膏体充填:金属矿绿色开采的变革性技术

膏体充填具有安全、环保、经济、高效的显著优势,是近年来金属矿绿色开采的重要变革性技术。本文对近40年来中国膏体充填的发展历程、主要科技成就、基础理论与关键技术装备进行了分析与总结,并重点阐述了膏体充填对采矿工艺变革的推动作用。最后,提出了无人化膏体充填、基于膏体充填的全废综合利用这两大重要发展趋势。

关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

传统井下煤矸石需运输至地面处理,不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染,而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井,从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗,实现煤炭的绿色低碳智能开采,回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展,并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势,提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法,详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理,以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石,预防煤岩动力灾害,提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统,并探讨了各子系统间的新环逻辑关系,以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石,提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统,并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井,并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术-以艾维尔沟矿区为例

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明:时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

矿业系统工程60年发展与展望

矿业是以安全高效绿色开发和清洁高效低碳利用矿产资源为目的行业,也是经济社会发展的基础行业。为了使矿业开发更加经济、考虑的因素更加全面、设计和开发过程更加优化,20世纪50年代末期,将运筹学和计算机技术引入到了矿业工程,形成了矿业系统工程这一新的学科分支。早期的矿业系统工程主要是以采矿生产过程优化和计算机在矿山设计、采掘计划编制、信息处理、应用软件开发为主,且多以露天矿为研究对象。近年来矿业系统工程研究紧密结合大数据、人工智能、网络技术等,在矿山信息网络构建、运销系统、智能开采、设备管理、安全管理等方面取得了丰硕成果。详细阐述了矿业系统工程的起源和发展过程,并以运筹学和计算机在矿业中的应用国际会议(APCOM),尤其是已经举办的十五届全国矿业系统工程学术会议为脉络,客观地总结了矿业系统工程的发展过程和研究内容演变。以CNKI数据库为数据基础,通过聚类分析,研究了近20 a矿业系统工程的刊文量和研究对象及其变化。矿业系统工程的未来发展应聚焦于系统科学思想与现代采矿技术的结合,建立科学的系统及其边界,比如科学采矿系统、矿山全生命周期系统、智能矿山系统等八大系统,矿业系统工程的发展将更加注重数字化、智能化、可持续发展、信息化和自动化等方面的创新和应用,同时将不断拓展其应用领域,以实现矿业开发的最优化、高效化、绿色化和低碳化。

深部采矿岩石力学进展

随着煤炭开采日益向深部发展,深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下,深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题,论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展,主要包括:(1)提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法,进行了千米深井现场工程应用;(2)构建了深部“非均压建井”模式,研发了实现深井稳定提升的SAP系统,形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法;(3)研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统,揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性;(4)研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统,阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为;(5)提出了深部巷道开挖补偿支护理论,进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术;(6)研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统,提出了热害治理和热能资源化利用方法,建立了深部热害治理与热能综合利用系统(HEMS)。相关研究成果已在深部开采领域得以应用,可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。

网络协议软件漏洞挖掘技术综述

网络协议软件部署和应用非常广泛,在网络空间提供了诸如通信、传输、控制、管理等多样化的功能.近年来,其安全性逐渐受到学术界和工业界的重视,及时发现和修补网络协议软件漏洞,成为一项重要的课题.网络协议软件由于部署形态多样、协议交互过程复杂、相同协议规范的多个协议实现存在功能差异等特点,使得其漏洞挖掘技术面临诸多挑战.首先对网络协议软件漏洞挖掘技术进行分类,对已有关键技术的内涵进行界定.其次,进一步综述网络协议软件漏洞挖掘4个方面的技术进展,包括网络协议描述方法、挖掘对象适配技术、模糊测试技术和基于程序分析的漏洞挖掘方法,通过对比分析归纳不同方法的技术优势及评价维度.最后,总结网络协议软件漏洞挖掘的技术现状和挑战,并提炼5个潜在研究方向.

我国金属矿山智能化现状与问题探讨

我国金属矿山智能化在经历了前期的探索性研究后,已进入了规模化、常态化应用的新阶段。为了系统评价已形成的研究成果、保证前期积累得以顺利移植和推广,以智能生产和集成平台两类代表性应用为主要内容,总结了金属矿山智能化发展现状和应用效果。结果表明:我国金属矿山在智能开采领域取得了长足的进步,露天矿山的遥控铲装运输、地下矿山的电机车自动化、固定设施的无人值守等项目已开始常态化应用;在集成平台建设上具有鲜明的特色,技术平台、安全平台、集控平台和决策平台已在多个矿山的生产管控中发挥作用。最后,结合现状分析着重探讨了矿山在建设内容选择、关键技术确定、数字化转型路径、管理模式转变、运维与应用效果等方面出现的问题,指出了容易产生的误区,为矿山企业扩大建设成果、保证建设实效、规避建设风险提供参考。

三河尖关闭煤矿煤层CO_(2)封存潜力研究

关闭煤矿煤层CO_(2)地质封存是CO_(2)封存的重要方式之一,也是短期内实现碳减排指标的有效手段之一。以江苏省徐州市三河尖关闭煤矿为例,分析了已采7号煤和9号煤的煤岩煤质特征,统计了剩余煤炭资源储量,运用模糊综合评价法,选取了稳定系数、上覆岩层性质、地质构造复杂程度、地下水指标、封存煤层压温比、封存煤层深厚比、封存煤层渗透率、采空塌陷程度和其他因素等9个主要影响因素指标对7号煤和9号煤封存CO_(2)稳定性进行评价,建立关闭煤矿煤层CO_(2)封存评价方法并评估CO_(2)封存潜力。结果表明,三河尖关闭煤矿7号煤和9号煤剩余储量较大,CO_(2)封存稳定性综合评价结果分别为86.209和87.698,评价等级均为较稳定,封存潜力较高。根据建立的关闭煤矿煤层CO_(2)封存评价方法,计算获得三河尖关闭煤矿7号和9号煤层CO_(2)理论封存量分别为207.6 Mt和80.9 Mt,并据此划分封存有利区为有利区、较有利区和不利区3个等级。研究可为关闭煤矿煤层CO_(2)封存研究提供基础依据。

考虑采动效应的闭坑矿井水硫酸盐污染规律

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO_(4)^(2-)作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO_(4)^(2-)污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明:SO_(4)^(2-)在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO_(4)^(2-)迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO_(4)^(2-)浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量-过程阻断-末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术现状与展望

金属矿山地质灾害风险智能监测预警技术是保障矿山安全生产的关键技术之一,是岩石力学应用于矿山安全领域研究的热点问题。从地质灾害风险定义、类型、监测方式、预警技术等方面出发,简述了金属矿山地质灾害风险监测预警技术的发展现状,指出在灾害风险定义方面,金属矿山地质灾害风险易发性、易损性和危险性量化分析理论体系尚不完善;在灾害风险监测与数据融合方面,多感知设备协同监测与数据融合理论仍不完善,尚未实现基于风险条件的感知设备布设方案智能调整,难以保障采动岩体力学响应的时空完整性与连续性;在灾害风险预警方法方面,监测与模拟相结合已成为矿山灾害预警发展趋势,应进一步与云计算、人工智能等技术相融合,建立完善的理论体系,实现实时动态、精准高效、智能的灾害风险预警。在此基础上,围绕“现场监测和数值模拟相结合灾害预测预警”的学术思想,提出了“地质灾害案例匹配、多源数据挖掘、力学机理分析、专家系统诊断”四位一体的灾害风险智能预测预警方法,进一步以弓长岭露天矿浅层隐伏空区垮塌与地表塌陷风险监测预警工作为背景,实现了上述方法的应用与推广。最后指出了金属矿山灾害风险智能监测预警技术存在着多源力学响应数据难以高精度连续协同感知、灾害预测预警模型参数难以精准选取、灾害监测预警系统尚不完善等问题,多灾种高性能、专用特种智能感知技术与装备,标准化数据通信协议与架构,监测—模拟相结合的灾害智能预警模型,地质灾害监测预警平台与数字孪生技术是解决上述问题的关键技术,是未来的主要发展趋势。

淮北石台煤矿接触变质煤速热碳化的微组构解译

作为岩浆吞噬煤层的信息记录者和物质承载者,接触变质煤是揭示煤层速热碳化过程和机理的重要研究对象。为此,本研究采集了淮北石台煤矿不同热变质程度的接触变质煤样品,利用镜质组反射率测试、元素分析、工业分析、偏光显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM)等实验手段,表征其微组构特征,以期揭示煤层速热碳化的机理和过程。结果显示,从未受影响煤、浅热变质煤到天然焦,样品最大镜质组反射率、灰分产率升高,氢、氮元素以及挥发分含量降低。未受影响煤显微组分以胶质结构体为主,局部发育丝质体;浅热变质煤中裂隙发育、少见脱挥发孔;靠近岩体的块状天然焦中镶嵌结构炭和脱挥发孔发育,孔径多介于20~150μm;岩体内的细脉状天然焦,主要由多孔炭和炭微球组成,富含圆形—椭圆形气孔,孔径多介于1~3μm。分析表明,趋近岩体,接触变质煤热变质程度连续增加:浅热变质煤是煤层受较弱热变质而脆性断裂的结果;天然焦是浅热变质煤热解脱挥发分和中间相化的产物;至岩体附近,天然焦被液化成多孔炭和炭微球,后二者最终被氧化为气态碳氧化物而消失。我们认为,岩浆接触变质煤速热碳化的实质就是固态煤岩被岩浆热解而中间相化、液化和氧化气化的过程。

矿井微震与电法耦合监测技术

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。

基于数据挖掘的急性痛风性关节炎中医用药规律研究

目的基于数据挖掘方法探讨急性痛风性关节炎的中医组方用药特点,为临床治疗提供参考。方法检索中国知识资源总库(CNKI)、万方数据知识服务平台(Wanfang Data)、维普中文期刊服务平台(VIP)、中国生物医学文献服务系统(SinoMed)收录的中医药治疗急性痛风性关节炎的临床研究文献,筛选后将获得的方药录入Excel2019建立数据库,使用SPSS Modeler 18.0、SPSS Statistics 26.0、Cytoscape3.9.1软件进行频次分析、关联规则分析、聚类分析和因子分析。结果共纳入符合要求的文献290篇,纳入处方295首,涉及中药218味,药物累计使用3573次。薏苡仁、黄柏、苍术、土茯苓、萆薢、甘草、牛膝等24味药为治疗急性痛风性关节炎高频用药。常用药物功效类别为清热药、利水渗湿药、活血化瘀药、祛风湿药,药性以寒为主,药味以苦为主,归经以肝经、胃经、脾经、肾经为主。高频药物关联规则分析得出22组药物组合,其中核心药对有黄柏-苍术、薏苡仁-苍术-黄柏等。聚类分析得出4个聚类方,因子分析得出9个公因子。结论中医治疗急性痛风性关节炎用药以清热利湿、祛瘀通络为主,兼补益肝肾、调养脾胃,可为临床治疗急性痛风性关节炎提供参考。

“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路

在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括:①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存空间构筑、CO_(2)封存机理与调控、CO_(2)封存长期环境效应和储库稳定性等方面的科学问题,明确了碎胀空间CO_(2)封存、煤矿CO_(2)固碳充填等关键技术,形成了利用煤矿采空区实现CO_(2)低碳封存的新模式。立足煤炭绿色低碳可持续发展,协同推进“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用与“碳”的低碳化处置,对推动煤炭行业“双碳”目标实现具有重要意义。

煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法,以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的,分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术,综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势,形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式,为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。

智能采煤机器人关键技术

采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。

基于无人机技术的露天矿山越界开采监测与评估方法

高效快速评估露天矿山越界开采对开展矿产卫片执法检查和推进严格保护矿产资源策略、推动区域高质量发展具有重要意义。基于无人机飞行技术、传感器技术、通信技术和影像处理技术,结合卫星遥感、地理信息系统应用,采集无人机航测数据与飞控系统数据,快速获取了疑似违法矿山二维场景图像(SIM),动态飞行展示矿区全貌和精细地物;进一步建立了矿山三维数字高程模型(DEM),定性研判违法类型与性质;针对需求建立了矿山的三维数字表面模型(DSM),定量估算违法采矿资源量;利用四维数字表面模型(DSM),查明矿山历史时期的违法过程,测算违法开采的资源量。无人机航测技术实现区域矿产资源开发秩序的快速监测和精细评估,为矿产资源的卫片执法检查工作提供理论支撑和决策依据。在江南某地进行试验的实例表明,基于无人机技术的露天矿山越界开采监测与评估方法技术具有时效性强、操作便捷、精细高效等优势,在支撑服务自然资源领域的卫片执法检查工作方面可以更加广泛地应用。

论露天矿区近自然生态修复

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。