保德煤矿F5G全光工业网方案设计与应用

以国能神东煤炭保德煤矿为例,深入分析了矿井通信网络系统拓扑结构和使用现状,针对原有井下通信网络可靠性低、业务拥塞、运维管理效率低、数据传输质量难保证、熔纤安全隐患等诸多痛点,以第5代固定网络技术(The Fifth Generation Fixed Networks,F5G)作为创新解决方案,创新研究设计了一套具备多路万兆传输通道、灵活可扩展、智能管理运维、光纤快连接等特性的高品质井下全光通信网络,并进行全面部署和运行验证,实现了网络高可靠、故障快速自愈、业务不中断、网络不拥塞、运维智能化、独立视频专线、光纤快连接的目标,保障了保德煤矿智能化建设多业务可靠有效运行,为F5G全光方案规模应用,提升煤矿智能化水平提供了有力技术支撑。

保德煤矿松软厚煤层开采方法适用性评价

神东矿区在厚煤层开采时主要采用大采高一次采全高与放顶煤开采两种回采工艺,因其回采工艺的不同,对煤层的适应性也不同。本文以神东煤炭集团保德煤矿8~#煤层为工程背景,在已经开采结束的多个工作面在采用大采高一次采全高与放顶煤开采期间,着重对矿压进行统计,结合类似矿井的矿压情况,分析得出大采高开采矿压大、易出现强矿压现象。对保德煤矿8~#煤层未开采区,从煤层、构造、顶底板、回收率等多角度进行综合评价。研究结果表明:该煤层较厚度,煤厚变化明显,平均倾角9°,裂隙发育且煤质与顶板板软,这些条件有利于采用放顶煤开采;煤层中含夹矸层数多,但夹矸主要为泥岩,据以往经验,夹矸对放煤影响不大。同时,对两种开采方法进行经济比较,若采用大采高开采,投入要远大于收益。因此,综合对比技术和经济方面,8~#煤层未采工作面适宜采用放顶煤开采。

综放开采覆岩结构稳定性及支架支护阻力分析——以保德煤矿为例

以保德煤矿综放开采为工程背景,基于理论分析、相似材料模拟试验手段与方法,分析了大采高综放面覆岩的结构类型,应用弹性力学理论,建立了砌体梁结构、短悬臂梁结构的力学解析模型。研究表明:直接顶特征对矿压显现具有重要影响,覆岩的多关键层层序决定覆岩形成的悬臂梁结构是保德矿矿压显现强烈的根本原因,工作面三盘区支架工作阻力不小于16271.8 kN,目前所选择的支架工作阻力偏小,建议选择支护强度与工作阻力较大的支架。

保德煤矿智能化综放工作面安全管控模式及对策

国家能源集团煤矿智能化建设进入全面实施阶段,保德煤矿是国家能源集团安全智能化建设示范煤矿之一,中高级智能化阶段的综放工作面安全管理成为亟需研究的重要课题。结合保德煤矿81309智能综放工作面条件,对该工作面基本条件、外部安全环境、内部安全环境进行及安全管控SWOT分析。提出了智能化综放工作面安全管控模式,即构建“1个综合管控平台、2方面应急保障、3支专业化队伍”的“1+2+3”安全管控新模式,并对安全管控新模式优势进行了分析。给出了煤矿组织架构适度调整、加快煤矿智能化建设推进、提升煤矿职工综合素质等3方面的对策建议。为类似条件下智能化开采工作面的安全管控提供借鉴。

保德煤矿智能综放开采关键技术及展望

国家能源集团煤矿智能化建设进入全面实施阶段,保德煤矿是国家能源集团安全智能化建设示范煤矿之一,智能综放工作面建设是示范煤矿建设的核心之一。全面介绍了保德煤矿81309综放工作面的基本条件、设备配置情况以及智能化系统的配置情况,阐明了智能综放工作面建设的基础。分析了保德煤矿智能综放开采工作面建设面临的既有设备升级改造、有限透明开采模型建立、智能放煤工艺决策、煤矸识别方法优化、多模式融合控制系统等方面的难题。详细阐述了智能综放开采相关的既有设备一体化升级改造、有限透明开采地质建模、智能放煤工艺及决策、煤矸识别、多模式通河的智能放煤控制等关键技术,形成适用于保德煤矿的有限透明开采智能综放开采技术体系,最终建成基于透明开采的“采—支—识—放—运”各环节智能自适应的智能综放开采工作面。对保德煤矿智能综放开采从大数据深度融合与应用、智能综放开采模式探索、智能开采人才培养等3方面进行了展望。为类似条件下智能化开采工作面的建设提供借鉴。

保德煤矿掘进工作面超前导水构造探测技术

保德煤矿掘进工作面严格坚持“物探先行,钻探验证,化探跟进”的防治水理念,物探施工采用瞬变电磁法、直流电法及瑞利波探测3种方法。探水钻孔施工以短距离常规探水钻孔施工为主,但常规钻孔施工存在不定向性,开展钻孔测斜数据分析可知,常规钻孔在倾角、垂向距离上偏差较大,而且常规探水钻孔施工周期较长,面对掘进设备高端化、机械化的趋势,已严重制约了掘进速度。通过施工长距离定向探水钻孔,不仅可以保证钻孔按设计轨迹掘进,在探明前方是否存在水患威胁的同时,解决了短距离“先探后掘”中探水与掘进的相互制约,提高了掘进单进水平。钻孔完成探测任务后可作为瓦斯抽放孔进行预抽,释放临近层瓦斯,有利于矿井瓦斯治理和瓦斯发电利用。

掘进工作面泥化底板破坏机理及控制——以保德煤矿81310工作面为例

为解决综采工作面泥化底板导致的巷道变形大且难控制问题,以保德煤矿81310胶运巷为研究背景,对泥化底板掘进工作面破坏机理及控制技术进行了研究。理论分析了泥化底板掘进工作面的破坏机理,并基于此建立了底板岩层的破断模型,确定了影响巷道变形的主要因素为巷道宽度、底板岩层的厚度和弹性模量。指出了增强底板支护强度是控制泥化底板变形破坏的关键,给出了底板浇筑固化技术可有效控制泥化底板掘进工作面的底板破坏,并在保德煤矿81310掘进工作面应用。研究表明:采用底板浇筑固化技术可大大降低掘进工作面的围岩变形量,对于泥化底板破坏变形控制重要的指导意义。

煤矿中无轨胶轮车的智能调度管理技术

以无轨胶轮车的辅助运输系统为研究基础,分析无轨胶轮车的智能调度管理技术的应用,在系统融合该技术情况下,可将无轨胶轮车的各项运行数据筛选出来,高度定位无轨胶轮车的位置为其传递交通信号,达到数字化车辆管控效果。实践表明,智能调度管控系统可满足无轨胶轮车安全调控需求,在后续煤炭行业发展过程中能够逐渐凸显出应用优势。

基于改进PSO算法的煤矿相机参数优化设计

为提升基于PSO算法的煤矿相机参数选取的准确性,提出了一种基于惯性权重调整对粒子群算法进行优化的方法。在优化中在结合e指数法的基础上,通过粒子适应度函数值对惯性权重进行动态调节,在迭代的前期阶段,此时的适应度值较大,根据迭代次数对惯性权重进行调整,在迭代的后期阶段,此时的适应度较小,则根据适应度值对惯性权重进行调整,从而达到减少迭代次数、提高精度的目的,通过优化后的算法对张氏标定法得到的相机内参进行调节。为验证算法优化后的效果,对优化参数后的相机进行标定试验,经标定试验可知,改进PSO算法对煤矿相机参数优化后,平均误差为0.4517 piexl、标准差为0.2989 piexl、迭代次数为213次,对比标准的PSO算法、e指数法,能够明显提高相机参数的精准度、降低迭代时间。

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。

矿井离层水致灾机理及防治技术研究进展

针对矿井离层水研究过程中遇到的突水征兆不明显、瞬时水量大、滞后性、周期性突水等问题,从覆岩移动离层水的形成、致灾机理、防治技术、监测预警等方面总结了离层水的研究进展。首先,离层水害是采动影响下采场覆岩运动和地下水运移的耦合结果,通过挖掘突水事故的表现、覆岩结构及运动特征、地下水运移规律及相关研究现状,总结得到离层水形成基本条件和发育的基本规律,分析了突水引发溃泥溃砂、瓦斯涌出、切顶压架等次生灾害的机制。其次,离层垂向和水平位置预测是离层水害防治的关键,在此基础上,介绍了地面直通式泄水孔、离层注浆充填、井下截流孔、井下导流孔和地面抽排水孔5种离层水的防治方法,并结合工程实际,分析了其特点和问题。最后,利用岩层的岩性组合及地质条件评价离层突水危险性,同时结合回采过程中的多物理场监测数据实现了离层水害的预警,并提出了离层水研究过程中亟待解决的问题。

水淹环境下煤层瓦斯解吸特性的实验研究

在煤矿生命周期内,水淹煤层现象时有发生,水淹环境下煤层瓦斯的解吸特性将发生较大变化,为了精准防治煤层瓦斯,开展了水淹环境下瓦斯解吸特性的实验研究,结果表明:随着水淹时长增加,累计瓦斯解吸量、初始瓦斯解吸速度和气体扩散系数均出现大幅降低,三者均与水淹时长线性关系明显;低场核磁共振测试表明,随着水淹时长增加,进入煤体孔隙中的水分增加。经理论分析,提出水淹环境下煤层瓦斯解吸的动力机制,当水分进入煤的孔-裂隙中时瓦斯既受到自身残余压力的动力作用,又受到孔-裂隙中水的阻力作用,当动力大于阻力时,瓦斯冲破水膜束缚;当阻力大于动力时,产生水锁效应;随着水淹时长增加,水分侵入煤体的深度增加,水分被排出的难度增加,从而水锁效应增强。

超大采高综采面覆岩结构对矿压显现的影响研究

针对神东矿区大柳塔煤矿超大采高综采工作面矿压显现强烈的问题,采用矿压实测对比、物理模拟和数值模拟方法,对超大采高综采工作面的来压特征以及覆岩关键层破断结构运移规律进行了研究。结果表明:主关键层位置是影响超大采高综采工作面矿压显现的一项主要因素,高位主关键层与煤层的间距越大,其破断运动对超大采高工作面的矿压显现影响越大;高位主关键层与其下部亚关键层发生同步破断时比单一关键层破断将传递更大的荷载,易引发超大采高综采工作面的强矿压显现;数值模拟得到神东中心矿区超大采高综采工作面高位主关键层影响矿压显现的临界高度为135 m。为类似条件下超大采高综采面的安全开采提供借鉴。

基于稳压区理论近距离上下煤层协同开采错距研究

为研究近距离上下煤层协同开采工作面走向错距问题,以某煤矿12号、13上号煤层联合布置同采为工程背景,利用稳压区理论对上下煤层的工作面同时开采时覆岩运动规律进行研究,建立近距离煤层同采时的采场覆岩力学结构模型,对12号煤层和13上号煤层工作面同时回采的错距作出合理的选取,并进行现场实践验证。结果表明:12号煤层与13上号煤层的同采错距应控制在40~50 m范围内,此时两煤层采场的相互扰动影响最小。13上号工作面布置在12号煤采空区压实区域时,采空区上方覆岩逐渐稳定,12号煤开采对13上号煤工作面扰动影响程度小,矿山压力变化不明显。上下煤层协同开采时13上号煤层的工作面支护形式为大采高支架,综采采用一次采全高全部垮落法回采工艺。近距离煤层同采走向错距方案应用于现场实践,上下煤层工作面生产状况良好,表明了选取的安全错距能够满足安全生产。

基于FLAC^(3D)的综放工作面巷道布置及风量分配研究

为掌握保德煤矿综放工作面瓦斯涌出规律,得到综放工作面通风方式与配风量这2个通风关键因素对采空区遗煤瓦斯涌出的影响规律,针对性地采取瓦斯防治对策,实现矿井安全生产,首先采用FLAC^(3D)数值模拟软件对综放工作面采空区上覆岩层塑性演化规律进行了模拟研究,得出8号煤层顶板的垮落带高度约为20 m,断裂带高度约为80 m。提出了U型通风方式、三进一回偏Y型通风方式和三进一回Y型通风方式,通过建立综放工作面采空区遗煤瓦斯运移CFD稳态计算模型,对三种通风方式下工作面配风量对上隅角瓦斯体积分数、采空区低体积分数瓦斯区域、工作面两端压差、煤层自燃条件和地质条件等因素的差异性进行对比分析,确定了最合理的通风方式及最优配风比,使工作面瓦斯治理工作达到最优化。结果表明:偏Y型通风方式是在治理上隅角瓦斯、工作面供风、除尘、同时防止采空区遗煤自燃的综合条件最佳的通风方式,在采用偏Y型通风时,当进风巷和胶带巷配风比为2.5∶1时,采空区低体积分数瓦斯区域最大,上隅角瓦斯体积分数最低,工作面两端能够维持较大压差,风流稳定,胶带巷进风能顺利带走冲刷过工作面的污风,且工作面通风和除尘效果也最好。

大采高工作面三维地质特征及矿压规律研究

神东矿区地区煤层埋深较浅,基岩较薄,工作面开采强度大,特殊的顶板结构,巨大的开采空间,以及快速推采形成的采动应力场等,使得工作面矿压显现的“时、空、强”特征与中部地区有本质性差异。为探究确定工作面开采矿压显现规律,以布尔台煤矿42105工作面为背景,采用理论分析、数值建模与现场实测等方法,完成了42105工作面上覆岩层三维地质模型,确定了工作面开采矿压显现规律。研究表明:工作面直接顶的初次垮落步距为9~27 m,平均18 m;老顶初次来压步距为51~59 m,平均55 m。周期来压步距为7~31 m,平均14.5 m,来压持续长度为2.7~5.2 m。研究结果对于神东矿区类似条件矿井安全开采具有重要的实际参考价值。