我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向

煤炭是我国的基础能源和工业原料,长期以来为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有力保障。作为煤炭工业健康有序发展的核心动力,“十三五”以来,我国煤炭行业自主创新能力得到了大幅提升,实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变,取得了突出的成就。系统总结了“十三五”以来我国煤炭科技取得的主要成果,梳理了煤炭地质勘探、矿井建设、煤及共伴生资源开采、矿井灾害防治、煤机装备与智能化、洁净煤技术、节能环保与职业健康等7个领域所取得的理论、技术及工程应用方面的进展。分析了当前煤炭科技发展面临的共性问题,指出煤炭科技创新支撑我国煤炭工业高质量发展的能力依然不足。提出了煤炭科技自立自强、完善现代化煤炭开发利用理论与技术体系的“十四五”煤炭科技发展目标。围绕煤炭安全绿色智能开采和清洁高效低碳利用,明确了“31110”科技创新主要任务,包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化三大煤炭基础理论研究,煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关,煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用技术、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控10项重大技术创新示范,复杂地质构造槽波地震探测、导井竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、煤矿井下水力压裂增透、干法矿物高效分离、采煤沉陷区土地复垦与农业生态再塑、智能无人综采工作面等百项先进适用技术推广应用,为“十四五”时期煤炭科技的发展方向提供了指导意见。     

新型光纤智能监控系统设计

本文提出了一种适用于新型光纤智能结构的健康监控系统。该系统包含硬件和软件两部分。系统的硬件部分由光源组、光电探头、监控主机及PC机组成,配合编制的软件工作。系统的软件分为监控主机软件和监控计算机软件,监控主机的程序一方面完成光电信号采集、模/数变换和显示控制;另一方面,还负责与PC机通信,创建光纤智能结构健康日志。利用该监控系统对内嵌光纤传感网络的复合材料结构试件进行加载和损伤位置判定实验。实验结果表明,利用该系统能快速准确地对光纤智能结构的承载、损伤、破坏等状态进行监控。与传统的结构检测系统相比,该系统具有判断准确、实时、光路切换稳定以及远程控制等特点。     

赵固二矿回采巷道非对称变形数值模拟分析

针对赵固二矿11071工作面运输巷非对称变形的问题,首先推导出研究区域主应力场偏转的数值模拟边界加载条件表达式,并以此为前提采用数值模拟方法对该巷道围岩区域主应力场偏转不同角度时的塑性区形态进行了分析。结果表明,赵固二矿11071工作面运输巷非对称变形与区域主应力场的偏转有关,区域主应力场偏转角度的不同影响巷道围岩出现不同的变形特征,当巷道围岩区域主应力场偏转角度在45°~60°之间时,该巷道出现两帮收敛量与顶底板移近量接近、煤柱侧顶板下沉严重、煤壁侧底板底鼓量较大的非对称变形特征。     

改善布里渊光时域反射技术空间分辨率研究进展

在布里渊光时域反射（BOTDR）技术中,空间分辨率是一项重要的技术指标,受光纤中声学声子寿命的影响,工程领域应用的布里渊光时域反射仪空间分辨率多在一米,可以满足大多数的工程需求。近年来,随着工程应用场景不断扩大,如特种结构形变监测、管廊精确定位等领域对布里渊光时域反射仪空间分辨率的要求也不断提高。基于BOTDR的结构,阐述了两类提高BOTDR空间分辨率的方法,并回顾了十多年来提高空间分辨率关键技术的进展。在现有的硬件比较成熟的基础上,未来提高空间分辨率的方法将改进软件处理算法、多种编码与信号处理算法相结合使用的方向发展。     

光纤陀螺启动漂移补偿技术研究

干涉型闭环光纤陀螺从加电开始至达到标称精度所需的时间称为启动时间。在此期间内陀螺输出存在较大的漂移,即启动漂移。为减小陀螺启动漂移、缩短陀螺启动时间,文章对陀螺启动漂移进行了理论分析和试验数据分析。指出陀螺启动漂移补偿模型中除考虑温度变化率的线性项外还应考虑温度变化率高次项的影响和温度影响。通过试验为某干涉型闭环光纤陀螺建立了启动温度漂移补偿模型。在室温下对该陀螺启动漂移的补偿结果表明该方法能有效减小陀螺的启动漂移,缩短陀螺的启动时间。     

电筒盖塑料模具设计

模具是大批量生产同样形状产品的工具,是工业生产不可缺少得装备,采用模具生产零部件,具有生产效率高,成本低,节约能源和原材料等一系列优点,现代模具制造技术渐渐趋向精度化。     

一种光纤智能结构的载荷及损伤监测

提出一种新型的光纤智能结构监控系统,主要由光源组、光学系统、光电传感器、监控主机组成.分析了系统的工作原理,研究了基于此种新型光纤智能结构承载与损伤位置判别的方法,并进行了相应实验,得出相应的实验数据,并作出光纤网络输出光强与加载量的变化曲线图.经实验分析与讨论,实验数据与理论分析能较好地符合,结果表明这种新型光纤智能结构监控系统对结构的承载及损伤位置的判别方法具有快速、准确和可靠的优点,为特殊光纤智能结构的进一步应用提供了新途径.     

双光束激光散斑照相术研究

针对常用的激光散斑照相方法在实测中出现较大实验误差影响实用的问题,提出改进方案--双光束散斑照相方法.文中给出了双光束散斑照相方法的理论分析及实测结果,表明改进后的实验方法大大消除了普通散斑照相方法的实验误差,新的实验方法更具实用意义.     

一种基于光纤的智能结构承载位置监测与分析研究

本文研究了一种基于光纤网络的结构承载位置判别的方法,分析了检测系统的工作原理,进行了光纤智能结构承载位置判别实验,作出光纤网络输出光强与加载量的变化曲线图并进行了分析讨论,实验数据与理论分析能较好地符合,结果表明这种承载位置的判别方法具有快速、准确和可靠的优点,为光纤智能结构的进一步应用提供了新途径.     

激光散斑干涉条纹的CCD分析技术研究

本文提出了一种基于CCD技术测量激光散斑干涉条纹的有效方法.采用激光双曝光散斑干涉法记录复合材料试件形变的信息,利用CCD及自编的图像处理软硬件来测量干涉条纹间距,从而得出复合材料的微小形变量.与传统的测量方法相比,精度有了很大的提高.实验结果表明,本文提出的对于复合材料形变的测量方法是快速而有效的.