Dimine软件在金川矿区24^(#)主矿体生产探矿中的应用

金川铜镍矿区富矿资源面临枯竭,导致贫矿产量扩大、矿石综合品位逐渐降低,亟需寻找富矿、特富矿资源。采用小型钻探工程对金川铜镍硫化物矿床24^(#)主矿体东延深边部富矿体的规模及形态进行控制,并利用Dimine矿业软件建立三维矿体模型,通过距离幂次反比法进行储量估算。结果表明,24^(#)主矿体东延探矿区段矿石资源量约4.7万t,镍综合品位1.06%,铜综合品位0.68%,镍、铜金属量分别为504、325 t。Dimine矿业软件实现了地质勘探数据库的集成化、可视化,为现代化矿山生产探矿提供了新的思路。

矿山救援钻孔中井涌井漏事故预警预测

为解决矿山应急救援钻孔作业过程中井涌井漏事故预警预测困难等问题,建立了基于机器学习的钻进过程井涌井漏事故预警预测模型。首先对井涌井漏事故发生初期时的钻进参数进行事故表征参数分析;其次对事故表征参数进行数据清洗处理,在此基础上,通过XGBoost事故诊断预警模型对井涌井漏事故进行早期诊断识别;随后建立PSO-LSTM事故发展预测模型,对事故发生后的孔底压力参数发展趋势进行预测,提前掌握钻进事故发展状态;最后通过实际钻进数据对预警预测模型的有效性进行验证。结果表明:XGBoost事故诊断预警模型能根据总池体积、立管压力、出入口流量差和动力头负荷这4种钻进参数的异常变化,快速准确诊断钻进过程中的井涌井漏事故;PSO-LSTM事故发展状态预测模型能充分学习孔底压力参数发展规律,综合EMAP、EMA、ERMS、R2这4项误差评价指标,PSO-LSTM模型相较于BP、RNN、SVM模型的预测性能最佳,能准确预测事故发生之后的孔底压力发展趋势,提前掌握井涌井漏事故的严重程度和发展态势。研究结果丰富了钻进过程井涌井漏事故预警预测方法,提高了矿山事故地面救援的可靠性,对矿山应急救援钻孔作业过程中事故控制有着借鉴与指导作用。

基于改进YOLOv8n的煤矿井下钻杆计数方法

为提高煤矿井下钻杆计数的效率和精度,提出了一种基于改进YOLOv8n模型的煤矿井下钻杆计数方法。建立了YOLOv8n−TBiD模型,该模型可准确检测矿井钻机工作视频中的钻杆并进行有效分割:为有效捕获钻杆的边界信息,提高模型对钻杆形状识别的精度,使用加权双向特征金字塔网络(BiFPN)替换路径聚合网络(PANet);针对钻杆易与昏暗的矿井环境混淆的问题,在Backbone网络的SPPF模块后添加三分支注意力(Triplet Attention),以增强模型抑制背景干扰的能力;针对钻杆在图像中占比小、背景信息繁杂的问题,采用Dice损失函数替换CIoU损失函数来优化模型对目标钻杆的分割处理。利用YOLOv8n−TBiD模型分割出的钻杆及其掩码信息,根据打钻过程中钻杆掩码面积变小而装新钻杆时钻杆掩码面积突然增大的规律,设计了一种钻杆计数算法。选取综采工作面实际采集的钻机工作视频对基于YOLOv8n−TBiD模型的钻杆计数方法进行了实验验证,结果表明:①YOLOv8n−TBiD模型检测钻杆的平均精度均值达94.9%,与对比模型GCI−YOLOv4,ECO−HC,P−MobileNetV2,YOLOv5,YOLOX相比,检测准确率分别提升了4.3%,7.5%,2.1%,6.3%,5.8%,检测速度较原始YOLOv8n模型提升了17.8%。②所提钻杆计数算法在不同煤矿井下环境的视频数据集上实现了99.3%的钻杆计数精度。

煤矿井下钻探数字化监测系统

针对煤矿井下钻探存在孔底工程参数测量困难、钻探数据准确性和完整性不足、钻探数据融合应用不够等问题,设计了一种煤矿井下钻探数字化监测系统。该系统由数据来源层、虚拟模型层、数据处理层和钻探服务层构成:数据来源层为虚拟模型层提供数据支撑,虚拟模型层通过仿真模拟分析生成新的数据并反馈至数据来源层;数据处理层接收到数据来源层和虚拟模型层提供的数据后,进行数据清洗、转换及合并等处理;钻探服务层通过后台数据管理端的权限设置,为不同层级用户提供数据显示、查询、分析、报警等服务。将钻探数据按时序特征分为事前数据(钻探施工之前根据钻孔设计资料和施工方案等获取的数据)、实时数据(包括钻探过程设备实时监测的参数和钻场视频等)和延时数据(孔底随钻测量装置采集的参数),针对这3类钻探数据设计了数据处理流程,并建立了由接入层、汇聚层和核心层组成的系统通信网络架构。工程实践结果表明:该系统实现了煤矿井下钻探施工数据的采集、传输、显示与动态管理,满足钻探施工过程监测和数据管理的需求,具有较好的实时性和准确性。该系统为煤矿井下钻探智能化施工和精细化管理提供了技术支撑。

连山关地区铀矿地质钻探技术优化

由于连山关地区存在着地层复杂、岩石胶结松散、水敏性强等诸多不利因素,钻探施工中存在钻孔漏失、掉块卡钻以及坍塌埋钻等问题,导致钻孔报废,降低了铀矿地质钻探施工的经济效益。为了解决以上问题,以ZK93-1孔钻为对象,针对铀矿地质地层特性以及常用设备、泥浆等存在的不利因素,对钻孔设备进行优化,选用CSD-1800A型全液压动力头钻机、HQ绳索取心钻具,并配备镦粗钻杆的NQ绳索取心钻具,提高了钻进效率及安全性,也降低了劳动强度;选用成膜防塌无固相冲洗液,有效降低钻孔偏斜,保证了岩矿心采取率,降低了施工成本,为类似地质条件地区的钻探工作提供参考依据。

煤矿履带式定向钻机路径规划算法

煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A^(*)算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差。提出一种以改进A^(*)算法规划全局路径、融合动态窗口法(DWA)规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法。考虑定向钻机尺寸影响,在传统A^(*)算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A^(*)算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A^(*)算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径。将改进A^(*)算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划。利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明:与Dijkstra算法和传统A^(*)算法相比,改进A^(*)算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5%和63.2%,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A^(*)算法与DWA融合算法可有效躲避改进A^(*)算法规划路径上的未知障碍物,路径长度较PRM算法和RRT^(*)算法规划的路径分别平均减小5.5%和2.9%。

自驱修孔钻头动力参数及钻齿结构研究

自驱修孔钻头是修复失效长钻孔的有效技术手段,为进一步提高修孔速度和瓦斯抽采效果,本文基于射流反冲理论,分析了射流反冲力与喷嘴参数的关系,构建了自驱修孔钻头旋转力学理论模型。采用LS-DYNA开展不同结构钻齿破煤过程,分析了不同钻进压力和扭矩作用下钻齿对煤体破坏形式和钻齿破煤体积变化规律,并开展了破煤实验验证数值模拟结果。形成了自驱修孔钻头参数确定方法,设计了自驱修孔钻头,并在郑煤集团超化煤矿22煤柱面底抽巷进行了工程实验。研究结果表明:(1)喷嘴张角α和偏心角β是决定钻进压力和扭矩分配的关键参数,通过调控张角和偏心角可实现钻进压力和扭矩的最优匹配。(2)相同钻进参数条件下,钻齿结构对破煤体积影响较大,阶梯钻齿破煤效果最优。在钻进压力为120N、扭矩0.6N·m时,阶梯型钻齿结构的修孔钻头能够实现钻进压力和扭矩最优匹配。(3)确定了最优修孔钻头结构参数为:钻头外径28 mm;后置喷嘴张角20°,偏心角90°;前置喷嘴张角90°,偏心角0°。(4)工程应用结果表明:瓦斯抽采纯量提高了1.96倍,瓦斯抽采体积分数提高了3.98倍,修孔速度提高了1.2倍。通过改进钻头动力参数及优化钻齿结构,设计的自驱修孔钻头在工程实践中达到了提高修孔速度和瓦斯抽采效果的目的。

基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断

针对矿用钻机低速重载工作特性导致其轴承故障特征微弱、噪声大的问题,考虑单一模态下故障诊断的局限性,提出了一种基于时频融合深度网络的矿用钻机轴承故障诊断方法,对时域和时频域两种模态特征进行联合提取与分析。所设计的诊断网络在不同模块中区分性地嵌入不同注意力机制,实现多维度关键故障特征提取。最后通过钻机实验台数据集和凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明:所提方法能自动提取丰富的钻机轴承故障特征,比仅在时域或时频域分析具有更高的准确率和抗噪能力。

巴润矿露天开采贫化控制技术研究及应用

在分析巴润矿贫化原因基础上,结合矿山生产实际,对巴润露天矿矿岩交界处的贫化率进行控制,提出了通过穿孔取样的方式精准确定矿岩边界、矿岩爆破分离、混合爆堆中矿岩石边界的精准识别及优化铲装技术等措施,有效降低了矿岩混杂情况,贫化率降到了2%以下,回采指标明显改善。

钻孔卸压感知系统研制

在煤矿开采预防冲击地压方法中,针对钻孔卸压后周围压力是否达到卸压所需效果的问题,设计了钻孔卸压感知系统。该系统采用FPGA和Lab VIEW相结合的方式,利用FPGA控制高精度A/D转换器HX711采集传感器的数据,使用8通道模拟多路选择器74HC4051进行通道选择传输,通过FPGA将数据传输到Lab VIEW完成数据显现。实验结果表明,该系统可以准确、高效、直观地采集多通道的数据信号并呈现,可以判断出钻孔卸压后的卸压效果是否达到预期,具有较高的工程应用价值。

煤矿井下钻场目标检测数据集

煤矿井下钻场打钻是解决瓦斯灾害、水害、隐蔽地质灾害的重要措施,可以显著提升我国煤矿井下灾害防治水平。为了实时监测打钻过程并提高打钻效率,需要进行煤矿井下钻场目标检测,即对打钻现场所涉及的重要目标进行识别和定位。相对于传统的煤矿井下钻场目标检测方法,基于深度学习的煤矿井下钻场目标检测方法可以提升目标检测的精度、时效性和稳定性,但需依赖高质量的数据集。目前,煤矿井下钻场目标检测研究主要依赖于小规模的私有数据集,难以为深度神经网络模型训练提供充足而可靠的数据。本研究通过采用煤矿用本安型执法记录仪对煤矿井下打钻现场进行拍摄,经过数据清洗、数据标注、专家抽检核查等步骤,构建了标准化的煤矿井下钻场目标检测数据集,并使用主流的YOLO系列目标检测模型进行数据质量评估。本数据集包含了来自不同钻场和环境背景条件下的70948张图片,涵盖了夹持器、钻机卡盘、煤矿工人、矿井安全帽和钻杆等5类目标,并提供了PASCAL VOC格式的标注文件。本数据集可为煤矿井下钻场目标检测研究提供强有力的数据支撑,对推动智能化煤矿井下监测预警具有重要作用。

多层隔热下工作面进风巷围岩传热特性

深部矿井热害问题日益凸显,严重威胁作业人员生命健康,进一步影响矿井生产效益。本文通过围岩钻孔实验方法,研究了门克庆煤矿2102工作面、3100工作面、3106工作面及3107工作面进风巷围岩温度随径向深度变化规律;基于ANSYS软件,对膨胀玻化微珠水泥隔热材料与空气夹层协同隔热效果进行研究。研究结果表明:围岩温度与径向深度之间的关系符合ExpAssoc模型,相关系数R2为0.99106;膨胀玻化微珠水泥隔热材料与空气夹层厚度均为3 cm、6 cm、9 cm、12 cm、15 cm、18 cm时,材料-空气协同隔热顺序与空气-材料协同隔热顺序相比,原巷道壁面温度更高,调热圈半径更小,隔热效果更好;材料-空气协同隔热时,空气夹层厚度在12 cm内对隔热效果影响更大,材料层厚度在6~18 cm内对隔热效果影响更大;对流换热系数与隔热层厚度呈反比,空气夹层厚度在12 cm内其变化幅度大,而受材料层厚度影响较小。本文研究结果可为矿井多层隔热降温提供参考。

神府矿区采空区精细化综合勘探技术研究

为精细化查明神府矿区亿源煤矿井田内原不明小煤窑采空区,为采空区治理提供科学依据,需开展瞬变电磁法、钻探及测井等综合勘查技术工作,以明确采空区分布范围及富水情况。结果表明:从测井曲线中可以看出煤岩层物性稳定,曲线形态明显,煤层具有高电阻率、低密度、低伽玛特性,煤层属导电性较差的高阻层(最高大于1000Ω·m),其他泥岩、砂质泥岩、砂岩等呈现相对低阻特征,煤层与围岩物性差异明显;瞬变电磁法采用280 m矩形发射线框、发射频率25 Hz、增益2^(2)~2^(5)之间、发射电流8 A、积分时间15 s的参数组合进行探测,对已知采空区反映明显,推断3^(-1)煤层房柱式采空区总面积0.985 km^(2);通过钻探揭露了2^(-2)煤和3^(-1)煤房柱式采空区,验证了物探推断的3^(-1)煤采空区。测井、瞬变电磁法探测、钻探相互依托、相辅相成,达到了精细化综合勘探的目的。

瞬变电磁法在吉林省辽源市煤矿采空区勘探中的应用

瞬变电磁法采用电磁感应原理,可以有效的进行地层划分,并推断单一剖面的煤矿采空影响区的分布位置、埋藏深度及纵向厚度,可以达到传统意义上的纵向二维(2 Dimensional,2D)勘探效果。本文是在大量收集勘探区基础地质资料的基础上,结合勘探区内采空区的特点及其围岩的地球物理特征,通过对传统意义上的实测剖面数据进行处理、反演,不仅绘制出各剖面视电阻率反演拟断面图,达到传统意义上的纵向二维(2D)勘探效果;还通过GeoIPAS软件将反演数据重新整合处理,绘制不同标高的视电阻率反演平面等值线图,可以达到软件构建的横向二维(2D)勘探效果;并根据横向、纵向二维(2D)勘探成果绘制三维立体图,通过立体三维(3 Dimensional,3D)勘探效果进行更直观的解译分析。最后综合剖面断面图、平面等值线图及三维立体图,绘制综合解译成果图,划分煤矿采空影响区的平面异常,圈定异常位置及分布范围。所圈定的两处平面异常进行了钻探验证,验证结果与瞬变电磁法推断解译结果吻合度较高。这说明本文研究成果对提高瞬变电磁法在煤矿采空区探测精度上具有实际应用价值。

矿产资源立体化管理研究与应用——以“透视山东”为例

针对矿产资源管理方式的单一化和平面化,在“透视山东”项目数据的基础上,利用三维体块、倾斜摄影、三维钻孔建模和地质体建模等多种建模技术,建立矿业权、露天矿山、矿产钻孔和矿产地的三维模型,通过构建统一的地上地下一体化三维场景,服务于露天矿山监管、矿产钻孔分析应用和重大工程选址应用场景,打造矿产资源立体化管理新模式。

露天矿钻机电缆智能收放技术

针对钻机人工卷缆存在的工作量大、安全隐患与难以智能化控制的问题,对电缆智能收放设备工作方式与卷筒驱动方式进行了系统总结,对卷缆速度、卷缆张力/力矩与卷缆层数的关系进行了深入分析;根据现场的实际情况,采用后置式卷缆装置与变频控制驱动方式,设计与研制了相关设备。现场应用表明:卷筒收放缆智能自如,排线整齐,应用效果良好。

定向深孔探放水技术在平煤五矿的应用

为了解决平煤五矿上层煤采空区积水威胁到下层煤开采的问题,对当前采空区积水空间位置及积水量进行分析,从经济性、合理性以及时间效应三个方面对三种排水方案进行比选,分析了定向深孔探放水技术相较于常规钻孔探放水技术具有的优势,最终确定定向深孔探放水技术为最优方案。基于此,研究了定向深孔探放水技术的设计方案及施工工艺,并进行现场应用试验,同时采用了固安特封孔技术,与传统水泥浆封孔技术相比缩短了88%的封孔时间,累计排放采空区积水量近30000 m^(3),解决了己_(15)-32020采空区水害问题,掩护了巷道安全掘进。

煤矿井下瓦斯高效抽采技术的应用研究

为了解决煤矿井下高瓦斯煤层瓦斯涌出量大、瓦斯浓度高的不足,提出了一种本煤层顺层钻孔预抽+穿层钻孔对临近煤层和覆岩裂隙带进行抽采+采空区的组合式抽采方案。文章对不同区域的瓦斯抽采技术要点和方案进行了分析,确定了瓦斯抽采的可靠性。根据实际应用表明,新的组合式瓦斯抽采技术,能够实现对不同区域瓦斯的综合治理,井下瓦斯的平均抽采率达到了64.7%,使井下作业面的瓦斯浓度始终保持在了0.55%以下,有效保证了井下作业安全性。

湖南周源山煤矿采空区群钻井与充填施工工艺

矿产资源开发利用过程中产生了煤矸石、废石、尾砂等,大量矿山废料堆放于地表,容易诱发泥石流、尾矿溃坝事故。同时矿床开采产生的地下大量采空区,容易诱发塌陷、矿震、滑坡、矿井突水等地质灾害。采空区群失稳成了煤矿安全生产的主要危险源之一。结合一工程实践,对矿区地质特征及岩层的可钻性进行了分析和研究,探讨了煤矿采空区群的钻井成孔和充填施工的工艺技术方法;通过室内试验,获得了尾砂充填系统尾砂膏体的配比。采用信息化技术方法,建立了煤矿井下巷道及其采空区群的三维矢量化、可视化模型,对钻进成孔工程实践具有指导意义。

老虎台矿28002工作面综放开采导水裂隙发育规律

为研究综放开采覆岩导水裂隙带发育高度,以老虎台矿区28002工作面为研究背景,分析了老虎台矿区内12组工作面导水裂隙带高度实测数据,得到了导水裂隙带高度计算的回归公式,并通过理论计算和数值模拟相结合的方法,对导水裂隙带发育高度进行预测,结合钻孔窥视,观察裂隙带上方含水层的岩性特征。结果表明:经验公式、回归公式和数值模拟结果显示28002工作面采后导水裂隙带发育高度分别为131.49、117.34和153.9 m。其发育最高点均位于计军屯组的油母页岩内,而油母页岩作为良好的隔水层为顶板防水提供了有效保障;通过钻孔窥视,计军屯组上方的页岩含水层裂隙发育程度较好,易形成导水通道,威胁工作面的安全回采。