基于智能通风的自然风压与主通风机特性曲线的耦合

为了准确获得矿井自然风压并了解其对矿井通风系统及主通风机的影响,以GD3(B)型矿用多参数传感器实时监测数据为基础,基于理想气体状态方程和道尔顿分压定律,实时计算矿井主要通风线路上各节点空气密度,结合各节点标高得到矿井自然风压,并与矿井主通风机性能曲线进行实时耦合。结果表明:由GD3(B)型矿用多参数传感器测得的数据可准确计算得到矿井自然风压,地表气温的变化对矿井进风侧的巷道气温影响较大,对回风侧的巷道气温影响较小;纳林河二号井通风系统自然风压日波动近100 Pa,通过测算的自然风压与矿井主通风机特性曲线耦合分析,可准确反映自然风压变化对主通风机通风工况的影响。

超宽带雷达生命探测技术研究

超宽带(UWB)雷达生命探测技术具有功耗低、穿透性好、保密性高等优点,有利于提高灾后受困人员的生存率。系统总结了UWB雷达生命探测技术的国内外研究进展及现状。根据发射信号形式不同,将UWB雷达生命探测技术分为连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术,分别介绍了2种探测技术的原理与应用优势。基于连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术的各自特点,从探测信号发射、回波信号预处理、生命信号提取与分析3个角度,分析了UWB雷达生命探测关键技术,总结了3种关键技术的研究现状。对UWB雷达生命探测技术的研究进行展望:突破生命探测仪收发机硬件性能,提升发射信号带宽,优化射频功率放大技术,以增大穿墙探测距离;综合利用多种特征提取方法和智能模式分类方法,以及人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术,提高目标识别的精确度;研制基于多输入多输出雷达的人体目标辨识与定位装备和高精度分布式组网全极化UWB雷达生命探测仪,提升探测结果维度。

煤矿火灾智能预警系统研发与应用

目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。

矿井通风系统优化及改造技术研究

煤矿资源是我国工业生产的重要能源物质,而在煤矿生产过程中,矿井的安全性研究则是重要课题。通常矿井位于地下深处,随着开采深度与强度的不断增加,井下气候环境逐渐恶劣。为此,人们采用矿井通风系统将新鲜空气输入井下,以保障井下通风能力,并满足井下安全生产的气候环境需求。但随着井下开采强度的逐渐加强,瓦斯压力与温度大幅增加,这使得矿井抗灾能力逐渐减弱,因此煤矿企业要根据开采情况对矿井通风系统进行优化与改造,使其更加适应安全生产的现实需求。

煤层液态CO_(2)相变致裂半径预测研究

预测致裂半径是确定液态CO_(2)相变致裂增透瓦斯抽采技术布孔间距的前提,直接影响瓦斯抽采效果。现有预测方法大多基于单因素。为掌握多因素对液态CO_(2)相变致裂半径的影响规律,有效预测布孔间距,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,结合正交试验,开展了煤层液态CO_(2)相变致裂半径预测研究。数值模拟结果表明:影响液态CO_(2)相变致裂半径的因素主次顺序为地应力>瓦斯压力>煤体坚固性系数;致裂半径随地应力增大而减小,随瓦斯压力和煤体坚固性系数增大而增大,且呈线性关系。对数值模拟结果进行多元回归分析,建立了基于地应力、瓦斯压力及煤体坚固性系数3组不同因素耦合条件下的液态CO_(2)相变致裂半径预测模型。在煤矿现场进行工业性试验,基于预测模型计算结果设置抽采钻孔,采用压力指标法对瓦斯抽采效果进行测试分析,结果表明:液态CO_(2)相变致裂孔两侧观测孔的瓦斯压力随时间增加呈递减趋势,且抽采初期距致裂孔越远,则压力越大,与理论分析及数值模拟结果一致;液态CO_(2)相变有效致裂范围与预测结果基本相符;观测孔瓦斯抽采体积分数较自然抽采孔提高73.4%,瓦斯抽采效率显著提高。

常村煤矿智能通风系统改造及应用

为保证矿井通风安全,提高通风管理的实时性和有效性,常村煤矿开展主通风机管控平台等7个方面的智能改造。通风系统改造完成后,可对主通风机运行工况进行实时监测和故障诊断;可控制局部通风机对用风地点执行按需供风,并监测风筒漏风率;可对风门、风窗进行就地控制和远程自动控制;通过建设针对不同巷道断面的智能自动测风站,可缩短测风周期,实现通风参数的快速测定;通过多维度优化,建设通风智能化决策系统,可为矿井灾变期间通风系统调整提供辅助参考。实践应用表明,该通风系统智能化升级改造完成后,实现了三维可视化展示,用工成本节约了3%左右,通风系统能耗降低超过10%。

矿井通风系统智能化改造及其应用

为提高矿井通风系统自动化、智能化装备应用水平,在矿井现有条件下,通过优化通风路线布局,增加传感器数量,构建智能化通风系统,优化矿井生产过程中在采煤工作面、掘进工作面和开拓大巷等主要生产场景下的通风方案,实现发生灾变时快速调风、反风,利用风流短路形成保护性措施,有效避免灾害事故扩大化。同时对通风设施和设备进行远程自动化控制,有效提升供风优化利用,避免供风不足和风量浪费等现象,提高矿井通风系统智能化水平。

不同变质程度煤的化学结构红外光谱研究

利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)实验及分峰拟合技术,对3种不同变质程度煤样进行官能团的定性与定量研究,计算并分析红外光谱结构参数。结果表明:随煤样变质程度的加深,羟基官能团逐渐增大,羟基-N与环氢键含量减少,羟基-π含量增多;在脂肪烃中,甲基含量升高,次甲基含量下降;含氧官能团逐渐减小,C=O呈下降趋势,羧基在低变质程度煤中含量最高,高变质程度煤几乎不存在羧基;芳香烃逐渐减小,芳香烃主要以三、四取代为主;随变质程度的提高,脂肪侧链长度变短,支链化程度提高,有机质成熟度提高,碳骨架更加松软;煤变质是脱氧、富碳的过程,高变质程度煤的芳碳率、芳氢率、芳香度和缩合度更高,使得煤中结构单元排列更加规则有序,结构更加稳定。

表面活性剂提高溶液与煤尘亲和度的研究

煤矿开采过程中会产生大量煤尘,其中喷雾降尘由于操作简单、效果明显被广泛使用,但是水与煤尘的亲和度差,降尘效果受限。若将喷雾溶剂中加入表面活性剂,可以大幅度提高溶液与煤尘的亲和度,提高降尘效果。就喷雾溶剂中加入表面活性剂提高溶液与煤尘亲和度方面进行了研究,通过研究发现,NaCl对表面活性剂的性能有一定程度的提高,NaCl的加入对改性煤尘和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠溶液的亲和度效果较为明显。

二次氧化煤自燃热特性与活性基团迁变规律研究

以葫芦素煤矿(Hls)长焰煤为研究对象,采用TG和FTIR测试了煤二次氧化过程中热特性参数变化,根据特征温度点T0~T5描述二次氧化煤样自燃过程,计算得到煤样放热量与综合燃烧系数S,分析了不同温度预氧化煤样表面活性基团的变化。研究表明:随着预氧化温度的升高,煤样的T1呈降低趋势,T2呈增加趋势,T3呈降低趋势,而T4、T5变化趋势不明显。经过预氧化的煤样,在脱水吸附阶段温度范围缩小,但吸氧增重能力提高,率先达到燃烧温度。随着预氧化温度的升高,煤样放热量与综合燃烧系数S呈缓增后降趋势。预氧化对煤样氢键含量、芳香族CH与脂肪族CH含量起到积极影响,煤体表面产生大量活性羟基、甲基、亚甲基,含氧官能团含量随着温度的增大呈现先增后减再增趋势。

不同变质程度煤样化学结构特征FTIR表征

为研究煤样的化学结构特征随煤样变质程度加深的演化规律,采用傅里叶变换红外光谱与分峰拟合技术研究了5种不同变质程度煤样的官能团分布特征,并依据其结果计算了结构参数。结果表明:不同变质程度煤样的化学结构特征存在明显差异,但随煤样变质程度加深,其演化规律整体趋势相似,即相对具有较高活性的官能团逐渐减少,较为稳定的官能团逐渐增加,煤样的化学结构整体向稳定、有序发育。在羟基官能团方面,游离羟基逐渐减少,而羟基与芳环中π电子云间形成的羟基-π氢键逐渐增加,羟基自缔合氢键是煤中羟基氢键的主要类型,其相对含量在40%~55%内波动,羟基醚氧氢键与环状缔合氢键整体呈减少趋势。在脂肪烃结构方面,实验煤样中亚甲基的相对含量均高于甲基与次甲基,说明煤中脂环结构与脂链结构较为发达;而结构参数A(CH2)/A(CH3)先增后减,说明由甲基、亚甲基与次甲基构成的脂肪链在低变质程度煤样中有发育趋势,在中、高变质程度煤样中开始断裂,脂肪链总体长度呈先增长后缩短趋势,但支链数量整体上却呈先减后增趋势。在含氧官能团方面,芳香酯减少,活性较高的羧基逐渐减少,羰基在低、中变质程度煤样中相对含量的变化较小,而在高变质程度煤样中的相对含量明显减少;酚中C—O的相对含量呈先增后减趋势,芳基醚与烷基醚的相对含量逐渐增加,并成为无烟煤中的主要含氧官能团。在芳香烃结构方面,苯环取代以三取代为主,结构参数farC与DOC逐渐变大,说明煤中芳香体系增大,芳香结构缩合程度逐渐增强,无烟煤中芳香结构的缩合程度远强于其他煤样。

近断层巷道底鼓机理数值模拟分析

以某矿42303近断层主运顺槽底鼓现象为工程背景,结合数值模拟对顺槽围岩进行分析。结果表明:近断层巷道围岩底鼓受到断层、底板岩性及水的影响。其中挤压应力全部作用于巷道的左半部分区域,造成了顶板垂直位移,底鼓呈不对称分布,近断层帮部围岩变形大,底鼓量极大的现象。