创新人才培养与采矿工程本科毕业设计改革探索与实践

针对采矿工程专业本科毕业设计选题单一,毕业设计过于模式化,合作创新意识不强等问题;从毕业设计映射出的实际问题出发,分析在理论与实践教学环节存在的主要问题;深入探索采矿工程本科毕业设计模式改革与创新方法研究;对培养采矿工程创新意识强的复合型人才具有重要意义和应用前景。

采矿工程专业紧缺人才培养模式创新研究与实践

针对近几年采矿工程专业学生人数的急剧增加,毕业生就业渠道的拓宽,矿山领域人才需求的变化,现有的人才培养模式已不能充分满足学生自身发展的需求和创新型人才培养的需求。深入探索分析采矿工程专业人才培养模式新形势,开展采矿工程专业紧缺人才培养模式创新方案设计,对培养采矿工程创新意识强的复合型人才具有重要意义和应用前景。

煤与瓦斯突出临界状态的数值模拟与实验研究

为探究煤与瓦斯突出规律,通过DDTS-500煤岩监测系统实验研究煤与瓦斯突出过程,分析其突出临界范围。在实验数据的基础上,利用PFC^2D软件数值模拟煤样在突出临界状态下瓦斯压力变化和煤样内部裂隙变化。结果表明:在瓦斯压力1.8~2.0MPa时实验煤样发生煤与瓦斯突出现象;突出临界时的内部裂隙主要集中在临空面一侧,呈弧形向内部发育。该研究为煤矿突出危险区临界数据监测预警提供参考。

基于工作面地质模型自适应开采的碰撞检测方法研究

由于综采工作面生产过程中粉尘、水雾导致摄像头视频模糊,通过视频无法常态化实现采煤机和液压支架碰撞检测,使得智能开采技术的实用性受限,文章提出了基于综采工作面高精度地质模型自适应开采的采煤机和液压支架碰撞检测方法。基于综采工作面高精度地质模型的自适应开采系统下发采煤机规划采高数据,结合采煤机的采高传感器数据和液压支架的高度传感器数据,实时对采煤机滚筒和液压支架进行碰撞检测预警,触发预警后采煤机牵引停止,同时自适应开采系统弹出触发碰撞检测支架的视频窗口,待人工处理消警后采煤机继续自适应割煤。结果表明,该方法将综采工作面采煤机和液压支架的相对坐标与地质模型的绝对坐标建立关联,实现基于综采工作面液压支架高度传感器数据和规划的截割数据两种方式的预警,大大提高了综采工作面采煤机和液压支架碰撞检测预警的准确性。

基于二维伽马函数的煤岩图像照度校正

为校正由多光源及聚光造成煤岩图像的不均匀光照,减小煤岩图像数据受干扰程度,利用实验模拟井下光照现象,分析不同光照下煤岩图像亮度变化趋势,通过Retinex和引导滤波理论计算图像的照度分量,在HSV色彩模型下保持色彩和饱和度分量不变,给出结合改进的二维伽马函数对亮度分量的二次校正算法。结果表明,与CLAHE、Retinex算法比较,文中算法在不均匀光照下,煤岩样原直方图整体亮度分量数据分别从[0.05,0.95]校正至[0.2,0.55],从[0.1,0.8]校正至[0.3,0.65],分别改善了不均匀光照的影响,较好地保持原有色彩。

急倾斜煤层巷帮变形失稳数值模拟

为控制新强煤矿急倾斜煤层巷帮变形失稳,采用数值模拟、理论分析和现场试验相结合的方法对急倾斜松软煤层回采巷道围岩变形破坏规律、合理支护方式与支护参数进行研究.研究表明:急倾斜松软煤层两端区是破坏的集中区域,下端头破坏更为剧烈,急倾斜松软煤层巷道的变形与破坏具有非对称性;急倾斜煤层巷道无支护时,巷道冒顶、底鼓、上帮破坏比较严重,而采用锚杆支护后,底鼓是影响上帮稳定性的关键,巷道上帮底角是控制的关键部位.通过数值模拟优化,确定了最终的支护参数,并进行了现场工业性试验,观测结果表明:巷道变形得到了有效控制,取得了较好的支护效果.

长距离大断面掘进工作面风流场分布规律研究

针对神东大柳塔煤矿掘进巷道"长距离、大断面"的特点,研究掘进工作面风流场分布规律。通过处理软件GAMBIT建立掘进工作面的三维仿真计算模型,采用FLUENT模拟了掘进工作面长压短抽通风方式下不同风口位置、不同抽吸风量的风流分布规律。研究表明,长压短抽的通风方式下,压入式风流的射流影响区域明显大于抽出式;大断面巷道中压入式射流速度衰减较快,其有效射程约为13 m;随着掘进长度增加,压入风量减少,会造成巷道中部分区域最小风速不满足《煤矿安全规程》的要求。

单巷长距离快速掘进通风除尘技术研究

神华神东公司大柳塔矿单巷长距离全断面快速掘进系统因机械化程度高,掘进速度快,存在风量不合理、粉尘大等安全隐患,经过现场调研、理论分析和数值模拟,提出了适合大柳塔矿的"长压短抽"通风方式,采用了基于风筒自动伸缩的吊挂延伸技术,选定了压入风机型号为FBDY№8/2×75kW,湿式除尘风机型号为KCS-700D。试验表明,该方式成功解决了工作面微风,粉尘大等问题,使工作面风速风量满足规程规定,工作面粉尘浓度平均降低50%以上,保证了掘进工作安全高效。

砂岩三轴加载过程中力学特征与能量耗散特征

为了获得岩石加载过程力学特性与能量演化特征,开展了不同围压下砂岩力学特性试验。基于能量平衡理论,分析不同围压下砂岩加载过程能量转化规律,研究不同围压下砂岩特征应力、裂纹演化与能量耗散之间的关系。结果表明:砂岩三轴压缩加载过程中,试样的裂纹闭合应力、起裂应力、扩容应力及峰值应力均随围压增大呈线性增加;起裂应力和扩容应力可以较好的描述岩石稳定状态,起裂应力可以看作为岩石出现新生微破裂的初始应力,而岩石扩容应力可以认为是进入塑性屈服状态的标志。岩石加载过程中能量演化特征与应力-应变曲线和特征应力呈现较好的对应关系,压密阶段对应的原生裂纹压密过程能量转化率低;弹性变形及微裂纹稳定扩展阶段,外力做功转化的应变能大部分储存为弹性应变能,岩石内部损伤和塑性变形耗散的能量较小;扩容应力后的裂纹非稳定扩展阶段,岩石内部损伤和塑性变形耗散能量明显增大;峰值应力附近,积聚弹性应变能迅速转化为用于岩石破坏的耗散能。耗散比(Ud/U)随轴向应变的增加,呈现增大-减小-再增大的规律,耗散比趋势变化的转折点与裂纹闭合应力和扩容应力对应。耗散能随着轴向裂纹应变的累计逐渐增大,扩容应力前,耗散能随着轴向裂纹应变增大在低耗能水平缓慢增加;扩容应力后,伴随岩石内部裂纹的不稳定扩展、贯通,能量耗散与轴向裂纹应变近似呈线性增加趋势;峰后阶段虽然岩石承受应力降低,但裂纹持续扩展和层间滑动,能量耗散仍保持在较高水平。岩石受载变形破坏过程的能量演化可以反映岩石的损伤状态,从能量角度描述岩石的力学特性和损伤特征,对于认识岩石损伤演化具有重要意义。

砂岩循环加卸载过程能量的演化与损伤特性

为了获得岩石加卸载过程能量演化与损伤特性,开展了不同围压下砂岩循环加卸载力学特性实验。基于能量平衡理论,分析了不同围压下砂岩加卸载过程能量密度转化规律,从能量耗散角度定义损伤变量,建立了基于耗散能的损伤模型。结果表明:不同围压下砂岩循环加卸载过程能量演化趋势呈现一致性,在压密阶段和弹性变形阶段,能量消耗主要用于原生微裂隙受压闭合,加载过程中输入能量主要转化为弹性应变能;在高应力水平下的屈服阶段,耗散能密度增加速度逐渐增大,但峰值应力前仍以弹性能储存为主,围压越大岩石弹性储能极限越大;在峰后阶段以能量耗散为主,弹性应变能密度剧减,耗散能密度急增。在应力屈服点以前,各循环阶段损伤较小,累积损伤随着循环次数呈线性增大;在应力屈服点以后,岩石内部新生裂纹萌生、扩展,耗散能量加剧,绝对损伤和累积损伤均明显增大。

全断面快速掘进煤巷粉尘的分布规律

大柳塔煤矿全断面快速掘进系统使用过程中,出现了巷道内煤尘质量浓度超标和锚杆机前方风量不足问题。根据全断面快速掘进设备的布置特点,设计了长压短抽通风方式降尘增风。为预测长压短抽通风方式的效果,利用Gambit前处理软件建立了掘进工作面物理模型。基于气固两相流和射流理论,采用离散相模型,利用Fluent软件模拟工作面煤尘在不同抽压风量、不同抽压风口位置和不同抽吸比条件下粉尘质量浓度分布规律。该研究可以为长压短抽通风方式风机设备的选型和布局提供科学依据。

基于LMD和模式识别的矿山微震信号特征提取及分类方法

针对岩体破裂信号与爆破振动信号难以自动识别的问题,提出了基于局部均值分解(LMD)和模式识别的矿山微震信号特征提取及分类方法。首先采用LMD对微震信号进行自适应分解得到乘积函数(PF)分量,再利用相关系数和方差贡献率筛选得到PF主分量,进而计算各主分量的相关系数和能谱系数,并以此作为模式识别的特征向量。结果表明:LMD、经验模态分解(EMD)和离散小波变化(DWT)的主分量分别为PF1~PF6,IMF1~IMF6和D2~D7,其中IMFi(i=1,2,…,6)为EMD分解的本征模态分量,Dj(j=2,3,…,7)为DWT分解的细节分量;LMD主分量分类识别结果整体上优于EMD和DWT主分量分类识别结果;能谱系数分类结果整体上优于相关系数分类结果,人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)识别效果明显优于逻辑回归(LR)和Bayes判别法识别结果,且基于LMD能谱系数的SVM分类准确率达到了93.0%。

急倾斜煤层顶煤可放性随机森林模型分类预测及应用

为快速、准确地预测急倾斜煤层开采中顶煤可放性等级,借鉴随机森林理论,以19个放顶煤工作面为例,选取九大实测指标作为顶煤可放性识别因子,建立急倾斜煤层顶煤可放性识别的随机森林模型。通过五折交叉检验确定模型最优参数,将模型应用到五组急倾斜煤层顶煤可放性评估中。研究表明:随机森林模型预测结果符合工程实际,且当分段数量为5时,其精度最优,分别为91.0%和100.0%。该研究可以在工程中推广使用。

深井软岩巷道底臌的数值模拟

针对龙煤公司某矿-800水平2442工作面材料巷底臌严重的问题,根据巷道实际工程地质条件,在原支护方式的前提下提出巷道底板锚注的方法,并采用FLAC3D数值模拟软件分析深井软岩巷道底臌变形情况。结果表明,采用新的支护方式,巷道顶板下沉量、底臌量及两帮收缩量明显减小,顶底板及两帮的塑性区范围缩小。巷道底臌变形监测结果验证了改进支护方案的合理性。此方案可以很好地控制深井软岩巷道底臌变形,为深井软岩巷道支护提供了借鉴。

急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响

为了研究急倾斜薄煤层工作面推进速度对顶板岩层活动的影响规律,以新铁煤矿99#煤层的赋存条件及开采情况为研究背景,运用FLAC 3D数值模拟软件,分别对不同推进速度下的顶板垂直应力场以及位移场进行模拟,并分析了不同推进速度下的顶板活动情况。结果表明:工作面推进速度对顶板岩层的应力分布、下沉量有显著影响。当工作面推进速度从2.4 m/d增加到4.8 m/d时,工作面煤壁处顶板垂直应力从13.95 MPa降低到12.38 MPa,降低了12.68%;煤壁前15 m处顶板垂直应力从19.02 MPa降低到17.51 MPa,降低了8.62%;顶板最大下沉量由0.93 m降低到0.50 m。适当提高急倾斜薄煤层工作面推进速度,顶板垂直应力和下沉量均降低,有利于顶板稳定。

极薄煤层托伪炮采顶板垮塌控制机理与实践研究

针对胜利煤矿55煤层左十五片采煤工作面极薄煤层不稳定伪顶开采条件下,根据聚能爆破定向断裂原理,提出采用托伪顶炮采聚能爆破定向断裂控顶技术控制工作面顶板的稳定性,阐述了该技术控制顶板稳定性的原理及岩层断裂形式,并结合工作面现场实际介绍了聚能爆破的工艺流程及如何确定爆破参数。工业试验表明该技术的采用经济技术效果有明显的提高,可在类似采煤工作面推广使用。

基于EEMD_Hankel_SVD的矿山微震信号降噪方法

针对矿山微震信号降噪,提出了一种基于EEMD_Hankel_SVD(集合经验模态分解_Hankel矩阵_奇异值分解)的微震信号降噪方法。首先采用EEMD获得多层模态分量,计算各模态分量与原始信号的相关系数,剔除第一个相关系数差值局部最大值前的模态分量。对剩余各模态分量分别构建Hankel矩阵,再计算各Hankel矩阵的奇异值矩阵。根据奇异值曲线划分信号空间和噪声空间,实现剩余各模态分量的降噪,进而对降噪后的模态分量相加得到降噪信号。仿真试验表明该方法能有效保留信号的局部特征,提高了信噪比;矿山微震信号应用表明该方法有效地提高了STA/LTA,PAI-K和AIC法P波初至拾取效果;仿真试验和矿山微震信号P波拾取均表明该方法降噪效果优于小波重构、EMD重构和Hankel_SVD降噪,且该方法与AIC法结合拾取效果最佳。

薄及中厚急倾斜煤层综采工艺及装备研究

为实现薄及中厚急倾斜煤层的综合机械化开采,确立了适合60°~90°急倾斜煤层开采的采煤工艺与装备体系。采煤工作面沿走向布置,沿倾斜向下推进,设备布置与工艺流程均在同一水平方向上完成;以铰接液压支架为载体配合冲击式采煤机与上悬链式刮板输送机,支架依靠楔形架脚作用自行降架,降架动作起到了刮板输送机刮送浮煤的作用,同时又为采煤机准备了下一循环的破煤工序,从而形成了破煤、降架、运煤工序配合的循环工艺流程,支架支护伴随工艺流程全过程。结果表明:该工艺流程避免了设备防倒防滑等障碍环节,煤层倾角越大越适合;工序配合可靠,运行安全高效,试验工作面日产量为1 944 t/d,工作面采出率为95%,达到了综合机械化采煤技术标准。

单巷长距离快速掘进通风系统风筒吊挂技术研究

针对神华神东煤炭集团大柳塔煤矿单巷长距离快速掘进系统在通风方面存在的工作面微风甚至无风问题,提出了一种基于风筒吊挂动态延伸技术的解决方案。介绍了恒力液压绞车钢丝绳预紧风筒吊挂装置的结构与工作原理,建立了风筒吊挂受力数学模型,给出了钢丝绳最小破断拉力为150 k N,安全系数为2.73。考虑防风筒吸瘪、绞车夹绳等关键技术,设计了风筒吊挂工艺。现场试验表明,该装置能适应快速掘进系统,并有效改善掘进工作面的通风状况、降低粉尘浓度。

错层位巷道围岩能量耗散分析

在分析巷道侧向煤体破裂区、塑性区及弹性应力升高区外力功表达式的基础上,根据热力学第一定律,分别得到了对应分区的耗散能理论计算公式。根据围岩能量耗散值与外力对系统做功的比值确定了损伤变量,得出了破裂区损伤值>塑性区损伤值>弹性应力升高区损伤值的结论;对应于能量耗散,又得出了破裂区能量耗散>塑性区能量耗散>弹性应力升高区能量耗散的结论。镇城底矿错层位巷道布置工作面实测表明,布置于破裂区的巷道支承压力较小,巷道较易维护;当巷道上方为松散矸石,在支承压力作用下,松散矸石发生压密变形和塑性变形,其能量耗散更大,巷道更易维护。