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2022封面文章（《矿业安全与环保》）

来源：矿业安全与环保

《矿业安全与环保》报道内容以煤矿及非煤矿山安全技术、矿山环境保护技术为主，包括矿井瓦斯、煤与瓦斯突出防治技术与装备；矿井通风防灭火技术与装备；工业粉尘及可燃性气体、粉尘爆炸防治技术与装备；矿山救援技术与装备；矿井水害防治技术；矿山压力与井巷支护技术；安全与环境检测、监控技术；物探与岩土工程技术；安全管理与评价；矿山污染治理与综合利用等环保技术；兼营广告业务。

行业视野: 封面文章
类别; 90个
关键词; 69位
专家; 15篇
论文; 3704IP
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建北煤矿高瓦斯煤层自燃早期预报指标优选研究

作者(Author)：文虎, 郭曦蔓, 张铎, 程小蛟, 魏高明, 唐瑞

摘要：为解决建北煤矿高瓦斯煤层自然发火早期精准预测预报的难题，以该矿4204工作面煤层为研究对象，利用程序升温实验重点分析不同粒径煤样在升温氧化过程中CO、CO2、C2H6、C2H4等气体体积分数的变化规律，通过格氏火灾系数等方法进行处理分析。结果表明，建北煤矿煤样出现CO的临界温度为60～80 ℃，且整体变化趋势呈指数增长，CO气体产生量与粒径呈反比关系；C2H4出现的温度约为120 ℃，且煤样粒径越小其体积分数增长越快。依照指标气体优选原则，确定建北煤矿4204工作面高瓦斯煤层煤自燃的优选指标：主要气体指标为CO、第二类火灾系数；辅助气体指标为C2H4、烯烷比φ(C2H4)/φ(CH4)和φ(C2H4)/φ(C2H6)、第三类火灾系数。应用指标气体CO和煤温进行函数曲线拟合，进一步验证煤自燃程度。研究结果为建北煤矿高瓦斯煤层自燃预报提供了理论依据，对我国同类工况条件的高瓦斯煤层煤自燃早期预测预报与超前防控具有重要的指导意义。

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2022年第03期

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嵌入空洞卷积和批归一化模块的智能煤矸识别算法

作者(Author)：郭永存, 张勇, 李飞, 杨鹏

摘要：为解决现有机器视觉煤、矸石识别算法感受野小、特征提取能力低和训练收敛速度慢的问题，提出一种嵌入空洞卷积和批归一化模块的智能煤矸识别算法。该算法利用空洞卷积替换VGGNet16网络中尺寸为3×3的卷积核，增大卷积核感受野、提高网络的特征提取能力，同时在卷积层和激活层之间嵌入批归一化模块，在避免梯度消失的同时可加快模型训练收敛速度。利用搭建的实验装置采集煤和矸石图片，制作煤和矸石图像数据集，对模型进行训练，并基于浮点运算次数FLOPs和F1分数对模型的训练结果和预测效果进行评价。实验结果表明，改进后的煤矸识别算法FLOPs为71 632 538次，测试集F1分数为0.994 3，训练在第5个周期即收敛且准确率达到97%以上。通过与其他网络模型训练结果进行对比，说明所建模型具有较快的收敛速度且预测效果较好。

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2022年第03期

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特厚煤层综放开采瓦斯运储区演化及定向钻孔抽采技术

作者(Author)：张文琦, 张兴文, 孙刘咏, 魏宗勇, 双海清, 徐培耘, 林海飞

摘要：为解决特厚煤层综放开采工作面上隅角瓦斯超限的问题，采用物理相似模拟实验分析了典型高瓦斯特厚煤层的裂隙演化情况，同时，利用二维核密度估计方法研究了采场上方的瓦斯运储区分布规律，分析了钻孔抽采的最优层位，并进行现场工程应用。研究结果表明：采动覆岩的整体离层量呈开切眼侧高、工作面侧低的两峰分布，其中不规则垮落带高度为9.4 m，规则垮落带高度为38.0 m，裂隙带高度为158.0 m；瓦斯运储区呈动态的梯形分布，当推进至岩层发育稳定时，规则垮落带上部形成了明显的临时储集空间，该区域可作为瓦斯抽采优选层位，具体位置为距煤层顶板高10~40 m，距回风巷内5~40 m。试验周期内，上隅角瓦斯浓度出现了明显下降。

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2022年第03期

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基于数据驱动的瓦斯抽采钻孔精细化管控

作者(Author)：郭恒, 王昊, 程晓阳

摘要：针对瓦斯储量评估精度低、抽采钻孔设计不合理、钻孔施工过程监管不到位等引起瓦斯抽采效率低，进而造成瓦斯动力灾害的问题，提出了一种基于数据驱动的瓦斯抽采钻孔精细化管控模式。首先，通过瓦斯储量的精准评估和抽采钻孔差异化设计，为瓦斯精准抽采奠定基础；然后，采用钻孔轨迹测量和打钻视频监控实现抽采钻孔的精准施工；再利用高精度流量传感器和瓦斯抽采管道参数测定仪实现抽采钻孔和抽采管网的精准监测，并通过建立抽采数据校正模型和钻孔失效判识模型进一步提升瓦斯抽采数据的质量；最后，以瓦斯抽采管控平台为基础，实现瓦斯抽采全周期的信息化集约管控。这种“工艺+管理”的瓦斯抽采钻孔管控模式，可实现瓦斯抽采钻孔设计、施工、计量、管理全周期的精细化管控，显著提升了瓦斯抽采钻孔“过程化”管控的科学性，也可为瓦斯高效、智能抽采提供新思路。

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2022年第03期

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基于贝叶斯网络的煤矿顶板事故致因研究

作者(Author)：秦岩, 盛武

摘要：为研究煤矿顶板事故致因及预防煤矿顶板事故的发生，基于顶板事故调查报告，从人为、设备、环境、管理4个方面选取导致煤矿顶板事故致因变量，通过变量间的相关关系，利用贝叶斯网络软件GeNie构建煤矿顶板事故致因分析的贝叶斯网络模型（BN），采用交叉验证法检验贝叶斯网络模型的精准度，并对模型进行结构和参数学习，计算出各节点的条件概率分布和后验概率等，最后通过变量敏感性和事故最大致因链分析，找出事故发生的关键因素路径，有助于降低顶板事故的发生率。研究结果表明：在人为因素方面，未履行作业规程和监督检查不到位的比例较高，概率值均大于84%；在管理因素方面，安全管理混乱是导致顶板事故发生的主要诱因，概率值大于95%；顶板垮落、支护问题、是否进入垮落区是导致顶板事故发生的重要因素。

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2022年第03期

330

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基于侧限压缩试验的黏土动态力学性能研究

作者(Author)：张祥, 陈骏, 李进, 温维山, 易辉, 赵康朴

摘要：为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHPB 试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程。研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大,被压成“薄饼状”,但仍具有一定的承载力,且存在透射信号差的问题;黏土试件以环刀作为侧限约束,环刀起到被动围压的作用,试件透射信号幅值明显增大,侧限条件下试件的峰值应力、应变与应变率呈正相关的关系;侧限条件下引入岩石类材料损伤变量D,通过分析损伤变量D 随应变的演化规律,发现在相同应变比条件下,冲击速度越大,则D 值越小,试件的压实程度越高;侧限条件下黏土具有明显的回弹现象,试件的回弹量随着平均应变率的增大而增大,黏土的回弹作用会对井筒、冻结管产生预压力,对其稳定性产生负面影响。

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矿业安全与环保

2022年第02期

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煤矿地下水库相邻采空区水力联系及渗流规律研究

作者(Author)：智国军, 刘润, 杨瑞刚, 秦伟, 鞠金峰

摘要：区段煤柱参数对相邻采空区间的水力联系具有显著影响,而在煤矿地下水库设计时,区段煤柱参数的确定缺乏科学理论支撑。针对上述问题,以万利一矿4-2 煤盘区区段煤柱为研究对象,根据区段煤柱侧向支承压力演化规律设计煤(岩) 样渗流试验,获得煤( 岩) 样渗透率随垂直应力的变化函数,揭示了采空区多孔介质渗透率的分布规律。在此基础上开展了区段煤( 岩) 柱水渗流特性的CFD数值计算,结果表明:随着采空区水位的降低、煤柱宽度的增大,采空区水流动范围和流动速度均不断减小,水位18. 65、28. 65、38. 65 m 条件下采空区水进入相邻采空区的临界煤柱宽度分别为30、50、70 m;当区段煤柱宽度小于10 m 时,采空区水可以在底部煤层绕过弹性核区进入相邻采空区;当煤柱宽度超过20 m 时,采空区水不能通过底部煤柱进入相邻采空区。

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2022年第02期

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基于5G通信网络的高精度无线微震监测技术研究

作者(Author)：孙学波, 李志福, 王元杰, 陈法兵, 李岩

摘要：目前国内微震监测设备均以线缆传输为主,导致在冲击地压矿井中设备的安装与后期升级改造较为困难。针对此现状,研究了基于5G 无线通信网络的高精度微震监测技术,设计了一款支持IEEE 1588协议的无线微震监测系统,其包含高精度三分量MEMS 微震传感器,以5G 网络通信模块SIM8200EA-M2为通信接口,通过PTP 协议实现精准时间同步,使用实时操作系统FreeRTOS 和 LWIP 协议栈处理数据流。该系统实现了采集终端采集到的微震信号通过5G 网络进入光纤环网,光纤环网经过支持PTP 协议的网络交换机传输数据到计算机进行定位计算,各终端微震信号传输同步精度达120 ns。实验结果表明,该系统接入5G 网络的延迟小、精度高,满足冲击地压矿井微震信号智能化监测的需求。

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