主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
  • 作者(Author):蒲一帆汤达祯陶树唐淑玲张奥博张泰源
    关键词(KeyWords):煤层气多煤层甜点段聚类分析产能特征

    摘要:多煤层地区优势开发层段评价以及优势组合层段选取是决定煤层气资源动用率、开发经济效益的重要工作。从煤储层可改造性和排采关键参数出发,优选煤岩力学性质、有效压裂厚度、煤体破碎程度、临储压力比和试井渗透率5个评价指标,利用模糊数学层次分析法优选甜点层段。考虑资源适配性、层间兼容性和排采稳定性,选取煤层相对埋深、含气量、临储比、储层压力梯度和渗透率5个关键参数,采用聚类分析对优势产层组合关系进行探讨。评价结果显示:以潜力值U>0.75为节点可优选出A2、A5、39、41、42共5个甜点层段,资源配置优,渗透性好,可改造性强;优选出A3-A4、A7-A8和41-42共3套优势组合层段,组合层段间具有相似的渗透率、压力梯度以及临储比,排采过程中易达到生产“同步”,评价优选结果与气井产能特征基本一致。进一步结合排采特征分析认为,多因素的耦合作用是四工河矿区煤层气井的主要控产机理,生产部署应着重考虑构造部位、埋深特征,首当考虑优势单煤层开发(A2、A5煤),多煤层优势组合多为低潜力煤层(A3-A4、A7-A8煤),可于开发后期进行开发部署;白杨河矿区煤层气井产能整体受控于煤体结构、多煤层排采组合以及生产井型,应在充分考虑煤体结构的非均质性以及煤层发育的不连续性的基础上,规避碎粒、糜棱煤发育区,对优势单煤层开发(42煤等)的同时可兼顾优势煤层组(41-42、39-41-42煤)合层排采,提高煤层气资源动用率。
  • 作者(Author):赵延林廖健刘强李阳程建超
    关键词(KeyWords):岩石力学孔道砂岩水-力耦合水-力隔离

    摘要:岩石的水力学特性与矿山突水灾害密切相关,为揭示不同的水岩力学相互作用,对比研究在水-力耦合与隔离两种不同力学状态下孔道砂岩力学特性的差异性。本文采用MTS815岩石力学试验系统,进行不同围压和孔压下孔道砂岩的常规三轴压缩试验。整个试验围压σ3分成10、20、30MPa共 3个系列,每个系列围压试验中,孔压P设为4个级别,分别是围压σ3的20%、40%、60% 和80%。对水-力耦合下的岩石试件用热缩管进行包裹,对水-力隔离下的岩石试件加装隔水装置,在三轴静水压力状态(σ1=σ2=σ3)下采用0.005mm/s的加载率对试件进行轴向加载,直到试件破坏。结果表明:水-力耦合状态下,孔道砂岩的峰值偏应力强度、扩容起始偏应力、残余偏应力强度和变形模量与围压呈正相关关系,与孔压呈负相关关系,而泊松比的关系则正好相反,试件呈现出明显的单一剪切面破裂,破裂角分布在53°~ 69°之间变化;水-力隔离状态下孔道砂岩峰值偏应力强度、扩容起始偏应力和残余偏应力强度均与围压和孔压在总体上呈正相关趋势,水-力隔离状态下试件破裂角变化不明显;在一定的围压与孔压下,处于水-力耦合下试件峰值偏应力强度和变形模量在总体上低于水-力隔离状态下的相应量值,而泊松比的关系则正好相反,随孔压的增加,两种力学状态下的岩石力学特性差异越大。水-力隔离状态内孔壁施加适量应力可以明显提高试件的三轴承载力。
  • 作者(Author):张玉军
    关键词(KeyWords):控水开采覆岩破坏涌水量综放开采突水溃沙

    摘要:针对我国煤矿地质采矿及水文地质条件千差万别、水体类型错综复杂的现状和水体下压煤开采的工程实践,详细阐述了控水采煤技术的思路、技术原理、技术原则和关键技术,即综合考虑煤矿安全和经济合理等重要因素,针对不同充水能力与补给条件的含水层,通过钻孔预先疏放一定量的含水层静储量,同时采用采动裂缝垂向导水性的差异和滞后压实的特性,实现涌水量大小和形式可控。该技术解决了传统的水体下采煤留设不同类型防水煤岩柱技术而造成煤炭资源的大量损失,或者单一采用含水层疏降技术不仅容易形成人为导水通道,而且过量的钻孔对含水层的疏放增加矿井涌水量及排水费用,同时导致地下水位大幅度下降,使矿区生态环境遭到严重破坏等问题。将控水采煤技术与综放开采工艺特点相结合,应用到铁北煤矿半固结砂岩含水层下综放控水开采实践中。研究结果表明:针对铁北煤矿煤层顶板砂岩含水层的赋存状态与富水程度、不同采动覆岩破坏程度、主采煤层与含水层的空间关系,基于控水开采采前预疏与边采边疏相结合的技术原则,利用综放开采采场沿煤层底部布置,放煤厚度灵活调整可控的特点,提出的“顶水开采与疏干或疏降开采相结合、先疏后采与边采边疏相结合、钻孔疏干或疏降与回采疏干或疏降相结合、分段控制放顶煤开采厚度与含水层疏降程度相结合”控水采煤的总体方案是可行的,实现了3~8m阶梯型采厚安全开采,既控制了工作面的涌水量、改善了工作面作业环境,又有效防止了突水溃沙灾害的发生,取得了综放控水安全开采的成功。
  • 作者(Author):王琦张朋蒋振华何满潮李术才王悦江贝
    关键词(KeyWords):切顶卸压高强锚注无煤柱开采模型试验矿压规律

    摘要:针对深部高应力回采巷道围岩控制难题,以我国最大采深矿井–孙村煤矿为工程背景,对传统沿空掘巷、锚杆(索)支护巷道进行监测分析,结果表明:巷道围岩变形量大,破坏范围广,锚杆大部分处于强度劣化区内,难以发挥支护作用,锚索受力大,接近极限破断力。为解决上述问题,系统开展了不同煤柱宽度、地应力大小、顶板围岩强度、切顶高度等影响因素下的数值试验研究,建立了顶板应力释放率、侧向支承压力提升率与围岩变形控制率等定量评价指标,对比分析了多种因素下切顶自成巷与沿空掘巷矿压变化规律与围岩控制机制。基于此,提出了深部高强锚注切顶自成巷方法,利用高强锚注提高巷道顶板完整性,利用顶板预裂切缝切断采空区与巷道顶板之间的应力传递,使巷道处于应力降低区。为进一步验证该方法的合理性,利用自主研发的地质力学模型试验系统,开展了模型试验对比研究,高强锚注切顶自成巷围岩应力比沿空掘巷平均降低20.8%,围岩变形量为后者的45.1%,应力释放与围岩控制效果明显。结合上述研究,提出了相应的工程建议,并在孙村煤矿2215工作面进行了现场应用,监测表明该方法有效控制了巷道围岩变形,实现了无煤柱开采。研究成果可为深部高强锚注切顶自成巷的设计与应用提供借鉴。
  • 作者(Author):宋锐郑玉坤刘义祥马昕李贻斌
    关键词(KeyWords):煤矿机器人仿生机器人无人化作业煤矿智能化

    摘要:当前,煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤矿作业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、安控、救援五大类煤矿机器人国内外的应用现状。在此基础上,就国内外仿生机器人技术在煤矿作业中的应用现状做了概述,指出了煤矿仿生机器人技术与装备发展思路和研究方向。综述了仿生机构、仿生感知、仿生控制、仿生驱动和仿生材料等关键技术的研究现状,并阐述了仿生技术较现有设备的优势及可应用场景。结合目前仿生技术与人工智能技术的发展水平,科学分析了仿生机器人的发展趋势,包括:从传统驱动器向生物肌肉驱动器的发展,从刚性结构向软体和刚柔混合结构发展,由传统材料到新型生物材料发展,从单一运动模式向高机动多栖机器人发展,从传统控制方法向生物智能控制发展,从机电系统机器人向生物系统机器人发展,从单一机器人向集群机器人发展。结合仿生机器人技术的发展趋势,展望了仿生机器人技术在煤矿无人化作业中的应用前景:新型功能材料的应用,高效行走方式的应用,智能环境感知的应用,智能化自主作业的应用,为煤矿仿生机器人的开发利用提供参考。
  • 作者(Author):刘贤东吴玉新张扬周帅杨海瑞张海吕俊复张凯
    关键词(KeyWords):循环流化床循环流率冲击法在线测量流量计

    摘要:高温床料的循环流率是循环流化床锅炉的重要参数,但目前鲜有能应用于实际锅炉中的测量技术。为此,本文提出了一种新型冲击式循环流率的在线测量方法,并研制了原理样机;建立了测量过程的理论模型并进行了实验室冷态试验,将新型循环流率测量方法应用于某116 MWth循环流化床锅炉中进行热态试验。测量装置具有悬臂梁式几何结构,其整体布置于循环流化床锅炉立管底部。悬臂梁型装置的一端固定于锅炉外壁面,另一端固定有靶片并伸入至立管密相区中。装置通过测量立管物料下落时冲击靶片而造成的形变来计算颗粒冲击力并反推颗粒冲击速度,进而获得循环流率。同时,通过仪表风吹扫冷却装置并防止堵塞。该方法具有耐受高温、可在线测量和不影响锅炉正常运行等优点。冷态试验测量得到不同冲击速度下的气固两相流绕流阻力和阻力系数,随着冲击速度增大,气固绕流阻力随之增大而阻力系数减小,且存在“剪切变稀”现象。在实际锅炉的热态测试中,该测量装置能较好地捕捉到锅炉起停炉、变负荷时循环流率变化趋势。通过量级分析并利用炉膛稀相区压差与炉膛截面风速之积校核测量结果,验证了该方法在实际循环流化床锅炉中在线应用的可行性。
  • 作者(Author):李婷潘冠福
    关键词(KeyWords):活性焦低温催化氧化脱硝超低排放

    摘要:活性焦是一种高性价比的炭基催化脱硝材料,为研究其在低温无氨条件下的脱硝性能及热再生情况,采用固定床实验装置,进行低温脱除NO性能评价及原位热再生实验;并对两种实验用活性焦的比表面积、孔径分布和表面官能团等进行表征分析,研究表面特性对去除NO性能的影响;初步探讨活性焦对NO的低温脱除及热再生机理。结果表明:在进口NO体积浓度100×10-6、O2体积浓度6 %、反应温度70℃、空速1000 h-1的NO脱除实验条件下,出口NO浓度随时间呈逐渐上升趋势,脱硝率则直线下降。结合红外表征,定性说明活性焦脱除NO过程中存在催化氧化及吸附,可能的机理是活性焦中活性官能团将NO氧化为NO2,并以吸附态NO2形式赋存于活性焦孔隙表面,部分化学吸附态NO2又在活性焦表面发生歧化反应,形成吸附态NO3。在O2体积浓度6 %、再生温度70~400℃,升温速率2℃/min的热再生实验条件下,NO浓度先是快速上升,在100~150℃达到平台,在210 ℃左右达到脱附量峰值,此时NO的脱附折算浓度约85 mg/m3,之后NO浓度逐渐下降至零;当模拟烟气在250 ℃以上时,开始有CO析出,CO生成量与再生温度呈正比。脱硝后的活性焦在原位热再生过程中,吸附态NO2又分解为NO释放出来。两种实验用活性焦样品的微观孔隙结构较为相似,活性焦样AC1和AC2的等温曲线都属于IV型等温曲线,迟滞回线属H4型,这说明两种样品的微观结构多为狭缝状孔道;AC2在吸附脱附曲线低p/p0区拐点处的吸附量、孔容、BET比表面积都比AC1的数值略大,说明前者样品中的微孔相对更多;活性焦样AC1和AC2的最可几孔径分别为1.76和1.57。对比两样品的XPS和脱硝性能评价结果,发现含有更多氧/含氮官能团的活性焦样品,脱硝活性更强。
  • 作者(Author):王菁张瑞娉杨凤玲王东生吴少华程芳琴
    关键词(KeyWords):水蒸气SNCR再燃先进再燃氮氧化物控制技术

    摘要:电厂实际运行中发现,水蒸气能降低选择性非催化还原反应(SNCR)反应中脱硝剂的用量,对脱硝和燃烧产生一定的促进作用。本文围绕水蒸气在脱硝反应中的促进效果和机理,对相关文献进行总结。研究表明,水蒸气对SNCR、再燃以及先进再燃技术均有促进作用。水蒸气的加入能促进SNCR反应中OH产生,从而提高脱硝效率。水蒸气对再燃的促进作用,主要通过加大挥发分中HCN、NH3等析出促进NO还原。水蒸气对生物质先进再燃与对再燃的作用机理类似,而对煤粉先进再燃作用机理不详。综上,水蒸气对先进再燃的作用机理应包括对SNCR与再燃两部分的共同促进作用,但目前研究并未关注水蒸气对再燃燃料的影响。应进一步研究水蒸气对先进再燃影响机理,为水蒸气在脱硝技术中应用提供有力理论支撑。
  • 作者(Author):王林伟刘先航刘云杰梅玉柱孔国强
    关键词(KeyWords):蒸汽管回转干燥机煤泥干燥性能测试热效率能耗

    摘要:为探索煤泥等劣质煤在大型燃煤机组的综合利用技术,首先在实验室静态条件下对50~150mm大粒径煤泥团进行恒温干燥,分析了150~200℃温度下煤泥团粒度、干燥时间之间的关系,进一步利用全国首个超超临界燃煤机组中新建的蒸汽管回转干燥机-煤泥干燥系统(进料量25t/h)进行工业化试验,探究了系统主要参数对煤泥干燥效果的影响,并分析了系统热效率及能耗等重要指标,结果表明:在实验室静态试验条件下,150mm粒径煤泥团含水率从24%降至15%所需干燥时间超过50min;煤泥团干燥过程经历均两个阶段:预热快速干燥阶段(<10min)、稳定干燥阶段,且随干燥温度升高,预热快速干燥阶段时长缩短。在工业化试验中,由于干燥机内煤泥存在解聚现象,相似条件下煤泥干燥时间较实验室结果略有缩短;随进料量增加,煤泥产品含水率将增大,当其超过17%,系统易堵料;汽源压力为0.35~0.8MPa时,为利于煤泥干燥可适当降低进汽温度使其不超过195℃。另外,在试验运行条件下系统热效率可达到58.6%,平均处理1吨煤泥消耗0.112t蒸汽及3.94 kW·h电量。
  • 作者(Author):张健向柏祥黄军李燕王鹏
    关键词(KeyWords):燃煤锅炉数值计算磨煤机一次风转捩点

    摘要:近期某电厂660MW超超临界燃煤锅炉因为中速磨煤机一次风测量失真,燃烧和配风发生大幅波动,造成磨煤机出口粉管堵粉、着火和炉膛出口NOx浓度超标等。本文基于数值模拟软件对磨煤机前一次风圆形管道的流场进行了计算研究。结果表明,随着一次风流量的提高,管道转弯处的一次风流速分布存在一个明显的转捩点,位于该点前后的风量测量失真造成风量大幅波动。通过安装整流装置,风量测量装置移至风粉管出口,适当延长直管段长度等可在较大程度上规避风量测量失真的现象发生。
  • 作者(Author):于昊辰卞正富陈浮牟守国
    关键词(KeyWords):矿山生态系统土地退化诊断过程机制系统阈值人为调控

    摘要:当前“整体保护、系统修复、综合治理”理念对矿区生态系统性修复提出了明确的要求,然而长期以来对矿山土地生态系统退化内涵缺乏科学界定,诊断标准不一,调控目标值得商榷。在分析国内外研究进展的基础上,笔者重新界定了矿山土地生态系统退化的概念,辨析矿山土地生态系统退化的内涵特征;进而剖析了矿山土地生态系统退化的影响因素,提出矿山土地生态系统退化程度受外界扰动压力、环境支撑力、生态系统恢复力、人为提升力四项因素共同作用。明确了矿山土地生态系统退化的诊断标准,包括:归纳了以历史时期状态、周边稳定生态、人为定义标准三类参照系,总结了基于实验测试、遥感监测、数值模拟的诊断方式,分析了矿山土地生态系统退化诊断时间选取与监测频次。随后,辨析了不同采矿方式对矿山土地生态系统退化的扰动过程,由此揭示矿山土地生态系统退化的3个阈值,并判定关键环境要素损伤以及土地生态系统退化的可逆性。可见,末端治理的老路已不能适应绿色发展的需要。为此,笔者提出了“主动性采前预防、联动型动态监测、系统性生态修复、多元化修复治理”的调控策略,为矿山土地生态系统全面系统修复服务。
  • 作者(Author):房满义李雪妍张根刘骞脱凯用刘淑琴
    关键词(KeyWords):煤矿地下水库水岩作用吸附水解

    摘要:煤矿地下水库运行中发现顶板垮落岩石对矿井水具有净化作用,而水岩作用机理尚不明确。为揭示大柳塔煤矿地下水库水岩作用机理,选取水库顶板岩样和矿井水为研究对象,采用XRD、XRF、SEM、FT-IR对顶板岩样进行了化学组成分析以及结构分析表征,开展了岩样中5种典型矿物与矿井水的静态作用实验研究,基于矿井水电导率以及其中K+、Na+、Mg2+、Ca2+四种阳离子的浓度变化,探讨了可能的水岩作用机理,并研究了Ca2+在绿泥石上的吸附等温线行为及其影响因素。研究结果表明,该水库中的水岩作用包括顶板岩样中可溶矿物的溶解作用,钠长石、钾长石、高岭石、伊利石、绿泥石的水解作用;其中矿井水中增加的K+主要来自钾长石、伊利石的水解作用。顶板岩样对矿井水中的金属离子具有吸附作用,顶板岩样对Mg2+的吸附作用大于顶板岩样中绿泥石的水解作用所释放的Mg2+,而矿井水中Ca2+的减少主要是顶板岩样中绿泥石的吸附作用所致,矿井水中生成CaCO3的沉淀作用也能引起Ca2+的减少。此外,水岩作用可能包括Ca-Mg、K-Mg的阳离子交换。绿泥石对Ca2+的吸附过程存在多分子层的非均匀吸附,且绿泥石表面的吸附位点是不规则的,吸附位点之间的吸附并非相互独立。
  • 作者(Author):李向磊毕银丽彭苏萍解琳琳王党朝
    关键词(KeyWords):胜利矿区不同距离植物多样性土壤因子空间异质性冗余分析

    摘要:为了研究煤矿露天开采对自然植物与土壤因子的影响;以内蒙古胜利矿区为研究区,采用野外生态学调查方法对采矿区周边不同距离草地进行植物群落调查,采集距矿区不同距离土壤样品进行实验室分析。结果表明:(1)距矿区边界100m处,草地自然植物群落以糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、寸草苔(Carex duriuscula)和小画眉草(Eragrostis minor)为主;距离煤矿400 m处植物群落以大针茅(Stipa grandis)、克氏针茅(S. krylovii)和冰草(Agropyron cristatum)为主,900 m处以大针茅、小画眉草和糙隐子草为主;距离煤矿1900 m处,以克氏针茅、糙隐子草和大针茅为主。(2)与对照区相比,距离矿区越近,植物多样性指数显著降低,群落相似性降低,土壤含水量、有机质(SOM)、硝态氮(NO3--N)和速效磷(AP)均显著减少。(3)远离矿区的位置土壤肥力要好于矿区附近,煤矿开采对一定范围内的土壤肥力产生影响,矿区周边土壤养分的空间异质性呈不同程度的变化趋势。(4)冗余分析(RDA)表明,植物多样性指数与土壤含水量、有机质、硝态氮、速效磷和速效钾呈正相关。矿区周边植被群落的演替对土壤养分的需求不同,群落物种的变化明显,土壤含水量、有机质在影响矿区周边植物群落特征的土壤因子中所占比重较大。矿区周边草地出现不同程度的退化趋势,可在自然恢复为主的前提下,实施适当的人工干预调控以促进矿区周边草地的恢复。
  • 作者(Author):韩佳明高举杜坤陈梦圆蒋斌斌张凯
    关键词(KeyWords):煤矿地下水库水化学特征水-岩相互作用

    摘要:为了阐明煤矿地下水库水体净化机理,合理的保护及利用矿井水资源,本文通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质指标的测定,将相关性分析、主成分分析等多元统计方法与舒卡列夫分类、Piper三线图等水化学分析方法、离子比值法相结合,分析地下水库水化学特征及其形成机制,结果表明:煤矿地下水库自净化效果显著,出水的悬浮物、浊度、EC和TDS等指标明显降低,有机物和重金属去除效果明显;水化学类型由进水的Ca2+·Na+- Cl-·SO42-型逐步向出水的Na+·Ca2+- Cl-·SO42-型转变,水库净化过程中发生了阳离子交换;通过多元统计分析,表明溶滤作用、混合作用、外界干扰、阳离子交换影响着地下水库水质的净化过程,其中溶滤作用起着主导作用; Na+、Ca2+、Mg2+主要来自硅酸盐矿物的溶解。
  • 作者(Author):郝洪涛杨庭杰张超
    关键词(KeyWords):带式输送机动力学模型负载估计节能控制硬件在环

    摘要:目前通用的带式输送机节能控制方法是通过建立煤量与带速之间匹配关系来控制运行速度达到节能目的,但因其采用传感器测量实时煤量时,受到传感器安装位置及数据处理速度等因素的影响,导致检测信号与实时煤量信息不同步引起滞后现象。当煤量突然增加时,易造成带式输送机不能及时提速引发堆煤及溢煤等故障的发生。为了解决上述问题,提出了一种新的节能控制方法:通过采用状态重构的方法建立带式输送机系统状态观测器估计输送带上各段张力值,并以机头传动滚筒处输送带张力值的变化率结合电子皮带秤检测的实时煤量信息,应用模糊推理与决策,建立了节能控制系统,控制带式输送机在煤量增加时及时提速。基于此,文中以带式输送机启动过程线性定常系统模型为依托,建立了基于载荷变化的带式输送机时变系统动力学模型,并利用Simulink与LabVIEW软件结合NI CompactRIO-9038实时控制器做硬件在环实验验证,验证结果表明:(1)在煤量无较大波动时,输送机仍保持恒定速度,说明系统抗干扰能力强;(2)在煤量突变情况下,张力变化率辅助提速效果明显,解决了堆煤及溢煤故障。
  • 作者(Author):曹现刚雷一楠宫钰蓉张树楠罗璇
    关键词(KeyWords):采煤机健康状态评估模糊综合评价法灰色聚类法层次分析法熵权法组合赋权法

    摘要:采煤机作为煤矿开采的核心设备,结构复杂、运行环境恶劣、采煤落煤时受巨大负载冲击,易发生各种故障导致停机停产。因此,采煤机的健康状态直接影响煤矿企业生产效益。本文针对采煤机健康状态评估难的问题,提出一种基于组合赋权法的采煤机健康状态评估模型。首先根据采煤机运行特点构建其健康状态指标体系,采用基于层次分析法与熵权法的组合赋权法得到同时具有主观与客观意义的综合权重;依据灰色聚类法与模糊综合评价法分别完成对采煤机关键部件及整机的健康状态评估。仿真结果表明,基于组合赋权法所得状态评估结果准确率为84.33%,高于层次分析法或熵权法单一使用所得评估结果的准确率。该方法可有效解决采煤机状态评估困难的问题,为后续寿命预测与维护决策奠定基础。
  • 作者(Author):翟迎铨李猛潘结南王振至王相龙牟朋威葛涛元
    关键词(KeyWords):沼泽演化平顶山煤田煤岩显微组分煤相

    摘要:基于不同沉积环境形成的煤在显微组分、储层物性等方面有很大的差异,为了能够在后续的研究中找出沉积环境对储层物性的影响,在平顶山煤田采集不同煤层的多个样品,利用光学显微镜进行煤岩显微组分鉴定分析,对平顶山煤田南部二叠系煤层的煤相进行了分析研究。结果表明:平顶山煤田南部地区煤层显微组分以镜质组为主,主要矿物为黏土类矿物及黄铁矿。根据不同煤相参数之间的差异性将研究区煤相划分为:较浅水覆水森林沼泽、湿地草本沼泽、弱覆水湿地草本沼泽、潮湿森林沼泽相、低位沼泽五种类型。庚20煤层沉积环境由湿地草本沼泽到低位沼泽再转换为较浅水覆水森林沼泽;己15煤层由底部湿地草本沼泽变为中上部弱覆水湿地草本沼泽。戊8煤层从底部的湿地草本沼泽转变为潮湿森林沼泽,后转变为湿地草本沼泽,最终转化为较浅水覆水森林沼泽。
  • 作者(Author):刘少伟王伟王强蒋金华李海涛彭海斌
    关键词(KeyWords):沿空掘巷流固耦合正交试验孔隙水压力

    摘要:针对缓倾斜煤层含水采空区沿空掘巷存在围岩失稳和突水风险,为了分析和判断防水煤柱及其周围煤岩层的破坏规律和抗溃水能力与研究得出最优的沿空巷道支护控制技术,基于沿空掘巷的煤柱留设理论研究和现场实践,研究了沿含水采空区掘巷时护巷煤柱留设宽度的理论计算与无支护与有支护情况下护巷煤柱的流固耦合—力学反应,采用正交试验设计和FLAC3D数值模拟的方法综合分析了影响护巷煤柱稳定性的因素敏感性、不同护巷煤柱留设宽度下围岩的应力场、位移场、孔隙水压力的分布特征以及不同支护参数下的效果优化。研究结果表明:在煤柱宽度为12~18 m,水头压力为0~0.3 MPa,煤层倾角为2°~10°情况下,护巷煤柱稳定性影响因素的主次顺序为:水压>煤层倾角>煤柱宽度;在最大水头压力的作用下,护巷煤柱的合理宽度为12 m;确定了2214回风巷的最优支护参数。井下工业性试验验证了留设12m宽度的护巷煤柱安全经济,采用主被动联合支护参数的沿空巷道的围岩表面位移均处于工程允许范围内。
  • 作者(Author):王䶮熊祖强苏承东
    关键词(KeyWords):改性高水材料充填支柱尺寸效应破坏特征微观分析

    摘要:为研究改性高水充填支柱材料尺寸对承载性能的影响,在高水充填支柱材料试样中添加2‰聚丙烯纤维进行改性,通过对比改性试样及未改性试样的单轴压缩试验结果、破坏过程及形貌,分析其尺寸效应和破坏特征,最后通过SEM对试验结果进行进一步讨论。结果表明:改性后高水充填支柱材料尺寸效应特征不变,随高径比(H/D)增大,峰值强度RC及峰值应变εC逐渐降低,弹性模量EC逐渐增大;改性后试样的承载性能提高,RC提高10.78%,εC增大28.62%;试样破坏类型不受高径比和纤维的影响,均为“X”—劈裂型剪切组合破坏;由于纤维的阻裂效果,改性后材料试样的整体性受压稳定性显著提高;SEM微观形态对比可知,纤维阻止原有裂隙发育的同时延缓新裂隙的产生,使材料具有更稳定钙矾石骨架结构,间接增大了材料强度并表现出较高的残余强度。
  • 作者(Author):王驰崔广文
    关键词(KeyWords):溢流管直径三锥角旋流器分选结果CFD切线速度轴向速度压力分布

    摘要:为了研究溢流管直径对三锥角旋流器分选粗煤泥结果的影响并阐述原因,提出实验室试验与计算流体动力学(CFD)数值模拟相结合的研究方法。实验室中,在不同入料原煤,入料压力,溢流管插入深度及锥体型号的条件下对溢流管直径分别为45mm、50mm、55mm的三锥角旋流器进行粗煤泥分选试验,得到各组试验溢流、底流的产率和灰分;对于CFD数值模拟,在Fluent软件中,按照实际尺寸对溢流管直径分别为45mm、50mm、55mm的三锥角旋流器进行三维建模及网格划分,选择雷诺应力模型(RSM)作为湍流模型,体积流量模型(VOF)作为多相流模型,并选择合适的定解条件和求解方法,获得不同溢流管直径下三锥角旋流器流场的切向速度,轴向速度以及压力分布。粗煤泥分选试验结果表明:随着溢流管直径的增大,溢流产品+0.2 mm灰分和产率均升高,底流产品+0.2 mm灰分升高,产率降低;三锥角旋流器的分选结果受很多因素的影响,溢流管直径对其影响较大。CFD数值模拟得到的三锥角旋流器内部流场切向速度,轴向速度及压力的分布与传统水力旋流器相符,同时,随着溢流管直径的增加:流场的最大切向速度逐渐降低,导致颗粒所受最大径向离心力降低,溢流颗粒的粒度、密度会增加;内螺旋流的轴向速度逐渐增大,促进大密度、粒度的颗粒跟随内螺旋流从溢流口排出,外螺旋流区域的缩小也表明底流量会减少;压力径向减小梯度降低,流体扰动程度降低,不利于分选,压力存在从器壁到轴心的径向减小梯度说明存在压力能到流体动能的转化,其减小梯度的降低也一定程度上解释了流场最大切向速度的减小。通过本研究得到了溢流管直径对三锥角旋流器分选结果的影响规律,并从旋流器内部流场出发,为得到的规律提供了一定程度上的理论支持,对深化三锥角旋流器内部流场的认识和改进旋流器结构和操作条件提供了依据。
  • 作者(Author):刘万里张学亮王世博

    摘要:高精度工作面煤层三维模型是实现无人开采的有效保障,但现阶段构建的煤层三维模型普遍存在以静态模型为主且垂向分辨率较低的问题,为满足无人开采对煤层三维模型高精度的要求,煤层三维模型必须要有一个动态精细修正的过程。为此,本文在详细分析了煤层三维模型不确定性影响因素基础上,提出一种煤层三维模型的动态精细修正技术,进而提升煤层三维模型局部精度,实现工作面的有限透明。主要思路是在工作面的不断推进过程中,动态融入回采作业中最新探测的工作面激光扫描数据、顶/底煤厚数据和采煤机截割轨迹信息,采用二次序列规划法精确计算出煤层三维模型局部区域的修正值,并利用克里格空间曲面插值法把修正值插入到煤层三维模型中,这样利用上一回采阶段新揭露的修正数据去动态修正下一回采阶段的煤层三维模型,如此逐级递进,逐步求精,从而提升煤层三维模型精度,使修正后的煤层三维模型更准确地表达出工作面实际煤层的结构信息,为工作面无人化开采控制提供关键基础数据。在斜沟煤矿试验结果表明工作面推进前100刀修正后煤层垂向误差绝对值小于0.2 m区域比修正前提高了将近一倍,证实了该研究方法可有效提高采煤工作面煤层三维模型局部精度,提升煤层三维模型的实用价值和应用程度。
  • 作者(Author):王学文谢嘉成郝尚清李娟莉杨兆建任芳

    摘要:针对数字化综采工作面的场景构建、虚实交互通道和虚拟模型驱动三大基础问题,提出一种面向智能化综采工作面的实时虚拟监测方法,对高可信度煤层装备联合虚拟仿真与协同规划、实时可靠信息获取与“虚实融合”通道构建技术和虚实融合与感知一致性呈现等方法进行研究,具体包括:(1)基于Unity3D开发特点和模型所需特性,分别完成了三机装备数字模型和煤层顶底板模型的构建,将虚拟装备布置在虚拟煤层中,实现各装备之间的虚拟协同以及装备与煤层之间的关系构建,完成了虚拟煤层环境下的装备协同推进仿真并对装备群协同运行进行虚拟规划,实现了高仿真度综采虚拟场景的构建;(2)在装备反映位姿信息的关键位置上布置传感器,通过一系列接口和通道,构建Unity3D与组态软件、数据库和计算软件之间的信息交互。采用分布式协同的驱动模式,优化了数据的传输处理,最终将综采装备的实时运行数据导入虚拟平台,驱动虚拟设备运行,实现了稳定可靠的传感信息协同与调度;(3)构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架,研究了基于底层模型驱动虚拟单机关键技术,提出了采运装备协同仿真与实时数据驱动的方法、采煤机自动调高方法、刮板输送机和支架协同仿真与实时数据驱动方法、虚拟液压支架群的虚拟驱动方法以及动态透明工作面时空运动学实时分析方法,接着进行了虚拟监测界面设计,实现了传感数据与虚拟仿真运行信息高精度融合。最后在实验室综采成套试验系统和样机试验平台上分别完成了相关试验,验证了三大模块联合运行的正确性和可靠性。试验表明,VR监测系统运行清晰流畅,虚实映射状态同步,可切换性好,呈现信息准确,后台数据库压力也较小,可以完成预期目标。在仿真运行中可实时提取出各装备与煤层运行的相关参数,完成高可靠性虚拟规划。为智能化综采工作面装备与煤层状态的全面实时精准虚拟呈现提供理论基础和技术支撑。
  • 作者(Author):马宏伟王岩杨林
    关键词(KeyWords):煤矿井下移动机器人自主导航深度视觉地图创建重定位运动规划

    摘要:煤矿井下移动机器人是煤矿机器人的主力军,煤矿井下移动机器人的自主导航是其研究的难点和热点。目前,煤矿井下移动机器人自主导航所必须的三维环境数据库尚未形成,尤其是制作高分辨率、多信息融合的煤矿井下高精度地图还处于研究阶段。为了有效解决煤矿井下移动机器人自主导航问题,构建了基于深度相机的机器视觉系统,提出了一种基于深度视觉的导航方法,自主导航过程分为地图创建与自主运行两个阶段。在地图创建中,①对深度视觉数据进行特征提取与匹配。利用10组煤矿井下真实视频截图,对比测试5种特征提取与匹配组合算法,结果表明SURF +SURF+FLANN与GFTT+BRIEF+BF算法能够在煤矿井下获得良好匹配结果;②建立煤矿井下移动机器人深度视觉定位与建图问题的捆集调整迭代最近点图模型(Iterative Closest Points Bundle Adjustment,ICP BA);③通过图优化方式估计当前观测下的最优位姿与环境路标点坐标。在实验室场景中利用提出的ICP-BA图优化算法,建立了包含关键位姿与三维环境点的原始点云地图。在自主运行阶段,①通过八叉树数据结构,将点云地图转化为移动机器人运动规划可使用的Octomap导航地图。实验结果表明,Octomap导航地图分辨率可调、系统资源占用低、索引效率高;②使用三维到二维映射的视觉图匹配PNP(Perspective N Points)方法进行实时在线重定位;③基于图搜索的A*(A Star)路径规划作为轨迹规划初值,自定义最小化能量损失泛函为最小化加加速的变化率(Minimum-Snap)求解二次规划问题,生成用于煤矿井下移动机器人运动执行的轨迹。在Matlab开发环境中设计随机导航地图,生成时间分配、位置、速度、加速度、加加速度的最优轨迹规划结果,验证了运动规划算法的正确性。通过理论分析和实验验证,表明本文提出的煤矿井下移动机器人深度视觉自主导航方法的有效性。
  • 作者(Author):秦勇吴建光李国璋王应斌申建张兵沈玉林
    关键词(KeyWords):煤系气开采模式开采方式产量曲线排气降压多气合采

    摘要:煤系气赋存态多种多样,储层属性复杂多变,经济高效开采模式尚处于探索起步阶段。鉴于此,笔者分析国内科技攻关和现场试验近期进展,初步总结关于煤系气开采模式现有认识,对比分析了不同模式的适用性和局限性,并以临兴区块示范工程为例分析归纳了产量曲线类型及其合采有效性特点,介绍了煤系气合采成功范例。以管柱结构设计和排采管控方式为主,考虑井型选择和压裂方式,将煤系气开采工艺初步归纳为分排、先分后合、合排三类模式。每类模式包括若干具体方式;这些模式和方式各有短长,分排及合排模式中的主要方式在应用中见到初步效果,先分后合模式目前尚处于设计乃至设想阶段。建议煤系气开采模式及其技术创新本着“因地制宜、取长补短、多管齐下、有所侧重”的策略,根据气藏具体地质条件选用和发展适应性开采工艺。目前仅有的两个国家级示范专项工程推进了我国煤系气开采模式的创新,临汾示范区采用分区分采方式实现了煤系气开发规模快速扩展,临兴示范区探索“排气降压”诱控接续合排工艺实现了煤系多气经济高效合采。重点分析临兴示范区煤系气开采工程示范效果,揭示了自然接续工艺下的煤系气生产规律,发现存在四种单井产量曲线类型,包括以解吸气多层合采为特征的I型曲线,以游离气-解吸气诱导控制接续合采的II类、III类曲线,以及单纯游离气产出的IV型曲线。工程示范结果展示,采用“排气降压”的诱控接续方式,可以在较为广泛的气藏条件下实现煤层气-煤系致密砂岩气、煤系致密砂岩气-页岩气的有效合采,是值得进一步探索和具有推广应用潜力的煤系气经济高效合采新模式。值得关注的是,具有工业价值的煤系多类型共生气藏均赋存在深部,而深部地层富水性往往微弱,使得“排水降压”传统模式难以奏效;而“排气降压”诱控接续恰恰针对于弱富水储层降压面临的这一局限,可能成为煤系气经济高效综合开发的一项重要技术。
  • 作者(Author):尹尚先王屹尹慧超徐斌王铁记杨俊文田午子徐维曹敏
    关键词(KeyWords):奥陶系灰岩及薄层灰岩水害全时空防治突水机理立体网状四位一体

    摘要:奥陶系灰岩+厚隔水层夹薄层灰岩+煤层的地层结构模式是我国石炭二叠系煤田带压开采的典型存在形式。尽管隔水层巨厚,由于其中夹有薄层灰岩含水层,导致深部开采时突水灾害仍然频发。由于突水系数的局限性,依据隔水层厚度、底板破坏带高度与奥灰导升带高度之和、突水系数将底板隔水层类型综合划分为极薄、薄、中、厚及巨厚5种类型,淡化突水系数在极薄、厚及巨厚隔水层中的应用。阐述了薄层灰岩在串连奥灰与煤层形成水害的独特作用,定义了深部底板奥灰及薄灰水害概念及突水模式,总结了其五维度特征,概括为充水水源的总源递进、充水通道的面状分散、充水强度的台阶增长、充水时间的滞后出水、充水水源水质的交换吸附,阐明了奥灰水渗透、扩容、压裂、导升经薄灰中转储运形成面状散流的突水机理,提出了相应的突水危险性评价公式P0˃3σ3–σ1–Pp+Rm。针对巨厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全控制深部突水的现状,创新了全时域与全空域四维度奥灰及薄灰水害的“全时空”综合防治理念,空域上井上下相结合、奥灰及薄灰多层次区域治理与井下薄灰钻孔探治验相结合的全空间多层次立体网状防控布局,创建了全空域立体交叉网络探查、治理、验证、补充的“全空域”立体防治模式,形成了条件评估、探治验补、检验评价、监测保障的全时域“四位一体”技术质量控制流程,创立了“四位一体”立体网状全时空深部底板奥灰及薄灰水害防治方法。以邯邢矿区梧桐庄井田2603工作面为工程案例,确定奥灰顶面以下40~60 m和20~30 m、薄灰大青和山伏青灰岩为目标实施多层段地面超前区域治理及补充治理,配合野青和山伏青为目标井下补充治理和验证,形成立体网络治理;采用奥灰薄灰水文地质条件评估确定治理目标,用地面区域探查治理、补充探查治理以及传统井下查缺补漏验证前期治理效果,以治理效果检验、底板完整性评价、突水危险性评价、涌水量预测、排水能力评价等全面评估能否回采工作面,回采过程中采取水文监测、微震系统、矿压系统等综合监测手段紧盯薄层灰岩关键层,实现了工作面安全回采。
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