基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统设计

目前煤矿瓦斯智能抽采管控系统存在以下问题:①系统功能局限于某一段流程管控,导致瓦斯抽采业务管理覆盖不全、措施落实不到位。②基于传统的“烟囱式”IT架构,导致子系统分散、数据利用率低、协同能力差,后期子系统融合代价大、系统扩展不便。③瓦斯抽采过程仍存在较多的人工环节,系统智能化、自动化能力还有待进一步提升。针对上述问题,设计了一种基于工业互联网架构的煤矿瓦斯智能抽采管控系统。基于发布/订阅模式开发了瓦斯抽采多源异构数据采集流程,促进了数据的解耦和共享,降低了系统复杂度,实现了瓦斯抽采管网数据、钻孔作业及轨迹数据、设备工况数据、达标评判数据等多源异构数据的统一采集。基于数字孪生技术,构建了三维抽采系统模型,达到了井上下抽采系统的立体化展示。基于规则引擎技术,根据订阅的Topic对经过消息中心处理后的传感器数据进行判断,可进行告警消息的推送,并将处理后的传感器数据存入数据库中,以实现瓦斯抽采达标评判的自动化、流程化运行。利用机器视觉视频分析技术识别钻杆根数,从而实现钻孔过程的钻杆根数(钻孔深度)的自动计数和钻孔工程的信息化管理,结合钻孔测量仪器,实现了钻孔轨迹左右、上下偏差分析及可视化。现场应用结果表明:瓦斯抽采相关管理人员通过查看瓦斯智能抽采管控系统软件,可实时快速地了解各抽采面抽采情况、抽采评判情况、钻孔工程施工情况、系统故障情况,提高了瓦斯抽采信息化和智能化管理水平。

文家坡煤矿首采工作面瓦斯赋存规律分析

为了研究高瓦斯矿井工作面瓦斯赋存规律的影响因素,以文家坡煤矿4101工作面为背景对煤层厚度和煤层埋深等条件进行单因素和多因素的线性回归分析,得出与瓦斯含量相关程度最大的影响因素为煤层埋深,并得出与其的函数线性关系式。以煤层埋深作为其位置坐标瓦斯含量值拟合的基础,运用绘图软件绘制4101工作面瓦斯等值线图。分析发现,从工作面切眼到停采线的瓦斯含量逐渐降低,得出的煤层瓦斯赋存规律对4101工作面煤层瓦斯预抽以及工作面回采期间的风量分配、瓦斯防治具有指导意义。

煤自燃过程中耗氧速率与放热强度的时空变化规律

为研究煤自然发火过程不同区域的动态发展规律,使用大型煤自然发火模拟实验台测试松散煤体在恒风量条件下从常温至140℃的自燃氧化过程,分析了耗氧速率和放热强度在时间及空间上的变化规律。结果表明:松散煤体自燃过程温度随煤体高度的变化在不同温度阶段趋势差异较大,高温点由煤体中上部位置向着进风侧方向移动;不同煤体高度耗氧速率与时间呈现指数增长,且耗氧速率和放热强度随着煤体高度的高温点的运移规律相吻合。75℃前后煤体呈现缓慢和快速增长分阶段特性;松散煤体进风口的放热强度逐渐增强,温度超过75℃后,不同煤体高度的放热强度随时间增长逐渐增长。

非反应型材料对煤矿巷道围岩承载性能影响研究

针对建新煤矿小煤柱巷道回采过程中变形较大问题,通过揭示非反应型材料成膜护表原理,结合单轴抗压实验和FLAC^(3D)数值模拟方法,对喷涂前后的试样单轴抗压强度和巷道表面位移、应力、塑性区和弹性势能等参数进行研究。结果表明,喷涂后试样平均抗压强度提升约23%;模拟巷道顶板及两帮位移量分别减小25%、6%,围岩应力分布更加均衡,塑性破坏模式和范围发生明显变化,平均应变能从7.8 J/m3提升至20.8 J/m^(3)。在建新煤矿小煤柱巷道开展现场工业性试验,与未喷涂区域对比,喷涂区域巷道两帮移近量减小14%,顶底板移近量减小18%,离层量降低25%,非反应型材料对巷道围岩承载性能影响主要体现在材料的抗拉和黏结特性对巷道表面位移的减缓作用,进而抑制深部基点移动,具有一定的支护作用。

基于PFC的放顶煤放煤机理数值模拟

基于PFC颗粒流数值模拟软件,分别模拟了0.6 m、1.2 m、1.8 m这3种放煤步距,结果显示这3种放煤步距放出率分别为86%、83%、74%,含矸率分别为12%、6%、2%。从顶煤的运动特征和接触力场变化规律论述了放煤动态多层位拱结构的发育过程及机理,发现顶煤的放出过程是一个多层位拱结构不断形成、破坏的动态过程,会形成一个动态多层位拱结构;而不同位置的顶煤运移空间受限程度不同,导致不同位置顶煤运动状态不同,当拱结构上方矿山压力大于拱结构内顶煤颗粒之间摩擦力时,拱结构遭到破坏;由于位于拱顶的顶煤运移速度远大于两侧拱脚,导致拱结构的拱顶层位不断向上发育,从而形成高层位的拱结构,涌向放煤口的顶煤可能在放煤口形成低层位的拱结构。研究认为,沿工作面走向顶煤放出体应是一个连续的放煤椭球体,合理的放煤步距应为一个椭球体的宽度,并通过模拟试验证明了通过支架尾梁摆动破拱能够有效提高放煤效率。

特厚煤层沿空掘巷煤柱塑性区宽度研究

为了解决特厚煤层条件下沿空掘巷围岩稳定性及掘巷煤柱留设合理宽度问题,本文以建新煤矿4203特厚煤层工作面为工程背景,建立极限平衡区应力方程,得到不同煤柱宽度条件下,煤柱体两侧向支承应力的分布特征,通过分析采空区侧煤柱和巷道侧煤柱塑性区宽度,得到沿空掘巷在特厚煤层条件下煤柱的合理留设宽度。试验结果表明:采空区侧塑性区宽度为2.58 m,煤柱侧塑性区宽度为2.61 m,煤柱核心承载区在不同煤柱宽度条件下,随着留设煤柱宽度的增大而不断扩大,集中应力区域也随之增大,最终确定特厚煤层条件下沿空掘巷煤柱合理宽度为10 m。由此可知,煤体完整性较好,巷道围岩稳定性得以控制,取得了较好的支护效果。

煤矿瓦斯防治技术的现状与问题

瓦斯是煤矿生产过程中需重点关注的安全问题之一,它会对煤矿的发展造成严重性的影响。如果在生产过程中出现了瓦斯问题,那必然会造成人员伤亡和财产损失。煤炭企业在生产过程中一定要按照国家和企业制定的瓦斯治理相关条例开展工作,将瓦斯的危害扼杀在摇篮中,提高企业的经济效益。基于此,本文首先分析了煤矿瓦斯防治的必要性以及防治不到位所产生的严重后果,然后对煤矿瓦斯防治技术的现状、存在问题、解决对策进行了详细分析。

煤矿用钻孔轨迹仪方位角标定算法应用研究

煤矿用钻孔轨迹仪中方位角主要是依靠3轴磁传感器感知地磁场得到,针对磁传感器本身制作、安装工艺误差和使用过程中磁场干扰等问题,提出一种平面校准、倾斜补偿及陀螺仪偏差补偿三者相结合的方位角标定方法,实现方位角的精确测量,满足现场需求。该方法首先建立误差模型,然后采用改进型的多平面校准法实现磁力计的校准,利用加速度对磁力计进行倾斜补偿,完成标定。使用转台模拟轨迹仪在空间中任意姿态的方位角,经标定补偿后验证,该算法使用时无需制造无磁环境,可将方位角精度提高到1.5°范围内,保障钻孔轨迹测量的有效性,证明该算法在煤矿环境下的可行性和适用性。

倾斜软煤层掘进揭煤围岩注浆加固技术研究

为解决软煤层条件下斜巷揭煤顶板管理难度大、掘进期间煤层瓦斯突出较危险等问题,以桑树坪煤矿南一250轨道2#煤斜巷为工程背景,从注浆材料性能、预注浆施工设计及效果性评价三个方面综合研究,提出了“专用瓦斯抽采抽放、金属棚式加强支护、预注浆锚网联合支护”三步联合揭煤法,实现安全高效的倾斜掘进预注浆加固揭煤新技术,进尺效率提高50%,揭煤工期缩短1个月,有效解决了矿井接替紧张的困难,为该地区同类型地质条件下的揭煤施工提供了更有利、更高效的新技术。

煤矿用柔性薄喷材料的性能及应用

传统锚喷支护因喷射混凝土承受拉应力小、喷层易脱落、施工环境差且金属构件易腐蚀等缺点影响支护质量。本文研发了一种新型的适用于煤矿巷道的非反应型柔性薄喷材料,具有力学性能高、阻燃、抗静电、无毒无害、施工简便的优点。喷涂后实现了对金属构件和岩石表面的全面封闭,防止了锈蚀、风化及有毒有害气体的泄漏。

综掘面风流调控下的瓦斯与粉尘浓度双目标预测模型研究

针对综掘面瓦斯和粉尘浓度预测能力不足,导致瓦斯粉尘积聚难以提前解决,造成风筒出风口风流调控降尘排瓦效果不佳的问题,采用层次分析法确定了瓦斯和粉尘浓度分布的关键影响因素,建立了7-11-3结构的双目标预测神经网络模型,并进行出风口距端头5 m和10 m工况下的应用测试,结果表明:模型误差率最大9.85%,最小0.27%。瓦斯浓度最高降低了45%,粉尘浓度最高降低了40%,有效预防了瓦斯和粉尘浓度的积聚问题。

孟村煤矿回采工作面过断层注浆加固施工应用

彬长矿区孟村煤矿401101综放工作面过DF29正断层时,采用注浆加固施工技术,加固工作面断层附近破碎区域的松软煤岩体,提高煤壁的强度和稳定性,保证割煤过程中顶板完好,煤帮无片帮垮落和冒顶。

综掘工作面风流调控下风速及瓦斯粉尘浓度融合预测模型研究

针对综掘工作面传统的通风总量控制管理模式不能根据实际需求进行风流调控,造成瓦斯及粉尘聚集和污染隐患等问题,对风流调控下的风速及瓦斯粉尘浓度多源数据融合神经网络预测模型进行了研究。采用欧拉-拉格朗日法建立了风流调控下的瓦斯及粉尘气固耦合模型并进行了测试验证,模拟分析瓦斯和粉尘颗粒在综掘巷道的分布情况,获取大量不同风流调控方案下的风速及瓦斯粉尘浓度样本数据。采用多层感知器神经网络技术建立预测模型结构,选取对瓦斯及粉尘浓度具有较大影响的风流调控等参数作为输入层,根据风速及瓦斯粉尘的隐患位置确定输出层,对样本数据进行预处理,通过引入差分进化算法搜索最佳隐藏层节点数和学习率,利用TensorFlow框架搭建多源数据融合神经网络预测模型。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,对不同风流调控方案进行预测和井下实测验证。结果表明:该模型相对误差最大值为9.7%,具有较高的准确性;选取出风口距端头最短距离5 m和最远距离10 m这2种工况下的最佳调控方案,与调控前相比,风速符合规范要求,端头死角区瓦斯体积分数分别降低34%和35%,回风侧人行处平均粉尘质量浓度分别降低40%和41%,司机处粉尘质量浓度分别降低38%和36%,研究可为风流调控提供参考。

基于猎人猎物优化算法的粉尘浓度BP神经网络预测模型

为了更好地预测煤矿井下泡沫降尘技术处理后的粉尘浓度,以文家坡煤矿4^(-2)盘区2#灾害治理巷为工程背景,采用基于猎算法优化的BP神经网络模型预测粉尘浓度。通过接触角试验,结合煤样接触角表征的抑尘效率与经济性,确定对降尘效率影响较大的发泡剂浓度为0.5%,并对掘进巷道内不同参数条件下粉尘浓度进行实测;以水压、风压、初始粉尘浓度3个参数为输入,以不同条件下巷道内的粉尘浓度为输出,对比分析各算法的预测精度及泛化能力。通过比较4种神经网络预测模型的拟合度,“3-9-1”结构的HPO-BP神经网络模型预测拟合度最大,更适用于煤矿井下掘进面粉尘浓度的预测,能够为泡沫降尘技术参数的后续调整提供依据。

大采高工作面回撤通道破碎顶板注浆改性控制技术研究

为解决强采动大断面回撤通道破碎顶板稳定控制难题,以小保当一号煤矿112203工作面回撤通道为工程背景,综合采用现场调研、数值计算和工业性试验的方法,分析了初始渗透系数、注浆压力、注浆时间对注浆浆液扩散半径的影响规律,确定了112203工作面回撤通道注浆改性关键参数:注浆材料选择煤矿加固煤岩体用硅酸盐改性聚氨酯材料、注浆压力15 MPa、注浆时间20~30 min,给出了包括工作面端头、回风顺槽和主回撤通道三部分的分区域注浆改性技术方案。现场监测结果表明:注浆改性后各区域顶板完整性较好、未发生冒顶,112203主回撤通道顶板下沉得到有效控制。

综采工作面大断面切眼围岩稳定控制研究

综采工作面大断面切眼围岩的稳定性是影响综采工作面正常设备安装与回采的关键因素,以小保当一号煤矿112203综采工作面大断面切眼为研究对象,通过理论分析研究了112203综采工作面大断面切眼顶板变形机理及理论支护参数。采用离散元数值模拟软件建立了UDEC Trigon模型,研究了支护强度对二次成巷顶板裂隙演化规律、破坏模式和损伤程度的影响规律。数值模拟结果表明:合理的支护技术能够控制顶板微裂纹的扩展降低宏观裂隙的发育高度。长短锚索联合支护后顶板岩层中存在的岩石桥能够有效的限制宏观裂缝的形成以及它们之间的相互作用,特别是对交界面区域的重点支护能够降低二次成巷顶板裂隙的发育高度,减弱深部大断面切眼顶板岩层的损伤程度。现场试验表明,采用加长锚索以及单体液压支柱的补强支护后,112203综采工作面大断面切眼两帮移近量稳定在350 mm左右,顶底板移近量稳定在550 mm左右,顶板未出现明显离层,最大顶板离层量为2.4 mm。本文的理论分析及数值模拟有助于理解综采工作面大断面切眼顶板破坏模式,同时为其控制技术参数的设计提供了方法。

高强度喷涂材料承载性能及最佳厚度研究

针对围岩控制时效性难题以及薄喷技术存在的问题,分析高强度喷涂材料作用原理,利用试验平台对3种厚度喷膜以及菱形网的承载性能进行测试,总结喷膜破坏机制,结合数值模拟对比不同喷涂厚度时围岩变形破坏特征,确定最佳喷涂厚度。研究结果表明,高强度喷膜支护模式为“面支护”,可提高支护范围、强度以及支护结构有效时间,喷膜承载过程中的破坏形式主要为拉伸和剪切,其中拉伸破坏对喷膜承载力影响较小,喷涂厚度大于3 mm时,对围岩性能提升效果相对减弱,结合经济条件,确定最佳喷涂厚度为3 mm。高强度喷涂技术进一步应用可提高煤矿安全生产水平。

制造业企业财务管理存在的问题及措施分析

国家的进步与科技的发展为国民生活带来了翻天覆地的变化,人们在生产生活中对各种工业品、大型工具以及生活消费品的需求越来越高,给制造业带来发展机遇的同时,也使制造业面临着前所未有挑战。制造业企业若想维持良好的发展态势,必须以财务管理为抓手,对企业资源和生产运营过程进行科学管理,以提高管理层决策制定的准确性,提升所获经济效益,为企业在激烈市场竞争中长期立于不败之地奠定坚实的基础。

引射器治理工作面隅角低氧的研究与应用

矿井工作面正常回采时隅角容易产生低氧现象,会导致工作人员作业期间呼吸困难等问题。通过现场测试,回风隅角的氧气浓度为15.5%~17.5%,且随地表气温的升高而降低。为此,提出了基于引射原理的工作面隅角低氧防治技术,并将技术与现场应用相结合。结果表明,引射风流对工作面回风隅角低氧环境改善效果良好,引射风流方向与回风巷呈一定夹角设置时,改善效果最佳;此位置条件下引射风速8 m/s便可有效消除回风隅角低氧现象,使整体氧气浓度保持在19%以上。根据以上研究结果,结合陕北某矿112207工作面实际情况,进行了引射器现场应用与效果检验。在设备正常运行7 d后,工作面回风隅角氧气浓度维持在18.5%以上,治理效果显著。

大采高工作面回撤通道围岩注浆加固技术实践

针对大采高工作面末采期间回撤通道矿压显现剧烈,巷道支护困难等问题,以小保当一号煤矿112204工作面为背景,对末采回撤通道的围岩控制问题进行了探究。采用理论分析、现场实勘的方法,分析了112204回撤通道围岩变形原因,明确了注浆加固机理,确定了合理的注浆参数。注浆加固后的112204回撤通道比112201回撤通道的顶板最大下沉量减少了88.75%,同时末采收尾工作提前5.5 d结束。实践结果表明,对大采高工作面回撤通道进行注浆加固,能有效控制末采阶段巷道变形等问题,对实现安全高效、经济合理的回撤工作具有重要意义。