考虑拱效应的巷道断面优化研究

为减少巷道开挖工作量和有效控制巷道围岩变形量,以拱形巷道拱高、巷宽及巷高为研究变量,采用L 16(34)三因素四水平的正交模拟实验,基于FLAC 3D数值模拟研究了各种组合情况下,巷道开挖后围岩变形量及塑性区面积变化规律。结果表明:拱高与巷道顶板围岩塑性区面积成负相关,与巷道帮角的破坏呈正相关,且最优组合巷道断面参数为巷宽4.5 m、巷高3 m、拱高1 m;采用优化方案后,直墙拱形巷道比原方案矩形巷道塑性区面积减少了35.07%,顶板下沉量减少了19.2%,两帮移近量减少了22.4%,巷道断面优化后可有效减少围岩塑性区破坏范围,有利于巷道的长期稳定。

高地应力缓斜半煤岩巷道断面形状优化研究

为了优化高地应力缓斜半煤岩巷道的断面形状,以东欢坨矿3018工作面运道为工程背景展开研究。通过复变函数理论推导得出了倾斜煤层中不同断面形状的应力解析解,然后运用FLAC3D数值模拟求解了不同断面形状巷道的应力集中和塑性区情况,并以此为基础确定了巷道最优断面形状,最后结合现场工业性试验对研究结果的可靠性进行了验证。研究结果表明:高地应力作用下缓斜半煤岩巷道破坏呈现非对称形式;不管断面形状如何,巷道均在左、右两底角处呈现高应力集中,且应力集中程度矩形>梯形>直墙拱形;直墙拱形巷道稳定性最佳,梯形巷道次之,矩形稳定性最差,确定直墙拱形为最终巷道断面形状;现场巷道表面位移量监测结果表明,直墙拱形巷道更能满足现场安全生产要求。

倾斜煤层回采巷道断面形状优选及支护研究

为解决香山矿倾斜煤层回采巷道变形复杂、稳定性差、支护难的问题,以香山矿二水平己一采区己_(16-17)倾斜煤层为工程研究背景,通过数值模拟比较分析巷道不同断面形状围岩变形情况,选择合适巷道断面并提出相应的支护方式,结合现场观测以验证选取巷道断面以及支护方式的有效性。结果表明:采用斜顶梯形巷道断面及锚网索支护后巷道顶板最大下沉量与支护前相比降低了19%,两帮最大位移量降低了12.7%,梯形巷道断面支护可以将巷道围岩的变形和破坏控制在较小的范围内,回采巷道变形得到有效控制。研究香山矿倾斜煤层回采巷道稳定性,可为矿井安全生产提供依据。

基于DC-UNet的煤矿掘进巷道断面裂隙图像检测方法

【目的】煤矿巷道断面裂隙检测可表征巷道地质情况,指导掘进与支护工程。传统的巷道断面裂隙图像处理方法容易受到煤矿井下复杂环境的影响,导致裂隙检测效率较低。【方法】提出一种基于DC-UNet模型的巷道断面裂隙检测方法,可部署在移动端与嵌入式设备,实时有效地检测巷道断面裂隙情况,提高裂隙检测效率。首先,建立了巷道断面裂隙图像数据集,使用图像数据增强技术增加原始图像数据集,并对数据集图像进行标注。随后,基于DC-UNet网络构建了裂隙检测与裂隙参数计算框架,通过改进深度可分离卷积(depthwise separable convolution,DwConv)与引入双重注意力模块(convolutional block attention module,CBAM),提高了模型的轻量化与检测精度。DwConv替代传统卷积操作,降低了模型的参数量和计算量;CBAM模块通过串联通道注意力与空间注意力,提高了模型在低照度多粉尘复杂井下环境中的裂隙语义信息。最后,将所提算法与现有图像处理算法进行了对比,并将模型导入到移动端设备中进行验证。【结果和结论】结果表明:改进模型的裂隙检测精度为92%,相比于传统图像处理方法,检测精度得到了提高;改进模型部署在移动端设备,数据量为7.52 MB,相比于原有模型减少了68.9%,降低了模型的计算量;占用空间为19.43 MB,相比于原有模型降低了80.2%,提高了模型的轻量化水平;检测时间为0.075 s,满足现场检测实时性的要求,提高了检测速度。提出的改进算法可以满足煤矿井下掘进断面裂隙检测要求,为煤矿巷道裂隙检测与巷道掘进工程奠定了基础。

近距离煤层外错式布置下伏巷道断面优化研究

针对宁夏煤业有限责任公司灵新煤矿六采区近距离煤层外错式布置下伏巷道围岩稳定性控制问题,对061601风巷原梯形巷道断面形状进行优化,以保障巷道掘进安全。提出将梯形巷道断面变更为直墙半圆拱断面的优化方案,通过FLAC^(3D)建立工程地质模型,分析061601风巷巷道断面优化前后应力及塑性区分布特征,并进行工业性实验,监测围岩松动圈发育情况与顶板下沉量。数值模拟与现场监测结果表明:将巷道由断面梯形优化为直墙半圆拱,可有效提高围岩完整性,降低巷道塑性区范围,减少巷道顶板下沉量,保障了生产安全需要,达到了预期目标。

煤矿掘进机巷道断面自动截割成形控制方法研究

常规的巷道断面自动截割成形控制点位标定均为单点设置,控制的覆盖范围受限,导致最终得出的成形控制垂直偏差增大。针对这一现状,开展煤巷断面自动切割成型控制方法的研究和设计。基于目前的控制要求,探究截面自动切割成型的运动,采用多点位的方式打破控制覆盖范围受到的限制,完成空间位置坐标多点位设定。在此基础上,进行截割臂摆动角控制,设计多感知截割成形控制模型,采用自动平衡调速的方式来实现控制处理。结果表明,在3 200 mm、3 500 mm、3 800 mm、4 200 mm这4个截割断面尺寸下,结合截割点的变动,根据实际的成形控制需求,最终得出的成形控制垂直偏差被较好地控制在40 mm以下,说明此次设计的巷道断面自动截割成形控制方法更佳,针对性与稳定性明显提升,实际应用效果好,具有较高的实践价值。

基于LDA的均直巷道断面突扩风速分布规律实验研究

风速分布是计算井下巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质过程的基础,对风速传感器布置及测风仪表研制具有重要意义。针对传统的接触式瞬时速度测量方法的局限性,采用非接触式激光多普勒测速仪（LDA）对均直巷道的稳定流动及断面突扩后风流状态进行实验测试。在平均风速为4 m/s左右的条件下,得出即使是均直巷道的稳定流动,其瞬时风速的大小及方向也呈现极度的湍流脉动性,平均脉动幅度可达平均风速值的33%左右,测点风速大小及风向均服从正态高斯分布;在突扩区域有大涡存在,漩涡区风流方向极不规则,各向均有分布,其风速平均绝对值在0.1-0.2 m/s波动,表明井下工程测风可有条件地忽略湍流大涡区域。受突扩影响均直巷道断面风速分布呈近似均等的动态的波浪线分布而非拟抛物线型,壁面光滑的实验巷道边界层厚度在5 mm左右,风速以跃迁方式＂突变＂达到均值。实验表明,传统的测风原理及方法仅能满足一般的工程需要,但是不能满足以湍流为特征的巷道瓦斯、火灾气体、粉尘运移规律,温度、湿度分布,传热传质等过程的计算要求。

基于PCC的任意巷道断面自动截割成形控制系统

为进一步提高自动截割成形控制精度,提出任意巷道断面自动截割成形控制方法。基于PCC(可编程计算机控制器),提出断面轮廓概念,设计了系统控制功能、截割工艺路径及人机交互功能。研究结果表明:截割头空间位置检测装置精度高,对于巷道两帮的截割精度来说,其测量误差可忽略不计,控制方法的合理设计是巷道两帮截割精度的决定性因素;在自动截割过程中,慢停功能的设计可很大程度上减小截割臂惯性误差;垂直截割时回转与升降液压缸的联动可保证截割头沿断面边界运动;自动刷帮功能可取代人工修整断面边界,消除截割步距过大引起的表面粗糙度误差,提高断面成形质量。以EBZ200型掘进机为试验机型进行了地面性能试验与井下工业性试验,结果证明系统运行稳定可靠,控制精度较高,可保证所截割巷道两帮误差小于5 cm。

巷道断面积对井下测风站位置影响的数值模拟研究

文章设置了不同巷道断面的巷道模型,模拟了风流流动,对不同位置的断面速度分布进行了分析,研究了巷道断面积对煤矿井下测风站位置设置的影响。数值模拟结果表明:巷道断面越大,在巷道转弯处,风流发生紊乱后,越不易达到稳定流动,巷道断面的水平方向比竖直方向更难达到稳定流动,且进口方向对出口方向影响更大,使出口方向达到稳定流动的距离更远。在确定的模型下,经最小二乘法拟合,测风站位置与巷道断面积满足线性关系:y=a+bx。

基于UDEC数值模拟的巷道断面形状优化设计

针对某煤矿1102工作面轨道巷原设计方案的不足,选择了不同形状的巷道断面,运用数值模拟方法进行分析,从而发现了断面形状的不同对巷道支护效果有着非常大的影响,结果也证明在1102工作面回采巷道采用直墙半圆拱是合理的。

基于巷道断面的掘进机截割头定位系统设计

针对无法精确定位掘进机截割头的位置、截割效率低及截割断面成形差的问题,提出了基于巷道断面的掘进机及截割头定位系统设计方法。结果表明,该定位系统在直线标准巷道内,可实现掘进机截割头准确定位,不仅提高截割效率和断面成形率,而且有利于安全生产,节约人力及支护成本。

巷道断面的计算机辅助设计

文章介绍了巷道断面计算机辅助设计软件的设计思路、巷道断面的计算、自定义实体的设计及三心拱断面的绘制方法等。该软件使用C++和ObjectARX对AutoCAD进行二次开发,实现了巷道断面设计图的参数化绘制,为设计人员提供了高效、智能的解决方案。

掘进巷道断面自动测量的数学模型

为了对巷道断面轮廓及中心线进行监测与定位,将悬臂式掘进机简化为机器人模型,建立其悬臂运动学和车体运动学方程,计算出掘进机截割头的空间坐标和巷道断面坐标系统;利用坐标变换,推导出巷道断面坐标系统相对掘进机车体坐标系统和大地坐标系统的数学模型,实现断面监测和轮廓显示,有助于建立巷道轮廓曲线和巷道中心线的数字化模型。

一种矿井巷道断面瞬时监测系统设计

针对矿井巷道断面人工测量方式费时费力、误差大以及现有巷道断面测量仪检测速度慢、无法实现上位机实时监测等问题,提出了一种基于PLC和ZigBee网络的矿井巷道断面瞬时监测系统的设计方案。该系统中,PLC输出2个6 400个/s的高速脉冲序列,分别用于控制步进电动机旋转和驱动脉冲式激光测距仪测距;HC0,HC1高速计数器分别对2个脉冲序列计数;步进电动机步进角设置为0.45°;激光测距仪旋转1周后,PLC计算出巷道断面的周长和面积,并将计算结果通过ZigBee网络发送至上位机进行实时显示。实验结果表明,该系统每隔10s更新显示巷道断面的周长和面积,周长测量的相对误差不超过0.5%,面积测量的相对误差不超过0.9%。

标准巷道断面自动查询绘制系统

在AutoCAD平台上研制开发标准巷道断面的自动查询绘制系统 。

参数化技术在煤矿巷道断面设计中的应用

介绍了运用参数化技术所开发的绘制煤矿巷道断面图程序的设计过程以及软件使用方法

椭圆拱代替三心拱巷道断面的分析研究

为了研究椭圆拱代替三心拱巷道断面的可行性,采用理论计算和数值模拟方法,对椭圆拱与三心拱巷道断面的几何尺寸误差、位移特征和应力特征等进行分析,研究表明:三心拱与椭圆拱巷道断面尺寸误差远小于《煤矿安全质量标准化考核评级办法》中所规定的误差要求;两类巷道的位移特征基本相同;在巷道围岩浅部,椭圆拱断面巷道的垂直应力和水平应力均较三心拱巷道的小,随着向围岩深部发展,椭圆拱断面巷道应力增加幅度较三心拱巷道快,但对支护影响不大。

巷道断面形状力学效应三维数值模拟分析

针对开拓巷道设计中最常用的三种断面形状 ,即直墙拱、直墙仰拱、曲墙仰拱 ,运用FLAC3 D程序模拟了三种断面形状在不同围岩条件下的力学效应。研究表明 :在同一种围岩条件下 ,三种断面形状中受力状况最好的是曲墙仰拱 ,最差的是直墙拱 ;同一形状断面在不同围岩条件下 。

基于AutoCAD二次开发的三心拱巷道断面设计

矿山信息化是实现煤炭企业高产高效的重要组成部分,是提升企业核心竞争力的重要手段,而巷道断面设计作为矿山信息化的一个方面,有其重要的意义。为了实现巷道设计的经济性与安全性,采用基于C#.Net的AutoCAD二次开发,实现了三心拱巷道断面的智能参数化设计,解决了巷道断面设计时局限于经验方法和手工操作的难题。

计算机进行巷道断面及支护参数的绘制与实践

在研制锚喷支护设计专家系统时，我们用ＴｕｒｂｏＣ＋＋设计了Ｔｕａ程序。本文围绕Ｔｕａ程序对如何进行图形的设计、放大、计算机输出以及汉字显示问题进行了阐述。