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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用 被引量:1
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作者 王国法 张金虎 +4 位作者 任怀伟 杜毅博 张德生 闫汝瑜 于翔 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期43-64,共22页
总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。 展开更多
关键词 煤矿智能化 煤炭高效开采 数智技术 开采成套装备 超长工作面 超大采高
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浅埋煤层上行开采动压巷道围岩稳定性研究
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作者 程利兴 《中国煤炭》 北大核心 2025年第2期35-44,共10页
针对上行开采条件下巷道围岩稳定性分析及控制难题,以何家塔上组煤上行开采巷道为研究背景,测试了巷道围岩强度与裂隙发育,采用采动影响倍数法和“两带”判别法分析了上行开采的可行性,结合现场实测和数值模拟分析,分析了上行开采巷道... 针对上行开采条件下巷道围岩稳定性分析及控制难题,以何家塔上组煤上行开采巷道为研究背景,测试了巷道围岩强度与裂隙发育,采用采动影响倍数法和“两带”判别法分析了上行开采的可行性,结合现场实测和数值模拟分析,分析了上行开采巷道围岩稳定性。结果表明,采用影响倍数法K最小值为26.17,采用“两带”判别法计算其发育高度最大值为77.22 m,均满足上行开采技术要求;正常回采巷道超前采动影响范围在70.4~90.2 m,超前支承压力峰值位于前方21.7 m,辅运巷滞后工作面期间持续影响时间短,预计上行开采条件下巷道围岩矿压显现不强烈。采用数值模拟计算表明,上行开采条件下巷道仍具有较好的稳定性。提出了何家塔上组煤上行开采条件下巷道围岩控制技术原则,制定了巷道围岩变形控制技术方案,并开展了井下工业试验,取得了较好的应用效果,在监测期内顶底板移近量22 mm,两帮移近量12 mm,随后围岩变形趋于稳定,表明上行开采条件巷道围岩稳定性好,高预应力锚杆支护技术有效控制了巷道围岩变形。 展开更多
关键词 上行开采 围岩稳定性 采动影响倍数法 “两带”判别法 高预应力支护
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我国煤矿开采工作面顶板灾害及防治技术研究现状 被引量:3
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作者 徐刚 张震 +13 位作者 张春会 范志忠 卢振龙 黄志增 陆闯 薛吉胜 王传朋 陈法兵 李岩 刘前进 李正杰 孙晓东 蔺星宇 马镕山 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第5期13-38,共26页
从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤... 从岩层控制理论、监测预警技术及装备、矿压规律及数据分析、防控手段等方面系统地阐述了当前我国煤矿开采工作面顶板灾害方面的研究现状。当前工作面顶板灾害依然是制约我国煤矿安全生产的重要因素,近两年来无论是顶板灾害起数还是伤亡人数,均呈明显上升的趋势,顶板灾害防控依然严峻。在矿压基础理论研究方面,国内科研人员相继提出了“砌体梁”、“传递岩梁”、“组合悬臂梁–铰接岩梁”、“切落体”和“分区支撑理论”等力学结构模型,明确了不同岩层赋存条件下顶板灾害致灾机理;在顶板灾害监测预警方面,我国煤矿已经开始摆脱传统单一的近场矿压监测,逐步向工作面近、远场顶板状态联合实时监测、动态感知、协同预警发展,实现矿压监测系统监测近场支架工作阻力、顶板下沉量、煤体应力等,微震监测系统监测工作面远场上覆岩层顶板断裂位置和能量大小;在矿压规律及数据分析方面,总结了浅埋深、坚硬顶板、非坚硬顶板不同围岩赋存状态下工作面矿压规律,明确了各条件下支架工作阻力的增阻特性;在顶板灾害防治方面,针对不同围岩赋存条件下易发生的顶板灾害类型,形成了相对应的顶板灾害防治技术,针对矿压显现较强烈,容易发生顶板灾害的坚硬顶板矿井,通过顶板深孔爆破、浅孔水力压裂、井下定向区域水力压裂、地面水力压裂等技术,有效地预防了顶板灾害的发生。总体而言,我国工作面顶板灾害防控理论及技术体系仍在不断完善,随着新技术的不断发展和智能化矿井的建设,顶板灾害的智能预警及联动防控将获得更大的发展。 展开更多
关键词 顶板灾害 致灾机理 监测预警 矿压特征 灾害防治
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特厚煤层综放开采合理放煤工艺参数研究 被引量:2
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作者 李正杰 陈万辉 +1 位作者 周鹏 刘绪玉 《煤炭工程》 北大核心 2024年第7期22-27,共6页
针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置... 针对不连沟煤矿特厚煤层综放开采放煤工艺参数确定的合理性问题,通过实测特厚煤层单轮顺序放煤时单个支架的连续放煤时间,在倾向方向基于“大、中、小、微”放煤理念确定了“大”放煤、“中”放煤、“小”放煤、“微”放煤的循环内位置和放煤间距;在走向方向通过布置多点位移计测试了不同顶煤高度、不同循环时的顶煤运移轨迹曲线,得出在倾斜方向的顶煤移动轨迹曲线方程,确定不同放煤步距时的工艺损失。研究结果表明:单放煤口充分放煤时,工作面倾向方向影响距离6~12架,倾向单架放煤影响半径平均7.6 m;循环内两端“大”放煤、中间“中”放煤、其余“小”放煤和“微”放煤交替;本架放煤在垂高12.3 m层位的走向影响距离平均4.9 m,在垂高8.3 m层位的走向影响距离平均3.8 m,拟合确定了不同放煤步距的顶煤走向运移方程,理论得出循环步距0.8 m比1.6 m减少煤炭损失694 t。研究结果为指导不连沟煤矿特厚煤层综放开采合理放煤和提高资源回收率提供依据。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 放煤工艺参数 顶煤走向运移
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厚硬岩层结构调控低损开采方法及机理研究 被引量:1
5
作者 张玉军 肖杰 +1 位作者 李嘉伟 李友伟 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第3期30-42,共13页
为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。 展开更多
关键词 低损开采 岩层控制 水力压裂 覆岩结构调控 采动岩层膨胀
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集中煤柱与采空区下复合顶板大采高开采矿压规律研究 被引量:3
6
作者 潘黎明 付书俊 +2 位作者 范志忠 张雪峰 赵杰 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第1期97-100,共4页
对于集中煤柱与采空区下松软煤层复合顶板大采高开采工作面,其煤壁及顶板稳定性较差,开采过程中经常发生煤壁片帮、架前冒顶事故。以新元煤矿9104工作面为研究对象,采用现场实测、数值模拟、观察统计等方法对复合顶板大采高工作面在集... 对于集中煤柱与采空区下松软煤层复合顶板大采高开采工作面,其煤壁及顶板稳定性较差,开采过程中经常发生煤壁片帮、架前冒顶事故。以新元煤矿9104工作面为研究对象,采用现场实测、数值模拟、观察统计等方法对复合顶板大采高工作面在集中煤柱与采空区下矿压规律进行研究,结果表明:(1)集中煤柱区下支架压力严重偏低,顶板来压极不明显,煤壁片帮与顶板漏冒严重;采空区下工作面支架压力较高,顶板来压十分明显,安全阀开启频繁,煤壁与顶板完整性相对较好;(2)集中煤柱下顶板峰值应力集中系数为1.53~1.92,平均为1.65,集中煤柱边缘区下、采空区下平均顶板应力降幅分别达到82.2%、95.7%。 展开更多
关键词 集中煤柱 采空区 复合顶板 支架压力 顶板应力
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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究
7
作者 姜鹏飞 张炜 +5 位作者 陈志良 王子越 罗超 郭吉昌 刘畅 孙洋 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期63-81,共19页
岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。 展开更多
关键词 巷道支护 快速掘进 钻锚一体化 随钻测量 单轴抗压强度
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煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究
8
作者 齐庆新 王守光 +7 位作者 王美美 崔春阳 刘化广 王嘉敏 穆鹏宇 朱小景 李海涛 许学伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发... 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段。针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏。针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路。最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果。本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义。 展开更多
关键词 冲击地压 物理相似模拟 动力相似准则 数值模拟 弹射理论模型
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厚硬顶板高强度开采覆岩破断 及来压规律研究 被引量:1
9
作者 刘晓刚 刘江斌 +2 位作者 张震 任建超 刘前进 《中国煤炭》 北大核心 2024年第10期16-26,共11页
针对榆神矿区厚硬顶板高强度开采条件下,工作面煤壁片帮大、支架结构件损坏等强矿压问题,采用了数值计算、理论分析和微震监测等技术手段,对工作面覆岩破断运动及来压规律进行了分析研究。结果表明,厚硬顶板破断具有明显的垂向分区下沉... 针对榆神矿区厚硬顶板高强度开采条件下,工作面煤壁片帮大、支架结构件损坏等强矿压问题,采用了数值计算、理论分析和微震监测等技术手段,对工作面覆岩破断运动及来压规律进行了分析研究。结果表明,厚硬顶板破断具有明显的垂向分区下沉特征,高、低位岩层之间较大的垂向离层空间和自下而上顺次交替垮落孕育了顶板“高+低层位组合破断”的时空基础;“小周期”来压期间内,来压强度将随着直接顶破断发育高度的降低而减弱,直接顶碎胀系数的增大将有利于来压强度的降低;“大周期”来压期间内,中高位岩层垂向破断高度和走向破断步距的增大都将引发来压强度上升,厚硬关键层的组合破断是“大周期”来压增强的关键诱因。针对该条件下的强矿压防治,提出了“弱化低位顶板、优化破断结构”和“弱化高位顶板、改变破断次序”的技术思路,并取得了较好的应用效果。 展开更多
关键词 近浅埋煤层 厚硬顶板 覆岩破断运动 来压规律 微震监测 榆神矿区
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多煤层开采终采线外错对冲击地压影响机理研究 被引量:1
10
作者 乔文俊 秦子晗 +1 位作者 王鹏 白俊杰 《煤炭技术》 CAS 2024年第1期61-65,共5页
为研究冲击地压多煤层同时开采终采线外错对冲击地压的影响,以台格庙矿区地质条件为工程背景,采用FLAC3D对下部2-2煤层终采线与上部2-2上煤层终采线的6种不同错距进行数值模拟分析,基于模拟结果和理论分析研究了终采线不同错距煤层应力... 为研究冲击地压多煤层同时开采终采线外错对冲击地压的影响,以台格庙矿区地质条件为工程背景,采用FLAC3D对下部2-2煤层终采线与上部2-2上煤层终采线的6种不同错距进行数值模拟分析,基于模拟结果和理论分析研究了终采线不同错距煤层应力分布特征以及下部煤层终采线外错对上覆顶板铰接结构的影响。研究表明:当下部煤层终采线外错时,工作面超前应力集中程度增加,同时下部煤层开采可能破坏上部顶板铰接结构,造成变形失稳,动静载荷叠加作用使得下部煤层终采线外错后冲击风险大幅增加,由此提出了优化终采线位置、预裂上部煤层顶板和实施下部煤层卸压3种防治途径。 展开更多
关键词 冲击地压 多煤层开采 终采线 数值模拟 铰接结构
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冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践 被引量:1
11
作者 祁和刚 夏永学 +6 位作者 智宝岩 秦子晗 程健 王凯 王书文 王宾昌 杨光宇 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期112-124,共13页
如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智... 如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化,通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警,以及采掘工程的自适应与自优化,形成智能防冲控采技术,实现由工程致灾向工程防灾、工程减灾的根本转变。通过开采源头设计、顶板区域压裂、局部靶向治理、强化巷道支护等措施为冲击地压煤层安全高效开采创造低应力环境和巷道安全空间。在此基础上,开发融合静态地质、动态监测、工况环境、人员定位、生产组织、历史数据等信息的大数据分析软件平台,以及融合冲击地压决策信息的智能化开采控制系统,将防冲信息源转化为智能开采控制源,形成了“低压快推,中压慢采,高压停产”的柔性智能推采新模式。通过现场应用表明,在智能防冲控采区,工作面及巷道矿压显现程度更小,煤岩能量释放更稳定,有利于冲击产能的合理释放。 展开更多
关键词 冲击地压 智能控采 区域卸压 靶向防范 风险感知
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无煤柱开采围岩控制技术发展方向
12
作者 康红普 王东攀 刘跃东 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第1期1-5,共5页
1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消... 1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消除煤柱应力集中引起的巷道大变形、煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害;改善采煤工作面通风系统,有利于解决瓦斯问题。国外对无煤柱开采技术的研究已近一个世纪,而我国也有70年左右的时间。通过国内外学者持续不断的研究,获得大量研究成果,并在煤矿生产中得到应用,取得较好的效果。无煤柱开采工艺与方法很多,适用于不同条件。 展开更多
关键词 无煤柱开采 煤与瓦斯突出 采煤工作面 巷道布置 绿色开采 通风系统 采掘接续 采煤方法
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高水材料在邻位注浆充填中的研究与应用
13
作者 赵文华 刘鹏亮 于健浩 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期71-76,共6页
为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和... 为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和凝结时间等宏观工作性能,结果表明:选取高水材料水固比为2∶1,其配比在28 d时充填体强度可达6.3 MPa,料浆扩展度为461.5 mm,凝结时间接近10 min。并以三元福达矿15202工作面钻场硐室充填为研究背景,分别从注浆材料的选取、注浆工艺、现场应用三个方面对垮落区邻位注浆可行性进行了研究,最终采用高水材料对15202工作面钻场硐室垮落区进行邻位注浆,现场应用证明,高水材料邻位注浆工艺可为采空区注浆加固设计思路和施工提供有效依据,保证窄煤柱的稳定性和安全性。 展开更多
关键词 高水材料 钻场硐室 水固比 邻位注浆 窄煤柱
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矿用多功能机器人设计与应用研究
14
作者 赵克顿 赵洪华 +6 位作者 陈志良 赵建 赵丰瑞 韩青 张荣成 周涛 李钰茹 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期212-217,共6页
针对煤矿井下的恶劣环境,自主设计了一款多功能集成的矿用AGV,替代部分人工作业程序,实现巡检及紧急情况下的辅助救援功能。为了克服井下的特殊环境,着重考虑了防爆设计及机械结构的合理性,保证整车封闭部分及外部必要传感器均达到防爆... 针对煤矿井下的恶劣环境,自主设计了一款多功能集成的矿用AGV,替代部分人工作业程序,实现巡检及紧急情况下的辅助救援功能。为了克服井下的特殊环境,着重考虑了防爆设计及机械结构的合理性,保证整车封闭部分及外部必要传感器均达到防爆或隔爆标准。为了进一步扩展自主作业功能,设计了一种基于雷达-惯性融合的SLAM导航方案,提出一种改进的回环检测激光建图算法进行试验测试,利用不同线数激光雷达进行算法实时性优化,先后通过地面室内环境建图试验及井下真实巷道建图试验进行效果测试,其中地上试验运动距离为60 m,整车Z轴运动方向最大突变波动在0.06 m以内,井下试验运动距离为200 m,在井下颠簸地面情况下,整车上下最大突变波动为0.25 m以内,Z轴线性度关键部分仅为3.87%,X轴方向约为0.37%,证明了机器人的运动的稳定性高及建图的鲁棒性优良,能够顺利完成巡检及救援任务,对井下AGV邻域关键技术突破具有重要意义。 展开更多
关键词 矿用机器人 AGV SLAM 巷道建图
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自发电式井下钻具多功能振动倾角传感器研究
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作者 任建超 冯彦军 +2 位作者 吴川 白荣财 陈驰 《煤矿机械》 2025年第1期49-52,共4页
钻探过程中井底钻具的振动及倾角是调控钻探工艺及轨迹的重要参数,有必要实时监测。基于摩擦纳米发电机,提出了一种新型的多功能自发电井下传感器,可同步实现振动频率及倾角的测量。试验表明,该传感器测量振动频率及倾角范围分别为0~11... 钻探过程中井底钻具的振动及倾角是调控钻探工艺及轨迹的重要参数,有必要实时监测。基于摩擦纳米发电机,提出了一种新型的多功能自发电井下传感器,可同步实现振动频率及倾角的测量。试验表明,该传感器测量振动频率及倾角范围分别为0~11 Hz及0~90°,测量误差均为±5%,可在温度0~100℃及湿度0~90%的工况环境下正常工作。与传统的井下传感器相比,该传感器可同步监测振动频率和倾角,有效缩减了传感器数量,同时还具有自发电功能,有效减轻了井下供电压力。 展开更多
关键词 井下传感器 自发电 振动频率 倾角 摩擦纳米发电机 钻具振动
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近距离冲击地压煤层开采遗留煤柱与断层复合影响下冲击危险性研究
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作者 冯美华 赵森 +3 位作者 闫耀东 郝电伟 李文帅 史庆稳 《中国矿业》 北大核心 2024年第6期174-182,共9页
我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,... 我国主要冲击地压矿井往往同时赋存多层可采煤层,多煤层协同安全开采是事关我国能源安全的重要课题。近距离冲击地压煤层开采时,上部煤层留设的煤柱承载了较高的上覆岩层载荷,给下部煤层开采带来了较大的风险。当遗留煤柱下发育断层时,该遗留煤柱导致的应力集中区与断层围岩附近的应力异常区产生的复合作用对工作面开采产生巨大影响。本文以陕西彬长大佛寺煤矿40201工作面为研究对象,理论分析了上煤层遗留煤柱和断层复合作用对下部冲击地压煤层开采时冲击危险性的影响,采用地震波层析成像技术和微震监测技术,分别探明了遗留煤柱和断层复合作用下工作面围岩静载荷、动载荷分布规律。研究结果表明:煤层中的断层破碎带在上覆遗留煤柱作用下产生的静载荷集中区域会向断层两盘远处转移,使得断层更易发生滑移失稳;在遗留煤柱和断层的复合作用下,工作面“见方”区域来压早于理论预测结果,且来压强度增大;工作面动载显现以遗留煤柱下区域为主,遗留煤柱的存在增大了工作面超前支承压力的影响范围。本文研究可对类似条件下的冲击地压煤层开采提供一些借鉴。 展开更多
关键词 近距离煤层 冲击地压 遗留煤柱 断层 地震波层析成像 微震监测
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煤矿井下水平钻孔压裂裂缝起裂特征研究
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作者 赵凯凯 朱凯雄 +4 位作者 冯彦军 孙晓冬 郑仰发 王鹏 王宇 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期134-142,共9页
为了厘清煤矿井下水平钻孔压裂裂缝的复杂起裂行为,以煤矿井下地应力回归公式、钻孔孔壁应力分布以及最大拉应力准则为基础,构建了煤矿井下水平孔压裂裂缝起裂的理论计算模型,进而对地层埋深和钻孔方位对裂缝起裂特征参数的影响规律进... 为了厘清煤矿井下水平钻孔压裂裂缝的复杂起裂行为,以煤矿井下地应力回归公式、钻孔孔壁应力分布以及最大拉应力准则为基础,构建了煤矿井下水平孔压裂裂缝起裂的理论计算模型,进而对地层埋深和钻孔方位对裂缝起裂特征参数的影响规律进行了研究。同时采用三维离散格子数值模拟方法,对水平钻孔压裂裂缝的起裂动态演化过程进行了模拟。结果表明:水平孔压裂裂缝的起裂压力会受到地层埋深与钻孔方位角的共同作用。起裂压力与地层埋深呈正相关关系,当埋深从150 m增加到1100 m时,起裂压力峰值的增幅约为46.47 MPa。在埋深小于1100 m的情况下,起裂压力随钻孔方位角的增加呈现先增大后减小的趋势。起裂参数突变点所对应的钻孔方位角会随埋深的增加而单调递减,在突变点附近,起裂压力达到峰值,并且起裂位置从90°突变为0°。裂缝的方向角由约0°突增至某一正值,随后呈现出类似抛物线的变化特征,在埋深1100 m以内,裂缝方向角均小于27.08°。钻孔压裂裂缝起裂演化过程表现为微破裂点的萌生、孔壁破裂线的发育以及宏观裂缝椭圆形的自相似扩展等多个阶段的演化过程。研究结论能够为煤矿井下水力压裂水平钻孔的布置方案优化提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 水力压裂 水平钻孔 地应力 裂缝起裂 地层埋深
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大断面强动压影响沿空巷道围岩控制技术研究
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作者 姚旭 李中伟 《能源与节能》 2025年第1期249-252,共4页
沿空留巷相较于常规留煤柱开挖巷道方式具有较好的技术和经济优势,沿空留巷技术应用过程中巷旁充填体参数设置对巷道稳定性具有重要作用。通过实验室试验方法分析了超高水材料含水率对试件强度的影响规律,进而建立了8107工作面数值模型... 沿空留巷相较于常规留煤柱开挖巷道方式具有较好的技术和经济优势,沿空留巷技术应用过程中巷旁充填体参数设置对巷道稳定性具有重要作用。通过实验室试验方法分析了超高水材料含水率对试件强度的影响规律,进而建立了8107工作面数值模型;通过数值模拟方法分析了不同参数条件下巷旁充填体变形情况,确定选择合理的巷旁充填体参数后,制定了8107工作面回采巷道的最终围岩控制方案。经现场实践检验,巷旁充填体、煤柱帮、顶板、底板的最大变形量分别为223、 205、 168、 40 mm;巷道围岩变形量满足作业规程的相关要求。研究成果可为相似条件下巷道围岩控制提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 煤矿 回采工作面 动压巷道 沿空留巷 围岩控制
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基于SVM的煤矿带式输送机超载检测系统研究
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作者 冯彦军 刘茂福 《煤矿机械》 2025年第3期42-44,共3页
为了提高煤矿带式输送机运行的安全性和效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)的超载检测系统。该系统利用工业相机拍摄带式输送机照片,通过图像预处理、特征提取和径向基函数核支持向量机(RBF-SVM)模型构建,实现了对超载状态的准确识别... 为了提高煤矿带式输送机运行的安全性和效率,提出了一种基于支持向量机(SVM)的超载检测系统。该系统利用工业相机拍摄带式输送机照片,通过图像预处理、特征提取和径向基函数核支持向量机(RBF-SVM)模型构建,实现了对超载状态的准确识别。在某煤矿现场进行实际测试,结果表明该系统在正常环境、光照干扰环境和粉尘干扰环境下的检测成功率分别为93.5%、86.5%和81.5%。由此证明该系统能够有效识别带式输送机的超载状态,为煤矿安全生产提供一定的技术支持。相关成果可为煤矿开采自动化及煤矿安全监测的研究人员提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 带式输送机 超载检测 SVM 机器学习
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基于YOLOv5的煤矸识别系统研究
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作者 孙立强 冯彦军 《煤矿机械》 2025年第3期185-187,共3页
针对传统煤矸识别方法效率低及准确率不高等问题,提出了一种基于YOLOv5的煤矸识别系统。首先构建包含煤和矸图像的数据集,并进行尺寸归一化、数据增强等预处理;随后利用该数据集对YOLOv5模型进行训练和优化,以实现高精度的煤矸识别。现... 针对传统煤矸识别方法效率低及准确率不高等问题,提出了一种基于YOLOv5的煤矸识别系统。首先构建包含煤和矸图像的数据集,并进行尺寸归一化、数据增强等预处理;随后利用该数据集对YOLOv5模型进行训练和优化,以实现高精度的煤矸识别。现场试验结果表明,该系统对煤和矸的识别准确率分别达到97.3%和98.5%,能够满足实际生产需求。当煤、矸及背景之间颜色接近时,识别准确率会略微下降,因此实际使用时应注意调整该系统周围的背景色以避免干扰。该研究成果可为煤矿开采装备智能化的研究人员提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 煤矸识别 机器视觉 深度学习 YOLOv5
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