Logical Design and Control of Network in Local Mine Air-Reversing System

This paper sets up a mathematical model of switching network and switching function by utilizing graph theory to describe the logical function of different paths.The function varies with open and closed states of air doors in a complex mine air sub network, and the computer program for solving the switching function of complex networks are offered. It gives the method for discriminating a reversible branch in a complex network by means of the switching function, and the method of counter inverted logical control of airflow inversion by means of open and short circuit conversion of key branches. The research has solved the problem of the stablization of air flow for normal ventination and reversing ventination in a diagonal network.

Closed-loop bulk air conditioning: A renewable energy-based system for deep mines in arctic regions

With depletion of shallow deposits,the number of underground mines expected to reach more than 3 km depth during their lifetime is growing.Although surface cooling plants are mostly effective in mine airconditioning,usually secondary cooling units are needed below 2 kmdepth.This need emerges due to the elevated thermal impacts caused by auto-compression of mine air as well as heat emissions from strata and mine machinery.As a result,in cold climates,like Canada,ultra-deep mines need their secondary underground cooling plants running year-round while the intake air must be heated to protect the sensitive machinery and liners from freezing during the winter season.To cool mine air,horizontal bulk-airconditioners with direct spray cooling systems are commonly used due to their high performance.Conventionally,sprayed water in bulk-air-coolers are mechanically circulated and refrigerated in coupled refrigeration plants.This set up can be transformed to a natural cooling/heating process by resurfacing the warm underground bulk-air-cooler spray water for mine air heating on the surface and re-sinking the chilled water for cooling in the underground bulk air coolers.This could significantly cut-down the fossil-fuel consumption in burners for mine air pre-conditioning and refrigeration cost when applicable.This paper presents an anonymous real-life example to study the feasibility of the proposed idea for an ultra-deep Canadian mine.

基于CESE方法的煤矿风井泄爆全过程模拟与消波增效研究

为揭示煤矿风井泄爆过程、探寻增强泄爆效果方法,针对现行泄爆方法和多种改进泄爆方法,建立了系列全尺寸三维仿真模型,利用LS−DYNA软件的CESE求解器,进行了全过程流固耦合模拟分析。结果表明:现行防爆门在泄爆过程中会引发较强烈的反射冲击波且不能快速有效地予以消弱,致使风硐中先后出现可对风机造成二次冲击的2道冲击波;去除防爆门立壁结构对提升泄爆效果作用不明显,但可使防爆门受到的冲击明显减弱;在一定范围内,减轻防爆门质量对提高泄爆效果的作用较为有限,且会使防爆门吸收的爆炸能量明显增加;在增量不大的情况下,增大防爆门到风井和风硐交岔点的距离即能有效改善泄爆效果;侧向和正向先行泄爆方法均能明显增强泄爆效果,并对防爆门有显著的减冲和保护作用,在算例条件下,最优可使反射波超压峰值下降49.4%和28.3%;防爆门开启时间、泄爆面积和防爆门到风井/风硐交岔点的距离是影响泄爆效果的重要因素;风井达到良好泄爆效果所需要的开启时间比现行防爆门要短得多;仅在井口设置防爆门存在不能消减风硐中第1道冲击波超压峰值的局限性。基于对风井泄爆过程、机理和方法的新认识,提出了以“两区域多通道”泄爆为特征的主辅防爆门协同泄爆方法,以系统提升风井泄爆效果和防爆水平。

基于DBN和BES-LSSVM的矿用压风机异常状态识别方法

针对矿用压风机这类分布式系统的异常类别复杂、识别精度低等问题,提出了一种基于深度置信网络(DBN)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的异常状态识别方法。首先,分析压风机组成系统及其运行机理,确定常见的异常状态类型;其次,采用DBN无监督学习方式充分挖掘监测数据中异常特征并快速提取;然后,利用秃鹰搜索算法(BES)优化LSSVM的超参数,构建最优的BES-LSSVM分类模型;最后,将DBN提取的异常特征作为BES-LSSVM模型的输入,对矿用压风机异常状态进行识别。试验验证与对比分析结果表明,相较于GA,PSO,GWO算法,BES算法的求解精度和收敛速度均有所提高,同时DBN-BES-LSSVM模型在测试集上平均识别精度达到94.65%,较PCA-LSSVM模型、DBN模型和DBN-LSSVM模型的识别精度分别提高了10.53%,5.84%和3.76%,验证了DBN-BES-LSSVM模型在矿用压风机异常特征提取以及特征识别方面的优越性。

关于采空区地表变形对桥梁影响的研究

目的 以二龙山1号高架桥为研究背景,研究既有采空区所引起的地表沉降以及沉降对已建桥梁的影响。方法 结合数值模拟分析,拟定不同的采空区情况(采空区半径、采空区空洞高度、采空区顶板埋深、顶板弹性模量),分析在自重及附加桥梁荷载作用下,地表沉降规律以及地表沉降对已建桥梁的影响。结果 地表沉降最大值与采空区半径大小、采空区空洞高度呈正相关;地表沉降最大值与采空区顶板埋深、采空区顶板岩层弹性模量呈负相关;结合相邻墩台最大沉降差的要求,在实际工程中,采空区半径小于60 m、采空区埋深大于55 m、采空区空洞高度小于1 m、桥梁正下方岩层弹性模量大于2 000 MPa,理论上可以不进行处治。结论 采空区半径越小,顶板埋深越大,空洞高度越小,顶板岩层弹性模量越大,采空区地表变形越小,对已修建桥梁影响越小。

快掘面风流动态调控参数与压抽比对粉尘运移的影响及降尘分析

随着矿山快掘设备的逐渐引进,快掘面粉尘污染问题愈加严重。为有效减少快掘面生产过程中的粉尘污染,设计出风流动态调控降尘净化系统,通过调节风流的状态并设计了不同工况下的风流调控方案,以降低司机处粉尘浓度与粉尘的扩散距离。以陕西某矿快掘面为例,建立了风流—粉尘耦合场有限元模型,并对模型进行了井下验证;分析了风流动态调控降尘净化系统中出风口偏角、出风口缩放口径、出风口距端头距离及风量压抽比4个参数对风流与粉尘场的影响规律;设计正交试验分析了各参数与司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离之间的关联性,确定了最佳调控净化方案。结果表明:各参数对司机处粉尘浓度与粉尘扩散距离影响程度的显著性排序由大到小依次为风量压抽比、出风口偏角、出风口距端头距离、出风口缩放口径。确定的最佳调控净化方案为出风口距离端头10 m、出风口偏角20°、出风口缩放口径1.0 m及风量压抽比1。设计搭建试验平台进行了准确性及净化效果测试验证,模拟值与试验值的平均误差小于8.91%,净化后司机处粉尘浓度由327.22 mg/m^(3)降低至156.47 mg/m^(3),降低了52.18%,粉尘扩散距离由39.74 m缩短至25.91 m,缩短了34.80%,有效改善了快掘面的空气环境。

深部矿井新型局部制冷设备设计及应用

随着我国矿井开采深度日益增加,井下高温热害成为制约煤矿开采的主要因素。作为集中式制冷的补充方式,局部制冷可有效消除井下高温热害。文章针对平煤十矿高温掘进面的高温热害问题,重点研究了由闭式乏风冷却塔、多级串联直膨组合柜、大压比防爆半封闭螺杆压缩机等装备组成的制冷装备,介绍了该装备的设计方案以及工程实际应用效果。结果表明:闭式乏风冷却塔方案可提升矿井综合能效水平;新型矿井局部制冷系统可适用于高压比矿井工况,运行冷凝温度最高至80℃;直膨组合柜采用多级串联降温冷却,实现掘进面温降10℃,相对湿度下降30%。

基于采矿工程安全的MGWO在矿井风网风量优化调节中的应用

针对当前采矿工程中矿井风网风量优化调节效果不够理想的缺陷,研究提出一种风量优化调节模型,并采用优化的灰狼优化算法(Grey Wolf Optimization,GWO)对其进行求解,完成矿井风网风量智能优化调节。结果显示,MGWO算法求解的风量优化平均值为216.4kW,平均运行时间为132.6s,均优于其他两种算法。上述结果说明,研究提出的MGWO对矿井风网风量优化调节模型的求解效率与精度更高,对风网风量优化调节的效果更好,能够有效调节风网风量,保证采矿工程安全性。

基于宿州某石料厂露天废弃矿山生态修复提升实践

基于宿州市埇桥区符离镇某石料厂为例,2018年该矿山已通过治理验收,随着生态环境保护督察的开展,矿山暴露出一系列问题,针对矿山生态环境保护督察提出的问题,需进行生态环境成效提升,开展提升治理工作。本文分析了矿山存在的地质环境问题,提出了提升措施。

废弃矿地下空间储能方案及性能

为高效利用废弃煤矿地下空间,提出了废弃矿地下巷道储存热能和电能的方案。基于气水互驱原理并利用沉降区人工湖,提出了定压压缩空气储能的新思路以高效利用地下空间并提高储能性能,构建了废弃地下巷道储热、抽水蓄能、定容和定压压缩空气储能的数学模型并进行了数值求解,分析了储热和储电性能,对比了储能密度和能量回收效率,探索了定压压缩空气储能的高值化利用方式。结果表明:①地下巷道储热可解决太阳能光热的不稳定性和跨季节储存难题,热回收效率大于98%,储能密度为653.42 kJ/(m^(3)·d^(-1)),折算电能为0.18 kW·h/(m^(3)·d^(-1));②地下巷道抽水蓄能、定容和定压压缩空气储能的能量回收效率和储能密度分别为70.56%、57.76%、67.64%和1.14、2.25、5.56 kW·h/(m^(3)·d^(-1)),因残余气少,储释能过程总压比和膨胀比不变,定压压缩空气储能性能优异;③通过地上发电地下储能,可将废弃矿场打造为集发电储电和冷热淡冰联产于一体的新能源供应中心。研究成果可为废弃矿地下空间储能工程提供决策依据,为可再生能源配储提供支撑。

多矿区整合条件下矿井通风系统优化方案研究

洛坝铅锌矿作为一个多矿区整合矿山,地表坑口众多、巷道纵横交错、井下作业点多面广、采空区规模庞大,导致井下污风串联严重、风流紊乱,通风效果较差。通过通风线路调查、矿井需风量计算和基于Ventsim的通风网络解算,进行了针对性的多矿区整合条件下矿井通风系统整合优化方案研究,改善了井下风流治理、提高了通风效果。

浅埋近煤层群采动“三区”漏风裂隙场时空演化规律数值模拟

浅埋近煤层群采动下,地面采空区工作面“三区”之间易形成连通的漏气通道引发工作面低氧和采空区煤自燃,如何厘清采动效应下浅埋煤层群“三区”漏气通道的时空分布演化规律是有效防控煤自燃和低氧的关键。以陕煤柠条塔煤矿S1232工作面为研究背景,采用理论与数值模拟相结合的方法,研究了单一煤层、复合煤层重复开采下覆岩破坏特征,分析了煤层间距与采厚对裂隙二次发育的影响规律。结果表明:浅埋近煤层群开采下上覆岩层裂隙仅存在垮落带与裂缝带,主关键层破断后裂缝带快速发育至地表,关键层周期破断控制地表裂隙周期生成与下沉;上煤层裂隙密度发育由原始阶段先后经历快速增长、稳定和二次增长3个阶段;随采厚增大,各区间裂隙密度增大,大裂隙发育更充分,裂隙宽度整体增大;随煤层间距增大,小于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,且增加的速度逐渐加快,大于0.2 m的裂隙宽度随采厚增大,但增加速度逐渐变缓;采厚相同时,裂隙宽度大于0.2 m的裂隙密度随着煤层间距的增大逐渐减小。

凡口铅锌矿深部通风系统测定与三维仿真优化研究

为改善凡口铅锌矿深井通风条件,对深部通风系统进行了风量、风阻的测定与需风量的计算,深部通风系统总进风量为330.38 m^(3)/s,总回风量为345.95 m^(3)/s;矿井深部总风阻为0.0123 N·s^(2)/m^(8)。为解决其深部各中段及各工作面之间风量分配不合理、通风线路长且阻力大的问题,提出了4种优化方案并进行了三维仿真模拟。结果表明:深部通风系统的优化改造应选择“增加进、回风措施井+设置多级机站”的方案,既能够实现不同中段、采场风流的按需分配,也能够增加进入各个中段及分段采场的风量,适应未来生产需求。

矿用空压机智能监控及故障诊断系统的设计与研究

针对因煤矿空压机监控手段落后、监控系统功能单一且智能化程度低等因素导致的空压机供风质量差、安全隐患多等问题,研究了智能传感及网络技术,提出了一种基于PLC控制、多传感器融合检测的空压机智能监控及故障诊断系统设计方案。该系统采用主从PLC及工业以太网作为控制、通信架构,有效提高了系统可靠性及实时性,可实现对空压机温度、压力等各类核心工况参数的实时监测,并具备故障预警诊断功能,可实现矿用空压机无人值守。

金属非金属矿山深井通风关键技术与工程实施对策

介绍了金属非金属深井开采通系统风面临的主要困境,论述了深井通风的关键问题,并探索制定了工程实施方案。深井智能的关键在于建立统一的环境监测评估系统、降尘制冷系统、通风能耗综合判定系统以及通风构筑物智能控制系统,并根据不同的采矿工艺条件,进行合理的采准工程设计,提高风流风量、冷量有效利用率。实施深井智能通风工程是金属非金属矿山可持续、高效、安全发展的保障。

神东矿区立体帷幕注浆精准堵漏风与高效防灭火技术

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同时针对不同地质情况,设计了先导钻孔、注浆钻孔和监测钻孔;根据活鸡兔井实际情况,共施工104个钻孔,设计帷幕体长度约1020 m,高度约40 m;通过分段上行式注浆法,设计工作面切眼外侧注浆高度72 m,12_上205运输巷段注浆高度12 m,注浆宽度15 m,总注浆169569.1 m^(3)。通过立体帷幕注浆,12_下205工作面漏风较同条件下最大减少约1000 m^(3)/min,12_下207工作面漏风较同条件下最大减少近800m^(3)/min;堵漏风效果明显,有效降低12_下煤层工作面煤自燃隐患。

Y型通风采空区漏风规律数值模拟研究

针对采空区内遗煤自燃和工作面上隅角瓦斯超限等问题,探究沿空留巷条件下Y型通风采空区的漏风规律。以雨汪煤矿1010201工作面为工程背景,结合Fluent数值模拟软件,对采空区的三维空隙率进行UDF设置,模拟采空区的漏风流场、各组分气体浓度以及自燃“三带”分布规律,对其结果进行对比处理分析。结果表明:采空区漏风主要集中在工作面上、下隅角前50 m范围;采空区内氧气浓度与距工作面以及沿空留巷的距离相关,距离越近浓度越高。

民航管制安全风险主题时空分布规律研究

为了探究民航管制安全风险的时空分布规律,基于潜在迪利克雷分布(Latent Dirichlet Allocation,LDA)主题模型识别出民航管制安全风险主题,定义民航管制安全风险主题强度的定量测度指标,运用全局空间自相关分析和冷热点分析对民航管制安全风险主题的时空分布规律进行研究。结果表明:利用LDA主题模型识别出“管制员指令错误风险”等10个管制安全风险主题;“管制员指令错误风险”主题存在较弱的全局空间自相关性,在2018—2021年,全局Moran’s I总体呈现波动增长的趋势;在2018—2021年,“管制员指令错误风险”主题强度高值聚集的区域由西南向东南转移,高值聚集区域数量变少,且不稳定,低值聚集区域发生转移并在2020年后保持稳定。通过全局空间自相关分析和冷热点分析确定了2018—2021年中国民航不同管制区域的管制安全风险的时空分布格局,为局方进行差异化的安全监管提供决策支持。

冲击性煤层综放面采空区漏风区域识别及控制方法研究

矿井煤层发生冲击失稳易诱发矿压灾害,且工作面间煤柱破碎形成漏风通道,采空区自燃危险性增强。以孟村煤矿401103深埋冲击倾向性超长工作面为工程背景,通过分析工作面开采时漏风及煤自燃诱因,测定工作面及相邻采空区的漏风规律并数值模拟验证煤自燃危险区域,从而制定漏风控制及煤自燃防控措施。结果表明:401103工作面受冲击矿压影响较大,漏风供氧增加了采空区遗煤自燃的风险;漏风观测数据表明面间煤柱存在漏风通道,使得两工作面采空区形成了复合漏风采空区;在401103工作面推进过程中,煤自燃危险区域主要集中于工作面后部采空区,工作面进风隅角与其临近的401102采空区产生明显的漏风涡流区。采用束管监测、漏风封堵、材料阻化与调节风量等综合防控措施,有效控制了工作面及相邻采空区的遗煤自燃,保证了工作面的安全开采。