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Mechanism,prevention,and control of mining-induced dynamic disasters in underground metal mines in China:Challenges and solutions 被引量:2
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作者 LI Peng CAI Mei-feng +3 位作者 MIAO Sheng-jun REN Fen-hua GORJIAN Mostafa PENG Chao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期2549-2606,共58页
Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological ... Metal mineral resources play an indispensable role in the development of the national economy.Dynamic disasters in underground metal mines seriously threaten mining safety,which are major scientific and technological problems to be solved urgently.In this article,the occurrence status and grand challenges of some typical dynamic disasters involving roof falling,spalling,collapse,large deformation,rockburst,surface subsidence,and water inrush in metal mines in China are systematically presented,the characteristics of mining-induced dynamic disasters are analyzed,the examples of dynamic disasters occurring in some metal mines in China are summarized,the occurrence mechanism,monitoring and early warning methods,and prevention and control techniques of these disasters are highlighted,and some new opinions,suggestions,and solutions are proposed simultaneously.Moreover,some shortcomings in current disaster research are pointed out,and the direction of efforts to improve the prevention and control level of dynamic disasters in China’s metal mines in the future is prospected.The integration of forward-looking key innovative theories and technologies in the abovementioned aspects will greatly enhance the cognitive level of disaster prevention and mitigation in China’s metal mining industry and achieve a significant shift from passive disaster relief to active disaster prevention. 展开更多
关键词 underground metal mines dynamic disasters MECHANISM monitoring and early warning prevention and control
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Characteristics of rockburst and its mining technology in mines 被引量:5
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作者 吴爱祥 孙业志 +2 位作者 Gour Sen 沈慧明 杨保华 《Journal of Central South University of Technology》 2002年第4期255-259,共5页
In order to resolve how to mine under the condition of high stress with rockburst, this paper analyzes the law of rockburst, and considers that most of the rockbursts occur in the high stress area of stope. A method o... In order to resolve how to mine under the condition of high stress with rockburst, this paper analyzes the law of rockburst, and considers that most of the rockbursts occur in the high stress area of stope. A method of rockburst forecast and its steps are given, and three different stages of rockburst are identified. Furthermore, this paper considers that blasting energy can effectively control rockburst by changing the characteristics of rock mass, which decreases the probability of rockburst happening. According to characteristics of rockburst, two feasible mining techniques under rockburst conditions are put forward, that is stoping and filling method, and sublevel caving method of mining without any sills in hanging wall. 展开更多
关键词 ROCKBURST ROCKBURST FORECAST ROCKBURST control mining method
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Geotechnical characterization of red shale and its indication for ground control in deep underground mining 被引量:6
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作者 WANG Dong-yi LI Xi-bing +3 位作者 PENG Kang MA Chun-de ZHANG Zhen-yu LIU Xiao-qian 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第12期2979-2991,共13页
Geotechnical properties of red shale encountered in deep underground mining were characterized on both laboratory and field scale to reveal its unfavorably in geoenvironment.Its constituents,microstructure,strength pr... Geotechnical properties of red shale encountered in deep underground mining were characterized on both laboratory and field scale to reveal its unfavorably in geoenvironment.Its constituents,microstructure,strength properties and water-weakening properties were investigated.In situ stress environment and mining-induced fractured damage zone after excavation were studied to reveal the instability mechanism.The results show that red shale contains swelling and loose clayey minerals as interstitial filling material,producing low shear strength of microstructure and making it vulnerable to water.Macroscopically,a U-shaped curve of uniaxial compressive strength(UCS)exists with the increase of the angle between macro weakness plane and the horizon.However,its tensile strength reduced monotonically with this angle.While immersed in water for72h,its UCS reduced by91.9%comparing to the natural state.Field sonic tests reveal that an asymmetrical geometrical profile of fractured damage zone of gateroad was identified due to geological bedding plane and detailed gateroad layout with regards to the direction of major principle stress.Therefore,red shale is a kind of engineering soft rock.For ground control in underground mining or similar applications,water inflow within several hours of excavation must strictly be prevented and energy adsorbing rock bolt is recommended,especially in large deformation part of gateroad. 展开更多
关键词 red shale soft rock deep mining geotechnical characterization ground control
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Passive seismic velocity tomography on longwall mining panel based on simultaneous iterative reconstructive technique (SIRT) 被引量:14
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作者 N.Hosseini K.Oraee +1 位作者 K.Shahriar K.Goshtasbi 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第8期2297-2306,共10页
Mining operation, especially underground coal mining, always has the remarkable risks of ground control. Passive seismic velocity tomography based on simultaneous iterative reconstructive technique (SIRT) inversion ... Mining operation, especially underground coal mining, always has the remarkable risks of ground control. Passive seismic velocity tomography based on simultaneous iterative reconstructive technique (SIRT) inversion is used to deduce the stress redistribution around the longwall mining panel. The mining-induced microseismic events were recorded by mounting an array of receivers on the surface, above the active panel. After processing and filtering the seismic data, the three-dimensional tomography images of the p-wave velocity variations by SIRT passive seismic velocity tomography were provided. To display the velocity changes on coal seam level and subsequently to infer the stress redistribution, these three-dimensional tomograms into the coal seam level were sliced. In addition, the boundary element method (BEM) was used to simulate the stress redistribution. The results show that the inferred stresses from the passive seismic tomograms are conformed to numerical models and theoretical concept of the stress redistribution around the longwall panel. In velocity tomograms, the main zones of the stress redistribution arotmd the panel, including front and side abutment pressures, and gob stress are obvious and also the movement of stress zones along the face advancement is evident. Moreover, the effect of the advance rate of the face on the stress redistribution is demonstrated in tomography images. The research result proves that the SIRT passive seismic velocity tomography has an ultimate potential for monitoring the changes of stress redistribution around the longwall mining panel continuously and subsequently to improve safety of mining operations. 展开更多
关键词 longwall mining passive seismic velocity tomography simultaneous iterative reconstructive technique (SIRT) boundary element method stress redistribution ground control
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A novel explosion-proof walking system: Twin dual-motor drive tracked units for coal mine rescue robots 被引量:2
5
作者 李雨潭 朱华 +1 位作者 李猛钢 李鹏 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第10期2570-2577,共8页
A new explosion-proof walking system was designed for the coal mine rescue robot(CMRR) by optimizing the mechanical structure and control algorithm. The mechanical structure innovation lies mainly in the dual-motor dr... A new explosion-proof walking system was designed for the coal mine rescue robot(CMRR) by optimizing the mechanical structure and control algorithm. The mechanical structure innovation lies mainly in the dual-motor drive tracked unit used, which showed high dynamic performance compared with the conventional tracked unit. The control algorithm, developed based on decision trees and neural networking, facilitates autonomous switching between "Velocity-driven Mode" and "Torquedriven Mode". To verify the feasibility and effectiveness of the control strategy, we built a self-designed test platform and used it to debug the control program; we then made a robot prototype and conducted further experiments on single-step, ramp, and rubble terrains. The results show that the proposed walking system has excellent dynamic performance and the control strategy is very efficient, suggesting that a robot with this type of explosion-proof walking system can be successfully applied in Chinese coal mines. 展开更多
关键词 coal mine rescue robot tracked walking system EXPLOSION-PROOF control strategy
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高级智能化煤矿建设发展思考 被引量:2
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作者 毛善君 陈华州 +10 位作者 刘海滨 景超 张弘 张鹏鹏 张磊 樊迎博 孙峰 李中州 吴叶明 贾瑞杰 李祥 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期165-180,共16页
目前煤矿智能化建设已经取得了阶段性重大应用成果,但仍处于初级或中级智能化水平,存在系统性和实用性等问题,智能化矿山建设步入深水区,高级智能化矿井建设势在必行。在分析智能化煤矿建设存在问题的基础上,结合科学采矿、工业物联网... 目前煤矿智能化建设已经取得了阶段性重大应用成果,但仍处于初级或中级智能化水平,存在系统性和实用性等问题,智能化矿山建设步入深水区,高级智能化矿井建设势在必行。在分析智能化煤矿建设存在问题的基础上,结合科学采矿、工业物联网、时空智能、大数据分析、智能制造和工业控制等技术,详细阐述了高级智能化矿井建设“六体系、六化、两模式或平台、六链流”的“6626工程”,并对高级智能化矿井建设分类、建设思路、经济与社会效益和相关关键技术进行了论述。“六体系”包括标准体系、技术体系、装备体系、管理体系、培训体系和服务体系;“六化”包括装备智能化、地测透明化、分析在线化、控制协同化、智能系统化、生产绿色化;“两模式”包括基于透明化地测保障的智能化协同管控平台及应用系统和基于精确时空信息的矿井采掘工作面少人或无人自适应截割协同管控平台及应用系统;“六链流”包括煤链流、电链流、风链流、水链流、物链流和绿色循环经济链流。高级智能化矿井建设的“6626工程”为智能化煤矿建设成功涉过深水区和可持续发展提供一种可行的路径和技术支撑。 展开更多
关键词 高级智能化矿井 “6626工程” 协同管控平台 时空智能 科学采矿
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我国不同类别煤层底板水害致灾机理与防控远景导向 被引量:10
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作者 曾一凡 朱慧聪 +9 位作者 武强 王厚柱 傅先杰 王铁记 王玺瑞 樊九林 胡荣杰 才向军 阚雪冬 高生保 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1073-1099,共27页
我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导... 我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导致煤层底板水害宏观动力学表象威胁性显著提升,成为我国煤炭资源高质量转型发展的内生阻力。为全方位掌握我国煤层底板水害发展形势,探讨未来基于新技术开展防控作业的重点攻关方向,从时间、空间、突水量等多维视角下全方位展示了近年来我国煤层底板水害动态演变趋势,对类型进行了“总−分”式细划,并通过建立地质力学模型探讨了我国煤层底板水害力学互馈响应机制,基于灾害宏观表象等揭示了其内生致灾机理,指出了防控技术理念的新发展路径和远景导向。研究发现:统计分析了我国煤层底板水害多维视角下的演变规律和特征,探讨建立了我国煤层底板水害主体架构,依据事故核心致因体系及宏观致灾表象等将煤层底板水害划分为岩溶陷落柱突水、断层活化突水及裂隙导升(复合)灰岩水突涌3大类,进一步细化为全路径贯通增量导升型突水(岩溶陷落柱)、贯穿煤层型突水(断层)、单层随采卸荷直接型突水(裂隙)等12个子类,并针对性的独立分析了3个大类煤层底板水害地理空间分布规律;分析了地应力和承压水水压对岩溶陷落柱突水过程承压水导升路径异化发育作用机制,提出了覆岩顶板动/静载扰动诱发底板岩溶陷落柱突水模式,阐明了其力学启动条件及致灾机理;建立了煤层底板断层宏细观地质力学构造概化模型,基于诱发断层活化突水的核心致灾诱因识别并建立了不同类别煤层底板断层活化突水力学判据;以裂隙为基础单元,“由1至n”式建立了单一层位和复合层位承压含水层诱发裂隙型导升(复合)灰岩水突涌的临界判别条件,揭示了该类型底板水害全过程致灾机理;在总结现行煤层底板水害探查、预测及控制技术理念基础上,结合前沿发展方向,指出并建议在煤层底板本底地质基因的全生命周期采动诱变特征三维动态重构、适用于时空分异动态地质环境的煤层底板突水预测预报理念升级、低扰动强干预的随采随治保/控水互馈注浆治理技术应用、修复后地质生态系统长效监控诊断诊疗平台建立等方面展开攻关,构建煤层底板水害全时空防控大体系,紧跟新质生产力大背景下全煤行业新业态发展步伐。 展开更多
关键词 矿井水防治 底板水害 岩溶陷落柱 断层 致灾机理
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岩层控制的全柱状学术思想与实践 被引量:4
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作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页
岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多
关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采
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深部高突煤层典型特征、诱突机制及防治对策 被引量:8
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作者 林柏泉 杨威 刘统 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期311-325,共15页
我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤... 我国煤炭开采已逐渐进入深部,随着采深的不断增加,煤层的突出风险显著升高,突出发生的频率和强度均明显增大,给深部煤炭资源的安全高效开发带来巨大挑战。首先剖析了深部不同深度下煤层开采面临的复杂应力环境,并系统研究了深部高突煤层的典型特性,阐明了深部开采诱突机制,最后提出了深部开采突出灾害防治的对策建议。结果表明:对突出煤层开采而言,深部没有一个固定深度值,而是应力、瓦斯压力和煤体强度等因素综合影响下煤层所表现出的非线性力学状态。深部煤层应力高,采动煤体呈强塑性破坏;突出煤的孔隙率低且连通性差、高应力下煤层渗透率极低;高压瓦斯高饱和赋存、低压吸附能力强;煤的基质尺度大且通达性差、瓦斯跨尺度运移难;深部煤层最大水平主应力增大,强构造应力作用下构造煤破碎程度高,在构造应力集中带内形成高压瓦斯包,导致突出风险激增。当深部开采工作面前方遇到构造软煤时,工作面附近硬煤内更容易形成强应力集中,对构造软煤内高压瓦斯的封闭作用显著增强,造成工作面前方瓦斯压力高、梯度大,煤体内的瓦斯膨胀能显著高于浅部;同时高应力下工作面前方煤体更容易发生强塑性流变破坏,诱发变形能的猛烈释放。构造煤煤体发生大变形损伤,孔裂隙空间增大;基质尺度急剧减小,被封闭的大量瓦斯快速解吸。二者共同造成游离瓦斯存储空间和压力的同步迅速增大,引发游离瓦斯膨胀能的迅速升高,当瓦斯膨胀能高于突出阈值时,大量瓦斯将破碎并抛出煤体,导致突出事故发生。基于此提出深部突出灾害防治应通过合理化采掘布置,从整体上降低采掘过程中的局部应力集中;通过超前探测准确获取煤层隐蔽构造、煤岩力学参数以及瓦斯参数等关键信息,超前识别突出风险进而施行精准防控;强调了要通过深度卸压充分释放应力,降低煤层应力集中,提高煤层渗透率,同时诱导大量低压吸附瓦斯脱附解吸,通过强力造缝增透减小基质尺度并活化基质孔隙,加速瓦斯运移如有必要采用物理化学联合增透方法,构建基质孔隙-裂隙跨尺度流动通道,提高瓦斯抽采效果,充分降低煤层气含量,最终达到超前、精准和均匀消突的目的,实现深部煤层安全高效开采。 展开更多
关键词 深部开采 突出煤层 高应力 诱突机制 突出防控
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深部金属矿异构环境爆破开采诱发岩体动力灾害防控 被引量:4
10
作者 周子龙 王少锋 +2 位作者 蔡鑫 黄英华 赵聪聪 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第1期306-322,共17页
战略性矿产资源为国民生产和国防建设提供重要物质基础,其供给保障直接关系国计民生与国家安全。地下金属矿山作为战略性金属矿产资源供给的主阵地,快速向深部延伸。深部金属矿山多采场多中段作业在地下形成了结构不连续、材料非均质、... 战略性矿产资源为国民生产和国防建设提供重要物质基础,其供给保障直接关系国计民生与国家安全。地下金属矿山作为战略性金属矿产资源供给的主阵地,快速向深部延伸。深部金属矿山多采场多中段作业在地下形成了结构不连续、材料非均质、应力非均匀的复杂异构环境。在这种环境下,爆破等开采扰动极易诱发岩体失稳进而引发岩爆、大规模坍塌等动力灾害,严重制约深部金属矿山安全高效可持续开发。因此,针对深部金属矿山存在的变异应力场、复杂岩体结构、强动力扰动等特点,亟需开展深部金属矿异构环境开采诱发岩体动力灾害防控理论与技术研究,获得异构环境下动力扰动诱发高应力岩体动态失稳规律,阐明深部异构环境下关键结构体的应力变化、动态损伤、裂纹扩展和能量耗散特性,揭示爆破应力波诱发深部异构区域高储能岩体灾变机制,构建以动静能量为指标的爆破诱发深部高储能岩体动力灾害判据,提出异构环境改良调控和高储能岩体精细化爆破主导有序破裂控制的深部金属矿复杂异构环境岩体动力灾害综合防控新模式,为深部金属矿山安全高效开采和灾害防控提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 深部金属矿 异构环境 爆破 岩体动力灾害 灾害防控
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矿山顶板灾害地声监测预警与防控 被引量:2
11
作者 董陇军 郝晨良 +4 位作者 孙道元 张义涵 闫先航 王加闯 裴重伟 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期1-27,共27页
随着矿山开采深度的不断增加,顶板稳定性问题及失稳灾害风险增大,对矿山顶板健康状态的诊断、监测预警和灾害防控显得尤为重要。系统总结了团队多年来的研究成果及进展,建立了采矿活动引起的多类多震源全自动识别理论,提出了多中段、多... 随着矿山开采深度的不断增加,顶板稳定性问题及失稳灾害风险增大,对矿山顶板健康状态的诊断、监测预警和灾害防控显得尤为重要。系统总结了团队多年来的研究成果及进展,建立了采矿活动引起的多类多震源全自动识别理论,提出了多中段、多采场复杂开采环境中无需预先测速的震源定位理论与方法,建立了变“噪”为“用”的波速场反演快速成像方法,自主研发了地声智能感知监测传感器、采集仪与数据动态处理系统,开发了协同数据感知-信息处理-智能预警为一体的地声智能感知与微震监测全套技术装备。在此基础上,建立了矿山顶板岩体失稳的多指标联合预警理论与方法,构建了基于岩体损伤与围岩体动态响应的分区支护防控方法,相关技术与装备在国内20余个矿山进行了应用,多次成功预警了矿山顶板垮塌等灾害,为设备与人员快速安全撤离争取了宝贵时间。研究成果提升了顶板健康监测与失稳灾害防控的整体效能,为深部矿山的安全高效开采提供了理论支撑和技术手段。 展开更多
关键词 矿山 顶板灾害 地声监测 监测预警 灾害防控
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煤矿软岩泥化巷道梯级强化控制原理与技术 被引量:1
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作者 李桂臣 郝浩然 +4 位作者 孙元田 李菁华 杨森 邵泽宇 沃小芳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期810-823,共14页
煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质... 煤系沉积岩层普遍泥性显著、富水性强、岩性软弱,软岩泥化巷道围岩稳定控制难题日益突显。以淮北矿区典型软岩泥化巷道为工程背景,根据工程地质条件调研与实测,分析了黏土矿物成分与宏细观破坏特征,明确了富水环境和应力环境是诱发泥质巷道变形破坏的重要因素,围岩泥化失稳体现为泥质岩体水化作用、锚固结构承载失效、围岩泥态垮冒渐进破坏模式,实现应力−渗水耦合作用下巷道围岩承载结构稳定控制起到决定性作用;在此基础上提出了软岩泥化巷道梯级强化控制原理,即在保障“支护−围岩”相互作用关系中高预紧力、高刚度、高强度锚杆(索)支护承载闭环结构的前提下,根据泥岩水化程度判断工程失稳控制方法,形成了锚注一体泥质围岩性质改良、旋喷注浆浅表桩群结构强化、逐层锚喷泥化岩体强力置换3项重要技术路径;于芦岭煤矿西轨大巷应用了自主研发的矿用新型多钢绞线组合中空注浆锚索束进行底鼓治理,首次在涡北煤矿8204机巷开展了井下高压旋喷注浆工程实践,采用了人工构筑岩体强力置换泥态围岩的方式解决了朱仙庄矿Ⅱ水平第二皮带大巷泥化围岩失稳难题,巷道围岩变形量、支护围岩成型情况与钻孔窥视结果表明,研究成果较好地解决了软岩泥化巷道控制问题,多层次强化了泥质巷道围岩承载能力,保障了围岩长期安全稳定,为软岩泥化巷道围岩控制提供了有效的科学控制理念与技术支撑。 展开更多
关键词 软岩 泥化 梯级强化 围岩控制 煤矿巷道
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煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术 被引量:4
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作者 张强 张吉雄 +5 位作者 宗庭成 杨康 金子山 吕浩南 白雨 邓攀博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1376-1392,共17页
固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义... 固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义了煤矿固体智能充填支护机器人的概念并设计了其系统构成,揭示了其工序自驱作业机制与运行逻辑;构建了煤矿固体智能充填支护机器人全工况状态感知、运动学建模与控制方法;构建了全类别参数指标集,形成了全类别参数感知方法;对全工况场景类别进行了划分,建立了位姿精确表征与实时输出方法;形成了全工况场景运行状态判别与机械臂组自调控方法;构建了煤矿固体智能充填支护机器人虚拟样机仿真试验平台,设置了“俯采仰充”“水平采充”“仰采俯充”3种工况进行工序自驱仿真,仿真测试结果表明:充填支护机器人可精准判别干涉并解算出调控目标参数,系统整体运行及工序自驱执行等智能功能得到验证。针对煤矿固体智能充填支护机器人研发面临的关键科学问题,初步构建了煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术的研究框架、研发思路与技术路线,为深度升级充填开采技术、研发我国完全独立自主知识产权的煤矿固体智能充填支护机器人装备产品提供理论及技术支撑。 展开更多
关键词 充填支护机器人 位姿表征 自主调控 工序自驱作业 联合仿真 固体充填开采技术
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矿用电机车双电机同步控制方法研究 被引量:1
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作者 冯高明 周庆凯 谭兴国 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期128-137,共10页
目的为解决采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的双电机牵引矿用电机车运行时同步性能和抗干扰能力差的问题,方法提出一种新型积分滑模控制与改进交叉耦合控制相结合的双电机同步控制方法。首先,设计采用新型... 目的为解决采用永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的双电机牵引矿用电机车运行时同步性能和抗干扰能力差的问题,方法提出一种新型积分滑模控制与改进交叉耦合控制相结合的双电机同步控制方法。首先,设计采用新型趋近率的积分滑模控制器,使系统具有良好的调速性能,并有效抑制滑模控制的抖振现象;其次,设计滑模扰动观测器,对电机受到的外部扰动进行观测和补偿,从而提高系统的抗干扰性能;然后,将传统交叉耦合控制结构中的耦合系数改进为自适应系数,以缓解稳态性能与暂态补偿效果相互矛盾的问题;最后,将新型积分滑模控制和改进的交叉耦合控制结构相结合,搭建矿用电机车双电机同步控制系统的仿真模型,通过仿真实验模拟矿用电机车运行时可能遇到的突发情况,以验证双电机同步控制方法的有效性。结果结果表明,系统在遭受外部负载扰动时电机转速变化较小,且系统对两台电机的参数差异不敏感,具有很好的抗干扰性和鲁棒性。在各种突发情况下,所提出的双电机同步控制方法均能使系统保持较好的同步性能。结论基于新型积分滑模控制和改进交叉耦合控制相结合的矿用电机车双电机同步控制方法具有良好的同步性能和抗干扰能力,对矿用电机车双电机同步控制系统优化具有重要意义。 展开更多
关键词 矿用电机车 双电机同步控制 交叉耦合控制 积分滑模控制 扰动观测器
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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术 被引量:3
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作者 刘泉声 刘滨 +14 位作者 唐彬 康永水 卢海峰 朱元广 黄兴 潘玉丛 邓鹏海 孙磊 唐永志 卢兴利 张程远 余宏淦 李培涛 雷一鸣 贾浩男 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期224-244,共21页
随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如... 随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。 展开更多
关键词 煤矿深部巷道 碎胀大变形灾害 灾变机理 控制理论与技术 TBM快速成巷
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露天煤矿边坡雷达变形监测预警与风险管控 被引量:5
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作者 李洪梁 苗朝 田尤 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第6期2293-2300,共8页
露天煤矿边坡作为重大风险源,是矿山安全生产面临的主要挑战之一。以内蒙古自治区乌海市万源露天煤矿为例,在详实调查边坡发育特征的基础上,分析变形破坏模式,开展边坡雷达变形监测,建立预警模型,搭建监测预警平台,实现风险管控。研究... 露天煤矿边坡作为重大风险源,是矿山安全生产面临的主要挑战之一。以内蒙古自治区乌海市万源露天煤矿为例,在详实调查边坡发育特征的基础上,分析变形破坏模式,开展边坡雷达变形监测,建立预警模型,搭建监测预警平台,实现风险管控。研究结果显示,万源露天煤矿边坡涉及反向、横向、顺向岩质采场边坡和排土场土质边坡,其变形破坏模式分别为拉裂-倾倒、楔形体破坏、滑移-弯曲和蠕滑(-拉裂)。在采动、爆破、降雨或不合理堆砌等因素影响下,存在失稳的可能性;在此基础上,为实现边坡无盲区监测,在矿山采场东北和西南侧稳定基岩处各安装边坡雷达一套,将边坡安全等级划分为蓝(<3 mm/h)、黄(3~8 mm/h)、橙(8~15 mm/h)、红(>15 mm/h)4个等级;结合矿山企业组织架构,构建了从边坡雷达变形监测数据-预警模型-预警平台-风险管控的边坡安全管理体系,可为区域煤矿安全生产能力建设提供技术示范。 展开更多
关键词 露天煤矿 边坡 雷达 监测预警 风险管控
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弱胶结巷道围岩全断面锚固支护时机-支护参数综合影响分析
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作者 赵增辉 杜佳泽 +1 位作者 马庆 何睿喆 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期134-144,共11页
针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场... 针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场和位移场的演化规律;探讨了锚杆支护时机对围岩位移控制和锚杆轴力的影响,指出锚杆最佳支护时间;基于锚杆最佳支护时间讨论了锚固密度、锚固长度和锚杆预紧力对围岩位移控制的影响。研究结果表明:巷道开挖后,围岩产生过大的塑性变形是导致巷道破坏的主要原因,对巷道进行锚杆支护时主要控制围岩塑性变形;支护时机对锚固-围岩系统有显著影响,过早支护会导致锚杆轴力过大,增加锚杆破断风险;过晚支护则会导致巷道发生较大变形,影响巷道稳定性。巷道最佳支护时间为围岩应力释放率达到0.80~0.85之间。支护参数优化:提高锚杆支护密度、增大锚杆预紧力对围岩控制效果显著,而增加锚杆长度对围岩位移的约束效果并不明显。因此,对巷道进行锚杆支护时应在确定合理的支护时间的情况下选择短锚杆、高密度和高预紧力的支护方案,确保巷道稳定性和安全性。 展开更多
关键词 绿色矿山 锚杆支护时间 应力释放 全断面锚固 巷道位移控制
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无人驾驶宽体自卸车线控液压转向系统的动态特性分析 被引量:1
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作者 张志峰 马宁 +1 位作者 郑闻豪 姚运仕 《机床与液压》 北大核心 2025年第4期54-61,共8页
智慧矿山建设促使无人驾驶电驱矿车技术逐渐成为研究热点,而转向控制技术的优劣直接决定无人驾驶矿车的行驶稳定性和安全性。为了使全液压转向系统可以在无人驾驶场景下实现主动转向,以国内某135型电驱矿车的全液压转向系统为研究对象,... 智慧矿山建设促使无人驾驶电驱矿车技术逐渐成为研究热点,而转向控制技术的优劣直接决定无人驾驶矿车的行驶稳定性和安全性。为了使全液压转向系统可以在无人驾驶场景下实现主动转向,以国内某135型电驱矿车的全液压转向系统为研究对象,建立线控液压转向系统模型,然后开展AMESim-Adams联合仿真分析和现场测试。结果表明:动态优先阀可以通过输入信号调节流量;转向油缸作为转向系统执行机构,可以快速、准确地完成转向任务;控制系统可以根据输入信号控制转向器的转向和停止,实际转角和输入转角基本吻合。该转向系统模型能够反映样车转向系统的动态特性,可为研究无人驾驶场景下线控转向的性能提供理论依据。 展开更多
关键词 电驱矿车 线控液压转向系统 动态特性 无人驾驶
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曹家滩煤矿10 m超大采高工作面矿压显现规律及强矿压防治技术
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作者 徐刚 张震 +7 位作者 冯彦军 黄志增 曾明胜 刘前进 刘晓刚 蔺星宇 马镕山 李正杰 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第5期88-103,共16页
以曹家滩煤矿122104工作面为背景,基于矿压、位移、微震等多源监测数据,系统揭示了10 m超大采高工作面矿压显现规律与强矿压发生机理,建立了超大采高采场“叠合拱–梁”结构模型,提出了“主动支撑防护+区域卸压弱化+全方位监测预警”三... 以曹家滩煤矿122104工作面为背景,基于矿压、位移、微震等多源监测数据,系统揭示了10 m超大采高工作面矿压显现规律与强矿压发生机理,建立了超大采高采场“叠合拱–梁”结构模型,提出了“主动支撑防护+区域卸压弱化+全方位监测预警”三位一体围岩控制策略。研究结果表明:(1)10 m超大采高工作面覆岩周期破断具有动载强来压、顶板下沉速度快、来压持续距离长、支架安全阀开启率高的强矿压显现特征,工作面顶板周期破断步距10~25 m,周期来压动载系数平均值1.42,支架最大下缩量平.均0.63 m,来压期间液压支架安全阀开启率大于50%的占比达48.1%;来压沿倾向方向呈现区域性聚集特征,分布于距机头75~250 m范围,走向方向呈“大小周期”交替来压特征,大周期来压平均间隔137.5 m;超大采高工作面开采上覆岩层呈叠合“拱–梁”结构,中上部厚硬顶板在采空区后方长距悬顶,导致顶板在工作面前方断裂或在支架后方弯曲下沉,引发工作面强矿压显现。(2)减小周期来压步距和持续距离、降低来压支架动载系数、预防煤壁片帮以及避免液压支架压架,为控制10 m超大采高工作面围岩稳定性的核心要素。(3)液压支架高初撑力特征有效控制了顶板早期下沉,高工作阻力特性缓解了煤壁处承载力,对煤壁大面积片帮及来压期间顶板急速下沉进行了有效抑制,“双层伸缩梁结构配合三级联动护帮装置”,实现了对支架前方顶板无支护区域及超高煤壁防护作业的协调调控,有效克服了原有分体式护帮装置煤壁防护覆盖不足的缺陷。(4)采用5 m^(3)/min大流量水力压裂技术,通过“一场一策”分区参数设计,有效弱化了厚硬顶板,显著降低来压步距与动载系数。(5)利用KJ21矿压实时预警系统,实现了支架工况与顶板破断动态监测。 展开更多
关键词 10 m超大采高 矿压显现 强矿压机理 “支–卸”防治技术 围岩控制
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基于运动姿态感知的综放支架主动控顶空间研究 被引量:1
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作者 曾庆良 雷小万 +3 位作者 孟昭胜 万丽荣 班新亮 胡雨龙 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期645-660,共16页
综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感... 综放支架是综放采场关键支护与主动放煤装置,其主动触支顶煤行为可有效引导顶煤智能有序破碎。为开展支架主动扰控顶煤理论及相关研究,明确综放支架对顶煤的主动触支工作空间,提出一种综放支架各部件相对空间姿态及绝对空间位姿动态感知方法,以期提升综放支架对顶煤碎放过程可控性。首先,借助Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了综放支架空间姿态数学模型,分析得到支架顶梁和放煤机构在各关节节点坐标系与本体坐标系下坐标,明确了综放支架各关键部件之间的相对姿态及运动耦合关系;在此基础上建立了综放工作面全局感知模型并求解得到了支架的绝对空间位姿数据,获得了工作面顶板、底板倾角对综放支架空间支护姿态影响。其次,提出并计算了综放支架顶梁触支空间和放煤机构支护空间分布模型,获得了综放支架对顶煤的主动调控范围,同时使用初值优选的Levenberg-Marquardt(L-M)优化算法探究支架主动触顶姿态的调控方法与立柱的有效驱动行程。最后,搭建了支架姿态数据采集系统,依托山东省菏泽市赵楼煤矿7303综放工作面获取了支架运动过程中真实空间姿态参数数据,对比理论解算数据与传感器实测数据,验证了该空间位姿测量方法的可行性与准确性。结果表明,使用该方法解算的顶梁姿态与传感器测量结果重合率达98.26%,为进一步提高支架的空间位姿感知技术提供了研究思路。 展开更多
关键词 智能综放开采 综放支架 触支空间 顶煤调控 触顶姿态
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