大埋深“三软”厚煤层智能综放开采技术研究

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作者 潘卫东 阚拓 徐永鑫 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期90-99,共10页

针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题,以淮北信湖煤矿818智能综放工作面为研究背景,对液压支架的适用性进行了分析,并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出... 针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题,以淮北信湖煤矿818智能综放工作面为研究背景,对液压支架的适用性进行了分析,并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出液压支架的最大工作阻力为9940 kN,分析现场实测数据可知中部液压支架的工作阻力最高,其次是下部,上部最小。工作面支架前排立柱受力大于后排立柱,工作面来压时,液压支架前立柱工作阻力平均比后立柱工作阻力大44.5%,前排立柱工作阻力占整架工作阻力的比例大致在0.57~0.74之间,工作面液压支架平均工作阻力为28.11 MPa,因此动载荷计算法更适合818工作面支架工作阻力计算;分析了液压支架钻底的原因,并提出液压支架的管控措施;通过数值模拟得到工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方110 m,工作面中部峰值应力最大,其次是下部,最后是上部,峰值应力出现在煤壁前方12~19 m;由现场实测数据可知煤壁向外105 m范围内,巷道底鼓及两帮变形量相对较大,巷道顶板下沉及底鼓比较明显,在此基础上提出预防巷道底鼓的相关措施,以期为淮北矿区以及类似条件下开采的工作面提供借鉴与参考。 展开更多

关键词 大埋深 “三软”煤层 液压支架自动化系统 支架工作阻力 超前支承压力

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图像识别智能放煤含矸率高精度预测研究(Ⅰ)--煤流表面含矸率

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作者 王家臣 杨胜利 +3 位作者 李良晖 安博超 宋世雄 王雨兵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期150-165,共16页

图像识别智能放煤是实现智能化综放开采的重要技术之一,其核心在于通过监测煤流含矸率控制放煤口开闭。而井下低照度环境、煤岩块体的不规则形状及堆积叠压等因素是制约煤流含矸率预测的主要难题。针对煤流表面含矸率,构建了不同照度条... 图像识别智能放煤是实现智能化综放开采的重要技术之一,其核心在于通过监测煤流含矸率控制放煤口开闭。而井下低照度环境、煤岩块体的不规则形状及堆积叠压等因素是制约煤流含矸率预测的主要难题。针对煤流表面含矸率,构建了不同照度条件下的煤岩图像数据库,研究了照度及煤岩种类对图像分割性能的影响,开发了综放开采“放-运”全过程高仿真实验平台,提出了基于多照度融合与光流场优化的复杂场景下煤流表面投影面积含矸率高精度识别方法。其次,探讨了不同投影角度和投影方式对煤岩块体二维形态学特征提取的影响,明确了不同维度形态学特征之间的量化关系,构建了“尺寸+形状”特征融合的煤岩块体体积预测模型,用于合理预测煤流表面体积含矸率。最后,结合实验室和现场数据验证了所提方法的有效性。研究表明:随着照度的增大,2种煤岩组合形式的识别精度均先增大后稳定,并略有下降。通过合理设置照度(比如17730 lx),煤+泥岩复杂组合的mAP@0.5由88.7%(3180 lx)提升至92.3%。通过引入多照度融合和光流场分析,可进一步提升复杂场景下的煤流表面投影面积含矸率识别精度和算法适应性。合理选择光源波长,可以放大煤岩块体相对漫反射率差异,增加煤岩块体图像特征区分度。合理的图像投影方式也有利于不规则形状煤岩块体投影面积预测,预测偏差由60%降低至10%以下。通过引入形状特征辅助体积预测模型,体积预测精度显著提高,决定系数由仅考虑尺寸特征模型的0.9416提升至0.9692。 展开更多

关键词 综放开采 智能放煤 含矸率 煤流 煤岩形态

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煤矿开采水浸弱化流固耦合模拟方法与工程应用

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作者 张村 黄玄皓 +3 位作者 王永乐 师旭涛 王方田 韩鹏华 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期407-417,共11页

煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域,弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此,针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题,提出了水浸弱化流固耦合模拟方法,可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法为主详细... 煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域,弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此,针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题,提出了水浸弱化流固耦合模拟方法,可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法为主详细论述了模拟实现的主要流程,并进一步讨论了有限元模拟方法实现的主要特点。离散元模拟方法主要通过应力和裂隙开度更新渗透率,同时提出了考虑裂隙可压缩性变化的变节理刚度模拟方法。在水渗入节理裂隙中,含水率的更新则通过节理开度变化计算。在煤岩体发生屈服前,煤岩体强度弱化可以根据含水率与煤岩体强度的关系进行更新。相比于离散元模拟方法,有限元模拟方法渗透率更新需要考虑各向异性,饱和含水率的更新则根据孔隙率计算。在此基础上,通过模拟充水断裂构造巷道围岩弱化验证了本文模拟方法的可行性,并进一步通过巷道顶板下沉和围岩裂隙发育实测结果验证了模拟结果的可靠性。最后,讨论和展望了提出的水浸弱化流固耦合模拟方法,认为掌握煤岩体力学渗流特征的尺度效应以及模拟中实现长期水浸弱化更有助于煤矿水岩作用工程问题分析。 展开更多

关键词 煤矿开采 水浸弱化 渗透率更新 流固耦合 数值模拟

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综放开采顶煤破坏的应力驱动原理与破碎程度确定方法研究

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作者 孙志猛 张瑶 +6 位作者 李明 张文辉 王兆会 孙玉嵩 安君琦 张友源 郭心洋 《中国煤炭》 北大核心 2025年第4期25-35,共11页

顶煤破碎效果是影响厚煤层能否选择综放开采的核心要素,为提高顶煤采出率和放煤效率,采用理论分析、室内实验和现场实测手段对顶煤破碎过程与机理进行分析。顶煤在最大主应力加载和最小主应力卸载复合作用下发生破坏,破坏后具备冒放能力... 顶煤破碎效果是影响厚煤层能否选择综放开采的核心要素,为提高顶煤采出率和放煤效率,采用理论分析、室内实验和现场实测手段对顶煤破碎过程与机理进行分析。顶煤在最大主应力加载和最小主应力卸载复合作用下发生破坏,破坏后具备冒放能力,冒放性的优劣取决于顶煤破碎程度;定义顶煤破坏危险性系数k为应力圆的圆心至强度曲线垂直距离同应力圆半径之比,随着最大主应力的加载和最小主应力的卸载,系数k减小,顶煤破坏风险升高,破坏条件为k=1;顶煤破坏危险性系数对最小主应力的敏感度高于最大主应力,单纯加载最大主应力碎煤难度高于卸载最小主应力,两者所需应力增量比为Δσ1/Δσ3=(1+sinφ)/(1-sinφ);顶煤裂隙发育程度同体积塑性应变呈正比,采用后者表征顶煤破碎程度,建立了顶煤体积塑性应变预测模型和顶煤主应力分布确定方法,顶煤体积塑性应变对最小主应力的敏感度高于最大主应力,单纯加载最大主应力增强顶煤冒放性的难度高于卸载最小主应力,最大、最小主应力增量相同,两者引起的体积塑性应变增量比为Δε_(1)/Δε_(3)=(1-sinφ)/(1+sinφ);实验结果表明,卸载最小主应力导致煤体承载能力降低,体积塑性应变和裂隙发育程度升高,同理论分析结果一致,实测顶煤体积塑性应变非线性分布特征同理论结果吻合,表明体积塑性应变预测模型可正确判别顶煤破碎程度。 展开更多

关键词 顶煤破坏机理 加卸载复合作用 顶煤冒放性 体积塑性应变

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智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用 被引量：1

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作者 程伟轩 陈敬川 +3 位作者 张立辉 刘生优 贺鑫 潘卫东 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期249-258,共10页

我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤... 我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径。研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统。基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度。以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层。 展开更多

关键词 顶煤运移跟踪系统 多轮记忆放煤方法及系统 覆岩精细地质探查 覆岩破坏高度实测 采放高度智能控制 上覆含水层保护 水砂灾害防控

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煤层重复采动下天然气井套管力学演化规律研究

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作者 董俊亮 王林 +3 位作者 张燊 翟瑞昊 王泽伟 宋宇航 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第3期157-164,共8页

我国鄂尔多斯盆地存在煤与天然气资源重叠区域开采相互扰动问题。以新街一井为例,研究煤层重复采动下天然气井套管应力演化特征及位移变形规律,分析了不同煤柱宽度下套管损伤破坏区域与应力峰值变化情况。在套管、水泥环、围岩之间设置... 我国鄂尔多斯盆地存在煤与天然气资源重叠区域开采相互扰动问题。以新街一井为例,研究煤层重复采动下天然气井套管应力演化特征及位移变形规律,分析了不同煤柱宽度下套管损伤破坏区域与应力峰值变化情况。在套管、水泥环、围岩之间设置接触面以模拟实际生产中三者的接触关系,利用FLAC^(3D)数值软件模拟不同保护煤柱宽度时套管的应力峰值与弯曲程度,为套管的正常生产提供新的思路。研究结果表明:煤层回采过程中套管经历向左侧采空区偏移再向中心回正的过程,在煤层及顶底板处弯曲变形剧烈,应预先加固并重点监测该区域套管损伤与破坏情况。开采2-2上煤层时覆岩移动剧烈导致套管峰值应力增长速率较大,在煤层及顶底板等软弱岩层层位应力集中,上煤层开采对2-2煤层产生卸压效果使得下煤层开采时应力上升缓慢,应力仍集中于煤层处。基于套管应力分布及位移情况,分析保护煤柱留设宽度,主要以套管应力集中情况作为判断依据:当保护煤柱宽度为300 m时套管应力峰值为287 MPa;当保护煤柱宽度为200 m时应力峰值为312 MPa,超出套管屈服应力导致套管破坏进而影响安全生产,留设300 m左右宽度保护煤柱能够保障套管的稳定性,提高煤炭的采出率。 展开更多

关键词 重复采动 协调开采 煤与天然气 煤柱宽度 覆岩运移

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智能放煤理论与技术研究进展 被引量：6

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作者 王家臣 杨胜利 +2 位作者 李良晖 张锦旺 魏炜杰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期1-12,共12页

综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。... 综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。分析了智能放煤技术难点,指出含矸率是影响顶煤采出率和煤质的关键因素,放煤过程中含矸率的快速、准确计算是智能放煤技术突破的重点和关键。将智能放煤技术分为非图像识别智能放煤技术和图像识别智能放煤技术2类,对不同技术的研究进展、优缺点及使用条件进行了详细分析。非图像识别智能放煤技术包括记忆放煤技术、声音振动信号识别技术、γ射线探测技术、探地雷达技术、微波照射+红外探测技术、激光扫描放煤量监测技术等,图像识别智能放煤技术包括井下照度环境精准控制、放煤图像去尘算法、含矸率计算精度保障策略、煤岩红外图像识别等。 展开更多

关键词 综放开采 智能放煤 “四要素”放煤理论 含矸率 图像识别 非图像识别

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超高工作面上覆厚硬岩组破断运动规律与多重动载产生机理

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作者 王家臣 王兆会 +4 位作者 孙文超 李猛 张鑫 李家龙 侯东鑫 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期1876-1893,共18页

大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面... 大采高开采技术具有高产、高效、高采出率等优点,成为榆神矿区厚煤层开采的技术首选。大采高工作面采出空间和装备功率成倍增加,采动效应急剧增强,特别是超大采高与厚硬顶板并存条件下,强矿压现象频发,威胁生产安全。为提升超高工作面围岩控制效果,以曹家滩122104工作面为工程背景,采用现场实测、室内试验、理论分析等手段研究了10 m超大采高工作面厚硬顶板破断运动规律与支架载荷演化特征,探究强矿压产生机理及控制方法。结果表明:大采出空间、高推进速度、多厚硬岩组导致超高工作面液压支架具有“急增阻、高静载、多重动载、高频循环载荷”等承载特征,工况劣化导致顶板载荷快速向超高煤壁转移,引发坚硬煤壁板式劈裂破坏;超大采高导致工作面上覆3个厚硬岩组进入液压支架工况影响区,厚硬岩组呈现小变形破断模式,破断前以弹性变形为主,组内岩层无离层现象,破断后裂隙发育速度快,能量释放率高,破断岩块可形成错位岩梁平衡结构;得到了支架顶梁载荷三维分布曲面及其同顶板结构的协同演化特征,厚硬顶板破断前支架载荷小,分布于立柱支撑区,破断后支架快速增阻进入满负荷状态,多组硬岩破断导致液压支架承受多重动载冲击效应,顶梁载荷偏离立柱支撑区,引发异常支架工况;构建了考虑层间剪力的厚硬顶板短梁结构模型,其内部拉应力降低,剪应力升高,揭示了厚硬顶板小变形沉降原理和拉剪混合破断机理;得到了直覆厚硬顶板破断前后弹性应变能分布特征,给出了厚硬顶板动力破断和应变能释放条件,厚硬顶板弹性小变形破断特征决定了应变能以瞬间释放为主,向破断岩块动能的转换率达到21%,提出了动载冲击力计算方法,厚硬顶板高能量释放率和破断岩块下位大自由空间是超高工作面多重动载产生的直接原因;超前区域压裂后,厚硬岩组由弹性小变形向塑形大变形破断模式转变,高塑性耗散功与高劣化程度降低了动载冲击强度,提升了超高工作面围岩控制效果。 展开更多

关键词 超大采高 厚硬顶板 破断机理 支架阻力 多重动载

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冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采降载防冲机理及应用

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作者 王家臣 王兆会 《中国煤炭》 北大核心 2025年第1期12-22,共11页

坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚... 坚硬顶板是导致强矿压甚至冲击地压的重要因素,充填开采则是控制坚硬顶板运动模式的有效手段。为分析冲击地压矿井坚硬顶板工作面充填开采的降载防冲效果,以古城煤矿1123工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算和现场实测手段研究坚硬顶板破断致冲条件、充填体支撑下坚硬顶板运动特征及其降载防冲机理。结果表明:坚硬顶板动力破断条件为弹性区能量释放率高于塑形区能量耗散率,提出了动载冲击力计算方法,给出了动载荷和静态应力场组合作用下,冲击地压灾害发生原理;构建了充填体支撑作用下坚硬顶板沉降模型,得到了坚硬顶板沉降曲线,充填率是控制坚硬顶板沉降模式的关键因素;充填率提升至90%,坚硬顶板转变为连续沉降模式,构建了坚硬顶板连续沉降条件下支架围岩相互作用模型,提出了支架阻力计算方法,揭示了充填开采降载防冲机理;将充填开采降载防冲技术应用于1123工作面,提出了“三位一体”充填率提升技术,微震监测和顶板下沉量检测结果表明降载防冲效果良好,围岩控制效果显著提升。 展开更多

关键词 充填开采 冲击地压 坚硬顶板 充填率 支架载荷

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基于智能护帮装置的煤壁变形监测和集中载荷反演技术

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作者 于翔 王国法 +3 位作者 王家臣 李良晖 吴昊阳 王雨兵 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期9-18,26,共11页

煤壁片帮是制约煤炭安全高效开发的主要因素,精准监测煤壁支护状态是提高煤壁稳定性、保证回采安全的基础。针对传统煤壁变形监测技术精度低、范围小、实时性差等问题,开发了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的智能护帮装置,创新性地将FBG... 煤壁片帮是制约煤炭安全高效开发的主要因素,精准监测煤壁支护状态是提高煤壁稳定性、保证回采安全的基础。针对传统煤壁变形监测技术精度低、范围小、实时性差等问题,开发了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的智能护帮装置,创新性地将FBG嵌入液压支架护帮板中,构建了基于粒子群优化(PSO)−径向基函数(RBF)神经网络的煤壁集中载荷反演模型,以监测煤壁支护状态。针对复杂工况下变截面结构件受力情况理论计算的局限,基于分布式光栅应变数据,通过PSO−RBF神经网络模型建立微观力学参数与宏观力学参数的对应关系,实现了对煤壁护帮板集中载荷位置及大小的高精度反演。实验结果表明:该模型在多点标定实验样本上的预测误差较低,拟合优度较高;水平、竖直方向位置坐标及载荷大小在训练集上的平均绝对误差分别为0.4606,0.2487,0.9732;相比于载荷大小预测,模型对集中载荷位置预测的误差更小。研究成果为煤壁支护状态监测与回采安全保障提供了重要的理论与技术基础,也为液压支架其他结构件所受围岩载荷的精准测量提供了一种可靠方法。 展开更多

关键词 煤壁变形监测 智能护帮装置 液压支架护帮板 集中载荷反演 光纤布拉格光栅 PSO−RBF神经网络

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考虑厚硬岩层的采场覆岩压力拱模型及其应用

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作者 张村 任赵鹏 +1 位作者 何军 马健起 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期113-124,共12页

采动压力拱模型与厚硬岩层梁结构模型是分析矿山压力与岩层控制的重要空间结构模型,两者相互作用,共同影响开采扰动下覆岩运移和工作面矿压显现特征。基于此,本文结合压力拱理论与厚硬岩层梁结构理论,基于厚硬岩层破断和压力拱发育高度... 采动压力拱模型与厚硬岩层梁结构模型是分析矿山压力与岩层控制的重要空间结构模型,两者相互作用,共同影响开采扰动下覆岩运移和工作面矿压显现特征。基于此,本文结合压力拱理论与厚硬岩层梁结构理论,基于厚硬岩层破断和压力拱发育高度的相互关系,构建了厚硬岩层-压力拱统一理论模型。同时基于厚硬岩层-压力拱模型分析了开采条件和厚硬岩层对覆岩损伤发育和矿压显现的影响。进一步构建了工作面来压预测计算模型,提出了不同影响因素下覆岩损伤发育范围计算方法。研究结果表明:由于厚硬岩层的滞后破断,悬顶上方由于应力集中导致压力拱的非对称式发育现象,其与厚硬岩层的联动破坏导致了强矿压的产生;厚硬岩层初次破断步距随着岩层厚度增加呈线性增长,并且由剪切破坏逐渐转为拉伸破坏;工作面推进速度的增加使得厚硬岩层初次破断步距增长,但当推进速度增长到一定程度后对破断步距的影响将变小;当存在多层厚硬岩层时,随着厚硬岩层层间距的增加,低位厚硬岩层初次破断步距呈非线性减小趋势。采用本文提出的模型对上湾矿12401工作面来压步距进行了理论计算,并与现场实测进行了对比验证,当推进速度较慢时,平均周期来压步距为11.76 m;当推进速度较快时,平均周期来压步距为18.33 m,与现场实测结果基本一致。 展开更多

关键词 压力拱 厚硬岩层 覆岩破断 开采参数 矿压预测

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煤与天然气协同开采理论与技术构想 被引量：5

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作者 杨胜利 张燊 +3 位作者 王旭东 张凯 辛德林 翟瑞昊 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期50-68,共19页

我国存在大量的煤炭与天然气重叠赋存资源,出于对资源开采效率的要求,大量的煤与天然气重叠资源需要在同一时空内同步开采,传统的煤与天然气开采理论与技术难以满足协同开采出现的技术难题,煤与天然气协同开采的进程受到了严重制约。基... 我国存在大量的煤炭与天然气重叠赋存资源,出于对资源开采效率的要求,大量的煤与天然气重叠资源需要在同一时空内同步开采,传统的煤与天然气开采理论与技术难以满足协同开采出现的技术难题,煤与天然气协同开采的进程受到了严重制约。基于此,结合国内煤与天然气重叠赋存情况对煤与天然气协同开采进行了科学定义,总结了已有可借鉴的煤与天然气开采技术和相关理论。建立了天然气井近场岩体力学理论、天然气近场围岩耦合损伤理论、“围岩–水泥环–套管”耦合损伤理论、煤与天然气协同开采垂直场围岩耦合损伤理论,揭示了煤与天然气协同开采围岩的耦合损伤机理,为煤与天然气技术体系的构建提供了理论基础。提出了“煤与天然气协同开采技术”“煤炭开采通过废弃井技术”和“天然气近场小煤柱留设技术”3项技术以及“协同开采分区规划系统”“透明地质与生产信息动态监测系统”和“煤与天然气协同区安全监测与评价系统”三大系统,为煤与天然气协同开采提供技术支持,提高煤炭与天然气资源的开采效率。在此基础上,构建了煤与天然气协同开采的理论与技术体系,明确了煤与天然气协同开采未来的研究重点,提出了我国煤与天然气资源安全、绿色、高效协同开采的技术路径与研究方向。 展开更多

关键词 煤与天然气 重叠资源 协同开采 无人智能化 耦合损伤

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基于匹配法的不同种类煤和矸石发射率测量研究

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作者 张锦旺 何庚 +1 位作者 韩星 张珈鸣 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期13-19,27,共8页

煤和矸石的种类、表面纹理结构、变质和发育程度等因素都会对其发射率产生较为显著的影响,精准的发射率参数设置对红外热像仪测温及煤和矸石红外图像的识别至关重要。提出了一种基于匹配法的煤和矸石发射率测量方法,即采用表面热电偶与... 煤和矸石的种类、表面纹理结构、变质和发育程度等因素都会对其发射率产生较为显著的影响,精准的发射率参数设置对红外热像仪测温及煤和矸石红外图像的识别至关重要。提出了一种基于匹配法的煤和矸石发射率测量方法,即采用表面热电偶与红外热像仪相结合的方式测量煤和矸石发射率。用密闭的电热炉对被测煤和矸石进行均匀加热,待被测煤和矸石均匀受热且稳定后,用表面热电偶对被测煤和矸石的选定区域进行真实温度测定(标定为t1),然后用红外热像仪对同一区域进行温度测定(标定为t2),最后对红外热像仪的发射率进行调试,当t2=t1时,得出的发射率即为被测煤和矸石在该温度下的真实发射率。实验结果表明:(1)等温条件下,煤和矸石表面越粗糙,其发射率数值越大,表明煤和矸石表面的粗糙度是导致二者产生不同发射率的内在因素。(2)4种不同种类煤和矸石发射率随温度的增大呈幂函数降低,且拟合函数相关系数R2达0.98以上,验证了匹配法应用于煤和矸石发射率测量的可行性。(3)采用反代法得出在不同温度条件下实测值与理论值的误差率均小于3%,验证了实验中测量的煤和矸石发射率的准确性。 展开更多

关键词 煤和矸石发射率 煤和矸石表面温度 匹配法 表面热电偶 红外热像仪 反代法

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煤样CT扫描重构研究进展:原理、方法及应用 被引量：3

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作者 张村 贾胜 +3 位作者 王永乐 赵毅鑫 陈彦宏 王方田 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期800-820,共21页

煤体内部微观构造直接影响煤的力学性质和渗流性质,是诱发煤与瓦斯突出、水害、自燃等灾害的内在因素,分析煤体微观构造及其与力渗性质的相互影响至关重要。在众多微观分析手段中,CT扫描因其无损性、可视化等特有的优势被广泛运用于煤... 煤体内部微观构造直接影响煤的力学性质和渗流性质,是诱发煤与瓦斯突出、水害、自燃等灾害的内在因素,分析煤体微观构造及其与力渗性质的相互影响至关重要。在众多微观分析手段中,CT扫描因其无损性、可视化等特有的优势被广泛运用于煤体内部微观构造的分析与研究。基于此,分析了CT的研究原理、方法和重构过程,论述了CT扫描对煤岩体内部构造与其力学、渗透性能相关成果,在此基础上进一步论述了CT扫描在煤体性能分析的主要应用以及发展方向。CT扫描成像与材料密度相关,密度越大的材料吸收X射线的能力越强,成像越亮。CT扫描根据空间分辨率可以分为高分辨率(dm)、超高分辨率(cm)、显微断层扫描(mm)和纳米断层扫描(nm),但扫描成像分辨率与样品尺寸成反比。在CT扫描重构之前,需要对灰度图片进行降噪、去除伪影和分割等处理来减小重构结果的误差,常见的处理方法有中值滤波法、均值滤波法、截取分析单元体、阈值分割等。在数值重构过程中阈值分割是最常用的方法,结合核磁共振、压汞、XRD等多手段进行阈值确定有助于提高重构精度。CT扫描应用与煤体力学与渗流的研究分析主要分为2类:一种是煤体力学渗流特征的实验室试验分析,包括常规力学试验、动载试验、压裂试验、渗流试验、水岩作用试验、液氮冻融、微波致裂等,主要分析试验过程中的孔隙演化;另一种则是将CT扫描煤体重构的模型导入至数值分析软件中,之后进行相应的加载、致裂、渗流等模拟。最后,讨论和展望了CT扫描在煤体孔隙和矿物表征中仍需要注意的问题,包括煤体CT扫描孔隙和矿物成分阈值的精确确定、煤体CT扫描重构表征单元体的确定和样品尺寸与扫描分辨率的协调与确定。 展开更多

关键词 CT扫描 煤体 三维重构 孔隙结构 矿物成分 阈值 数值模拟

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端头放煤区域巷道围岩稳定性的数值模拟研究 被引量：2

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作者 高鹏 赵志宁 +2 位作者 杜厚霖 潘卫东 查大顺 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期884-896,共13页

为解决综放工作面端头不放煤导致顶煤遗失的问题,以淮北矿业集团袁店一井煤矿为研究对象建立了二维数值模型,分析了端头放煤过程中煤岩体位移场及力链场的动态变化特征,提出了端头安全放煤区段划分方法和精准放煤方案,并针对放煤空间不... 为解决综放工作面端头不放煤导致顶煤遗失的问题,以淮北矿业集团袁店一井煤矿为研究对象建立了二维数值模型,分析了端头放煤过程中煤岩体位移场及力链场的动态变化特征,提出了端头安全放煤区段划分方法和精准放煤方案,并针对放煤空间不足的问题设计了支架改造方案。研究表明:(1)巷道锚杆(索)的主动支护作用在放煤前受工作面中部放煤影响逐渐失效,但上、下端头的主动支护作用失效具有时空性差异。(2)放煤过程中,上、下端头煤岩体流动规律显著不同。上端头煤岩体承载结构受中部放煤影响产生超前松动,超前影响范围与工作面倾角呈正比;下端头承载结构的煤岩体随放煤架数增多逐渐松动,承载能力逐步减弱。(3)端头放煤区间范围对承载结构稳定性影响显著,为保持承载稳定,应采取下端头整体分区、上端头架内分段的放煤方案。 展开更多

关键词 端头放煤 时空性差异 流动特征 放煤区段 支架改造

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基于DeepLab v3+的综放工作面含矸率预测研究

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作者 王志峰 王家臣 +1 位作者 李良晖 安博超 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期90-96,共7页

针对综放工作面真实煤矸堆叠状态下的体积含矸率很难获取的问题,提出一种基于DeepLab v3+的综放工作面含矸率预测方法。构建了煤矸堆积体图像数据集,采用半自动的数据标注方法和限制对比度自适应直方图均衡化法对煤矸图像进行预处理。运... 针对综放工作面真实煤矸堆叠状态下的体积含矸率很难获取的问题,提出一种基于DeepLab v3+的综放工作面含矸率预测方法。构建了煤矸堆积体图像数据集,采用半自动的数据标注方法和限制对比度自适应直方图均衡化法对煤矸图像进行预处理。运用DeepLab v3+模型进行煤矸图像语义分割,进而计算煤矸图像的投影面积含矸率。利用PFC3D数值模拟软件,基于重建的三维煤矸块体建立数值模型,模拟顶煤放落和刮板输送机运煤过程,通过fish语言读取每个矸石或煤的体积,计算得到煤矸堆积体体积含矸率。通过分析不同顶煤厚度条件下刮板输送机上煤矸堆积体的投影面积含矸率与体积含矸率的量化关系,建立了煤流的体积含矸率预测模型。实验结果表明:DeepLab v3+模型的准确率、平均像素准确率和平均交并比分别为97.68%,97.72%,95.33%,均高于经典语义分割模型FCN8s和PSPNet,实现了煤矸堆积体投影面积含矸率的精准快速识别;体积含矸率预测模型的决定系数R^(2)为0.9828,预测效果较好。 展开更多

关键词 智能放煤 综放工作面 含矸率 煤矸识别 体积含矸率 语义分割 DeepLab v3+模型

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青东矿大角度俯采高位放顶煤工作面安全高效回采技术研究

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作者 丁卫平 马超 +1 位作者 潘卫东 赵志宁 《煤炭工程》 北大核心 2024年第S1期49-55,共7页

综采放顶煤技术适合厚、特厚煤层赋存条件回采的工作面,对于提高资源回收率,采掘接替紧张矿井具有独特优势。随着装备的升级以及研究的不断深入和发展,综放开采技术已越来越广泛地应用于各种煤炭开采条件。青东煤832工作面煤层倾角大、... 综采放顶煤技术适合厚、特厚煤层赋存条件回采的工作面,对于提高资源回收率,采掘接替紧张矿井具有独特优势。随着装备的升级以及研究的不断深入和发展,综放开采技术已越来越广泛地应用于各种煤炭开采条件。青东煤832工作面煤层倾角大、煤层厚,采用传统低位放煤法进行放煤,煤、矸不能有效进入后部运输机槽内,撒落在架档内或窜入工作面,采空区遗煤严重,增加了后部车清理工作量,同时链板机故障频繁,推移时阻力大,导致工作面推进度慢,安全风险大。针对832工作面的实际地质条件,创新采用了一种俯采高位放煤工艺,即通过收缩支架前端伸缩梁,实现顶煤随采随落,放煤后及时恢复支架状态并将挡煤板护住煤壁,通过架后矸石及时回落补充进行支护顶板,确保支架初撑力符合要求。该工艺不仅资源回收率高且运输系统简单,设备故障率低;同时为强化安全管理,建立了与之相匹配的安全风险监测管理技术手段,确保工作面实现安全高效回采。 展开更多

关键词 大角度 俯采 放顶煤 工作面 资源回收

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井下机器视觉系统表面自清洁技术现状与展望

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作者 杨胜利 陈勇升 +4 位作者 王家臣 李良晖 刘凤琪 宋世雄 惠鼎恒 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2802-2822,共21页

井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自... 井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自清洁技术的概念、原理和清洁过程,分析了井下机器视觉系统的工况与组成,指出粉尘质量浓度、光照条件等工作面环境因素对自清洁技术路径有影响,应明晰煤尘产尘机制,从而制定精确的自清洁策略。综述了表面自清洁技术在井下与常规条件实践中的研究进展,基于防污机制的不同,重点总结射流自清洁技术、超声波自清洁技术、激光自清洁技术3种清洁技术的研究现状,对其自清洁特性进行分析,指出高压水射流、表面声波适合清洁大面积污渍,气体射流、超声波振动、激光冲击适合颗粒清洁,辅助多功能表面会提升清洁效率。基于接触方式的不同,对比了直接接触式自清洁技术和间接接触式自清洁技术2类清洁技术的优势和劣势,指出直接接触式自清洁技术简单高效,但会损伤镜头膜基底,间接接触式自清洁技术对基地无损伤,但清洁效率较慢。从综合自清洁策略、优化防爆设计和镜头膜材料多功能化3方面指出了井下机器视觉系统面临的技术挑战,针对多技术协同和清洁质量控制的科学难题,提出了远近场协同控制方法,可为井下机器视觉系统表面自清洁技术提供相关技术支撑。进一步展望了机器视觉系统表面自清洁技术在采矿中的发展趋势,随着无人矿车应用到深地、深海和深空(月球)采矿中,开采变得更为复杂,势必将安装更多机器视觉、激光雷达等智能感知系统,利用视觉系统自清洁装置,能够有效提高视觉系统图像质量,从而保障无人采矿的准确性。 展开更多

关键词 煤矿智能化 厚煤层开采 机器视觉 图像采集 表面自清洁

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水平分段综放开采顶煤放出体理论计算模型 被引量：6

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作者 张锦旺 程东亮 +1 位作者 王家臣 杨胜利 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期576-592,共17页

水平分段综放开采是急倾斜特厚煤层的主要开采方法之一。水平分段综放开采工作面相对较短,导致顶、底板边壁对放煤规律的影响较大。基于BBR理论,采用Bergmark-Roos (B-R)模型分析了存在倾斜边壁影响时的顶煤运移规律及放出体形态变化机... 水平分段综放开采是急倾斜特厚煤层的主要开采方法之一。水平分段综放开采工作面相对较短,导致顶、底板边壁对放煤规律的影响较大。基于BBR理论,采用Bergmark-Roos (B-R)模型分析了存在倾斜边壁影响时的顶煤运移规律及放出体形态变化机理;建立了水平分段综放开采受顶、底板侧边壁影响的放出体理论计算模型,推导了包含轴倾角参数的放出体边界方程;通过颗粒流离散元数值分析得出了轴倾角参数与边界条件的定量关系,采用物理相似实验数据对理论模型进行了验证,提出了不同煤层倾角范围内的合理分段高度及放煤方式优化建议。研究结果表明:倾斜边壁的存在使得散体顶煤受到更大的横向应力,从而改变了顶煤颗粒运移加速度的方向;近边壁处放煤口两侧散体顶煤递补潜力的差异,导致其运移加速度的大小不同;顶煤加速度大小和方向的改变导致放出体轴线方向偏离重力方向。受倾斜边壁影响,放出体形态在轴线两侧呈现非对称性,与近底板侧相比,近顶板侧放出体受边界影响的程度更大;放出体轴倾角β随着煤层倾角的增大呈线性增大关系。随着不放煤段长度的增大,近顶、底板侧放出体的轴倾角均逐渐趋近于90°。物理模拟试验结果验证了理论模型的准确性;采用“底板单轮、中部多轮”、端头逆序放煤方式可有效利用放出体形态特征,减少近顶、底板侧残煤损失。 展开更多

关键词 水平分段 综放开采 放出体 倾斜边界 理论模型

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急倾斜短壁综放智能开采关键技术与示范

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作者 李浩荡 刘清 +8 位作者 谷彬 姚钰鹏 孙延义 田欣 熊武 刘昆轮 鲍新平 吴军飞 闫瑞兵 《煤炭科学技术》 2025年第8期43-55,共13页

“十四五”以来,中国煤矿数智技术快速发展,特别是在薄煤层开采中取得较大突破。但急倾斜短壁综放无人化智能开采技术仍处于探索阶段,尚无成熟应用示范。为加快推进数智技术赋能煤炭产业升级,基于新疆乌东煤矿急倾斜短壁综放开采特点和... “十四五”以来,中国煤矿数智技术快速发展,特别是在薄煤层开采中取得较大突破。但急倾斜短壁综放无人化智能开采技术仍处于探索阶段,尚无成熟应用示范。为加快推进数智技术赋能煤炭产业升级,基于新疆乌东煤矿急倾斜短壁综放开采特点和优势,提出了急倾斜短壁综放智能开采的5项关键核心技术和1个管控模式。5项关键核心技术包括:基于工作面煤层赋存条件、开采特点难点的单滚筒采煤机“厘米+毫秒”级精准规划时空导航系统;解决短壁工作面采放协同机制复杂、参数调控难度大的基于行为数据驱动的自主放煤模型和基于图像煤矸自识别的闭环控制系统;解决井下环境复杂、设备状态数据割裂等问题的全工作面物理场景实时映射仿真的数字孪生系统;解决远程干预反馈信息不足、生产指导力差的国内首套用于急倾斜短壁工作面的全工作面视频拼接软件,实现了提供地面干预物理场景并与数字孪生全息交互;聚焦急倾斜煤层开采设备繁杂、设备协同难度大和井下多设备间控制逻辑分散、远程干预频次高等问题的工作面机架协同控制系统和地面操作岛远程集控系统,实现多设备集中控制。1个管控模式包括1个决策控制平台、1个智能化设备群、1支专业化运维队伍,实现平台化扁平化管控新模式。依托5项关键核心技术和1个管控模式,建成了新疆乌东煤矿急倾斜短壁综放智能常态化运行的示范工作面,为我国煤矿普适性数智无人开采提供了技术范式和实践样板。 展开更多

关键词 专业模型 采放协同 短壁综放 智能无人 生产方式变革

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