基于D-InSAR技术的杨伙盘矿区地表形变监测与分析

【目的】煤炭资源的开采引发一系列的生态环境问题,地面塌陷问题尤为严重,而地表形变监测是修复生态环境问题的首要工作。【方法】InSAR技术作为一种面监测技术,已成功应用到煤矿地面塌陷监测中,本研究利用雷达差分干涉测量(D-InSAR)技术,计算2020年8月至2022年10月间共31景Sentinel-1A数据。【结果】在监测期内,开采工作面的地表共形成3个形变中心,分别位于301和303盘区的工作面,地表在煤矿开采后进入快速形变期,之后开始缓慢形变,直至趋于稳定状态。【结论】D-InSAR技术对于此类地面塌陷问题,相较于点监测技术,具有先天的优势,能够快速、准确地获取整个工作面的形变情况,对煤矿生态环境问题的改善起到了指导作用。

厚煤层大采高智能化综采工作面关键技术研究与应用

针对付村煤矿井下综采装备落后、开采成本高的问题,综合考虑生产安全、经济效益、资源回收等多方面因素,提出了在付村煤矿建立厚煤层大采高智能化工作面的构想。根据付村煤矿3上煤层赋存条件,基于智能化工作面设备集成控制平台,结合大采高液压支架智能化电控系统、大采高采煤机智能化控制系统及移动互联网云存储系统,重点突破了工作面主要设备姿态监测、大采高工作面智能化开采工艺、远程控制与集中监控等技术,实现了采煤机自主定位、记忆截割、液压支架自动跟机移架、全工作面一键顺序启停、故障自动顺序停机、三机协同控制,优化升级了矿井信息化系统,建立了智能化综采工作面互联网云平台。结果表明:自2017年11月在付村煤矿3上1008工作面进行工程应用以来,工作面生产班工作人员从12人减少为5人巡视检查,减员率达50%以上,日采煤达6000 t,技术应用效果显著,建立了枣矿集团6 m厚煤层智能化开采的生产模式,为厚煤层大采高智能化生产系统的发展提供示范与实践基础。

工作面尺度和顶煤厚度影响下的放煤规律研究

结合理论分析、数值模拟和工程测试,对顶煤放出规律进行分析,探究顶煤厚度和工作面尺度对放煤结果的影响规律。研究表明:煤岩模型尺度对顶煤运移状态影响较小,对工作面放煤结果的统计分析会产生明显影响;放煤口数目由40增长到100,工作面顶煤回收效率由68%增长到77%,放出煤量和放煤时间明显减少;采用全尺度煤岩模型的放煤模拟更加符合工程实际。随顶煤层厚度由2 m增大到5 m,顶煤回收率由78%逐渐降低到71.6%;总放煤时间非线性增大,各支架放煤波动性增大。

煤矿开采工作面微震实时监测及特征分析

高冲击地压煤矿开采过程中极易发生安全生产事故,严重制约了煤炭资源的开发。而微震监测技术能够有效反映围岩破坏特征,为煤矿生产提供预警。利用IMS微震监测系统实时监测马口煤矿工作面的变形和破坏,研究了微震事件率、视体积、能量指数、Schmidt数、b值和地震响应系数等微震参数的变化过程及其与围岩破坏的关系。研究表明,部分参数在大规模破坏前具有明显预兆,根据上述参数划分预测精度,Schmidt数的预测灵敏度最高,b值次之,能量指数第三。

基于全景可视化的综采工作面异常行为识别关键技术

针对煤矿工作面工人异常行为难以智能监管的问题,提出了一种基于OpenPose改进的轻量化人体姿态识别模型。采用MobileNet-v3替换原模型中的骨干网络,并采用较小的卷积核替代原7×7的卷积核,以提高模型检测速度并减小所占用资源;针对工作面摄像头拍摄范围有限,难以满足工作面全景可视化的需求,采用SIFT图像拼接算法,将多个监控视野相融合,实现工作面实时同步全场景监测的目的。试验测试结果表明:改进后的人体姿态识别模型准确率达到81.5%,占用内存为原模型的42%,而检测速度为原模型1.59倍;改进的人体姿态识别模型在减小占用内存的同时,大幅提高了模型检测速度并保持了较高的准确率,结合人体姿态识别与图像拼接算法能够实现对工人行为的实时监测。

工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律研究

针对综采工作面受限空间内,监测传感器无法满足甲烷浓度监测的需要,以及工作面人工巡检位置难以明确的现状,研究了工作面煤壁甲烷涌出在受限空间的扩散规律。首先将工作面受限空间划分成均匀网格,并进一步划分为3个横向区域和4个纵向区域。然后通过对工作面煤壁甲烷涌出的特征分析,结合现场数据,建立仿真模拟实验的边界条件,对不同甲烷涌出强度和风速条件下的甲烷扩散规律进行研究。实验结果表明:随着甲烷涌出强度增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比减少,远离煤壁位置的甲烷扩散占比增加;平行煤壁方向上,甲烷扩散占比未发生明显变化。随着工作面风速增大,垂直煤壁方向上,靠近煤壁位置的甲烷扩散占比增加,远离煤壁位置的甲烷扩散占比减少;平行煤壁方向上,回风侧区域甲烷扩散占比向进风侧区域转移。

水准仪在煤矿工作面地表高精度动态监测中的应用分析

为了提升煤矿井下开采质量与效率,以A煤矿2263工作面为例,介绍一种基于水准仪的煤矿工作面地表高精度动态监测方案。选择最佳的监测设备方案,并详细分析了基于水准仪的煤矿工作面地表高精度动态监测流程。最后,通过实践应用分析的方式,验证该监测方案的应用效果。通过验证分析可以发现,通过水准仪对煤矿工作面地表监测时,可快速、准确获得工作面地表沉降量数据,可以为后续煤矿生产作业的继续进行提供支持。

基于微震监测的重复采动煤层潜在导水通道形成规律研究

为了避免煤矿深部煤层开采突水事故发生,探索重复采动工作面开采过程中底板潜在导水通道形成规律,以平顶山天安煤业股份有限公司十矿己17-33200工作面为工程背景,在两巷采取“梅花”式布置20个检波器,组成全包围式监测阵列,对工作面进行连续、实时、动态监测,利用微震技术对下层煤重复开采过程中上覆岩层塑性区破坏变化规律及底板深部微震事件进行分析,并结合理论计算探究潜在导水通道的形成规律。

爆破地震效应激发煤与瓦斯突出的监测分析

以某突出矿井1261采煤工作面爆破为例,测试了该工作面前方卸压区和应力集中区的爆破振动速度和爆破振动频率;通过对现场测试数据的回归分析,得出了振动速度、爆破药量及地震波传播距离三者间的关系;采用"db7"小波法分析了爆破振动频谱、能量分布及爆破地震效应对煤与瓦斯突出的激发影响。监测表明:工作面前方卸压区和应力集中区爆破地震效应较小,不能直接破坏该区煤体,但该区煤体获取爆破振动能量后,工作面瓦斯突出危险性将增大。根据煤与瓦斯突出能量方程和工作面条件,调整爆破方案,可以降低爆破地震效应对采掘工作面煤与瓦斯突出的激发程度。

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。

神东矿区煤层智能开采技术探索与实践

神东煤炭集团在探索自动化开采的十余年历程中,逐步形成了以记忆割煤、跟机拉架、自动找直、视频拼接与监控、远程干预和数据集成通信技术为核心的煤炭智能开采模式。通过在锦界煤矿31114自动化工作面的现场实践证明,自动化工作面可减员15人,工效提升17.54%,年节约人工成本210万元。面向未来,神东煤炭集团将研发以透明工作面构建、采煤工作面智能调高为核心的无人开采技术,推动智能开采技术的新的变革。

煤矿物联网特点与关键技术研究

对比分析了世界主要产煤国百万吨死亡率,2008年我国井工煤矿百万吨死亡率约是美国的13.5倍、南非的7.9倍、俄罗斯的2.1倍、印度的0.97倍。分析了我国煤炭百万吨死亡率高于美国等其他主要产煤国的原因:井工开采高达95%、赋存条件差、灾害严重、小煤矿多、机械化、信息化程度低等。提出了煤矿物联网特点:电气防爆、无线传输衰减大、GPS信号不能覆盖煤矿井下、无线发射功率小、抗干扰能力强、抗故障能力强、宜采用树形结构、传输距离远、不宜采用中继器、设备体积小、电网电压波动适应能力强、防护性能好等。提出了煤矿物联网需解决的关键技术问题:煤矿物联网信息编码、传输、处理等标准;矿用安全标志准用产品生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控;矿用安全炸药生产、运输、储存、领退、使用等全过程管控;矿用重大关键设备生产、运输、仓储、使用、维护等全过程管控;煤矿井下人员精确定位、自动识别与培训监管;瓦斯检查员、安全检查员、电钳工、放炮工、绞车司机、采煤机司机、水泵操作工等及其操作设备、作业环境人机环闭锁控制;无人工作面地面遥控;煤炭产、运、销、用全程管控;应急救援装备与救护队等管理;煤炭地质勘探、设计、建井施工、安全生产、经营管理等。

厚煤层不规则回采工作面顶板矿压显现规律研究

为解决不规则工作面的开采难题,以4001工作面为研究对象,运用理论计算、UDEC模拟及工作面的矿压监测等分析了顶板的初次断裂步距特征及矿压显现规律。研究表明:工作面老顶自上而下逐次垮落,因此应当加强工作面上部端头的支护,并且采用大功率综采设备推进速度快,来压范围和时间明显减小,呈现整体来压特征。

数字式智慧综采工作面集控系统研究

针对国内综采工作面数字化程度低导致的各控制子系统间相互孤立,无法实现相互连锁和联动、信息传输实时性差、系统故障率高且难以查找等迫切需要解决的问题,分析了煤矿综采工作面数字式智能化落后现状,重点研究讨论数字式煤矿综采工作面在集控系统、采煤机、刮板输送机、液压支架、供电、通信及视频监控等方面的应用技术;同时针对数字式煤矿综采工作面的应用及综合效益做了详实数据分析;探讨了无人化、数字化综采工作面发展技术的方向,为其他煤矿综采工作面数字式智慧化升级提供借鉴。

特厚煤层充分采动覆岩下沉规律研究

大同矿区特厚煤层临空工作面开采过程中强矿压显现问题较开采首采工作面时严重。为研究特厚煤层充分采动条件下的覆岩运移规律,采用采动覆岩内部岩移无线远程监测系统、钻孔电视窥视技术,对同忻煤矿8202工作面覆岩下沉位移变化进行了监测与分析,结果表明:特厚煤层大空间开采早期,覆岩会超前工作面出现自上而下的岩层变形破坏现象,之后才发生自下而上正常的层组破断下沉运移;采场覆岩变形破坏呈现阶段性台阶跃升的变化特征,与关键层所处位置具有一致的对应关系,表明关键层在岩层运动中起主控作用;充分采动条件下覆岩运动出现联动下沉现象。通过物理模拟试验进一步研究了充分采动时覆岩全地层联动下沉的本质,结果表明在主关键层初次破断前,各关键层的分组分层运动趋势较明显,当主关键层初次破断后,受各关键层周期破断长度及上下岩层复合破断规律的影响,覆岩下沉运移更易呈现全地层联动现象。

低照度视频技术在综采工作面监控系统的应用

为实现综采工作面全景、动态、高清晰度的远程视频监控,将低照度视频技术应用于综采工作面监控系统,介绍了低照度视频技术应用原理和井下图像数据处理方法,并结合色调映射函数等光学计算公式,得到视频监视的镜头视场角参数。通过现场应用验证,应用低照度视频技术的综采工作面监控系统具有实时性好、流畅性佳和清晰度高等优势,能实现在综采工作面复杂、恶劣环境下采煤机、液压支架等设备的远程监控等功能。

煤层工作面底板水害条件探测实验研究

为提高煤层工作面底板岩层赋水的探测精度,构建探测物理模型,采用并行直流电法技术对底板水害地质条件进行探测模拟实验,连续观测底板岩层含水条件变化时其电性剖面动态特征。结果表明,随着钻孔注水量的不断增加,低阻区域逐渐明显。该结果可以精确显示岩层不同深度赋水情况,为现场探测提供指导。

采煤工作面安全监控系统组态软件的设计与实现

根据采煤工作面安全监控系统的总体方案和应用软件需求,文章设计了能够对现场设备的状态进行实时显示和远程控制的组态软件,主要包括实时数据库的设计和用户界面的设计两部分。该组态软件通过判断实时数据库中的数据状态,在用户界面中利用图形对象各种属性的变化来进行相应的显示。研制完成的软件与硬件平台已进行联调与测试,并成功应用于济宁三号煤矿的采煤工作面。

刮板输送机运行状态监测系统分站设计

针对现有综采工作面刮板输送机运行状态监测系统监测数据量不全面,防爆型监测主机体积大、安装不便等问题,开发了一种刮板输送机运行状态监测系统,重点介绍了该系统监测分站的软硬件设计方案。该分站由CPU、数据采集模块和通信模块组成,可实现刮板输送机驱动装置运行工况监测,并采用限矩器输入和输出转速监测方法实现了对刮板输送机负载状态的诊断。测试结果表明,该监测分站硬件满足本质安全要求,数据监测准确,通信状态稳定,负载状态诊断方法合理有效。

综采工作面压力实时监测系统的应用

以羊场湾煤矿120204综采工作面为例,介绍了一种工作面压力实时监测系统的设计。该系统根据压力监测单元采集的各支架前柱、后柱、前梁压力参数,由地面主机中的分析软件给出量化分析结果,即支架前后柱及前梁压力变化、支架立柱的工作特性、支架立柱循环阻力的频率分布、顶板压力分布;并可根据支架立柱的工作特性分析结果分析支架压力变化与顶煤破碎效果之间的关系,从而为提高放顶煤效率提供依据。实际应用表明,该系统功能完善,能有效地反映工作面压力变化的全过程。