预掘双回撤通道稳定性机理及控制技术研究

为解决预掘双回撤通道贯通时回撤通道围岩稳定性问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法,研究分析了回撤通道贯通时围岩破坏机理、通道间合理煤柱尺寸、工作面贯通不同位置时围岩塑性区分布与应力分布规律。结果表明:主、辅回撤通道间煤柱理论宽度为20 m,此时煤柱内部应力分布呈现双峰状,辅助回撤通道围岩应力较小;20 m煤柱条件下,工作面进入末采期,主回撤通道围岩逐渐破坏,辅助回撤通道围岩塑性区范围较小,因此确定主、辅回撤通道间煤柱宽度为20 m。工作面末采期主回撤通道采用垛式支架加强支护,现场实测主回撤通道帮部最大变形量180 mm,巷道完整性较好。

神府矿区采空区精细化综合勘探技术研究

为精细化查明神府矿区亿源煤矿井田内原不明小煤窑采空区,为采空区治理提供科学依据,需开展瞬变电磁法、钻探及测井等综合勘查技术工作,以明确采空区分布范围及富水情况。结果表明:从测井曲线中可以看出煤岩层物性稳定,曲线形态明显,煤层具有高电阻率、低密度、低伽玛特性,煤层属导电性较差的高阻层(最高大于1000Ω·m),其他泥岩、砂质泥岩、砂岩等呈现相对低阻特征,煤层与围岩物性差异明显;瞬变电磁法采用280 m矩形发射线框、发射频率25 Hz、增益2^(2)~2^(5)之间、发射电流8 A、积分时间15 s的参数组合进行探测,对已知采空区反映明显,推断3^(-1)煤层房柱式采空区总面积0.985 km^(2);通过钻探揭露了2^(-2)煤和3^(-1)煤房柱式采空区,验证了物探推断的3^(-1)煤采空区。测井、瞬变电磁法探测、钻探相互依托、相辅相成,达到了精细化综合勘探的目的。

矿井智能通风与关键技术研究

为使智能通风系统建设更加有序、可控,提出了矿井智能通风流程环节,将矿井智能通风流程按照生产环节划分为6个板块,即感知监测、分析诊断、智能决策、方案审批、远程集控联控、执行反馈,共包含24个具体环节,建立了各个环节输入输出要素和环节之间的功能逻辑关系。按照“矿井通风系统整体规划+采掘用风区域重点细化”思路,提出了矿井全系统智能通风应用场景实现方案和采煤工作面与掘进工作面2个细化的智能通风应用场景实现方案,将矿井智能通风各个具体环节融入具体的应用场景中。为实现智能通风应用场景,基于逻辑分层思想优化了矿井智能通风系统整体架构,规划了由硬件驱动层、功能模块层、计算处理层、数据存储层、数据采集层构成的矿井智能通风管控平台。针对通风感知监测、分析诊断、智能决策、远程集控联控4个矿井智能通风关键板块中涉及的风量风速监测感知、通风阻力在线监测、全风网风量风压解算、灾源判识和灾变定位、矿井动态需风量计算、通风系统故障诊断、风量按需调控方案决策、应急控风方案决策、无人化远程控风、无人化应急控风10个关键环节,总结分析了目前各个关键环节关键技术现状,提出了各个关键环节关键技术实现路径,通过关键技术迭代升级,最终实现矿井通风系统全生命周期内时刻处于稳定可靠、安全可控、高效节能、应急降灾的运行状态。

我国开采沉陷学70年研究综述及技术展望

从覆岩破坏规律、地表移动变形规律,以及技术标准和学术专著等方面,回顾了开采沉陷学科的发展历程和取得的重要研究成果。在覆岩破坏规律方面,我国学者提出了岩体响应采动理论、关键层理论等,并总结归纳了裂隙带的形态特征和发育高度;在地表移动变形规律方面,我国学者提出了负指数函数法、概率积分法等计算方法,尤其是概率积分法广泛应用于地表沉陷预计;在技术标准和学术专著方面,我国开展了较为系统的建设工作,几经系统修订并实施,并出版了一系列学术专著。本文归纳总结了目前开采沉陷学研究中存在的难点问题,包括围岩介质属性、概率积分法局限性、综采(综放)“两带”高度和形态、地表残余移动变形特征与规律、动态地表移动变形特征和计算方法、地表观测站观测频率、相关规程对同一事项的技术要求不一致的问题。提出了学科今后研究工作的发展方向及建议,包括以覆岩运动全过程可视化为主要手段揭示开采沉陷的本质机理、以空间信息技术为主要手段完成数据的采集与处理。研究认为,只有认识到“采场矿压-岩层移动-开采沉陷”是一个有机统一的整体,才能准确地理解和描述开采沉陷。在不断继续补充完善已有研究成果的同时,有必要以新理论和新思想审视开采沉陷学,以新技术和新方法研究开采沉陷学,不断推动学科的深入发展。

可移动式液压支架外加载及比压测试技术研究

为解决液压支架让缩性能、底座比压等测试项目的检测检验以及现有液压支架试验装置无法进行外加载的技术难题,设计了一种可移动式液压支架外加载及比压测试装置。该装置采用12根气液组合功能加载油缸作为外加载动力源及比压测试数据采集元件,可分别用于外加载和底座比压测试。外加载测试时,利用基于高精度刚性液压同步油缸调整技术的多缸同步加载实现测试装置的外加载功能;比压测试时,根据试验装置承载外载荷时不同区段的“气弹簧”沉降位移及压力数据的相互关系得到比压分布数值。通过在不同的试验台对不同规格液压支架进行让缩性能和比压测试试验,发现外加载测试过程平稳、比压测试数据采集快捷准确。实际测试表明,该装置具备在不同的液压支架试验装置间进行共享使用的功能,可有效解决液压支架外加载及比压测试的技术难题。

煤直接液化油加工利用技术研究进展

煤直接液化技术是煤炭清洁高效利用的有效途径,来源于煤直接液化技术的液化油具有密度大、体积热值高、闪点高、凝点低的独特性质,通过加工利用能制备出多种石油基产品无法替代的油品。介绍了煤直接液化粗油及其加氢精制油的性质特点,对煤直接液化油的分离、加氢改质利用,制芳烃、车用燃料油、特种燃料及特种油品的研发进展及应用进行了综述和分析,为改善煤直接液化油的加工工艺,优化液化油下游产品结构提供了基础数据,为煤直接液化油的高效清洁利用提供了多元化、高值化、精细化的利用途径技术支撑和参考依据。

综采工作面双回撤通道围岩控制技术研究

为保证某矿21102工作面双回撤通道稳定,实现综采设备安全高效回撤,提出锚网索支护+末采临近双排高强立柱的支护方式,通过计算,高强立柱的承载力需大于6.4 MPa。共设计全部采用直径φ1 m的高强立柱、混合采用直径φ1 m和φ0.8 m的高强立柱、全部采用直径φ0.8 m的高强立柱3种支护方案。通过计算,决定施工2排直径φ1 m的高强立柱、间排距1.8 m×1.2 m,采用“三花”布置方式。高强立柱采用新型ZKD型高水速凝充填材料,强度达到15 MPa,在立柱对应的锚索上固定玻璃钢锚杆一体浇筑,将HDPE树脂套管固定在顶板上同时采用约束钢带箍筋可防止高强立柱歪斜变形。实践表明,末采期间回撤通道采用锚网索+高强支柱的支护方式,能够抵御末采期间超前支撑应力和动压影响,回采过程中未见大规模的片帮、冒顶或顶板破碎情况,取得了良好的支护效果。

煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向

结合现阶段煤矿用5G研究成果和应用实践经验,从煤矿用5G专网组网架构、覆盖优化、智能化应用场景构建3个方面分析了煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向。煤矿用5G专网组网方面:煤炭集团级大规模组网和矿井独立专网2类模式可满足煤矿用5G系统建设部署需求。煤矿用5G无线覆盖增强方面:煤矿用5G无线传输性能需要持续研究和提升,现阶段宜采用低频段(1 GHz以下)多载波SUL(补充上行链路)进行煤矿用5G的覆盖优化;针对井下无线电波防爆安全功率阈值可能实现的突破和提高,需要通过同步提升煤矿用5G基站与终端两侧的无线发射功率,方可实现煤矿用5G系统整体覆盖能力优化;需要开展基于6G RIS(可重构智能超表面)的煤矿用5G覆盖增强技术预研,为无线覆盖能力提升提供进一步支撑。煤矿智能化5G应用场景构建方面:需要开展矿用装备与矿用通信领域的联合技术攻关;研究基于煤矿用5G的装备远程控制及未来装备自主群体协同控制的信息物理映射;研究智能化应用的预期功能安全机制;研发小型化、轻量化及全面适配现场设备工业控制协议的煤矿用5G模组。

大断面大压差远程控制平衡风门技术研究

随着煤矿开采逐渐向深部延伸,平衡风门作为重要的通风设施在井下的应用越来越广泛。然而,当大断面风门两侧存在较大压差时,会导致一系列问题,容易使风门受到破坏。为解决这一问题,对平衡风门进行了重新设计,增加了抗变形、三维可调节、就地智能控制和远程解锁短路排烟等功能。研究结果显示,在外形尺寸不变的情况下,新设计的风门自重减轻了约50%,但其强度得到增强,能够适应巷道变形量达到200mm。通过有限元分析对门扇、门框、迎风面等三个部件进行数值模拟计算,发现在16000N载荷下,门扇出现了局部失效,且最大位移发生在距离合页轴最远端的门扇受载荷面上。当巷道四周受到压力使门框产生最大变形量达到200mm后,风门仍能继续承受3000N的压力,未出现失效情况。当井下风压达到1000Pa时,最大位移出现在左门扇受载荷面的右下角位置,出现了局部失效,但并不影响风门的使用。经现场试验验证,平衡风门在一定矿压和大风压的情况下,正常使用且满足调风需求。研究结果表明,这种具备远程自动控制功能的大断面大压差的新型平衡风门能够提高风门的稳定性,确保通风系统的高效稳定运行。

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。

察哈素煤矿导向槽定向水力压裂增透技术研究

针对察哈素煤矿煤层透气性低、瓦斯抽采难度大的问题,提出应用预置导向槽的定向水力压裂技术提高煤层抽采效率的技术方法。利用COMSOL Mutiphysics模拟软件建立煤岩应力损伤渗透的水力压裂抽采耦合模型,分析导向槽作用下煤层弹性损伤模量的变化以及有效抽采半径,并在24130工作面进行了现场试验。数值模拟和现场试验效果表明,导向槽作用煤层所受的水平主压力大于垂直方向的主应力,率先在水平方向上发生岩层拉伸破裂,现场定向水力压裂作业后抽采钻孔的平均瓦斯浓度为42.4%,平均瓦斯纯量为0.0098 m^(3)/min,有效抽采半径为3.6 m,与数值模拟结果大致吻合。

智能矿山IoT边缘数据网关技术研究

随着工业4.0和工业互联网的发展,矿山行业也开始走向智能化,面对煤矿工业互联网接入终端复杂、通信协议多样、接入网络以及多源数据异构等现状,提出一种智能矿山IoT边缘数据网关技术。通过构建边缘网关管理架构,北向上行采用TCP、HTTP、WebSocket、MQTT等传输协议连接云平台,南向下行支持多种通信接口连接感知层设备,实现不同类型网络的协议转换以及各个系统多源异构数据的统一接入。该研究成果已应用于多个煤矿自动化相关设备数据采集与转发。

智慧矿山工业广场三维自动建模技术研究

为打破煤矿工业广场建模模式目前存在的高度依赖人工操作的现状,实现数字矿山规模化规范化建设、煤矿地面建筑设备模型量产化。本文对煤矿工业广场生产建筑群进行空间结构分析,着重分析煤矿井口、煤矿车间、煤矿办公楼的几何空间结构及生产设施的空间几何构型元素,提出一种分体分面组合模型自动建模技术。首先,通过将复杂的生产建筑群进行个体解构和几何拆分,将整套地上生产线设备及建筑拆分为最小规则(不规则)几何单元体,构建顶视投影弧段索引拓扑图;其次,通过线性封闭弧段环高程拉伸生成几何体空间组合关系构建建筑群;最后,以灵新煤矿为实验区域进行验证。结果表明:本文方法能够模拟建筑结构与设备的几何独特性,且纹理外观满足数字化要求;总建模工时由原来的每10栋建筑3.25人天降低到0.78人天,产能提升达到预期。

基于CAN总线和IAP的煤矿用传感器程序离线升级技术研究

针对传统煤矿用传感器程序固件升级方法存在的维护成本高、操作不便的问题,分析了多种现有程序升级方法的优势与局限,提出一种基于CAN总线和IAP技术的传感器程序离线升级方法,通过划分3段存储空间实现代码的分时加载,利用传感器现有硬件接口和离线烧写器实现数据传输,设计了一种包含计数校验、CRC校验、阶段码校验的三重校验机制保证升级的成功率和稳定性。经测试,使用该方法升级传感器程序所需时间较传统在线IAP方法缩短,升级成功率大于92%,传感器程序升级失败时仍能正常运行原功能代码。

坚硬顶板破断规律及弱化治理技术研究

针对枣泉煤矿130205工作面坚硬顶板难以垮落的问题,建立一端固支一端简支的岩梁力学模型,分析了顶板破断力学特征,确定了1030205工作面顶板坚硬岩层关键层位,理论计算了基本顶初次破断步距。提出了常规钻孔与长水平定向钻孔相结合的水力压裂弱化治理坚硬顶板方案,并对工作面初采阶段采动影响规律进行分析,验证了水力压裂弱化治理坚硬顶板的有效性,指出了后续工作面开采重点弱化治理区域,为相似条件工作面坚硬顶板弱化治理提供了可借鉴的方法。

煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展

煤层气等非常规天然气的开发与利用可有效缓解天然气不足且能降低其直接排放所造成的资源浪费与温室效应,其中甲烷(CH_(4))与氮气(N_(2))的分离技术已成为低浓度煤层气提浓的关键要素,因而对煤层气中的甲烷与氮气分离技术研究进展进行汇总分析,以期为该分离技术的实际应用奠定基础以及助力于推动规模化浓缩低浓度甲烷气的工业化进程。对近年CH_(4)与N_(2)分离技术的研究现状进行归纳分析,阐述CH_(4)与N_(2)主要分离技术的研究特点,具体探讨深冷分离、变压吸附分离、膜分离以及溶剂吸收分离等技术用于CH_(4)与N_(2)分离的国内外研究进展。研究表明:深冷分离技术具有技术成熟且产品气CH_(4)的纯度与回收率均高的特点,但仅在大型煤矿分离大规模煤层气时较适用;变压吸附技术具有耗能低、分离效果佳等特点,目前已成为最具工业化应用前景的CH_(4)和N_(2)分离技术,开发价格低廉、高性能的活性炭、碳分子筛、沸石分子筛、金属有机骨架材料(MOF)等吸附剂是变压吸附的核心,未来需调控吸附剂的孔道结构与优化其表面性质;膜分离技术用于CH_(4)与N_(2)分离时具有占地少、低能耗和污染小等优点,可提高聚合物膜、无机膜、MOF气体分离膜等的分离效率、经济性与使用寿命,注重提升膜分离性能以提高膜材料对复杂油气环境的适应性,即设计和筛选性能优异的底膜材料已成为膜分离CH_(4)/N_(2)工业化应用的重要方向;溶剂吸收分离技术由于存在CH_(4)和N_(2)在溶剂中的溶解度较小、再生解吸较困难、吸收剂的使用量大等问题,导致溶剂吸收分离技术用于CH_(4)/N_(2)的实际工业应用时受到一定的限制。

煤炭检测实验室设计与建设研究

煤炭检测实验室作为工业化、信息化的进程产物则为煤炭工业的良性健康发展提供重要数据和技术支撑,因而对煤炭检测实验室设计与建设的系统研究,可为我国煤炭检测实验室的新建或升级改造提供极高的参考价值,从而对整体提升我国煤炭检测质量具有重要的推动作用。基于煤炭检测实验室建设与管理经验,提出煤炭检测实验室建设的总体架构,从实验室选址、实验室设计、配套设施工程建设、智能化建设、安全与环境措施等方面剖析煤炭检测实验室建设的全过程要点,指出实验室系统设计与建设需对实验室检测能力、供电系统、给排出水系统、气路系统、通风系统、温控系统、监控系统、试验台建设、实验室管理系统以及环境条件等全面考虑与统筹规划,并结合我国数字化转型发展的新阶段指明实验室智能化建设对煤炭检测实验室紧跟时代发展的重要意义。煤炭检测实验室的整体设计需围绕实验室检测能力配置基础设施、仪器设备、实验室管理系统以及合适的场所环境条件,且选址应充分考虑实验室所在地区的煤炭量、采样距离、交通与生活配套、环境影响等因素,同时兼顾实验室扩项和智能化升级改造需求,保障实验室的建设可行性、运行实用性和发展可持续性,以及实现实验室运行的规范化、标准化、集中化及简便化。煤炭检测实验室的智能化建设主要包括采样、制样、化验、存储环节,其中采样系统对被采批煤进行自动化采取并在线制备至规定粒度,制样系统通过智能机械手臂或胶带等转运方式将采取煤样制备至分析状态,化验系统应用传统检测设备通过智能机械手臂代替人工得到检测结果,存储系统与制样系统有效连接从而进行样品的智能存储。

煤中全水分在线检测技术研究进展

煤中全水分是煤炭评价的重要指标,其准确测定关乎炼焦配煤工艺进而影响焦炭质量,并对管道及设备运行寿命产生显著影响,因而为满足生产调控要求则需对入炉煤的全水分进行实时在线检测。阐述全水分波动对炼焦过程的影响,明确全水分控制的必要性,介绍煤中全水分的赋存形式以及国标全水分测定方法,分析目前直接法或物理量测试间接法的全水分测定方法原理及发展现状,根据目前干燥法测定的优缺点,重点论述间接法中的红外法和微波法在线测量技术原理及应用前景,对比推荐微波法作为在线检测的优选方法,并对其应用方向和联动干基配煤以及煤调湿控制技术进行展望。采用红外法或微波射线法对煤样进行全水分检测可满足在线测试的要求,其中微波法更适合应用于对煤中全水分的测试。将微波水分仪与胶带秤的称量数据联动后上传中控DCS集成分析,依据工艺要求自动调整下料量,可进行干基配煤;反馈全水分测量数据并与煤调湿控制技术联动后可平稳入炉煤水分,实现全水分控制的目标。

煤炭大样制备系统技术升级实践探究

煤炭大样制备系统是当前对商品煤人工采样样品进行制备的一种自动化制样系统,在样品制备过程中给料胶带和破碎机容易发生堵煤故障导致制样效率降低,影响煤炭检测结果的时效性。通过对煤炭大样制备系统存在问题进行分析研究,确定在给料仓下料口对应的给料胶带下方增加托辊、给料仓内增加给料搅拌装置、破碎机筛板改为不同孔径的双层筛板。结果表明,技术升级后的煤炭大样制备系统能够制备全水分小于20.0%的煤炭样品,且未发生堵煤故障;经性能试验表明,升级后的煤炭大样制备系统制样精密度符合要求且不存在实质性偏倚,其中灰分差值平均值为0.00%,全水分差值平均值为-0.08%。

煤化工含酚废水脱酚技术研究进展

煤化工含酚废水因高毒性和难处理等因素严重制约了我国煤化工行业的健康发展。从煤制气、煤制油及煤焦化过程对典型煤化工含酚废水的来源及其水质特征进行分析,重点从采用生化法、萃取法和高级氧化法脱酚技术阐述煤化工含酚废水的处理现状,归纳并总结其中的活性污泥法、酶处理法、物理萃取法、络合萃取法、液膜萃取法以及光催化氧化技术、电化学氧化技术、臭氧催化氧化技术、湿式空气氧化技术的适用范围和优缺点,经对比分析可知:生化法虽成本低、脱酚效果明显、无二次污染,但该方法一般只适用中低浓度含酚废水处理;萃取法因操作简单、运行稳定、可回收酚类化合物等优势而在实际工业应用中较为广泛,萃取剂的选择、萃取及反萃工艺的设计对脱酚效果和运行成本至关重要;高级氧化法以羟基自由基等强氧化性基团为活性物质将酚类化合物矿化降解,虽其脱酚效率高、占地小、无污染,但设备投资大、药剂和催化剂成本高、处理规模小且大部分技术还仅处于研究阶段,工业应用较少。相较而言,萃取法和高级氧化法更具研究潜力,多种脱酚技术联用将成为未来煤化工含酚废水工业应用的发展方向。