张家峁矿近水体煤层群隔水煤柱合理宽度确定

针对张家峁常家沟水库近水体煤层开采后覆岩裂隙扩展诱发透水的潜在风险,对煤层开采过程中的覆岩破坏特征及裂隙扩展规律进行了模型试验及数值模拟研究。为合理确定4^(-2)煤层的隔水煤柱宽度,基于矿山支承压力和静水压力对隔水煤柱的不同作用机理,将4^(-2)煤层隔水煤柱划分为矿压影响区和有效隔水区,分别构建了矿压影响区和有效隔水区的煤柱受力分析计算模型,推导了4^(-2)煤层矿压影响区和有效隔水区的理论宽度计算公式。在此基础上,考虑煤层开采边界角与水体下伏不同煤层矿压影响区宽度的关系,提出了“上覆煤柱宽度+矿压影响区”的水体下伏煤层群隔水煤柱宽度确定方法。结果表明:4^(-2)煤层工作面初次来压步距为45~56 m,周期来压步距为13.8~14.9 m,上覆岩层冒落带高度为12~13 m;地表最大下沉量为2.0~2.2 m,下沉系数为0.571~0.629,4^(-2)、4^(-3)、4^(-4)和5^(-2)煤层隔水煤柱的合理宽度分别为25,39,51和87 m。现场实测隔水效果验证了近水体煤柱理论留设宽度的合理性及其工程适用性,为张家峁近水体煤层群安全高效开采提供了技术保障。

近距离多煤层下行重复采动覆岩变形与裂隙演化特征研究

随着地壳浅部易采煤炭资源的逐渐枯竭,复杂地质条件下的多煤层开采将成为新常态。由于多煤层开采对上覆岩体造成极大的重复扰动,导致覆岩的垮落、移动与裂隙演化规律相较于单一煤层开采更加复杂。为了研究多煤层下行重复采动条件下覆岩变形与裂隙演化特征,本文以陕北神府矿区张家峁煤矿4^(-2)煤层、4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采为研究对象,进行了几何相似比1∶100的相似模型试验和UDEC数值模拟研究。张家峁煤矿四层煤层下行重复采动物理相似模拟和数值模拟分析结果表明,周期来压步距随下行开采呈逐渐减小的规律,冒落带高度与煤层厚度正相关,4^(-2)煤层开采后导水裂隙带贯穿至地表,4^(-3)煤层、4^(-4)煤层、5^(-2)煤层开采结束后,导水裂隙带均贯穿层间覆岩。顶板围岩在反复拉伸、挤压作用下,破碎程度逐渐增大,且多为未闭合裂隙。研究结果可以为多煤层开采条件下的顶板管理和开采设计提供理论层面的参考和指导。

神府矿区烧变岩水化学特征及其指示意义

烧变岩含水层的水化学特征研究有助于判别各含水层间的水力联系。以神府矿区张家峁矿井为研究对象,通过采集风化基岩、基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层水样共29组,综合利用统计分析、Piper三线图、Gibbs模型、混合模型等方法,分析研究区的水化学特征及其控制因素,确定了主要离子的来源,据此识别了各含水层的接触关系。结果表明:风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层的TDS(溶解性总固体)接近,略低于基岩含水层的TDS,3^(-1)煤烧变岩含水层的TDS最高,基本呈现了随着含水层埋深的增大TDS逐步升高的趋势;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层阳离子以Ca^(2+)为主,基岩和3^(-1)煤烧变岩含水层阳离子以Na^(+)为主;风化基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层阴离子均以HCO_(3)^(-)为主,而基岩含水层则以HCO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)为主;风化基岩、2^(-2)煤烧变岩、3^(-1)煤烧变岩含水层水化学类型主要为HCO_(3)^(-)Ca型、HCO_(3)^(-)Ca和HCO_(3)^(-)Ca·Mg型、HCO_(3)^(-)Ca和HCO_(3)^(-)Na·Mg;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层水化学成分主要受水岩作用控制,而基岩和3^(-1)煤烧变岩含水层水化学成分主要受到水岩作用以及浓缩作用的共同影响;3^(-1)煤烧变岩、基岩、风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层主要离子分别来源于硅酸岩盐的溶解、硅酸盐岩和蒸发岩盐的溶解、硅酸盐岩和碳酸岩盐的风化溶解,同时各含水层地下水害发生了反向阳离子交换作用;风化基岩和2^(-2)煤烧变岩含水层离子组成接近,存在较强的水力联系,可能在局部存在直接接触关系,与3^(-1)煤烧变岩含水层离子组成有差别,风化基岩和2^(-2)煤烧变岩之间存在一定的阻隔层,且水力联系微弱。

基于染色算法的VTI介质地震波数值模拟及偏移成像

各向异性偏移成像技术在高精度地球物理勘探中扮演着重要角色。为了提高声学VTI(垂直对称轴横向各向同性)介质的成像精度,笔者在波场外推中采用了一种改进的纯P波方程,相速度分析验证了改进方程的精度优势;采用混合法(有限差分+伪谱法)对改进方程进行了求解。相比于传统拟声波方程,改进的纯P波方程在产生高精度P波响应的同时能够有效消除干扰,进一步地考虑到逆时偏移剖面中深部成像能量较弱的问题,将染色算法推广到VTI纯P波逆时偏移。在模型深部选取用于参考的目标区域,基于染色算法的地震波传播仅在该区域产生响应,由此获得更丰富的波场信息。模型算例表明,基于染色算法的VTI纯P波偏移成像技术能够在保证原始成像精度的前提下,对深部介质结构产生更高精度的成像结果。

大倾角输送机机架设计与优化

针对大倾角输送机在现场使用时机架易坍塌现象,文中开展了对机架的强度、刚度的研究;以矿用带式输送机机架的结构性能为基础,并结合露天矿端帮特点及运量要求,设计了一组机架,为了提高机架的强度和刚度,对大倾角输送机机架进行了力学研究和仿真分析,通过对大倾角输送机机架的力学研究,提出了一种计算曲线梁的方法,总结出力矩计算公式;通过对不同结构的机架进行仿真分析,得出上排梁结构优于下排梁结构的结论。通过对机架结构进行模态分析和谐响应分析可以得到机架变去啊形频率响应曲线,进而得到不同频率激励下机架的变形情况,最终设计了一款符合要求的机架结构。

张家峁智能化煤矿巨系统关键技术研发与应用

为进一步加强传统采矿工程与新一代信息技术的不断深入融合发展,构建安全、智能、绿色、高效的煤矿,以张家峁煤矿为例介绍了智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设。以智慧煤矿总体规划及综合管理操作平台设计、智能化无人生产系统、智能化巷道掘进系统、环境感知及辅助系统、智能场区建设等为主线,进行张家峁智慧煤矿巨系统的建设。通过对煤矿5G移动通信技术,透明矿山三维管控平台关键技术,煤矿生产危险源分析预测技术,矿山采掘接续一张图集成技术,智能化无人工作面协同控制技术,环境感知及一通三防智能化技术等关键技术的应用解决了信息孤岛,提升了智能化采掘能力,提高了数据驱动决策,实现了矿区全域多源数据深度融合,生产效能、安全态势与业务流程协同优化的多维场景平衡综合分析决策,形成矿区智能化管理、高效协同运行新体系。

基于改进PSO-PID的悬臂式掘进机液压系统控制优化

考虑到悬臂式掘进机液压系统非线性情况,同时负载会发生突变,无法准确预测,根据传统粒子群优化(PSO)算法,综合运用混沌初搜索及最优点细搜索,使算法实现全局与局部优化性能的平衡,再对掘进机液压控制系统进行比例、积分和微分(PID)参数优化。采用混沌优化算法初搜索及灰狼算法佳点集细搜索,改良PSO算法。结果表明:改进后的PSO算法更高效,不会发生超调的情况,显著改善了优化性能,即使受外部扰动因素的影响,也能满足目标值的精确跟踪要求。本算法可优化液压缸控制系统稳态和动态特性,增强稳定性和自适应性,大幅提升煤矿开采履带设备的运行效率。

采动压力影响下掘进巷道支护技术研究

王村斜井5208工作面原设计为孤岛工作面。为缓解采煤工作面接续紧张的问题,王村斜井在5206和5210工作面回采期间即对5208工作面顺槽进行掘进,工作面之间留15m保护煤柱。5208工作面进风顺槽与5210回采工作面部分处于对向掘进状态,受5210工作面采动压力影响,导致了巷道支护困难,巷道变形严重,锚杆失效量大,后采用高强扭矩锚杆+"鸟窝"锚索对工作面顺槽进行联合支护。试验结果表明高强预应力锚杆能够有效的控制巷道变形,并对巷道的底鼓也起到了一定的控制作用。

深井围岩蠕变失稳机理与关键控制技术研究

建立了深井围岩蠕变模型,分析了深井围岩蠕变的应力分布情况,阐述了深井围岩蠕变的机理和蠕变过程,分析深井围岩出现底鼓的判断准则,研究了注浆控制技术和二次锚杆支护技术,研究了注浆过程中的注浆速度、注浆量等参数,并进行了围岩块注浆加固实验,发现注浆后岩体的抗压强度得到了有效提升。对顶底板和两帮的变形量随时间变化进行了实验研究,围岩蠕变得到了有效控制。注浆控制技术和二次锚杆支护技术共同使用可以很好地防范深井围岩蠕变失稳的风险。

煤矿运输胶带热解动力学参数研究

为构建矿井胶带火灾早期预警体系,防控巷道外因火灾事故,利用热重—傅里叶红外光谱联用实验,结合热解动力学,研究5、10、15、20 K/min 4种升温速率下胶带的热解历程。结果表明:不同升温速率下的热重(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方向滞后;胶带热解经历2个明显失重阶段,第一失重阶段发生交联缩聚热解反应,活化能E在105~107 kJ/mol,指前因子为15.92 min^(-1),第二失重阶段发生脱链解聚热解吸热反应和挥发分氧化放热反应,活化能E在130~220 kJ/mol,指前因子为37.13 min^(-1),高于第一失重阶段,两阶段热解过程可用Avrami-Erofeev方程表征。

基于双Buck全桥矿用逆变电源谐波抑制策略研究

针对目前非线性电力电子器件的广泛使用导致逆变器输出电能质量下降问题,通过对双Buck逆变器的研究提出一种改进型的嵌入式双PI+重复控制,结合双PI调节的动态响应快和重复控制对输出各次谐波抑制能力强的优点从而提高双Buck逆变器的稳态精度。最后在仿真平台对传统全桥逆变和双Buck全桥逆变分别采用传统PI控制和嵌入式双PI+重复控制带不同负载的情况下进行仿真分析并搭建了相应的实验样机平台进行验证。根据仿真和实验结果可以得出双Buck全桥逆变在抑制输出谐波方面比需要设置死区时间的传统全桥逆变更具优势,电压总谐波畸变率保持在2%以下,且所提出的新型控制策略在带非线性负载情况下对输出波形畸变有较大的改善,可明显提高输出电能质量。

基于PLC系统工作面巷道稳定性智能预警平台

针对深井松软煤巷围岩变形破碎、巷道支护困难等问题,通过理论分析、数值模拟及现场试验综合方法探究了巷道围岩变形破坏机制及防控策略,引入PLC系统搭建工作面巷道稳定性智能预警平台。研究发现顶板横向受力、巷道等效跨度、煤岩强度是巷道围岩损伤破坏的主控因素。基于PLC-数值仿真智能计算,人工输入合理支护方案模拟验证,提出全长锚固+顶板外侧补充2排锚索+煤柱侧补充2排锚索、全长锚固+顶板外侧补充2排锚索+煤柱侧向切顶2种防控方案。通过对不同方案下巷道围岩变形及应力监测仿真结果,确立方案2为最终方案,为深井松软围岩巷道变形控制提供了合理依据。

井筒施工对地面相邻建筑的影响和思考

结合具体工程的实施过程,分析了斜井明槽施工对边坡稳定及相邻建筑地基沉降及基础变形的影响,斜井暗挖冻结施工期间对地面建筑桩基布置、桩基承载力取值及桩基低温养护的影响,立井冻结施工对井塔的内柱布置及桩基承载力的不利影响。结合处理办法探讨井筒与相邻建筑的工程实施应统筹考虑,设计要以整个项目场区为背景,有先导性和预判性,施工要合理安排施工顺序并加强措施管理,后期使用应加强监测,保障结构安全可靠。

切顶卸压沿空留巷支护技术及矿压规律分析

针对陕西陕煤澄合矿业有限公司百良旭升煤矿505综采工作面需要沿空留巷的实际情况,结合预留巷道周围地质条件,通过理论分析,设计了切顶卸压顶板预裂爆破参数,提出了切顶卸压沿空留巷支护方案,并连续观测工作面回采期间巷道的围岩变形数据,总结出了切顶卸压沿空留巷段矿压显现规律。

Z型工作面切顶留巷支护技术研究

以董东煤矿50107工作面作为Z型工作面开采切顶留巷实验对象,分析了巷内锚网支护、煤机截割成巷、巷外预裂爆破以及巷旁挡矸支护等关键因素对留巷稳定性的影响,提出了巷内支护,巷外支护和巷外切顶的技术参数,通过现场实测,达到了预期目的。

动磁式直线振荡电机电磁系统理论与实验

直线振荡电机是直线压缩机的关键部件,其性能直接影响压缩机效率,采用等效磁路法构建了E型外磁轭式-圆筒型动磁式直线振荡电机的电磁结构模型,推导了电机的磁链、磁共能以及电磁力的表达式,分析了结构参数对电机性能的影响。最后采用静态比推力试验验证了等效磁路模型的最大误差为5.12%,为电机的结构设计和优化提供理论基础。

皮带机故障诊断中基于自适应小波阈值去噪法的应用

皮带机故障信号中包含大量运行信息,采集故障信号进行去噪处理有利于故障状态识别。为了进一步提高小波阈值去噪方法在强噪声背景下微弱故障信号提取能力,设计了一种基于改进自适应阈值的小波阈值去噪法的皮带机故障诊断方法。研究结果表明:进行小波阈值去噪时未进行阈值函数优化,在阈值选取缺乏灵活性。以自适应小波阈值去噪时,可以获得更平滑的阈值曲线,能够满足最优去噪性能。采用小波阈值去噪时并未达到理想去噪效果,存在明显噪声成分,并且获得了更大均方根误差;完成小波阈值改进后获得理想去噪效果,更准确保留有用信号,使噪声信号被充分去除,实现信噪比的明显提升。该研究可以拓宽到其它传动设备上,对后续的故障状态识别奠定理论基础。