基于AI视频分析的煤矿瓦斯抽采钻场远程监督管理方法

传统的煤矿瓦斯抽采钻场视频监控系统在钻孔施工及退钻杆期间,只具有监测和存储功能,重要的过程参数或信息只能由监测人员通过视频录像查看,存在记录施工信息易出错、钻场管理人员难以连续监控现场视频等问题。针对上述问题,提出了一种基于AI视频分析的煤矿瓦斯抽采钻场远程监督管理方法。该方法包括信息牌检测、OCR识别、退杆分析3种算法。信息牌检测用于检测当前施工环节,OCR识别用于识别信息牌上打钻流程与施工信息,退杆分析用于分析收孔阶段的退杆数,从而实现打钻作业的全过程分析与管控。在接收并开始打钻任务后,启用信息牌检测与OCR识别服务,根据依次识别到的开孔、收孔、封孔流程与施工参数,自动保存施工信息。当识别出开始收孔,启用退杆分析服务;当识别出结束收孔,停止退杆分析服务。实验结果表明:信息牌检测算法的识别准确率为96%。PaddleOCR识别算法平均用时17.51 ms,较EasyOCR、ChineseOCR识别算法分别降低了25.25,4.34 ms;PaddleOCR识别算法的准确率较其他2种识别算法分别提高了5.75%,2.29%,召回率较其他2种识别算法分别提高了9.77%,2.36%。退杆分析算法能够有效识别现场退杆数,准确率约为95%。

Y型通风采空区瓦斯流场数值模拟研究

为了找出Y型通风工作面采空区中瓦斯流场的分布规律,为采空区瓦斯治理提供理论依据,应用流体力学模拟软件Fluent对两进一回Y型通风工作面采空区流场、瓦斯浓度场的分布进行了模拟研究,得到采空区瓦斯流动及浓度分布规律为:沿走向向采空区深部瓦斯浓度逐渐增大,沿倾向从下向上瓦斯浓度逐渐增大,沿空留巷的末端是能位的最低点,漏风向沿空留巷末端方向流动,可以解决上隅角瓦斯积聚问题。

巨厚火成岩下采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律研究

为考察巨厚火成岩下远程下保护层开采覆岩采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律,通过采用理论分析、相似模拟试验、数值模拟实验及现场观测的方法,分析了覆岩垮落变形和裂隙发育规律,研究了巨厚火成岩下瓦斯储运规律。结果表明:巨厚火成岩控制着其上覆岩层的全部运动,弯曲带内存在裂隙与离层长期不闭合的区域,即离层区;弯曲带内离层区存在大量离层裂隙和少数穿层裂隙,其中裂隙成为瓦斯运移的通道,离层成为瓦斯的富集区;巨厚火成岩下断裂带与离层区内气体运移与煤岩体变形之间存在着复杂的相互作用,它是渗流场、浓度场和裂隙场(包括离层)之间耦合的一个动态平衡体系。

偏W形通风系统瓦斯浓度场分布规律研究

为了加强对偏W形通风系统瓦斯浓度场分布规律的研究,以太岳煤矿2201综采面为例,采用数值模拟与现场实测相结合的方法进行研究,从理论和实践两方面得出综采面分别采用2种不同的通风方式时瓦斯浓度场分布情况。通过对比分析得到,两进一回偏W形通风方式更有利于瓦斯集中抽放及预防回风隅角瓦斯超限。

瓦斯压力场方程的研究

掌握瓦斯压力分布对采掘工作面瓦斯灾害的防治至关重要。利用理论推导和软件模拟的方法,对单一巷道(钻孔)瓦斯压力场方程进行了分析。根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程,建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解,得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程。根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上的单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程,它们都是关于时间t和距钻孔(或巷道)中心距离r的函数。利用λ的方程和矿山压力理论解释了煤层中打钻时出现的喷孔现象。瓦斯压力场方程的得出有助于掌握瓦斯在煤层的赋存状况,进而采取有效的瓦斯灾害防治措施。

采空区侧煤体的应力与瓦斯分布规律研究

掌握采空区侧煤体的应力与瓦斯分布,对预测矿井沿空掘巷煤与瓦斯突出危险性以及防治突出事故具有重要指导意义。以孟津煤矿为例,通过现场实测采空区侧煤体的应力和瓦斯相对涌出量等参数,结合数值模拟得出采空区侧煤体的应力、渗透率和瓦斯分布规律及其之间的关联性。结果表明:邻近采空区煤体的应力与瓦斯相对涌出量显著降低,且采空区形成时间越久,瓦斯有效排放范围越大,煤与瓦斯突出危险性越低;采空区侧煤体的应力和瓦斯分布存在明显正相关性,煤体的卸压和塑性破坏造成煤体渗透率显著增大;采空区侧煤体的极限平衡区宽度越大,渗透率出现增大的煤体范围越大,进而引起瓦斯有效排放范围越大。12050采空区侧煤体卸压区、极限平衡区和瓦斯有效排放范围分别为19.3,23.4,28.7 m,该范围内突出预测指标均低于临界值,为12070工作面沿空掘巷防治煤与瓦斯突出提供了理论指导。

瓦斯渗流场作用下煤层抽放钻孔弹塑性解

为研究瓦斯渗流场作用下的煤层抽放钻孔周围应力分布情况,假定钻孔周围煤体中瓦斯的流动为稳定径向流动状态,建立了渗流力学模型,给出了瓦斯径向稳定渗流方程;在考虑瓦斯渗流场作用下,推导了钻孔周围煤体的微元体力学平衡方程,并引入应力调整系数,求解出其弹性应力解析解;再应用Mohr-Coulomb屈服准则,求解出钻孔周围煤体的塑性应力和塑性半径的解析表达式。通过实例分析表明:钻孔内的抽放负压对钻孔周围煤体应力、塑性区的半径等参数影响较小;在一定的抽放负压(15k Pa)下,随着煤层原始瓦斯压力的增大,钻孔周围煤体的塑性区半径随之增大,距钻孔足够远处的弹性区煤体的应力也随之增大,这比不考虑瓦斯渗流场作用时的经典弹塑性解更加符合实际情况。

瓦斯突出地球物理场的响应特征

研究了瓦斯突出地球物理场的电磁波和弹性波响应特征，其响应是构成瓦斯突出地球物理场的介质条件所表现出来的。关键层应力墙瓦斯突出机理认为，瓦斯突出煤层由关键层和伴随层构成。关键层和伴随层在空间的分布规律和相互作用体现在物理场的差异上，把关键层（或瓦斯突出煤体）作为地球物理场中的异常体进行研究是可以利用地球物理方法识别的。突出地球物理场响应特征的研究为从地球物理研究瓦斯突出预测理论和方法提供了科学思路。

采场瓦斯运移的三维LBM仿真

地下煤矿工作面上隅角瓦斯积聚并超限是煤矿生产的重大安全隐患。为了解瓦斯积聚规律及瓦斯积聚量,构建了采场统一的三维LBM仿真模型,并开发采场瓦斯运移的三维LBM仿真软件。采场由工作面和采空区2个流场组成,其中,瓦斯与大气混合气体在工作面流场中的运动为紊流运动,而在采空区内的运动为非均质多孔介质的渗流运动。采场统一的LBM仿真模型通过采用不同的松弛时间和平衡分布函数来体现2个流场的特征。由于采场结构复杂,为了提高运算效率,采用分块耦合算法将采场划分成多个块,各块独立并行计算,块与块之间通过耦合交换数据,最终实现整个采场瓦斯运移仿真。模拟实例表明,该方法可以模拟和分析采场瓦斯运移状况,并得到采场瓦斯运移的相关数据。同时也可以得到采场流线分布规律、速度变化规律和采空区瓦斯运移规律。

采场瓦斯分布模拟研究

我国煤矿灾害事故类型多,事故危害性大,其中瓦斯是"第一杀手"。治理瓦斯灾害,防范瓦斯事故,始终是煤矿安全和全国安全生产工作的重中之重。借助计算流体力学通用软件模拟U型通风条件下采场的压力、瓦斯的分布及运移特征,结果表明,采场的压力和瓦斯浓度分布是相互关联的,并确定采煤工作面上隅角和回风巷、采空区深部为瓦斯积聚地点。

掘进工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系

采用测定煤层瓦斯压力的方法,观测掘进工作面瓦斯压力场与应力场的分布关系,证明了掘进工作面瓦斯压力场与地应力场的分布是密切相关的:当地应力随着掘进过程发生变化时,瓦斯压力也随之变化;瓦斯压力的大小取决于地应力的大小,地应力场对瓦斯压力场起控制作用。

王家岭矿综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律研究

针对煤矿综放工作面上隅角瓦斯积聚严重影响安全生产的问题,从综放工作面上隅角瓦斯体积分数场分布规律与上隅角瓦斯抽采的关系出发,采用MATLAB场分析法,以山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭矿12318综放工作面的正方形上隅角为研究对象,对上隅角区域的瓦斯体积分数场分布进行了分析。结果表明:12318综放工作面上隅角靠近采空区一侧以及靠近回风巷外侧煤壁处瓦斯体积分数较高,最高可达0. 5%;靠近工作面处瓦斯体积分数较低,仅为0. 10%～0. 25%。这对于合理有效地治理上隅角瓦斯体积分数超限问题具有重要的指导意义。根据研究结果,提出了采用顶板走向定向高位钻孔抽采和埋(插)管抽采等综合瓦斯治理方法,该方法有效地降低了上隅角瓦斯体积分数,即从0. 7%降低至0. 3%左右。

用于瓦斯抽放钻场的液压钻机牵引移动装置

针对目前瓦斯抽放钻场设备人力移运方式存在人员劳动强度大、效率低、安全性差等问题,介绍了一种液压钻机牵引移动装置的整体结构、液压系统及电控系统的设计方案。该装置采用模块化设计方法,利用钻机油泵提供的动力,通过液压油缸牵引钻场设备向目标地点移动,具有遥控功能。该装置在车集煤矿的应用表明其降低了人员劳动强度,提高了钻场设备移运效率和安全性,具有很高的经济和社会效益。

特厚煤层大采高综放面“远场”瓦斯治理技术研究

为治理特厚煤层大采高综放面"远场"瓦斯,以塔山矿8214工作面为研究背景,运用"O"形圈理论,分析了煤层瓦斯在采空区上覆岩层裂隙中流动特征。研究发现,地面"L"型钻孔的终孔点层位位于"远场"瓦斯富集区内。因此,采用地面"L"型钻孔抽采技术治理"远场"瓦斯,对比分析了实施地面"L"型钻孔抽采"远场"瓦斯前后,顶板巷的瓦斯浓度的变化规律。研究表明,实施地面"L"型钻孔后,顶板巷的瓦斯浓度出现明显的降低,且顶板巷的瓦斯浓度趋于平缓,变化幅度不大,基本维持在2.5%左右。因此,地面"L"型钻孔很好的分担了顶板巷的抽采压力,保障矿井的安全生产。

岱河煤矿瓦斯抽放钻场确定及效果检测

介绍安徽淮北矿区瓦斯抽放钻场的确定及效果检测,得出了适合淮北矿区类型地质条件下解决瓦斯的办法及设计,以及施工瓦斯钻场及解决瓦斯的一些经验数据。

综掘瓦斯抽放钻场施工工艺改进

采取"边掘边抽"治理瓦斯的过程中,如何利用综掘设备快速高效掘进瓦斯抽放钻场是一个难题。漳村煤矿通过改进施工工艺,一个钻场成型从6个生产小班缩减为2个生产小班,实现了瓦斯抽放钻场快速成型,既满足了瓦斯抽放要求,减轻了工人的劳动强度,又保证了快速高效掘进,节省了施工成本。保障了矿井正常采掘衔接,为同类工程施工提供了宝贵的经验。

综放工作面过瓦斯钻场期间顶板及瓦斯管理

为有效解决综放工作面过瓦斯钻场期间顶板破碎及瓦斯超限问题,通过总结分析唐山矿Y484工作面瓦斯钻场布置,提出工作面过瓦斯钻场的安全措施,利用下钻法顺利通过瓦斯钻场并取得了良好的效果,实现了安全生产和高产高效。

高抽巷抽采下采空区瓦斯浓度场实测研究

通过在余吾煤业N1102工作面及S2107工作面的采空区埋设束管,得到U型工作面及高抽巷抽采条件下的采空区瓦斯浓度场实测数据。利用MATLAB软件做出了两种条件下采空区的瓦斯浓度场,得到了高抽巷抽采下对工作面采空区瓦斯的影响,并进行了深入研究。

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。

解决采场瓦斯的有效办法和经验

本文针对高瓦斯矿井如何选择合理有效的抽采方法来解决采场瓦斯为出发点，结合晓明矿近几年在采场瓦斯抽采方法的选择上摸索和总结出了一些经验和做法，例举了实例以供借鉴和共享。