基于低场核磁共振的煤岩孔裂隙结构定量表征

为探究原生煤和构造煤的孔裂隙结构特征,以山西吕梁华晋焦煤有限责任公司沙曲二号煤矿为研究对象,通过低场核磁共振手段研究了原生煤和构造煤的孔裂隙结构差异,并讨论了不同类型煤样T 2图谱、不同类型孔裂隙占比、有效孔隙率和孔隙分形维数等特征。结果表明:原生煤由微孔、中孔和大孔构成,且微孔占主导。构造煤由微孔、小孔、中孔和大孔构成,且中孔和大孔所占比例远大于原生煤。无论是饱和水煤样还是束缚水煤样,构造煤的孔裂隙复杂程度和分布范围均大于原生煤。对比了两种煤样瓦斯赋存和运移能力的差异,认为构造煤有利于瓦斯渗流,而原生煤则更有利于瓦斯吸附和扩散。通过计算得出构造煤的总孔隙率和有效孔隙率均大于原生煤,其孔裂隙结构更为发育。此外,结合分形理论发现构造煤吸附孔的复杂程度大于原生煤,而其渗流孔的复杂程度略小于原生煤。研究结果可为构造煤瓦斯灾害治理和煤层气高效开发提供一定理论参考。

高应力断层构造区巷道冲击破坏特征研究

断层构造区静动载应力耦合作用加剧了井下断层区围岩冲击危险性,断层构造区巷道围岩应力分布规律及冲击动载响应特征存在显著特殊性。目前对于断层构造区的冲击研究主要集中于工作面采场附近,但对于断层构造区巷道冲击破坏鲜有研究。以陕西某矿深埋高应力断层构造区巷道为工程背景,分析了断层构造区巷道围岩变形破坏力学特征:①断层面存在明显应力阻隔效应,正断层附近存在上盘应力集中区和下盘应力降低区2个特殊应力区。巷道由于断层面影响,巷帮静载集中应力呈现非对称分布特征,远离断层面侧应力集中程度大于靠近断层面侧,该侧巷道围岩冲击破坏危险程度增大。②断层面对于应力波传递产生明显阻隔作用,正断层上盘动载响应大于下盘动载响应,由于巷道两帮应力非对称分布特征,右帮动载响应明显大于左帮。基于上述特征,提出了断层构造区巷道围岩“卸(大直径钻孔卸压)−支(梯次加固成层式吸能防冲支护)”协同防冲控制技术,工程试验结果表明:①巷道围岩采取“卸−支”协同防冲处理措施后,巷道两帮应力集中区往围岩深部转移3~5 m,应力峰值降低18.5%~20.3%,巷道帮部围岩应力集中程度显著降低。②采用“卸−支”协同防冲处理措施前,巷道顶底板及两帮变形量分别为856,334,325,567 mm,巷道围岩变形破坏严重,采用“卸−支”协同防冲处理措施后,巷道围岩变形量降低35.69%~62.03%,巷道围岩稳定性增强。③钻孔煤粉量显著低于临界粉煤量,巷道围岩动力显现降低。

煤矿智能型水处理净化站的应用

针对目前煤矿井下水质差、硬度高、多余物和酸碱盐离子偏高等现象,基于水质问题对液压系统相关设备造成损坏等现状,介绍了一种煤矿智能型水处理净化站设备的结构、工艺、原理、功能及关键技术。重点围绕该设备的主要功能:三级过滤、自动清洗、自动监测、自动加药和远程监控等方面,对涉及的关键技术进行了介绍。该设备三级过滤通过3种滤材产出3种过滤精度的水质;自动清洗通过3种清洗设备实现免人工维护;自动加药通过液力加药装置实现药物自动加注;远程监控通过系列传感器、控制主机、以太网等实现在线监测。该设备在神东某矿井下投入使用后,能显著去除该矿井下水中酸碱盐离子,水处理前后去离子效果显著;在井下采用压差和时间模式,实现三级智能清洗,在煤矿设备自动化技术推广和远程监控方面进行实践应用,实现了井下实时自动数据上传至地面监控。该设备在满足井下设备对产水水质和流量的前提下,实现了自动监测、无人值守,降低了劳动强度,提高了煤矿设备井下管理水平和生产效率,值得进一步推广和应用。

变工况下的煤矿清挖输送机速度自适应PID控制技术

煤矿清挖输送机速度控制是输送机运行的关键。依据工况的变换,煤矿清挖输送机运行中需要及时转换为对应工况下的速度,以保证运行稳定。为此,提出变工况下的煤矿清挖输送机速度自适应PID控制技术。建立煤矿清挖输送机能耗模型和系统模型,通过相关性分析方法获取运输量与带速之间的互相关关系。在PID控制器的基础上设计专家PID控制器,将能耗最小作为控制目标,结合运输量与带速之间的关系对煤矿清挖输送机速度展开自适应控制,并在控制过程中通过RC滤波器提高PID控制器输出信号的平滑性,避免控制过程中出现振动现象,完成煤矿清挖输送机速度的自适应控制。结果表明:在不同工况下进行实验,所提方法的能量消耗率在0.24 W/kg以下;速度控制曲线与设定速度曲线基本相符,且控制误差低于5 m/s;角速度曲线较为平稳;不同工况下得到的响应稳定性在98%以上。表明所提方法具有较强的实用性。

煤矿井下带式输送机故障智能诊断

针对带式输送机托辊轴承故障诊断中振动信号提取特征困难而导致故障诊断精度较低的难题,提出了一种基于一维卷积神经网络(1DCNN)和极限学习机(ELM)的托辊轴承故障诊断方法。首先,根据具体的故障诊断任务,对采集到的数据进行划分,并进行傅里叶变换。然后,利用1DCNN提取故障特征,根据提取的故障特征利用ELM进行故障分类。测试精度均达到100%,用时分别为2.82和2.42 s。通过与ELM、随机森林、K最邻近法、支持向量机和卷积神经网络等方法对比,体现了所提方法的优越性。结果表明:采用1DCNN和ELM相结合的诊断方法,其诊断效果相比单一方法更好,能够满足煤矿领域托辊故障诊断需求。

补连塔煤矿12511工作面覆岩导水裂隙带发育特征

采动诱发覆岩导水裂隙带发育范围探测及机理研究对于科学指导煤矿井下涌水量统计、工作面水害防治及保水开采具有重要意义。本研究以神东矿区补连塔煤矿12511工作面为地质原型,基于物理模型试验对工作面开采引起的导水裂隙带发育高度进行研究,并通过钻孔视频与冲洗液漏失量的结果进行综合评定。研究结果表明:物理模型试验测试的顶板初次来压步距50.6 m,平均周期来压步距为15 m,岩层断裂角变化范围为32°~60°,平均51°,顶板基本运动方式主要为离层、弯曲、断裂、回转、垮落;工作面从100 m位置到推进至200 m位置过程,随着顶板的破断并不断压实,覆岩裂隙密度从初次来压时的20条/m降至16条/m。冒落带发育高度35.7 m,裂隙带发育高度为118 m,依据现场钻孔视频与冲洗液流失量监测结果,认定导水裂隙带高度为93.12 m,冒落带高度为36.52 m,裂采比为16.63∶1。研究证明了基于物理相似模型试验得出的导水裂隙发育特性结果的合理性,对于推动覆岩导水裂隙带发育高度的研究具有重要意义。

基于多传感器的在线油液故障诊断模型建模研究

以齿轮箱故障模拟实验台为基础,对不同类型的齿轮箱故障进行模拟,利用远程油液在线监测系统进行油液特征信息数据采集,构建基于BP神经网络的在线油液故障诊断模型。进一步利用所采集的数据集对故障诊断模型进行训练、优化,从而建立基于远程油液在线监测系统的多传感器故障诊断模型。