Spatial-temporal variation features and law of gas concentration in the fully mechanized working face under the condition of intermittent ventilation

Based on the fluid mechanics and mass transfer theory,a mathematical model of the spatial-temporal variation of gas was derived to avoid the gas accident caused by the main fan stopping ventilation under the condition of intermittent ventilation in the tunnel.According to the actual parameters of the tunnel,a numerical calculation model was established.The spatial-temporal variation of gas concentration in the fully mechanized working face under the condition of intermittent ventilation was calculated by using the commercial package Fluent,and the correctness of the calculated results was verified by the actual monitoring data of the mine.Firstly,the gas concentration was calculated under different wind velocities at driving face in coal tunnel,and the result showed that the gas can be carried effectively by the wind when the wind velocity is about 1.8 m/s.Secondly,the distributions of wind velocity and gas concentration at driving face were studied at 1.8 m/s,and the result showed the gas concentration increased gradually with the distance close to the outlet,but the gas concentration almost kept constant at the height of driving face.Thirdly,the distribution of gas concentration was investigated with time after the ventilation was stopped and restarted,respectively.The gas concentration of test point gradually increased with the increment of downtime,when the downtime was 40 min,the gas concentration of test point 3 reached the maximum value.The gas concentration increased gradually and reached the maximum after10 min of restart,then sharply decreased and kept constant.

Back-and-forth mining for hard and thick coal seams—research about the mining technology for fully mechanized caving working face of Datong Mine

The article introduced the key technology, mining process, and back-and-forth mining method for the caving working face of hard-thick coal seams in Datong mine, and researched this innovations process, optimized the systemic design and working face out-play, tried to perfect the caving mining technology of hard-thick coal seams further.

Analysis and control of hydraulic support stability in fully-mechanized longwall face to the dip with great mining height

The working condition of the hydraulic support in working face can be divided into three kinds of situations in the following: roof fall and collapse with cavity,advancing support and supporting.Took single support with four-pole in longwall face to the dip as research object,control method was studied to avoid support instability in three situations mentioned above.Based on these researches,the major factors of influencing on support stability and its controlling measures were put forward.According to specific conditions of working face 1215(3),which is fully-mechanized and Iongwall face to the dip with great mining height in Zhangji Coal Mine,Huainan Mining Group,the effective measures was taken to control supports stability.

煤矿井下非均匀照度图像去噪研究

煤矿综采工作面空间小、照明环境复杂多变,采煤过程中伴随着大量的粉尘、大雾,导致采集的图像出现曝光、细节特征减弱等问题,难以对井下照明区域光照强度过大的图像进行有效的特征提取。针对上述问题,提出了一种煤矿井下非均匀照度图像去噪算法。首先,将视频截取为图像,判断图像是否需要进行光照抑制,将需要进行光照抑制的RGB图像拆分通道,并计算每个通道的光照调节因子,实现图像的整体光照调节;然后,将未进行整体光照抑制的图像和经整体光照抑制的图像进行反射分量提取,即将输入的图像转换为HSV空间图像,使用单尺度Retinex(SSR)算法对V通道图像中的光照分量进行单独处理,将V分量中的入射分量去除,保留反射分量,并对反射分量使用直方图均衡算法实现光照均衡化处理;最后,使用基于引导滤波的暗通道先验算法对经过光照处理后的图像进行去雾处理,并使用伽马校正函数重新调节亮度不均的图像。主观评价结果表明:提出的煤矿井下非均匀照度图像去噪算法有效抑制了因光照导致整体亮度较高的问题,且由于大雾、粉尘等因素导致图像模糊的部分更加清晰,图像的细节特征更加突出。采用信息熵、均值、标准差、空间频率4种评价指标对提出的算法效果进行客观评价,结果表明,提出的算法在信息熵、均值、标准差、空间频率上较多尺度Retinex(MSR)算法分别平均提升了21.87%,-56.06%,153.43%,294.45%,较基于颜色保持的多尺度视网膜增强(MSRCP)算法分别平均提升了1.18%,-39.56%,33.29%,-4.71%,较带色彩恢复的多尺度视网膜增强(MSRCR)算法分别平均提升了38.06%,-55.27%,462.10%,300.96%,说明提出的算法能更有效地增加图像信息量、抑制光照强度、提升边缘信息及图像清晰度。

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。

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。

胡家河煤矿综放工作面矿压显现规律预测及主控因素研究

现有工作面矿压显现规律预测方法中,基于数值模拟与统计回归的方法无法实现对工作面矿压显现规律的实时精准预测,深度学习方法存在超参数较多且难以设置、模型训练速度慢等问题。针对上述问题,以胡家河煤矿402102回采工作面采动过程中监测到的煤体内部应力变化时序数据为基础,将基于粒子群优化的门控循环单元(PSO-GRU)应用到回采工作面矿压显现规律预测中。采用PSO算法对GRU进行优化,构建PSO-GRU模型,实现对超参数的自动寻优,从而提高GRU的训练速度和预测精度。以预测结果为依据,采用层次分析法建立402102回采工作面矿压主控因素评价指标体系,将顶板条件、回采工艺、煤层赋存、地质构造确定为影响工作面矿压的一级指标,进一步细分出具有代表性的14个二级指标。测试结果表明:(1)与未经优化的GRU模型相比,PSO-GRU模型的均方误差(MSE)降低了83.9%,均方根误差(RMSE)降低了59.8%,平均绝对误差(MAE)降低了59.0%,决定系数R2提升了28.9%。(2)PSO-GRU模型对矿压数据预测的拟合度达0.980以上,具有良好的非线性拟合能力和泛化能力。(3)地质条件中的煤层赋存因素对回采工作面矿压的影响最大,权重为0.47;可人为干预的影响因素中工作面推进速度对矿压的影响最大,权重为0.13。

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。

综掘工作面风幕阻尘效果影响因素研究

目前综掘工作面粉尘污染的研究多集中于单一因素对综掘工作面风幕阻尘效果的影响,而未充分考虑各因素间的交互作用,使得压风分流技术的工程应用效果欠佳。为明确附壁风筒径向出风距离、径向出风比及轴向出风距离对风幕阻尘效果的影响,以潘三矿810西翼机巷综掘工作面为研究对象,运用Fluent软件对径向出风距离为10~25 m、径向出风比为0.6~0.9及轴向出风距离为6~12 m条件下的风流分布和粉尘扩散情况进行数值模拟。结果表明:(1)随着径向出风距离增大,径向涡流风幕在巷道内的转变更充分,综掘机司机前端的风流分布越均匀,更有利于形成风速方向均指向工作面的轴向阻尘风幕。当径向出风距离为10 m时,距工作面7 m断面内涡流特性明显,风速方向紊乱;当径向出风距离为25 m时,距工作面7 m断面内,风流分布趋于均匀,风速方向均指向工作面,形成了能够覆盖全断面的轴向阻尘风幕。(2)随着径向出风比增大,整流风筒轴向风流风量减小,轴向风流风速和射流强度降低,轴向风流对综掘工作面前端气流的扰动减弱;径向出风比越大,越有利于形成风流方向指向工作面且能覆盖全断面的轴向阻尘流场,即轴向阻尘风幕。(3)径向涡流风幕的阻尘能力随径向出风比的增大先增强后减弱,轴向阻尘风幕的阻尘能力随径向出风比的增大而不断增强。(4)在采取压风分流风幕阻尘技术后,当压风总量为300 m^(3)/min,吸风量为400 m^(3)/min,附壁风筒径向出风距离为20 m,径向出风比为0.9,整流风筒轴向出风距离为8~10 m时,能很好地将粉尘聚集在吸尘口附近,达到高效控尘除尘的目的。在810西翼机巷综掘工作面进行现场测试,测点风速和粉尘质量浓度实测值与模拟值基本一致,高浓度粉尘被有效阻控于工作面前端,隔尘效果较为明显,验证了数值模拟的有效性。

大采高工作面破碎顶板注浆加固技术应用

以慈林山煤矿3109大采高工作面为工程实例,为解决该工作面在遇断层和超前支撑应力、构造应力耦合状态下,其破碎岩体容易发生超前冒顶和片帮的问题,针对性设计注浆方案与选定注浆浆液;工程实践表明,该工作面破碎区域注浆效果良好,实现了安全推采,提高了生产效率。

基于工业互联网的煤矿综采设备信息模型研究

煤矿综采工作面设备来自不同厂商,接口不统一、数据系统和业务逻辑不同,造成数据壁垒,系统间数据交互慢。基于工业互联网架构,提出了包括设备层、接入层、边缘层、PaaS层、应用层的智能化综采技术架构;基于该架构,将煤矿综采设备作为整体数据对象,设计了一种煤矿综采设备信息模型构建方法,定义了属性、方法、事件、报警4个关键要素和建模规则,从而实现各物理实体与异构系统之间的无缝通信,即对综采设备信息资源进行定义、描述和关联,提供完备、统一的数据对象表达、描述和操作模型;针对综采设备信息模型属性元素过多的问题,提出了一种基于重要度和语义相似度的属性元素优化机制。采用上述方法建立了华阳新材料科技集团有限公司一矿81004工作面综采设备信息模型,对综采设备电动机运行情况进行评价,结果表明基于该模型可监测工作面所有电动机短时间内启动次数、多电动机设备启动功率平衡和运行效率,并形成分析结果,为决策工作提供数据支持。

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。

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究

综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数研究是粉尘防治和尘肺预警的基础。分析了综掘工作面呼吸性粉尘浓度监测关键点,提出呼吸性粉尘浓度传感器测点布置方案;以关键监测点的呼吸性粉尘浓度传感器实测数据作为实时来源,对比剖析了距离加权反比法和克里金法的优缺点,建立了一种扩展的空间插值算法;归纳半变异理论,将呼吸性粉尘浓度变化的时间维度和空间维度引入到半变异函数中,得到一种呼吸性粉尘时空场算法,建立综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型;最后,以河南新桥煤矿2502工作面作为对象,以滤膜称重法为标准,对时空场函数进行了试验验证。结果发现:在综掘工作面司机5~10 m、端头回风侧10~15 m区域内的呼吸性粉尘浓度较高且变化较剧烈,而在回风侧15 m后方呼吸性粉尘浓度开始逐步趋于平稳降低;综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型计算结果相对误差为±14.8%,比克里金法小±10.8%,比距离加权反比法小±22.4%。研究结果表明,综掘工作面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型将时间维度和空间维度纳入了权重系数中,构建的时空场函数模型能更好地提高插值计算的精度,提升去特异值点的能力。

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。

大采高超长工作面调斜开采技术研究与应用

根据梁北煤矿11071综采工作面瓦斯地质情况和采煤工艺条件,通过对实中心调斜和虚中心调斜方案优缺点的分析比较结果,选择采取围绕虚中心旋转调斜开采的施工方案,并通过精确计算得出调斜开采的技术参数指标,同时确定了调斜开采的工艺流程和安全技术保障措施。实践证明,该调斜开采方案简化了机巷运煤系统,解决了调斜期间虚中心控制、支架姿态控制、运输机上窜下滑控制、转载机和运输机搭接控制和超前应力控制等难题,实现了工作面在调斜开采期间不间断推进,给矿井带来了巨大的技术进步和经济效益。

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明:极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。

工作面通风技术的优化及效果分析

通过分析矿井综放工作面供风实例中上行供风方案存在的问题,并对上行、下行通风方式的可行性进行对比论证,决定采取下行通风方式,对原有工作面通风系统结构进行优化。通过现场验证发现,下行通风方式在工作面降尘、抑制采空区自燃发火等方面存在显著优势,适用效果更优。

某综采工作面破碎顶板注浆加固技术研究

综采工作面遇地质构造时,受构造应力和采动影响,采场煤壁和顶板常出现片帮、冒顶现象。某综采工作面过火成岩和断层构造期间,顶板破碎,易发生冒顶、片帮事故,通过分析顶板事故原因和注浆加固作用机理,结合现场实际工作条件,对工作面冒顶片帮严重区域采取马丽散化学注浆加固、充填方案。实践证明,通过对构造破碎带区域的注浆充填、加固,改善了采场破碎煤岩体的物理力学性质和煤体的整体性,工作面最大片帮深度由1.8 m降低至0.4 m,最大冒顶高度由2.9 m降至0.6 m,提升了工作面回采安全性和高效性。

综采充填工作面沿空留巷支护技术研究

为解决综采充填工作面沿空留巷支护问题,本文结合某综采充填工作面实际情况,从沿空留巷尺寸确定开始,对支护设计和相应的施工技术进行深入分析,提出具体的施工工艺方和需要注意的要点,并通过实践验证了该综采充填工作面沿空留巷所用支护技术的合理性与可行性,以期为相关人员提供参考,从根本上提高综采充填工作面沿空留巷支护技术水平。

综放开采顶板弱化实践应用

硬质顶板煤层回采作业期间采空区易形成大面积悬空状态,为避免因冒落导致的安全事故发生,本文以山西省某煤矿2301综放开采工作面为例,结合实际情况选择合理的顶板弱化技术进行现场应用,并实时探测记录顶板岩层来压情况。探测结果表明煤层顶板岩层来压步距下降明显,弱化效果显著,对该综放开采工作面安全生产具有重要意义。