基于残差优化的综采工作面煤壁点云补全方法

煤矿综采工作面巷道的数字化三维重建过程中需要完整且密集的煤壁点云数据。受遮挡、视角限制等因素影响,采集的综采工作面煤壁点云数据往往不完整且稀疏,影响下游任务,需进行煤壁点云修复和补全。目前缺少针对井下点云补全任务的数据集和网络模型,现有模型用于煤壁点云补全时存在点云密度分布不均匀、点云特征信息丢失等情况。针对上述问题,设计了一种基于残差优化的煤壁点云补全网络模型,采用监督学习方式学习点云特征信息,通过最小化密度采样和残差网络迭代优化输出完整点云。采集煤矿井下真实综采工作面煤壁点云数据,预处理后筛选可用数据,通过模拟随机空洞制作煤壁点云缺失数据集,并用缺失数据集训练基于残差优化的煤壁点云补全网络模型。实验结果表明:与经典的FoldingNet,TopNet,AtlasNet,PCN,3D-Capsule点云补全网络模型相比,基于残差优化的煤壁点云补全网络模型针对构造的缺失煤壁点云和稀疏煤壁点云补全的倒角距离、地移距离及F1分数均能达到最优水平,整体补全效果最佳;针对实际缺失的煤壁点云,该模型能够实现有效补全。

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

针对浅埋综采工作面运输巷采用单体支柱超前加强支护工作面推采速度与支护速度不协调、工人劳动强度和安全隐患大、难以实现超前区域少人化等问题,以榆家梁煤矿52305工作面为工程背景,采用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法,实测了单体超前加强支护条件下的运输巷矿压显现规律,对比分析了单体加强支护和锚杆(索)主动式加强支护两种情况下的巷道围岩安全稳定性,并通过理论分析计算了运输巷支护参数,校验了现场支护的适应性及安全性。研究结果表明:52305工作面运输巷围岩属于较稳定型,现场单体超前加强支护条件下,锚杆(索)承载均在额定载荷的85%以内,两帮应力分布基本对称,围岩移近量和松动圈很小,围岩稳定性较好,现场超前支护段支护强度偏富余。采动支承压力影响段,单体支柱主要对顶板0.6 m范围内的局部岩层具有加强支撑作用,远小于锚杆和锚索支护作用范围和强度。取消单体支护后,运输巷围岩依然能够保持安全稳定。在榆家梁煤矿52305工作面运输巷超前加强支护段进行了取消单体支护工程试验,验证了研究结论的可靠性。

基于三线性应变软化模型的综采工作面煤壁片帮深度解析预测

为预测综采工作面煤壁片帮深度,以煤壁为研究对象,煤壁煤体视作三线性应变软化材料;将直接顶和基本顶视作宏观顶板,建立了宏观顶板与煤层、支架相互作用的承载力学模型,结合边界条件推导了综采工作面煤壁片帮深度解析计算公式,利用该公式研究上湾煤矿12401工作面煤壁片帮情况,分析影响煤壁片帮的因素及影响规律,结果表明:①推导获得的煤壁片帮深度计算公式能够较准确计算综采工作面煤壁片帮深度,能够定量分析顶板特性和支架参数等对煤壁片帮深度的影响。②增加支架初撑力能够降低煤壁片帮深度;增加支架刚度能够降低煤壁片帮深度,但效果较差;增加支架护帮板支护强度,煤壁片帮深度近似线性减小。③顶板厚度和抗拉强度增加,煤壁片帮深度增长,但增长速率随顶板厚度和抗拉强度增加逐渐趋缓。这主要由于顶板厚度和抗拉强度增加,顶板破断步距增大,向采空区内旋转下沉角度增大所致。④综采采高对煤壁片帮深度有很大影响,综采采高增大,煤壁片帮深度近似线性增长。⑤煤体单轴抗压强度增大,煤壁片帮深度减小,顶底板与煤层界面之间的摩擦因数增大,煤壁片帮深度减小。⑥顶板动载系数增大,煤壁片帮深度近似线性增大。

超大采高综采工作面支护技术及装备研究现状

超大采高一次采全厚开采具有开采效率高、资源回收率高等特点。为探求超大采高综采技术进一步突破,分析其工作面围岩稳定性控制可行性,在调研超大采高综采发展历程的基础上,总结了超大采高综采工作面围矿压显现及煤壁片帮规律,分析了现有超大采高液压支架整体技术特征及其适用性能,并介绍了10 m超大采高工作面液压支架基本情况。通过分析发现:工作面矿压显现强度与采高基本呈现正相关关系,采高越大,工作面支护阻力越大,且煤壁片帮是困扰超大采高开采高效推进的主要因素之一,通过提高工作面液压支架的初撑能力能有效减小煤壁应力;液压支架随工作面采高增加,选型工作阻力增大,支架中心距加宽,大梯度过渡方式在提供可靠支护的同时,能有效提升端头区资源回收率;为适应大体量开采装备运输,超大采高工作面煤巷断面增加,超前支架工作阻力增大;工作面配套液压支架通过设计手段、整体结构、制造工艺等方面优化升级以提升可靠性及适应性;相对较低采高工作面支护,超大采高开采更注重支护过程中的安全技术需求,需要完善架前煤矸防护、架间防尘降尘、安全的后期维检等安全措施;工作面围岩稳定性控制及其配套装备是超大采高综采技术发展及推广的重点,从支护参数选择、支护结构设计到液压支架制造、后期维检的超大采高液压支架全寿命开发是支撑超大采高开采高效推进的基础。

神东矿区构建综采工作面三维透视采场技术研究

为实现工作面回采期间矿压与生产管理、保障智慧矿山建设,需要构建三维透视采场。首先,基于实用矿山压力控制理论,建立采场空间结构力学模型,训练一套采场覆岩运动参数推导、支承压力分布规律计算、矿山压力实时监测数据分析与三维采场静态应力与动态应力模拟的算法体系。其次,通过采用二维三维一体化建模的方式构建三维透明地质模型、使用三维建模工具对液压支架等设备进行精细化建模、对采场上覆岩层的运动状态进行专业化建模,体现三维透视采场基本要素的全面性。通过采用三维曲面积分法解析综采液压支架相关数据、采用多目标多因素分级方法分析钻孔应力数据、采用时序序列数据分析其他数据三种方法进行采场实时监测数据分析。最后,以布尔台煤矿42204工作面为工程背景,构建了三维透视采场基本模型。所建立的三维模型能够根据地质信息、钻孔数据、矿压显现等实际情况反映应力场变化,实现采场空间采动应力随工作面推进的展示,为采煤工作面回采期间矿压与生产管理提供技术支撑。

基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法

综采工作面的目标具有高速运动、多尺度、遮挡等特点,现有的目标检测算法存在精度低、模型占用的内存大、硬件依赖强等问题。针对上述问题,提出了一种基于MES−YOLOv5s的综采工作面大块煤检测算法。采用轻量化设计,将MobileNetV3作为主干网络,以减小模型占用的内存,提高CPU端的检测速度;在颈部网络添加高效多尺度注意力(EMA)模块,融合不同尺度的上下文信息,并进一步减少计算开销;采用SIoU损失函数代替CIoU损失函数,以提高训练速度和推理准确性。消融实验结果表明:MobileNetV3大幅减少了模型占用的内存和检测时间,但mAP损失严重;EMA模块和SIoU损失函数可在一定程度上恢复损失的精度,同时保证模型在CPU上具有较高的检测速度,满足煤矿井下目标实时检测需求。对比实验结果表明,与DETR,YOLOv5n,YOLOv5s,YOLOv7模型相比,MES−YOLOv5s模型综合性能最好,mAP为84.6%,模型占用的内存为11.2 MiB,在CPU端的检测时间为31.8 ms,在高速运动、多尺度、遮挡和多目标的工况环境下能够保持较高的召回率和精度。

综采工作面过陷落柱毫秒延时松动爆破研究与应用

为了解决3203综采工作面过陷落柱困难的问题,结合陷落柱现场地质条件,提出基于毫秒延时起爆技术的松动爆破专项方案,并采用理论设计、数值模拟和现场试验相结合的方法,对比总结同时起爆模型和毫秒延时起爆模型的裂隙扩展模式和应力传播规律,分析在顶板处质点的振速和位移变化规律。研究表明:通过毫秒延时松动爆破可以使相邻炮孔间形成贯通裂隙,相比于同时起爆,延时起爆模型优先创造自由面,从而破碎陷落柱岩石并减少爆破飞石,解决了综采面过陷落柱困难的问题。毫秒延时起爆相比于同时起爆,对顶板的峰值合振速减小了9 cm/s,对顶板的峰值合位移减小了0.095 mm。现场试验发现,松动爆破对陷落柱的破碎效果明显,陷落柱岩石强度得到有效减弱。实践证明,毫秒延时松动爆破技术能够极大提高截煤作业效率,保护采煤区顶板,经济效益显著。

高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理技术研究与实践

瓦斯是阻碍煤矿生产运营的重要影响因素之一。在当前阶段下,顺利落实煤矿绿色生产建设安全工作意义重大,而在实际生产过程中,多数地区的矿井开采作业过程中存在较高浓度的瓦斯问题,而基于此类的高瓦斯矿井的整理与管控成为相关领域研究的重点之一。据此,简要论述现阶段我国高瓦斯矿井综采工作面的整体治理情况,明确常见高瓦斯矿井中的瓦斯具体分布位置以及产生现状,同时提出综采工作面治理的相关思路,并从实践应用角度提出具有创新性的瓦斯治理技术。

综采工作面过断层采煤技术研究

因为地质地形条件、水文条件复杂,煤炭企业在煤矿资源开采的过程会随着开采深度增加出现断层,如果出现断层会导致风险增加,顶板被破坏,出现裂缝,不仅影响现场开采工作的顺利进行,也会导致安全事故发生。对断层结构和特点进行分析,其形成和煤矿综合机械化回采工作紧密相关,因为地质结构的特殊性,需要人员在综采工作面和采区作业流程和线路设计时科学分析断层情况,计算好过断层时的倾斜角和趋势,确保开采工作顺利进行,科学利用多种采煤技术。对此本文主要浅谈 综采工作面过断层采煤技术研究,旨在为采煤技术的开发和应用奠定基础,推动我国煤矿事业的发展。

综采工作面智能感知技术的发展应用与前景综述

为研究现代煤矿工业综采工作面开采的发展趋势,研究了智能化开采的三个关键要素为智能感知、智能决策和智能控制,其中智能感知是最基础、最关键的部分。在智能化开采进程中,智能感知技术在该领域的应用正日益成为研究热点,其在提高开采效率、降低生产成本、确保工作面安全等方面发挥着至关重要的作用。文章回顾了智能感知技术的发展历程,分析了不同阶段中智能感知的主要特点,并根据智能感知技术的特点和关键技术分为了四个阶段:基本感知阶段、多参数监测阶段、多维度信息感知阶段、全面感知阶段。深入研究并全面探讨智能感知技术在中国煤矿综采工作面的关键技术、广泛应用和未来发展趋势,以期为煤矿行业的智能化转型提供参考。

综采工作面液压支架测高传感器设计

针对综采工作面液压支架高度测量困难和可靠性、稳定性差等问题,设计了一种基于帕斯卡定律的液压支架测高传感器。该测高传感器内置一根细长液管,液管中充满甲基硅油,测高传感器两端安装压力传感器,通过测量密闭液管的两端压力,得到测高传感器两端位置的高度差。甲基硅油在环境温度变化时具有明显的热胀冷缩特性,会引起密闭空间内的压力急剧变化,影响测量精度,提出了一种补偿方法:采用波纹管存储一部分甲基硅油,利用波纹管自身的弹性补偿甲基硅油热胀冷缩造成的体积变化;并在软件中通过算法校准甲基硅油体积变化带来的密度变化,从而确保测高传感器的测量精度。试验结果表明:测高传感器可工作在0~40℃环境下,测量误差在4 cm以内。在薄煤层、中厚煤层综采工作面液压支架的现场应用结果表明:与人工测量结果相比,测高传感器的高度测量误差在5 cm以内,说明该传感器可靠性较高。

基于UWB的综采工作面推进度测量系统

针对目前综采工作面推进度的测量和计算方式存在费时费力、累计误差大、传感器损坏后无法重新计算等问题,提出了一种基于UWB测距技术的综采工作面推进度实时测量系统。该系统采用矿用本安型测距分站与测距标志卡组合的方式,通过无线通信实现对综采工作面巷道推进度的实时测量。在综采工作面端头液压支架布置测距分站,在回采巷道固定标志点悬挂测距标志卡,通过巷道内UWB无线信号测距,当即将开采到最近的测距标志卡位置时,撤掉该处测距标志卡,后续测距标志卡接替进行巷道推进度的测量与计算,依此循环往复,不断进行更替测量。结合采煤工艺,建立了依据采煤机位置和液压支架动作的限幅中值平均滤波模型,该模型将限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波深度融合,以剔除海量数据中由于受到测量、遮挡等影响而造成的测量偏差较大的无效数据,同时消除有效数据中的最大和最小偏差数据,进一步保证了通过算术平均运算得到的测量值的准确性和有效性,实现了综采工作面推进度的连续测量。地面测试结果表明,测距分站1的最大误差为0.32 m,误差小于0.2 m的占比为84.62%;测距分站2的最大误差为0.48 m,误差小于0.2 m的占比为76.92%。井下工业性试验结果表明:该系统与矿方实测数据日平均推进度差值为0.13 m,证明了UWB测距技术在井下巷道条件下测距的可行性和基于采煤工艺的推进度测量模型的准确性。

切顶卸压与柔模高水充填沿空留巷技术在综采工作面的应用

冀中能源股份公司梧桐庄矿为满足182605工作面正常接续要求,在矿182605下工作面运料巷进行沿空留巷,结合矿实际生产地质条件,实施“切顶卸压+柔模高水充填”的巷旁留巷工艺。经实践应用,留巷效果明显,经济效益及社会效益显著。一、概况,梧桐庄矿182605下工作面位于六采区,北为南翼胶带巷、南翼轨道巷、南翼回风巷,南为24号勘探线,西为设计的182605工作面,东为182603工作面。该工作面沿2号煤层走向布置,工作面沿走向平均可采长度为640m,倾向长度为150m。

综采工作面采煤机自动拖缆装置研究及设计

为了解决智能综采工作面采煤机往复开采过程中电缆夹频繁折叠脱槽需人工多次干预的难题,分析了采煤机电缆夹脱槽故障产生的原因,设计了综采工作面采煤机自动拖缆装置,介绍了自动拖缆装置的整体结构组成,并阐述了自动拖缆装置的液压系统设计和控制系统。搭建了采煤机电缆自动拖缆装置试验台,并对自动拖缆装置进行了可行性验证,验证结果表明,自动拖缆装置能够实现拖缆装置的自动运行、手动调节、故障紧急停车预警等模式,满足自动拖缆技术要求,对推动煤矿工作面常态化无人开采具有重要意义。

综采工作面高效喷雾降尘技术的研究及应用分析

针对8103综采工作面煤层破碎,易产生粉尘,作业期间粉尘浓度高,存在影响安全生产的问题,以8103综采工作面工程概况,从而开发基于B2#型喷嘴的架间负压引射喷雾系统与采煤机外喷雾降尘系统,与此同时借助ANSYS软件进行建模分析雾化降尘效果,最终确定喷雾降尘系统的部分关键参数,如喷嘴数量、雾化角度、装设位置以及压力大小,经综合对比喷雾降尘系统应用前与应用后的综采工作面降尘情况,得出应用该降尘系统后,综采工作面所出现的呼吸性粉尘浓度降低了66%以上,而相应的全尘浓度降低了71%以上,取得了较好的降尘效果,可为类似工况下的综采工作面高效降尘提供参考。

煤矿综采工作面作业人员定位与液压支架的协同控制方法研究

为进一步提高煤矿综采面作业安全性,以智能化工作为切入点,提出了一套煤矿综采面作业人员定位与液压支架系统控制系统;通过设计人员精准定位系统、划分采煤工作面控制区、设计系统对接等方面,最终构建出智能化、自动化的煤矿综采面工作系统。协同控制系统在大柳塔煤矿的模拟应用表明:系统安全性强、稳定性高,可有效保障煤矿综采面作业人员的生命安全。

综采工作面过陷落柱施工工艺及支护技术

基于龙顶山煤矿9102工作面过X4陷落柱期间,回采难度大、回采效率以及设备故障率高等技术难题,通过技术研究,决定对陷落区岩体采取松动爆破进行超前预裂施工工艺,并对过陷落区围岩提出了合理有效的支护技术,通过实际应用效果来看,超前预裂后降低了采煤机破岩难度,加快了工作面过陷落区速度,采煤机故障率降低至3%,设备维修费用减少了27.9万元;同时采取联合支护技术后,控制了陷落区顶板破碎、垮落现象,提高支架初撑力及工作阻力,取得了显著应用成效。

综采工作面尾端头应力区支护技术

基于长春兴煤矿303工作面回采期间受集中应力影响,工作面尾端头围岩破碎严重,导致工作面支架移架困难,回采难度大,通过技术研究决定对尾端头支护进行优化,提出了“可伸缩超前支架+注浆锚索棚”联合支护技术;通过实际应用效果来看,对尾端头支护优化后工作面在后期回采过程中未出现尾端头煤柱垮落、顺槽顶板破碎现象,取得了显著应用成效。

马兰矿综采工作面过断层回采工艺及支护技术研究

矿井布置采煤工作面向地质条件复杂带延深,常遇见断层及其他地质构造带。断层或其他地质构造带改变原煤层的正常倾角和破坏顶底板,引起断层带或地质构造破坏带煤层倾角变大,煤质松软破碎不成整体性、顶板破坏破碎,给工作面的安全回采带来较大隐患。针对马兰矿12706工作面强行破岩过F_5断层时,破岩量大、设备故障率高、回采效率低等技术难题,提出采用俯斜回采工艺,并对俯斜段顶板实施“迈步式梯形锚索梁+柔性纤维网”联合支护技术。通过实际应用效果来看,采取俯斜回采工艺后,减少破岩量达2415m^(3),提高了断层区煤柱回采量;采取联合支护技术后,控制了俯斜段顶板破碎下沉现象,取得了显著应用成效。

综采工作面喷雾降尘系统优化改造及应用分析

针对晋能控股装备制造集团某矿23061综采工作面粉尘浓度高,存在严重影响安全生产与危害工人身体健康的问题,分析了23061综采工作面喷雾降尘系统现存的不足,对喷雾降尘系统进行了优化改造,采用数值模拟分析法分析了改造后的喷雾降尘效果,并进行了现场应用,应用结果表明:经改造后,该工作面的降尘率达到了85%以上,工作面粉尘浓度大幅降低,显著改善了工作面作业环境,更好地保障了矿井安全生产,减轻了粉尘对工作人员的危害,取得了较好的经济效益与安全效益。