“煤炭安全智能精准开采”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“煤炭安全智能精准开采”专题

来源：《工矿自动化》2021年第11期

煤炭精准开采是将煤炭开采扰动影响、致灾因素等统筹考虑，基于透明空间地球物理，以多物理场耦合、智能感知、智能控制、物联网、大数据、云计算等作为技术支撑，具有风险判识、监控预警与处置功能，能实现煤炭无人（少人）智能开采与灾害防控一体化的未来采矿新模式。随着新形势的发展，煤炭安全智能精准开采是保障煤炭高质量发展的治本之路已成为行业共识。为进一步总结、凝练我国煤炭安全智能精准开采技术最新进展，《工矿自动化》特邀中国工程院院士袁亮担任专题客座主编，杨科教授、黄友锐教授担任专题客座副主编，于2021年第11期策划出版“煤炭安全智能精准开采”专题。在专题刊出之际，衷心感谢各位专家学者的大力支持！

行业视野: 智能化
类别; 92个
关键词; 47位
专家; 15篇
论文; 5481IP
点击量; 3093次
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基于改进YOLOv4的输送带损伤检测方法

作者(Author)：周宇杰, 徐善永, 黄友锐, 唐超礼

摘要：针对现有输送带损伤检测方法检测精度低、检测速度慢且缺少对面积较小损伤检测的问题，提出了一种基于改进YOLOv4的输送带损伤检测方法。该方法以YOLOv4为基础，对PANet路径融合网络部分进行改进，增加与浅层特征层的融合，将原3个尺度的特征层融合增加到4个尺度，提高模型对输送带损伤的特征提取能力，提高检测精度；将PANet部分每个特征层融合后的卷积次数由5次减少到3次，减少计算量，提高检测速度；对输送带损伤图像进行标注，并输入改进的YOLOv4模型进行训练和测试。实验结果表明，基于改进YOLOv4的输送带损伤检测方法损失收敛速度快，模型训练效果好；基于改进YOLOv4的输送带损伤检测方法对输送带撕裂、表面磨损和表面缺陷检测的平均精度均值达96.86%，检测速度达20.66帧/s，与YOLOv4，YOLOv3和Faster-RCNN相比，平均精度均值分别提升了1.4%，6.35%，2.16%，检测速度分别提升了2.39，2.34，15.25帧/s；与YOLOv4相比，基于改进YOLOv4的输送带损伤检测方法检测精度更高，对面积较小损伤的检测效果更好。

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工矿自动化

2021年第11期

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液压支架支护状态感知与数据处理技术

作者(Author)：庞义辉

摘要：液压支架支护状态感知与数据处理是实现液压支架自适应支护及顶板灾害超前预测预警的关键，但现有技术主要是对液压支架初撑力、循环末阻力等进行统计分析，存在感知信息不充分、数据挖掘不深入、预测预警不精准等问题。分析了采动应力与顶板断裂、液压支架载荷变化之间的关系，阐述了顶板岩层断裂失稳过程的“五阶段”观点及液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制方法；给出了液压支架支护状态特征参量，提出了基于液压支架与围岩耦合关系的液压支架支护状态综合感知技术架构，指出非接触式传感器将是解决群组液压支架支护状态感知不充分等问题的关键；针对液压支架支护状态感知数据维度低、样本数量少、多特征参量关联的特点，提出了基于模板曲线库的液压支架支护状态感知数据分析预测思路，基于采动应力与液压支架支护状态之间的映射关系提出了顶板灾害智能预测平台技术架构，可实现液压支架异常支护工况、顶板灾害的超前预测预警。

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2021年第11期

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综采工作面液压支架立柱快速供回液方案研究

作者(Author)：周如林, 乔子石, 孟令宇

摘要：液压支架自动跟机控制应具备高支护、快速移架、大推移距离等性能，其中在保障采场安全的前提下，缩短工作面空顶时间是一个极为关键的问题。但目前液压支架自动跟机控制存在动作时间长、较手动操作效率低、控制参数凭经验设定等问题，导致综采工作面推移速度慢、液压系统压力与流量匹配不佳等问题。为减少液压支架动作时间，提高综采工作面推移速度，建立了液压支架阀控缸单元液压缸伸出动作瞬态过程的流量-压力数学模型，分析认为液压缸伸缩瞬间压力主要与供回液压力有关，且与时间呈二次方关系。基于上述结论，提出了立柱供液阀直供、二级控制+立柱快速供液阀、电液控换向阀直供3种立柱快速供回液方案，详细介绍了3种方案的工作原理。在AMESim软件中建立了基于3种方案的液压支架仿真模型，通过分析不同方案下液压支架在执行降柱-移架-升柱循环动作时液压缸无杆腔、有杆腔瞬态压力及动作时间，对比了3种方案的稳定性和快速性，结果表明：3种方案下液压支架执行降柱-移架-升柱循环动作时液压缸无杆腔、有杆腔压力曲线变化趋势基本一致，认为3种方案的稳定性基本相同；电液控换向阀直供方案下液压支架执行降柱-移架-升柱循环动作的总时间最短，为9.35 s，较传统方案缩短22.1%，因此得出电液控换向阀直供方案为最佳方案。

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2021年第11期

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上保护层开采卸压保护范围研究

作者(Author)：秦汝祥, 杨珂, 程健

摘要：目前保护层卸压范围研究主要集中在分析煤层应力、变形和塑形破坏的演化特性及下保护层开采卸压范围，存在对保护层保护效果的考察较少、实测过程中取点较少造成实验结果误差较大等问题。以淮南矿业集团有限责任公司潘二煤矿18125工作面为研究对象，采用数值模拟计算和现场考察分析方法研究了保护层开采后被保护层的应力分布、煤层顶底板膨胀变形率和煤层瓦斯压力变化特征。结果表明：① 被保护层走向垂直应力呈中心轴对称分布，倾向卸压区表现为类椭圆形。② 上保护层工作面开采后，在其底板形成地应力卸压区，底板煤岩层应力减小，卸压区煤岩层向上发生移动和变形，由于保护层和被保护层层间距不同，被保护层移动与变形量存在差距，越靠近开采层，被保护层膨胀变形量越大，被保护层卸压效果越明显。保护层工作面后方30~60 m是被保护层卸压抽采瓦斯的最佳区域。③ 根据压力观测钻孔与保护层工作面初切眼位置的相对关系及压力观测结果，得到保护层开采走向最大有效卸压角约为69.8°。④ 通过现场考察分析，根据被保护层应力分布、煤层顶底板膨胀变形率和煤层瓦斯压力变化特征，得出被保护层走向卸压角约为60°，倾向上下部卸压角均为75°。

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2021年第11期

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动静载下深井临空巷道冲击破坏分析及防治

作者(Author)：唐杰兵, 鞠文君, 陈法兵

摘要：现有针对临空巷道冲击地压的研究主要集中在静载致灾方面，对静载基础上的动载叠加致灾机制研究不够，在巷道围岩动载应力波响应方面未能将巷道破坏方式同应力波扰动及其力学效果相联系。针对该问题，以内蒙古鄂尔多斯矿区某矿3-1-103工作面临空巷道为研究对象，分析了临空巷道冲击破坏特征和冲击地压发生的动静载荷源：临空巷道处于采空区侧“F”型覆岩结构下，静载荷源为侧向集中支承应力和工作面回采超前采动集中支承应力的叠加应力场；动载荷源为基本顶的初次来压、周期来压和“见方”破断形成的近场矿震以及远场矿震释放能量，在冲击性顶板岩层下动静载组合效应极易诱发高地应力下应力场差异且应力集中的巷道产生冲击灾害。采用FLAC3D数值模拟方法分析了临空巷道动静载荷源下冲击巷道所处的应力状态以及矿震应力波致灾影响作用，并与现场冲击破坏特征进行对比验证分析。数值模拟结果与现场破坏特征具有较强一致性，在采空区压实过程中，最大垂直集中应力由煤柱上方转移至巷道回采帮侧，锚杆轴力呈现不对称分布状态；动载过程中，巷道围岩主应力差重复加卸载，迎波侧应力波最大质点振动速度(PPV)值大于背波侧，围岩浅部应力波反射叠加，PPV值大小与围岩浅部动载后最大位移量一致；临空巷道围岩在动静载作用过程中形成了巷道回采帮侧与煤柱帮应力场差异以及动载应力场差异。根据动静载荷下临空巷道破坏特征及其数值模拟验证分析结果制定了静载荷卸压降载、动载荷减震消能的分源防治措施，即顶板水压致裂、顶底板爆破卸压、巷帮大直径钻孔卸压以及巷道围岩加固等措施，以达到防止厚硬顶板弹性能积聚、消弱应力波幅值以及改善围岩受力环境的目的。采取卸压措施后，实测微震以小能级、多频次的形式释放能量，微震总能量比卸压前降低了49.2%,103 J以下微震小能量事件占比由卸压前的75%升高到89%，现场巷道围岩静载降低，动静载叠加时未出现应力突变，证明了冲击防治措施的有效性。

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2021年第11期

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薄-中厚煤层智能化综采保障技术与装备

作者(Author)：高喜才, 马腾飞, 王琪, 刘帅, 张锡琛

摘要：针对西南地区薄-中厚煤层厚度变化大、走向断层发育、顶板破碎等复杂地质条件，提出了薄-中厚煤层智能化综采保障技术与装备。通过对断层上下盘破碎顶板实施注浆加固、挑顶改造，以及对沿空留巷采用锚网索联合支护+超前加固+爆破切顶+立柱挂网挡矸+滞后喷浆加固+收尾砌墙的耦合支护技术，大幅提升了巷道稳定性。设计了由8架超前支架与2架端头支架组成的横向自移式超前支架组，实现了工作面端头顶板支护与超前支架快速推进的协调配合。给出了薄-中厚煤层智能化综采工作面成套装备及其优化布置方案：当工作面两端采高小于巷道高度时，采用垫架支撑采煤机机头、机尾；将刮板输送机机头、机尾超出煤壁长度控制在800 mm，保证卧底量达97 mm，以及时清理浮煤；刮板输送机机头增设平行于底板的拖架，通过过渡支架辅助推移装置直接整体推移刮板输送机机头、机尾，有效解决了采煤机摇臂与刮板输送机互相干涉难题。提出了由端部割三角煤跟机段工序和中部斜切进刀跟机段工序组成的断层带主动预防性智能割煤工艺，利用半截深、分次截割方式，提高了断层带条件下采煤机安全割煤速度。

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工矿自动化

2021年第11期

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深井复合顶板切顶卸压柔模墙支护沿空留巷技术

作者(Author)：申斌学, 周宏范, 朱磊, 吴玉意, 秋丰岐, 王国普, 郭林, 黄剑斌

摘要：我国两淮地区进行沿空留巷时，受矿井埋深大和顶板条件复杂的影响，沿空留巷顶板变形强烈，煤帮易挤出和底鼓严重。针对该问题，以新集一矿360804综采工作面为研究对象，提出了切顶卸压柔模墙支护沿空留巷技术。在超前工作面采用双向聚能爆破技术对沿空留巷顶板进行预裂爆破，以有效降低沿空留巷顶板应力；随着工作面不断回采，每滞后工作面煤壁一定距离，采用混凝土浇筑的柔模墙对巷旁进行支护，以实现对沿空留巷顶板的强力支护。现场应用结果表明：位于爆破孔不同高度的位置处均出现了2条较明显的裂缝，表明爆破切顶效果良好；巷道顶板浅部最大离层量为7 mm、深部最大离层量为19 mm，巷道顶板支护较为完好；巷道顶底板移近量为430 mm、两帮移近量为487 mm，巷道围岩变形在允许范围内，留巷效果良好。

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