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主办单位：煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
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“2021年煤炭科技发展前沿”特刊

来源：《煤炭科学技术》2021年第1期

本特刊共有论文30篇，来源于《煤炭科学技术》2021年第1期，是系统了解煤炭科技发展前沿的学习宝库。

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  • 基于遗传算法与BP神经网络的支架跟机自动化研究

    作者(Author)： 王虹, 尤秀松, 李首滨, 魏文艳

    摘要：针对综采工作面液压支架跟机自动化过程中移架动作存在的丢架、推移不到位等问题，提出了基于遗传算法（GA）与BP神经网络组合模型的控制方法。通过建立BP神经网络控制器为主体的反馈控制，将支架的运动参数作为模型的输入，神经网络控制器用来计算实际输出与理想输出之间误差，判别是否需要回调控制，并添加遗传算法来优化更新模型的各层阈值和权值，从而得到网络模型的最优解，最终由执行部分来完成输出动作。组合网络模型具有良好的非线性特性，可以更好的满足非线性环境，利用神经网络的预测值与实际输出的差值来得到拟合曲线。通过对BP神经网络模型、GA模型、GA-BP组合模型的均方误差（mse）分析，判断出GA-BP组合模型具有更快的训练速度和更高的预测准确率。相比较于单一的BP神经网络模型和GA模型，GA-BP组合模型可以很大程度地提高液压支架跟机过程中的推移精度，从而更好地适应综采工作面的环境和设备变化。基于对模型稳定性的分析，绘制组合网络的适应度曲线，种群在第5次迭代后趋于收敛，在第5次到第15次迭代的适应度值就已基本达到稳定，在迭代第15次后种群已达到最优参数集且恒定不变。采用上述方案的液压支架电液控制系统能够自主感知设备各项运动参数的变化，实现支架自身的静态调整和动态演化，可为综采工作面无人化建设提供技术支撑。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    377
    565
  • 基于多传感器组合的钻锚机器人机身定位方法研究

    作者(Author)： 马宏伟, 姚阳, 薛旭升, 王川伟, 高佳晨

    摘要：针对目前煤矿钻锚作业仍以人工为主，作业强度大、环境恶劣且效率低的问题，为提高效率、保障工人生命安全，研发了煤矿钻锚机器人以提升钻锚作业自动化水平。针对工况环境下的钻锚机器人机身定位困难、干扰大、精度低、效率低等问题，提出了一种基于激光测距传感器和激光雷达的组合传感器定位方法。根据钻锚作业需求，研究基于分布式激光测距传感器的钻锚机器人与掘进工作面之间的距离信息，建立“机器人-工作面”定位模型，解算钻锚机器人前移过程中与掘进工作面的位置关系；以机器人后端顶部锚杆为目标，利用激光雷达扫描获取锚杆与钻锚机器人的动态点图信息，建立“机器人-锚杆”定位模型，解算钻锚机器人后移过程中与锚杆的空间位置关系。搭建组合定位系统，通过样机试验验证表明：“机器人-工作面”定位模型距离误差≤10 mm，偏航夹角误差≤1 °；“机器人-锚杆”定位模型距离误差≤20 mm，偏航夹角误差≤1.5 °，可以实现煤矿巷道钻锚机器人机身自动、准确、实时的定位目标。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    485
    589
  • 基于透明地质大数据智能精准开采技术研究

    作者(Author)： 毛明仓, 张孝斌, 张玉良

    摘要：透明工作面是目前智能化开采的重要研究方向，是实现无人化开采的重要途径。针对记忆割煤应用效果较差、传感器精度低、大数据融合应用率低、无法根据工作面地质条件变化进行自主感知、决策和调整等问题，开展了基于透明地质数据智能精准开采的研究与实践应用。通过钻探、巷道测量和槽波勘探等物探手段来构建较精准的透明工作面三维模型，提前规划截割模板，再联合应用惯性导航技术、雷达定位技术和大数据分析决策技术，来不断修正截割模板，最后通过井下精准控制中心来完成对采煤机和液压支架的精准控制。该技术将当前基于记忆截割的“智能开采1.0”阶段升级为基于透明地质规划截割的“智能开采3.0”阶段，实现由传统的记忆割煤向三维空间感知和自动截割的技术跨越，具有很强的适应性和实用性。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    1005
    1218
  • 突水淹没矿井动水巷道截流阻水墙建造技术研究

    作者(Author)： 董书宁, 牟林

    摘要：在突水巷道中通过灌注骨料实现截流堵水的过程涉及多个力学演化阶段，实践中为了快速复矿需更重视堵水效果，阻水墙建造的关键技术问题研究很少受到关注。结合以往工程案例的堵水过程数据，分析了从骨料灌注到注浆截流的水力学模型，提出了阻水墙建造的关键技术参数设定方法，研究了阻水墙内部应力分布状态及破坏机理。研究表明：①阻水墙建造可分为4个阶段的水力学模型，即突水稳定阶段的管道流模型、骨料灌注阶段的管道流-低速渗流模型、骨料接顶阶段的高速渗流-低速渗流模型、注浆截流阶段的低速渗流模型；②动水中骨料堆积形态是水平和垂向两个维度共同生长的结果，堆积过程与流场存在动态平衡关系；③考虑压差、巷道阻力、堆积段阻力、浆液初凝时间4个要素，提出了堆积段长度估算模型，建立了不同灌注阶段巷顶流速的预测方法和骨料粒径选择方法；④注浆后阻水墙的最大剪应力发生在距来水方向较近的位置，相较堆积段全部长度，受力影响范围仅为其很小一部分；水压力越大，剪力和轴力越大，但分布状态、影响范围及峰值位置均不变；围岩与墙体弹性模量比越大，阻水体剪应力分布越集中，峰值剪应力越靠近来水方向；当剪应力最大位置首先达到抗剪强度后,剪应力将向下游产生塑性变形直至形成新的平衡状态，否则失稳破坏。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    371
    695
  • 神南矿区煤炭绿色开采的水资源监测研究

    作者(Author)： 吴群英, 彭捷, 迟宝锁, 宁奎斌, 王宏科, 李成, 王碧清, 姬怡微, 范立民

    摘要：陕北毛乌素沙地地质环境脆弱，水资源贫乏，煤炭绿色开发已经成为陕北煤炭基地可持续健康发展的必然选择，而陕北煤炭基地大规模、高强度的煤炭开采对水资源的影响程度一直是煤炭绿色开采的重要考核指标之一。为了研究陕北煤炭基地以水资源监测为核心的绿色开采监测，完善该地区水资源监测网的内容，以神南矿区柠条塔煤矿、红柳林煤矿、张家峁煤矿3座大型现代化矿井为例开展了水资源监测研究，结果表明：神南矿区内的萨拉乌苏组和风化基岩组为中强富水性含水层，烧变岩组为强富水性含水层，这3个岩组是区内的主要含水层，神南矿区针对区内不同含水层位共布置了60个监测钻孔，其中布置在萨拉乌苏组8个，烧变岩6个，风化基岩37个，直罗组基岩1个，延安组基岩8个。地下水监测数据通过自动监测系统的无线传输系统传输至数据中心，通过中心的监测管理软件实现数据的远程采集、远程实时监测。地表水监测则是在考考乌素沟上游及下游、肯铁令河、小侯家母河沟、塔沟、肯铁令沟、乌兰不拉沟及常家沟水库等地表水体各布置1个地表水监测点。通过以神南矿区60个地下水监测井、8个地表河流及泉监测点构成的水资源监测网为例，实施矿区水资源动态监控，以期为陕北煤炭基地煤炭绿色开采水资源监测提供借鉴。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    605
    1852
  • 基于SBAS-InSAR的矿区全盆地开采沉陷求参方法研究

    作者(Author)： 谭志祥, 杨嘉威, 邓喀中

    摘要：传统测量手段监测矿区开采沉陷时所需的成本较高，且无法全面反映地表移动盆地的沉降情况。为了使矿区地表沉陷监测更全面高效，从而获得更高精度的概率积分预计参数，以内蒙古某矿区为例，先采用SBAS-InSAR技术处理27景Sentinel-1A卫星数据，获得2017年9月至2018年7月间的全矿区地表时序形变情况，再结合改进步长的果蝇优化算法实现地表全盆地3 723个点的共同求参。结果显示，工作面开采导致的地表最大沉降值为201 mm，与实测数据相比，其绝对误差的平均值为3.48 mm，标准差为51.16 mm，均方根误差为10.64 mm。研究结果表明：SBAS-InSAR技术与传统手段相比，对于监测矿区工作面开采引起的地表全盆地沉陷具有较大优势；此外，采用改进步长的果蝇优化算法能将全盆地开采沉陷结果用于概率积分预计参数的求取，得到一组效果良好的参数；获得的研究区域最优概率积分预计参数为：下沉系数q=0.33，主要影响角正切tanβ=1.83，拐点偏移距s=0.045H，开采影响传播角θ0=89°。研究成果为今后矿区地表的开采沉陷监测与概率积分预计参数确定提供了科学依据。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    384
    618
  • 新疆煤基固体废弃物处置与资源化利用研究

    作者(Author)： 黄艳利, 王文峰, 卞正富

    摘要：新疆煤炭资源储量丰富，是我国重要的煤炭生产接续区和战略性储备区，开发利用过程中产生的煤基固废合理处置与资源化问题是制约矿区环境保护的难题之一。总结分析了新疆煤基固废的理化特征和分类形式及其产生的地质背景。分析表明：吐哈、准噶尔、伊犁、库拜四大煤田产生的煤基固废的理化特征存在明显地区差异，以低阶烟煤为主的低变质煤田区域的煤矸石多以砂岩、黏土岩、钙质岩为主；通过对典型煤基固废的综合评价，提出了新疆煤基固废梯级资源化利用的产业链布局模式；提出了以煤基固废的就地充填为基础，协同发展保水开采、净水开采、储能开采等煤基固废利用的新方法，探讨了煤基固废-电-化、煤基固废-电-建等高附加值开发利用产业布局模式，详细阐述了煤基固废的发电利用、建材利用、化工产品制备、充填处置及工程填料等方面综合资源化利用方法的原理和技术路线，提出了以合理处置矸石和水资源保护为目标的煤炭资源高效集约化开采技术。研究成果对新疆地区优化煤炭产业布局、煤基固废梯级资源化利用及矿区生态环境保护具有重要的指导意义。
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    煤炭科学技术
    2021年第01期
    995
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