矿业特色安全工程创新型本科人才培养探讨——以安徽理工大学安全工程专业为例

现代煤矿需要具有创新能力的安全专业人才。以安徽理工大学安全工程专业为例,探讨了通过课程教育体系、理论教学方式方法、实践教学环节等方面的改革,能够深化学生的理论知识,拓展专业知识,增强实践能力,提升综合素质和创新能力,进而能够实现具有矿业安全特色的高素质创新型人才的培养目标。

煤矿安全生产中人的行为影响因子系统动力学(SD)仿真分析

在构建影响人的安全行为因素因果关系的基础上,运用系统动力学(SD)理论和方法,对影响人的安全行为关键因素进行动态预测,并通过仿真计算、对比分析安全投入增加对系统安全水平的影响。应用该方法建立的煤矿生产中人的安全行为指标水平模型,以求证安全投入与人的安全行为水平的相关性,为煤矿安全管理决策提供一种新的思路,亦有助于政府和煤矿企业科学地明确安全投入方向,降低人因事故率,提高煤矿生产的安全水平。

基于B/S与C/S混合模式的煤矿安全信息系统研究

通过对煤矿企业安全信息利用现状的调查研究,发现安全信息未得到充分利用,因此有必要建立一个充分利用安全信息的煤矿安全信息系统,对比B/S与C/S结构的特点,结合煤矿自身的复杂性,选定以B/S结构为主,C/S结构为辅的系统结构,并对系统的功能结构进行深入研究,完善了系统的功能。系统的应用可为煤矿安全信息的及时传递和利用提供平台支持,同时可通过系统内置的安全评价等模块对系统安全状况进行分析,为矿山安全管理人员提供更深层次的煤矿安全信息,使安全管理更及时到位。

深部直墙半圆拱巷道围岩时效损伤劣化特征与动态补强技术

随着煤矿开采向深部逐渐延伸,巷道的大变形和长时间持续流变特性已成为支护中极具挑战的课题之一。为了探究深部巷道围岩损伤劣化的时效特征及动态补强技术,基于实验室试验,并结合理论分析、数值模拟及现场工业试验进行了研究。研究结果表明:(1)基于Laplace逆变换推导出圆形轴对称巷道的变形规律解析解,结合理论分析、非圆形巷道等效变换和现场试验确定塑性区半径为1.5~2.1m,进一步得到直墙半圆拱巷道时效变形解析解;(2)基于弹性与弹塑性巷道模型,采用能量耗散表征了围岩损伤劣化的时效特征与塑性区演化趋势,并提出了一次支护的时机;(3)阐明了围岩在一次支护后的时效性损伤劣化的演化趋势,基于垂直应力峰值比率,提出了二次支护方案与时机,进一步分析围岩剪应力与垂直应力,确定了二次支护锚杆的长度为3.0 m,支护时机为40~70 d。研究结果可为深部煤矿巷道的设计与维护提供理论依据和实践指导。

宜兴煤矿安全经济护巷煤柱宽度的研究确定

为节省资源,留最窄护巷煤柱,在借用FLAC3D模拟软件掌握不同护巷煤柱宽度下巷道围岩应力应变后,结合模拟的结果和实验室试验新材料GRT-201加固后的煤岩体强度指标,最终确定煤柱留设宽度为2m,较正常煤柱宽度留设减小了20多米。现场操作后巷道的变形率控制在5%以内,大大降低留设煤柱宽度的同时保证了工作面的正常接替和安全回采。

高校实验室安全风险评估与管理体系的构建

高校实验室作为科研活动的主要场所建设规模逐年扩大,实验设备和原料、废弃产物、安全隐患也不断增多,因此文章从安全、系统、科学的管理角度分析当前高校实验室安全管理现状和存在的主要问题,探索开展高校实验室安全风险评估工作、建立合理有效的实验室管理体系,为实验室安全高效运行提供有力的支撑。

深部高瓦斯低渗煤层定向聚能爆破裂纹扩展规律试验研究

针对深部高瓦斯低渗煤层爆破增透时爆破有效致裂范围较小,爆破能量利用率低的问题,首先根据爆破应力波的传播和叠加,从理论上分析了地应力和爆破荷载耦合作用下炮孔周围的应力分布规律;然后利用自主搭建的爆破试验平台进行了有无地应力普通爆破及地应力下不同聚能方向爆破试验研究;最后将爆破后4组试块的裂纹扩展及应力发展规律分别进行对比分析,得出爆生裂纹的扩展规律以及应力峰值的涨幅关系。研究结果表明,在裂纹扩展方面,地应力的存在对煤岩体普通爆破裂纹的扩展起抑制作用,整体裂纹扩展范围较小且呈椭圆形分布;聚能方向与水平较大主应力方向一致时,有利于定向裂纹的扩展,整体裂纹扩展范围较大;聚能方向与竖直较小主应力方向一致时,在爆破初期因聚能效应裂纹沿聚能方向扩展,在裂纹扩展后期,受地应力影响垂直方向上煤岩体受到的切向压应力较大,制约了定向裂纹的扩展,整体裂纹扩展范围较小。应力传播方面,在无地应力与加载地应力普通爆破情况下,爆破孔周围应力呈下降趋势,最高降幅达39.1%;地应力下水平方向聚能爆破相对于普通爆破时,聚能方向的应力峰值提高了72.2%。研究成果运用于深部高瓦斯低渗煤层爆破中,可以有效提高爆破能量利用率和裂纹扩展范围,对瓦斯解吸具有积极意义。

深部高瓦斯煤层爆破致裂增透裂纹扩展规律研究

针对深部高瓦斯煤层在地应力作用下爆破增透时裂纹扩展规律尚不明确的问题,首先根据爆破应力波的传播和叠加,从理论上分析了地应力和爆破荷载耦合作用下炮孔周围的应力分布规律;然后通过室内试验研究了不同地应力条件下单孔爆破裂纹扩展特征,在此基础上,对不同侧压系数下双孔爆破裂纹扩展机理以及贯通过程进行数值模拟研究,并结合ImageJ图像识别软件和LS-Pre-Post软件,以裂纹密度和扩展长度为量化指标表征地应力对裂纹发育程度的影响;最后根据室内试验和数值模拟研究结果,给出考虑地应力影响下的煤层爆破致裂增透爆破孔布置方案建议。单孔爆破室内试验结果表明:地应力可以减小爆破荷载引起的拉应力,从而抑制裂纹扩展;在非静水地应力条件下,与较大主应力方向正交的拉应力受到削弱,导致该方向的裂纹扩展受到抑制,使裂纹优先向高应力方向扩展;双孔爆破数值模拟研究结果表明:侧压系数不为1时,爆生裂纹扩展呈现出方向性,主裂纹倾向于向较高地应力方向扩展,造成爆破裂纹区域呈椭圆形,长轴和较大地应力方向一致。根据室内试验和数值计算结果,在深部煤层进行爆破致裂增透时,宜沿较大地应力方向钻孔,有利于提高爆破致裂增透效果。研究成果对深部高瓦斯煤层爆破增透时了解裂纹扩展机理以及优化炮孔布置方案具有指导意义。

深部厚硬顶板综放开采覆岩运移三维物理模拟试验研究

为分析深部厚硬顶板破断对厚煤层安全开采的影响,根据胡家河矿402102工作面工程地质和开采条件,构建了大型真三维相似物理模拟试验(3500 mm×3000 mm×2000 mm),开展了留煤柱双工作面开采的试验研究。利用光栅位移连续监测装置对采动覆岩位移进行实时监测,获得了厚硬顶板条件下厚煤层开采覆岩破断运移规律和"三带"动态演化特征。研究结果表明:厚硬关键层变形破断时,软弱岩层会发生协同运动,位移监测点位移量发生突增,监测点位移曲线随工作面推进呈"台阶式"变化。在一侧临空条件下,402102工作面亚关键层1(粉砂岩)初次破断步距为43 m,周期破断步距为21 m;亚关键层2(含砾粗砂岩)初次破断步距为74 m,周期破断步距为51 m;亚关键层3(中砂岩)初次破断步距为171 m。当亚关键层2发生周期性破断和亚关键层3发生初次破断时,采空区位移监测点位移量均发生增幅,覆岩发生大范围整体性运动,矿压显现较为剧烈;受402103采空区采动覆岩结构的影响,在402102工作面回采时,其回风巷侧覆岩运移较为剧烈,巷道受动压影响较大。根据位移监测点的位移量和覆岩变形碎胀因子max(Ki)的大小,对采动覆岩"三带"发育形态进行了初步判别,亚关键层1(粉砂岩)和亚关键层2(含砾粗砂岩)均处于冒落带中,且随着工作面推进,冒落带和裂隙带高度呈"台阶式"增大。

上行开采上部煤层合理巷道位置选择研究

根据淮北朱仙庄煤矿Ⅱ5采区8煤解突要求,采用开采10煤作为下保护层的上行开采方法。数值模拟表明,Ⅱ1051工作面开采过程中,在工作面上覆岩层中形成由高应力束构成的应力壳。在回采之初,应力壳形成较为完整,同时上方壳体应力集中程度较高,随工作面向前推进,应力壳范围逐步向上发展,壳高最大约111.4m,受应力壳作用,在应力壳内部受应力壳保护的低应力区不断变大,同时壳体应力集中程度减弱。综合数值模拟与相似模拟实验得出8煤回采巷道和底板巷道应分别布置于应力壳保护内和8煤底板约14m处,此处巷道围岩应力集中程度最低,破坏范围最小,巷道最为稳定,利于8煤的安全回采。

深部长壁开采采动应力壳演化模型构建与分析

结合走向长壁开采特点及深部开采采动应力壳演化和采动裂隙发育特征,构建了采动应力壳演化的三维分析模型,引入移动坐标系统和椭球面方程,获得了非充分采动条件下首采工作面和护巷煤柱宽度影响下采动应力壳演化形态方程和采动裂隙发育范围。基于影响采动应力壳演化和采动裂隙发育特征的因素分析,获得了采动应力壳壳体演化形态方程和采动裂隙发育各参量间的关系。分析表明,采动应力壳演化最易在煤柱侧壳基、壳肩或壳顶发生失稳,其演化失稳模式主要有压缩失稳模式、拉伸失稳模式、剪切失稳模式和复合失稳模式,整体揭示了采动应力壳演化特征及其与采动裂隙发育的动态效应。

安全工程专业本科生实验教学改革与实践

针对安全工程专业实验教学中存在的问题,提出了安全工程创新实验教学理念和安全工程实验教材改革方案,明确了安全工程实验教学过程中常规性实验和开放性实验对提高学生综合素质的作用。以安徽理工大学安全工程专业为例,说明了包括新开设实验课程要求、实验设备管理、改进实验教师指导方式、实验教学管理以及实验考核体系的安全工程专业本科生实验教学改革。

CDIO工程教育理念在“安全经济学”课程实践教学中的应用

针对目前"安全经济学"课程实践教学严重脱钩、学生应用能力差等问题,本文基于CDIO工程教育理念,构建了"安全经济学"实践教学一体化体系。考虑到用人单位对毕业生的能力要求,确定了以安全经济分析与经济管理能力为核心的课程教学目标;构建了以学生实习为基础、实习单位为工程背景的一体化实践教学体系;通过对实习单位的工程背景剖析,从安全经济学角度提炼工程问题,既作为案例引入课堂强化工程基础知识教学,同时又作为实践课题引入实践教学加强学生应用能力的培养。结果表明,基于CDIO的一体化实践教学体系能够较好地激发学生的学习兴趣,提高学生综合专业素质。

加强国学修养提升大学生的安全思想和树立正确生命价值观

针对当前大学生的人生观、价值观所遭遇的阻抑和拘囿,高校自杀、伤人等恶性事件频发的现象,可利用海因里希事故致因理论分析高校恶性事件多发的原因。安全思想对大学生的安全行为具有至关重要的影响,大学生的安全思想问题是导致高校恶性事件频发的重要原因。而国学作为中国传统文化的精髓和核心,其中蕴涵了包括珍视生命、热爱生命,积极探求个体存在价值的人生境界等丰厚的生命哲学思想和教育理念。在分析国学素养与生命价值观的基础之上,加强国学修养以提升大学生安全思想和树立正确的生命价值观,可以遏制大学恶性事件频发的现象。

安全工程专业实验教学新体系的构建研究

针对安全工程专业实验教学现状和问题,提出构建安全专业实验教学新体系的重要性。以安徽理工大学安全工程专业为例,结合“省级一流学科建设”和“创建世界一流学科”的双重目标,探讨如何建立安全工程实验教学新体系。新体系主要涵盖实验平台建设、实验课程目标、实验教学模式、仪器使用及开放管理、实验师资、实验考核等内容。实验教学新体系为学校发展、学科建设和培养具有工程实践和科研创新能力的安全类专业人才奠定坚实的基础。

“通风安全学”实验综述报告

"通风安全学"作为安全工程一门专业核心课程,实验教学的质量直接影响学生对于课堂主体内容的理解和掌握,通过开展基础性、设计性、综合性通风实验项目,加强学生对于理论课程关键知识点的认知,提升学生创新实践能力,为培养具有工程实践和科研创新能力的安全类专业人才提供坚实的基础。

煤矿井下WSN中基于自适应粒子群聚类算法的多sink节点部署

多sink节点的部署是井下传感器网络的重要研究课题,对网络性能的影响很大。针对目前采用的部署方法存在计算过程复杂、收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题,在标准粒子群聚类算法的基础上,提出一种基于自适应粒子群聚类算法的井下多sink节点部署算法(简称A-PSOCA算法),在惯性权重系数中考虑了粒子的进化和聚合状况,使改进的算法的自适应能力更强,并在算法迭代过程中引入预防粒子位置重叠策略,防止粒子搜索局部最优化。仿真结果表明,A-PSOCA算法可以得到合理的sink节点位置,算法的收敛速度比标准粒子群聚类算法快1倍,所对应的网络的平均能耗和均衡性以及网络生存期也优于其他基于粒子群算法,适用于井下通信环境。

深部厚煤层开采底板大巷保护煤柱尺寸研究

以丁集矿1282(3)工作面现场地质开采条件为基础,通过理论分析和现场观测,研究了深部厚煤层开采采动影响范围,提出了丁集矿西一13-1采区合理的保护煤柱留设尺寸,并为类似条件下工作面开采提供一定的参考。研究表明:1282(3)工作面采动影响范围为180 m左右,西一13-1轨道大巷为采动敏感型巷道,西一13-1采区工作面留设180 m左右的保护煤柱较为合理。

麻地梁煤矿智能化开采研究

现有的煤矿智能化开采研究成果未结合生产实践具体阐述智能化开采关键技术在煤矿的应用情况。以麻地梁煤矿为工程背景,阐述了该煤矿智能化开采建设成果——十大智慧系统,即智能调度远程集控系统、设备智能预警与远程会诊系统、智能采煤系统、智能掘进系统、智能胶带运输系统、无人值守一体化煤质运销管控系统、智能交通安全管控系统、互联网+远程办公系统、物联网+智能仓储快递服务系统、智能通风系统的关键技术及应用效果。指出了现阶段煤矿智能化开采中存在的关键问题,包括思想理念亟需转变,前期投入大、投入产出比不平衡,开采模式适应性差,人才培养体系不健全,关键技术创新不够等。为解决上述问题,提出应进一步增强智能子系统间的相互协同性,推进智能机器人研究,提高设备自主感知、分析、决策能力,构建智能煤矿顶层架构与大数据应用中心等,以实现煤炭智能开采、运输与销售,提高矿井生产效率,保障工人生命安全,实现井下无人(少人)开采目标。

爆破扰动不含断层煤岩及逆断层煤岩裂隙演化对比实验

为分析爆破应力波在不含断层煤岩以及逆断层构造煤岩中的传播衰减规律,采用理论分析、相似模拟实验和数值模拟相结合的方法研究爆破应力波对不含断层煤层和逆断层构造煤岩的损伤破坏特征。研究结果表明:爆破应力波传播到构造区域时,透射的压缩波作用于松软煤体和断层面岩体;反射的拉伸波反作用于坚硬岩体,使得逆断层模型中的相应测点的水平测值比不含断层煤层模型增大约10%,垂直测值减小约15%,在靠近松软煤体一侧岩体内形成贯通裂纹。爆破振动的累积损伤使不同煤岩介质交界面破坏最为严重,最终裂纹扩展到逆断层下盘煤层内,造成煤体损伤。研究结果可为防止爆破诱导含断层区域发生瓦斯突出事故提供有效参考。