组合赋权-灰色聚类的煤与瓦斯突出危险评价

为有效预防煤矿井下煤与瓦斯突出事故,构建基于组合赋权-灰色聚类的煤与瓦斯突出危险评价模型。首先,基于轨迹交叉理论,从煤层物理学性质、瓦斯指标、煤层赋存条件3个方面选取预测指标,构建危险评价指标体系;然后,运用改进的层次分析法(IAHP)和熵权法(EWM),确定各指标权重,结合灰色聚类原理构建各指标的灰色模糊评价规范化等级判断矩阵,并根据最大隶属度原则预测煤与瓦斯突出等级;最后,以乌兰木伦煤矿12407综放工作面为应用实例,验证组合赋权-灰色聚类评价模型的科学性和有效性。结果表明:该工作面煤与瓦斯突出危险等级为Ⅴ,模型计算结果与现场实际基本吻合,其中,煤层物理学性质为主要诱导因素,评判结果与实际相吻合,证明文中所建模型具有一定的科学性和有效性。

综采工作面5G智能化控制系统改造设计

针对目前煤矿井下综采工作面控制系统存在自动化控制程度低、信息孤岛严重不利于安全生产的问题,提出采用基于5G通信技术的智能化控制系统对原系统进行升级改造。首先,基于工作面现有控制系统,升级配置规划开采系统、自动找直系统、视频分析系统、人员安全保障系统、5G远程控制云平台和工作面数字孪生系统等;然后,依据工作面地质数据,通过规划开采系统与自动找直系统相结合,实现井下采煤过程的智能化控制;最后,基于5G通信技术,借助视频分析系统、5G远程控制云平台及工作面数字孪生系统实现井下设备的实时远程人工干预。研究表明:改造后系统能够打破信息孤岛实现了多系统的有效融合,有效提高了系统流数据的传输速率和稳定性,极大地促进了无人化生产模式的实现。

基于5G驱动的煤矿机电设备安全管理平台研究

针对我国智慧矿山建设初级阶段中信息存储及利用率低、传输过程中容易失真、多源数据融合的智能决策率低及远程控制时效性差等问题,以高速率、低时延和大连接特点的第5代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,5G)极大的促进了多源数据及煤矿智能化开采技术的深度融合,成为了促进煤矿企业升级转型,建设智慧矿山的关键技术。为了降低煤矿机电设备事故发生率,提高煤矿机电设备安全管控智能化水平,基于5G技术的矿山智能安全监控操作系统,分析煤矿机电设备安全管理信息的作用机制,改进煤矿机电设备智慧化管理模型,构建机电设备安全管理预警系统;基于视频分析预警机制对人、机、环的不安全因素进行识别。研究表明:优化后的煤矿机电设备安全管理新模式能够实时对人、机、环信息进行更灵活的处理,及时地消除了机电设备的安全隐患,提高作业过程的安全管理效率,为煤矿机电设备的故障诊断及应急管控提供新的方案。

厚基岩浅埋藏工作面水力压裂初次放顶应用研究

乌兰木伦煤矿属于典型的厚基岩浅埋藏条件下开采的煤矿,其工作面存在大面积悬顶问题,为解决乌兰木伦煤矿31411工作面初次放顶面临的问题,对工作面进行了水压预裂放顶。分析了现场施工情况及水压情况,得出如下结论,泵压集中在13~25 MPa之间;在压裂过程中顶板锚杆、锚索均出现了淋水现象,相邻钻孔也有出水情况,表明压裂过后,原有裂隙和压裂新产生的裂隙完成了扩展贯通,削弱了工作面顶板岩层的完整性;压裂过程中裂隙扩展范围可达10~20 m;随着压裂位置距孔口距离的减少,破裂压力和扩展压力呈减小趋势。

过空巷群支护技术与矿压显现规律特征分析

为提高煤炭资源回收率,对乌兰木伦煤矿12煤西盘区工作面回撤通道与大巷间煤柱合理支护进行理论分析,设计了12404-1工作面过多条空巷支护方式,并利用尤洛卡矿压观测系统进行现场矿压观测分析。研究结果表明:设计方案能够满足安全高效的回采空巷群;工作面推采后期泵送支柱对空巷稳定性起着决定性作用,保证最大限度的回收了边角煤炭资源;工作面需合理快速推过,缩短峰值压力对空巷的作用时间;超前支承压力峰值影响区及顶板支护状态决定了后期顶板的安全状态。

音频电穿透技术在探查工作面顶板富水性的应用

为查明乌兰木伦煤矿松散含水层下采煤工作面顶板岩层导水构造,采用音频电穿透仪探测工作面顶板岩层的电性变化特征,得到高分辨的音频电穿透视成果图,进而分析采煤工作面顶板岩层导水构造水的分布范围及发育特征。结果表明:12421工作面顶板上覆松散含水层和基岩孔隙裂隙含水层的含水性相对较强;31411工作面顶板受到上覆工作面采空区积水影响较大;对探测结果进行钻探验证,验证结果较为吻合,表明音频电穿透交汇物探法能够较为准确地探测采煤工作面顶板岩层导水构造情况。

矩形巷道围岩应力的分布规律与实例分析

针对大断面矩形巷道围岩应力这一问题,将矩形巷道应力问题简化为无限大弹性平面内的矩形孔问题。对应力在复平面内的一般表达式与边界条件进行保角变换,得到复平面上矩形孔应力分量表达式,通过推导得出了矩形巷道在极坐标系下单位圆的映射函数,进而得出矩形巷道围岩应力的弹性解。通过依照目标巷道的地质环境对解析式不同参数赋值,利用MATHCAD与ORIGN得出了保角变换后巷道的等效轮廓线以及在极坐标下不同宽高比与侧压系数下的径向应力分布规律。通过极坐标系向直角坐标系的转化公式描绘出了在巷道不同位置应力变化趋势。结果表明巷道宽高比宽高比越大,帮部应力越小,顶板应力越大。侧压系数越大,顶板应力峰值越大。

井下锚网支护材料腐蚀的控制技术

针对井下煤巷锚网支护材料长年处在高湿环境腐蚀严重,存在高安全风险且井下现场防腐施工困难的突出问题,以神东煤炭集团公司某矿为应用背景,设计研用不含挥发性溶剂的置换型强吸附抗乳化防锈油,对取自煤巷已锈蚀的在役钢筋护网,讨论了防锈油施加前后于湿潮环境下的防护效果,及其在模拟顶板淋水冲刷作用下的耐腐蚀效果。研究表明:防锈油能够明显抑制湿潮、浸泡及顶板淋水冲刷作用下的钢筋护网腐蚀,并维持长效稳定的耐腐蚀效果;带锈和不带锈的在役钢筋护网腐蚀速率均显著降至0.005 mm/a以下,并维持稳定;通过对井下已锈蚀在役锚网支护材料施加自研防锈油,可有效抑制其腐蚀过程,延长其使用寿命。

乌兰木伦煤矿2^(-2)煤二盘区首采面探放水技术

为提高矿井水害防治效果,降低矿山安全隐患,首先,以乌兰木伦2^(-2)煤二盘区首采面为研究对象,分析矿区水文地质状况,探究导水裂隙带贯通情况对水害的影响;然后,采取物探、钻探相结合的方式开展探放水现场试验,预测评估工作面突水量,并通过工作面水量计算设计合理的排水系统;最后,提出回采工作面预留保护煤柱和局部区域顶板强排疏放等消除工作面水害隐患的措施。结果表明:2^(-2)煤回采过程中导水裂隙带贯通上覆采空区,具有较大的突水危险;经物探和钻探法相结合的探放水方式后,底板突水系数最大值为0.001 MPa/m,突水可能性较小;采取局部区域顶板强排疏放可有效降低突水危险。

动压巷道超前应力分布及高预应力加强支护技术研究

针对神东乌兰木伦煤矿受动压影响的31411辅运巷超前支护段预取消单体液压支柱的问题,利用力学分析得到了超前支承压力分布规律,通过数值模拟受采动影响下超前区域巷道顶板应力分布特征,提出了高预应力锚索补强支护技术方案。结果表明:超前区域巷道顶板垂直应力分布由中部向两侧递减,由浅层至深部顶板所受垂直应力递减;剪应力的峰值在顶板与两帮的夹角处,由两侧向中部递减;在巷道中部主要以弯拉破坏为主,在两侧主要以剪切破坏为主。根据力学分析与数值模拟结果,在31411辅运巷重点部位采用高预应力锚索对顶板进行补强支护后围岩变形得到了有效的控制。

柔模沿空留巷矿压智能动态监测系统设计

针对煤矿安全问题突出和煤炭资源回收率低等问题,以柔模支护技术为手段的“煤炭完全开采”的理念和配套技术成为促进安全开采地下煤矿有限资源的重要保证。为了更好地实现煤矿井下柔模沿空巷矿压的智能监测,开发了一套基于5G技术的柔模沿空留巷矿压智能动态监测系统,该系统能够对煤矿井下柔模沿空留巷的顶板离层、锚杆应力和围岩应力等信息进行实时采集,采集到的数据能够经软件内嵌的卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)处理后动态显示在5G监测系统的触摸屏上,此外还可以通过矿用无线波通信系统(Ultra Wide Band,UWB)远程传输至地面智能调度指挥中心。利用该监测系统对国能神东煤炭集团有限责任公司乌兰木伦煤矿(以下简称“神东乌兰木伦煤矿”)12407综采工作面柔模沿空留巷的矿压变化情况进行了监测。监测结果表明,该系统实现了柔模沿空留巷的矿压变化情况的试试动态监测,且具有数据采集精度高、抗噪性能强的优点,可为矿压的智能动态监测提供依据。

过空巷群柔模泵送支柱支护技术研究与应用

为保证工作面安全高效回采,对乌兰木伦煤矿12405工作面合理支护进行理论分析,设计了12405工作面过多条空巷支护方式,并利用尤洛卡矿压观测系统进行现场矿压观测分析。研究结果表明,设计方案能够满足安全高效的回采空巷群;在减慢推采速度时,工作面来压步距减小且压力相应减弱;工作面在末采挂网期间需降低推采速度,降低压力在贯通过程中对垛架的影响。经现场实践,验证了在空巷内部布置柔模泵送支柱能够对巷道顶底板围岩变形起到较好的控制作用,可以保证正常生产接续。