离线式随掘地震超前探测技术先导性试验

渭北煤田澄合矿区中小型地质构造较发育,探索适用于澄合矿区的地质构造超前精准探查方法,对构建渭北复杂地质条件下高效智能地质保障体系具有重要意义。随掘地震超前探测利用综掘机截割煤壁产生的震动信号实现巷道前方地质构造的探测,无需使用炸药震源提高了施工的安全性;无需停止掘进作业提高了探测效率,该技术具有广阔的应用前景。选择地震波发育的董家河煤矿为试验区,先导性试验了离线式随掘地震在澄合矿区的应用效果,获得了董家河煤矿5号煤层随掘地震反射地震波波速等参数资料,为随掘地震在澄合矿区的推广和应用做出有益探索。     

随掘地震震源特征研究

矿井巷道在掘进过程中经常遇到断层、陷落柱、煤岩体结构破碎带等地质异常体,给井巷工程的安全生产带来极大的威胁,因此,对掌子面前方地质异常构造的超前探测意义重大。常规地震勘探由于震源的问题会给探测带来不便,而随掘地震勘探是以掘进机的截割头为震源对前方进行探测的,它具有实时、能量强、安全性高等优点。介绍了掘进机截割头破岩机理,对掘进机截割头的受力进行了分析,系统地探讨了截割头震源的能量、辐射特征,并研究了截割头信号产生的地震波传播规律。为下一步的随掘资料解释奠定了基础。     

超前释放钻孔在治理低透气煤层掘进落煤瓦斯超限的应用

针对低透气煤层掘进落煤中 (炮掘炮后、综掘割煤 )短时间瓦斯超限问题 ,采取打超前释放瓦斯钻孔的措施 ,避免了掘进落煤瓦斯超限 ,为掘进落煤瓦斯超限提供了参考     

突出煤层巷道随掘超前探测技术研究

突出煤层巷道在掘进过程中,会产生非常多的地震波信号,包含了丰富的瓦斯包信息。基于地震波运动学原理,优化和改进突出煤层巷道随掘超前探测系统,以获取丰富的地震波信号。通过建立不良地质体瓦斯包与突出煤层巷道随掘过程中地震波信号之间的地球物理特征响应规律,分析、研究综掘机割煤过程中剪切作业产生的回波信号、煤岩体破裂信号特征,提出了突出煤层巷道随掘超前预报技术,并以寺家庄煤矿15110工作面为例进行分析,结果显示巷道随掘超前探测结果与现场测量情况吻合。     

矿用掘进离心湿式风幕除尘系统

综掘工作面产尘最高的工序是刀具截割煤层,其截煤工序产尘量大,时间长.为了有效控制综掘工作面的粉尘,采用掘进机喷雾降尘系统和矿用掘进离心湿式风幕除尘系统结合,可以有效降低掘进工作面的粉尘浓度,极大地改善作业场所的劳动卫生条件.     

基于互相关的随掘地震超前探测有效信号提取方法研究

随掘地震超前探测数据中地震波组成复杂,能量较弱的反射信号难以识别,影响勘探效果。为提取有效反射信号,基于交错网格有限差分方法进行随掘地震超前探测数值模拟,分析随掘地震超前探测波场特征,并使用互相关技术对模拟数据进行处理。研究表明:随掘地震超前探测记录中反射信号能量较弱,被直达波等其他成分掩盖;互相关技术进行处理能够增强反射信号,压缩连续信号,通过奇异值分解技术分离地震波场,从而得到与子波震源类似的地震记录,提高勘探效果。     

L1范数约束的随掘地震噪声衰减

煤矿随掘地震勘探将掘进机截割煤岩的振动能量作为震源,规避了炸药震源具有危险性隐患及防碍正常施工的缺陷,具备在煤矿开展正常掘进作业的同时进行井下地震勘探的优势。但与炸药震源相比,掘进机截割煤岩的能量较低,通过互相关得到的类脉冲源的信噪比低;并且,由于煤矿井下狭小的掘进空间里布设了各类设备,导致环境噪声频率成分复杂且能量通常较大,进一步降低了采集到的随掘信号的信噪比,影响了后续偏移成像等数据处理质量。将煤矿随掘地震信号的噪声衰减视作求解一个反问题,并基于互相关的随掘信号在时频域的系数分布相对于环境噪声呈现稀疏性的特征,提出了在反问题的求解过程中嵌入L1范数的约束,然后通过快速迭代算法求解该反问题以达到噪声衰减的目的。与传统阈值类小波去噪方法相比,由于本方法降低了时频系数扩散的影响,提高了时频系数的分辨率,当信号频率成分复杂时,噪声衰减后有效信号保真度更高。分别通过模拟和实际数据验证了方法的有效性。其中,模拟数据的频率分布由2种形式组成:主频(40,60 Hz)独立分布以及(20,60 Hz)重叠分布,并在其基础上合成了3类不同信噪比的含噪信号(信噪比分别为10.8,6.8和1.2)。传统方法和本方法的去噪结果证实:当信噪比较高以及主频独立分布时,传统方法和本方法的噪声衰减效果相当,而对于低信噪比并且主频有重叠的信号,本方法的去噪信噪比可以达到传统方法的4倍左右。而由于实际地震勘探数据的频率成分更复杂,通过2种方法用于实际信号的去噪效果对比,可以看出本方法在保持信号变化趋势及保护信号细节方面更具优势。     

回采工作面煤层三维建模技术及其在智能开采中的应用

提出了回采工作面地质模型的3层构建框架,阐述了回采工作面煤层模型的构建过程;采用综合动态解释技术对地质、钻探、物探数据进行数据融合;采用多级多属性三维动态地质模型构建技术建立回采工作面煤层模型,根据采煤机截割参数和煤层三维地质模型生成采煤机截割曲线供采煤机进行割煤作业。在试验工作面进行了应用,对巷道测量、切眼测量、钻孔伽玛、钻孔雷达探测、槽波探测数据进行综合解释,构建了工作面的三维地质模型,依据采煤机截割参数生成截割曲线并通过集控系统下发给采煤机,指导采煤机基于煤层模型进行割煤工作。     

基于信号检测和算法分析的煤岩识别方法研究

针对不同硬度煤岩识别精度低的问题,基于煤岩截割试验并结合卡尔曼滤波算法和随机森林算法,提出了一种煤岩识别方法,利用截割装置对相似模拟试验中的1种煤层和5种不同硬度的煤岩组合体进行截割,采集6种截割工况的三相电机的三相电流特征信号和模拟截割滚筒与煤岩体接触面的红外热成像温度特征信号。结果表明：随着煤岩体硬度的增大,三相电流和红外热成像温度的峰值增大;截割同一种煤岩体时,三相电流和红外热成像温度会随着模拟截割滚筒与岩层接触面积的增大而增大。采用卡尔曼滤波算法对原始样本处理,再通过随机森林算法对原始样本和经过卡尔曼滤波算法处理后的样本进行分类对比。经过两种算法处理后正确预测的样本数量从1238个增加到1430个,煤岩识别精度从84.17%提高到99.38%。研究成果可为采煤机智能化精准割煤提供参考。     

岩巷综掘施工技术应用探究

通过分析山西某矿南翼中组煤皮带巷概况,通过岩巷综掘施工设备和配套装备优化、巷道最优截割路径优化、岩巷综掘作业方式优化等措施,优化改进岩巷综掘施工工艺。研究结果表明:优化后的综掘施工工艺经济效益显著,值得进一步推广应用。     

综掘机智能化远程控制技术应用

针对王庄煤矿井下工作面综掘机采用传统的现场人工操作方式生产作业时存在的问题,对综掘机进行智能化远程控制系统升级改造。从综掘机的位置自动监测、记忆截割自动控制、远程操作、数据集成、处理及智能决策等着手,研发了一套综掘机智能化远程控制系统,实现了综掘机的远程控制和一键启停截割。通过现场应用,提高了综掘工作面无人化作业程度及矿井安全管理水平,减少了人员投入,提高了工作效率。     

EBZ-160综掘机大坡度攀爬施工技术研究与应用

针对陈四楼矿北16采区21603轨道顺槽煤层倾角大,巷道前段坡度达到30°,远远超过了EBZ-160综掘机的最大爬坡能力18°。工作面落煤工艺只能采用炮掘或人工风镐落煤,严重制约了采掘接替,提出综掘机大坡度攀爬施工技术,实现综掘机大坡度攀爬,大大提高掘进效率,缓解了该矿16采区采掘衔接紧张的局面。     

综掘巷道瓦斯涌出规律研究

通过测定煤壁的瓦斯涌出强度和落煤的瓦斯解吸强度,建立煤壁和落煤的瓦斯涌出强度经验公式和瓦斯涌出量预测公式,从而建立综掘巷道的瓦斯涌出量预测模型。通过测定综掘巷道瓦斯涌出,对建立的计算模型进行验证。结果表明,煤壁和落煤的瓦斯涌出强度随时间的变化符合指数或双曲线关系,由该关系建立起的2种预测模型相互结合应用,能够很好地表达综掘巷道的瓦斯涌出规律。     

基于ANSYS的采煤机镐形截齿截割动态分析

主要借助ANSYS软件中的LS-DYNA模块,对采煤机截齿截割煤层作业过程构建三维有限元模型,通过对镐形截齿割煤过程的动态分析,得到截齿能量、速度等参数的时间历程曲线,并对截齿安装调度对割煤效率的影响进行分析,得到割煤效率最高的截齿安装角度,为优化采煤机截齿设计提供参考。     

高瓦斯低透气性单一厚煤层瓦斯治理技术研究

针对蒋家河煤矿高瓦斯低透气性单一厚煤层综放工作面瓦斯预抽难度大,综掘机截煤瓦斯涌出强度大,放顶煤落煤瓦斯涌出不均衡,上隅角瓦斯积聚严重的问题。通过分析煤层瓦斯涌出特点,针对各瓦斯来源,采取采前半扇形钻孔预抽本煤层瓦斯、回采时顺层平孔抽采卸压区内瓦斯、大断面低位煤层"类钻孔"抽采顶煤及采空区瓦斯以及上隅角骨架风筒辅助抽采采空区瓦斯。这4种抽采方法在时间及空间上对ZF202工作面进行立体交叉抽采,初步形成针对高瓦斯低透气性单一厚煤层在综放开采工艺条件下的"四位一体"瓦斯治理技术,取得了很好的瓦斯治理效果。     

机载锚杆钻机研制及配套掘锚一体化设备应用

在原有综掘设备基础上,加装机载锚杆钻机、随机液压迈步式超前支护系统,实现掘锚一体化。首先针对综掘机机载锚杆钻机受力状况进行数值模拟研究,得到截割臂上端布置式机载锚杆钻机、两侧布置式机载锚杆钻机均可满足综掘机掘进支护需要,然后选用了配套超前支护系统与连续运输设备,组成了掘锚一体化设备系统,并在回坡底煤矿进行实际应用,取得了良好的应用效果,实现了安全高效生产。     

“截割-放落”煤体瓦斯解吸粒度效应及动态预测模型

为了进一步探究综放开采落煤瓦斯涌出规律，通过理论分析、物理实验和现场测试，分析了截落和放落煤体粒度分布特征，揭示了落煤瓦斯涌出强度变化特征，构建了综放开采落煤瓦斯涌出动态预测模型，并对模型进行了验证。结果表明：王家岭矿12302综放工作面落煤粒度分布主要集中在2～20 mm及40 mm以上，占比总和达到60%以上；随着煤体粒度减小，瓦斯解吸强度增高，达到解吸平衡的速度增快；构建的截落和放落煤瓦斯涌出动态预测模型平均误差不大于10%，能够较好地表征现场实际落煤瓦斯涌出规律，为综放开采条件下瓦斯涌出预测及防控提供了可靠基础支撑。     

抽出式通风综掘工作面粉尘分布规律的数值模拟研究

根据煤矿综掘工作面生产过程中粉尘污染严重的实际情况,利用数值模拟方法对抽出式通风综掘工作面进行了数值模型。通过对抽出式通风综掘工作面掘进机截割生产时产尘的模拟分析,得出了抽出式通风综掘工作面粉尘沿巷道通风风流的分布规律以及粉尘分布规律受风筒入风口位置、抽风量大小影响的变化规律。     

叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术

常规采煤机调速截割控制多采用直接转矩控制技术,该方法易受到煤层应力集中系数的影响,导致控制后的截割比能耗较大,控制效果不佳。为此,提出叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术。根据薄煤层力学模型,分析采煤机滚筒在叠加扰动下的受力情况,并参照煤层的临界宽度计算煤层的应力集中系数,结合截齿修正函数对煤层截割阻抗进行识别,分析采煤机的截割运动参数,并对其进行优化。采用模糊控制原理,设计调速截割控制策略,通过调整截割阻力范围实现对采煤机调速截割控制。以实际采煤矿区为例,运用所提方法对实验采煤机进行自主调速截割控制。结果表明,设计的方法能够良好地控制采煤机的牵引速度,得到的截割比能耗较低。     

泡沫除尘喷雾技术及其应用实践

为了降低掘进工作面的粉尘浓度,分析了泡沫除尘的原理与综掘机割煤产生粉尘机理,对泡沫除尘成功进行了应用实践。泡沫除尘装置安装在综掘机截割部,并对比测定了割煤期间未开启喷雾、利用喷雾除尘及开启泡沫除尘装置的除尘效果。现场应用表明:泡沫除尘对于全尘的除尘率达90%以上,是普通喷雾降尘的2.03倍,尤其是对呼吸性粉尘降尘效果更为明显,是普通喷雾的2.45倍,具有极高的推广价值。