利用可再生能源资源降低煤炭开采过程的碳排放成为重要发展趋势,而矿井供能采用可再生能源面临着资源禀赋条件复杂、可再生能源波动、能源利用技术多样、用能负荷需求多变等多重问题。为实现对煤矿不同供给... 随着“双碳”目标的深入推进,利用可再生能源资源降低煤炭开采过程的碳排放成为重要发展趋势,而矿井供能采用可再生能源面临着资源禀赋条件复杂、可再生能源波动、能源利用技术多样、用能负荷需求多变等多重问题。为实现对煤矿不同供给需求边界条件下的定制化开发,以西部地区年产8 Mt纳林河2号矿井热电供能系统为研究对象,提出了结合可再生能源及煤矿伴生资源的矿井多能互补热电供能系统与配置优化方法。该系统利用光伏、风电、热泵、储能等能源生产转换储存设备在可行边界条件下实现能量生产转化与平移,实现煤矿电能与热能互补互济与能源共享。通过分析矿井热电等能源需求及矿区太阳能、风能和伴生资源的源荷特征,在气象条件、分时电价、设备容量等边界约束下,采用供能总成本最低的方式满足矿井热能与电能的实时需求。基于负荷数据、设备模型、优化算法构建了多能互补热电协同供能模型,并提出了基于经济性、能效性、环保性、安全可靠性多维度评价指标体系,对该系统进行了研究分析与评价。结果表明:多能互补热电协同供能系统能够实现矿井供能系统的清洁低碳热电协同供能,有效降低对化石燃料的依赖,以年产8 Mt纳林河2号矿井为例,采用多能互补热电协同供能系统可大幅降低能源采购成本,系统运行总费用可降低50%以上,系统绿色能源占比可提高到65%以上,实现80%以上可再生能源发电量自发自用,每年可以减少二氧化碳排放45%以上。 展开更多
关键词 碳中和 煤矿 多能互补 余热利用 规划配置 低碳环保
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基于工业互联网平台的煤矿跨系统统一数据服务研究与应用 被引量:1
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作者 弯茂全 李昊 王浩 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期96-104,共9页
目前工业互联网平台在煤矿应用中存在无法充分发挥数据的价值,数据在不同系统间的流通受限制,在处理跨系统数据交互时,不同子系统之间缺乏统一的权限管理机制,增加了数据被篡改和非授权访问的风险等问题。基于工业互联网平台提出了一种... 目前工业互联网平台在煤矿应用中存在无法充分发挥数据的价值,数据在不同系统间的流通受限制,在处理跨系统数据交互时,不同子系统之间缺乏统一的权限管理机制,增加了数据被篡改和非授权访问的风险等问题。基于工业互联网平台提出了一种煤矿跨系统统一数据服务体系。通过涵盖监测监控级、生产管理级与运营管理级5层跨系统数据模型(主题域分组-主题域-业务对象-逻辑实体-属性),构建“接口层-服务层-存储层”协同架构,集成协议动态适配引擎、容器化微服务部署及低代码接口配置工具,设计动态分级鉴权机制和全链路行为监控体系,实现多源异构数据的标准化接入、安全流转与精准交互。测试结果表明,与传统的分布式接口模式相比,基于工业互联网平台的煤矿跨系统统一数据服务体系的数据平均响应时间从270 ms优化至148 ms,数据加工准确率提升至99.57%。实际应用结果表明,在持续12000 h的运行中,服务可用性达到99.6%,数据一致性误差低于0.1%。 展开更多
关键词 工业互联网平台 煤矿跨系统统一数据服务 多源异构数据 统一数据交互规则 容器化微服务
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基于改进YOLOv8n的井下人员多目标检测
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作者 问永忠 贾澎涛 +2 位作者 夏敏高 张龙刚 王伟峰 《工矿自动化》 北大核心 2025年第1期31-37,77,共8页
针对井下危险区域人员监测视频存在光照不均匀、目标尺度不一致、遮挡等复杂情况,基于YOLOv8n网络结构,提出一种改进的井下人员多目标检测算法—YOLOv8n-MSMLAS。该算法对YOLOv8n的Neck层进行改进,添加多尺度空间增强注意力机制(MultiSE... 针对井下危险区域人员监测视频存在光照不均匀、目标尺度不一致、遮挡等复杂情况,基于YOLOv8n网络结构,提出一种改进的井下人员多目标检测算法—YOLOv8n-MSMLAS。该算法对YOLOv8n的Neck层进行改进,添加多尺度空间增强注意力机制(MultiSEAM),以增强对遮挡目标的检测性能;在C2f模块中引入混合局部通道注意力(MLCA)机制,构建C2f-MLCA模块,以融合局部和全局特征信息,提高特征表达能力;在Head层检测头中嵌入自适应空间特征融合(ASFF)模块,以增强对小尺度目标的检测性能。实验结果表明:(1)与Faster R-CNN,SSD,RT-DETR,YOLOv5s,YOLOv7等主流模型相比,YOLOv8n-MSMLAS综合性能表现最佳,mAP@0.5和mAP@0.5:0.95分别达到93.4%和60.1%,FPS为80.0帧/s,参数量为5.80×106个,较好平衡了模型的检测精度和复杂度。(2)YOLOv8n-MSMLAS在光照不均、目标尺度不一致、遮挡等条件下表现出较好的检测性能,适用于现场检测。 展开更多
关键词 煤矿井下危险区域 井下人员多目标检测 YOLOv8n 多尺度空间增强注意力机制 自适应空间特征融合 轻量化混合局部通道注意力机制
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