基于尾梁振动信号采集的煤矸识别智能放煤方法研究

通过在放顶煤液压支架尾梁上安装振动传感器对煤矸冲击产生的信号进行识别。基于液压支架尾梁冲击振动信号的数学建模,给出了振动传感器型号,采用比对试验方法确定对其最佳安装位置。根据现场试验验证了该方法对煤矸差异的可辨识性和可控性。煤矸识别智能放煤方法结合了综放工作面液压支架电液控制系统在经济效益和安全作业两方面的突出优点。     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

特厚坚硬煤层超大采高综放首采工作面智能化技术

基于榆神矿区浅埋深、煤层特厚坚硬的赋存条件,针对超大采高综放开采首采工作面智能化开采所面临的难题,提出相应的解决对策,提高工作面自动化、智能化程度,减少工作面人员数量和劳动强度。讨论了超大采高综放工作面液压支架结构形式对智能化开采、支架-围岩"小结构"支护系统稳定性和顶煤冒放性的影响,认为两柱掩护式液压支架、整体式二级护帮板结构更适合超大采高综放工作面。针对顶煤冒放成拱问题,分析顶煤成拱形态和破拱措施,提出尾梁"小拱小摆、大拱大摆"的智能化摆动策略,提高顶煤冒放性和放煤效率。针对现阶段超大采高综放开采首采工作面顶煤冒放运移规律掌握不足、煤矸识别技术尚不成熟的情况,阐释了煤岩分界模糊段概念,将待放出顶煤分为纯煤段和煤矸分界模糊段,并提出纯煤段采用无需人工干预的智能化记忆放煤,煤矸分界模糊段采用人工干预反馈式放煤,在减少人员劳动量的同时保证顶煤采出率和降低含矸率。建立在线灰分检测智能评价和人工现场及时评价相结合的放煤效果综合评价系统,通过放煤键盘和反馈评价器及时、精准地控制放煤过程并给予反馈评价。针对采放不协调问题,提出和分析分区段成组放煤措施,提升放煤效率,促进采放协调。超大采高综放首采工作面智能化技术研究可为相似条件综放工作面提供参考和借鉴。     

高瓦斯综放工作面智能放煤关键技术研究与应用

目前高瓦斯综放工作面的智能化放煤面临着许多难题，主要包括煤矸识别精度较差、煤流与瓦斯浓度的控制不够全面、跟机工艺设计研发繁琐、控制系统响应较慢。为解决这些问题，研发了基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统，包括5G网络、云端服务器、边缘处理器、终端执行设备等，系统具有较高的数据传输速度、控制响应速度和数据处理能力，在对综放开采放煤工艺参数和智能放煤工艺流程分析的基础上，详细阐述了煤矸识别技术、大块煤识别与煤流负荷平衡技术、瓦斯安全联动控制技术、跟机放煤数字孪生技术四大智能放煤关键技术。在保德煤矿81309综放工作面进行应用试验，采用智能综放技术后，顶煤采出率由86%上升到93%，煤炭含矸率由21%下降到15%，总的生产效率提高了10%，放煤作业人员由原来的3～4人减少为1～2人。开发的基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统及其关键技术也可以推广到其他综放工作面，对煤矿减人增效和安全高效开采具有重要价值。     

大采高综放开采顶煤放出的煤矸流场特征研究

采用理论和散体模型实验分析了大采高综放开采放煤口参数、采放比、放煤工序和放煤步距对煤矸流场的影响.大采高综放开采煤矸流场特征主要表现为:1)支架移架使顶煤放落后顶煤层位线和煤矸分界线的斜率变陡,明显比普通采高条件下的斜率大;2)放煤过程中煤矸的流动速度变快,在相同放煤步距条件下,在采高水平上煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小;3)受采放比、掩护梁角度和放煤口尺寸影响而易于混矸.合理放煤步距移架后放煤前的煤矸分界线应略偏后于尾梁下部边界.基于以上研究结果.确定了大采高低位综放开采给定采放比、放煤口尺寸和煤矸块度条件下最佳放煤工艺参数.     

平朔矿区综放开采顶煤放出规律试验研究

文章对平朔矿区综放开采的顶煤放出规律进行了研究,针对平朔4#煤、9#煤进行了顶煤放出的相似性模拟试验,得出了不同采放比、使用不同开采方式下顶煤放出含矸率及顶煤放出率的相对关系。通过实验数据分析,得出了平朔矿区综放开采的合理放煤工艺为一采一放。在现场实际放煤过程中,可将煤流中的矸石比例达到1/5作为终止放煤的依据。     

基于YADE的综放工作面进刀放煤三维仿真北大核心

以Linux环境下离散元开发环境YADE为基础,开发了综放工作面连续进刀放煤三维仿真系统;系统以煤矿真实地质环境设置放煤参数,有效模拟了放煤过程中尾梁摆动、液压支架推移动作,以及尾梁顶部的煤矸混合动态变化过程;在此基础上,开展了单轮放煤、双轮放煤等不同工艺的进刀放煤对比试验。结果表明:进刀放煤三维模型能够真实地模拟顶煤放出过程,为从三维角度研究综放开采顶煤放出规律提供了新的方法;在综放工作面连续进刀放煤条件下,双轮分段间隔放煤效果最好,其平均顶煤采出率为86.64%、含矸率为4.06%。     

近距离煤层合并综放开采放煤工艺优化研究

为了提高近距离煤层合并综放工作面顶煤采出率、降低含矸率,以袁店一井煤矿822综放工作面为背景,采用PFC~(2D)数值模拟软件对3种不同放煤步距和5种不同放煤方式的顶煤采出率和含矸率进行了对比分析。研究结果表明,当822工作面夹矸厚度2 m、顶煤厚度3 m时,合理放煤步距为两采一放(1.2 m),合理放煤方式为单轮间隔放煤;工作面无论采用何种放煤工艺,都必须要将顶煤下方的夹矸放出后,才能放出顶煤,顶煤含矸率最低理论值为54.35%。     

特厚煤层综放开采放煤工艺优化研究

针对提高特厚煤层综放工作面顶煤回收率、降低含矸率这一具体问题,以斜沟煤矿23103综放工作面为背景,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,对其合理放煤步距和放煤方式进行了优化研究。模拟结果表明:23103工作面采用两采一放(放煤步距1.2m)顶煤回收率比采用一采一放(放煤步距0.6m)与三采一放(放煤步距1.8m)分别提高1.9%与6.2%,一采一放容易混矸,三采一放容易丢煤;采用单轮间隔放煤,顶煤回收率为75.2%,放煤含矸率为12.6%;采用双轮顺序放煤和双轮间隔放煤,顶煤回收率分别为80.6%和79.4%,放煤含矸率分别为9.1%和9.6%。现场实测结果表明:23103工作面采用两采一放双轮顺序放煤有利于减小含矸率,提高顶煤回收率,验证了数值模拟结果的正确性。     

多夹矸近水平煤层综放开采顶煤三维放出规律

基于散体介质流理论的学术思想,采用三维散体相似模拟试验和数值模拟分析相结合的方法,对多夹矸近水平煤层综放开采煤矸放出体空间形态及顶煤采出率的三维分布特征进行了研究探讨。研究表明,多夹矸近水平综放工作面放煤量从上端头到下端头逐渐增加,含矸率相应降低,工作面下端头的放煤效率较高;顶煤采出率沿煤层走向分区呈动态演化过程,且沿煤层倾向具有周期性分布的特点;煤矸放出体体积随放煤高度增大呈幂函数关系增大;顶煤采出率和含矸率随放煤时间呈阶段性变化特征;采用间隔放煤有利于提高多夹矸煤层的顶煤采出率。     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

含夹矸厚顶煤冒放性机理及控制技术研究

为探究含坚硬夹矸层厚顶煤综放面的冒放性,文章以孟家窑煤业11508综放面为工程背景,研究了含夹矸顶煤冒放的应力与变性发育特征,设计了深孔预裂爆破坚硬夹矸层的技术方案。结果表明,夹矸层主要阻碍了顶煤竖向裂隙的发育和隔断了塑性区的整体延展,造成顶煤破碎系数减小,在采取爆破工艺巷进行深孔预裂爆破后,11508综放面顶煤大块度范围减小了24%,资源放出率增加了11.1%,单循环多回收煤量达300t,取得了可观的经济效益。研究结果为相似条件下增加综放工作面顶煤冒放性提供了借鉴。     

综放开采顶煤放出规律三维数值模拟

综放开采中支架上方顶煤在矿山压力作用下破碎成散体,其力学特性与均质岩体相比有较大差异。基于离散元的三维颗粒流程序（PFC3D）能真实地反映顶煤放出过程,建立了综放开采顶煤放出的三维数值模拟模型,进行了不同采放比、放煤步距和放出体形态等的模拟。初始放煤过程中,顶煤颗粒会形成稳定的速度场及二次松散区域;顶煤放出体呈现出支架限定的类偏转椭球体,放出体轴偏角随放煤时间增大呈指数关系减小,放出体高度随放煤时间增大呈幂函数关系增大;顶煤放出体切割煤矸分界面所形成的漏斗面是一个中心轴朝采空区偏移的三维漏斗曲面;不同采放比与放煤步距下,顶煤采出率随工作面的推进呈现出典型的渐进稳定效应。     

庞庞塔特厚煤层区段煤柱宽度及稳定性研究

本文以庞庞塔9-301综放工作面合理的区段煤柱宽度留设为背景,通过理论计算和Flac3D软件建立模型研究9-301工作面回采时不同区段煤柱宽度下煤柱的应力分布及塑形区情况,确定9-301综放工作的区段煤柱宽度为15m。现场9-301工作面的下顺槽内布置的钻孔应力计测点数据显示,在留设15m宽煤柱的情况下,9-301综放工作面回采过程中巷道变形在可允许范围内,能够保证该综放面的安全回采。     

Technological optimization of fully mechanized caving mining face with large mining heights

Fully mechanized cave mining with large mining height is a new mining method, due to its large mining thickness and lower roadway excavation, the technology has been widely used in China’s thick seam mining. In order to improve the top-coal recovery ratio of fully mechanized cave mining with large mining height, a study was conducted on optimizing the caving process, based on the mechanized caving face 1302N in Longgu Coal Mine. This was achieved by improving the PFC numerical calculation methods, and establishing a more accurate model system. On this basis, the recovery ratio of the top coal in different drawing intervals and technologies was investigated in order to achieve a reasonable caving process. The top-coal tracking system was used for practical surveying of the recovery ratio of top coal.     

基于PFC2D对煤柱工作面综放工艺优化分析

以王庄煤矿43M1煤柱工作面为例,通过采用PFC2D颗粒元程序对煤柱工作面开采时顶煤放出率进行模拟分析,进而优化综放工艺参数.得出双轮顺序顶煤放出率为84.6%;单轮顺序顶煤放出率为82.8%;单轮间隔顶煤放出率为79.5%,故选用双轮顺序放顶煤.放煤步距为0.8 m时,顶煤放出率85.22%;放煤步距为1.6 m时,顶煤放出率81.31%;放煤步距为2.4 m时,顶煤放出率74.47%,故选用一刀一放的放煤方式.经井下现场数据记录分析后,综放工作面的开采工艺采用单向割煤端部斜切进刀的方式将更利于生产.     

硬煤超大采高智能化综放开采关键技术装备研究

为实现8~12m硬质特厚煤层安全高效开采,针对硬煤冒放性差的特点,采用小采放比开采模式,增加割煤高度,利用围岩扰动改善顶煤冒放性能,实施超大采高综放开采,研究了硬煤超大采高综放开采成套装备,得出了工作面总体设备配套参数,优化了工作面大梯度过渡技术及端头区多设备联合支护方案。针对顶煤冒落块度大问题,研究了大运量煤流运输系统,配套采用后部刮板输送机交叉侧卸技术,配置了煤流四级破碎体系,工作面采用高可靠性智能控制采煤机,创新研发了强扰动高效放煤机构及"记忆+远程干预"放煤系统,创建了具有主动感知、自动分析、系统协同性能的安全高效的智能综放工作面,为实现年产1.5Mt特厚煤层综放开采奠定了基础。     

顶煤放落过程煤矸声信号特征提取与分类方法

针对综放工作面煤矸智能识别问题,设计了能感应尾梁动作并自动触发数据采集的放煤声信号采集装置,在山东能源古城煤矿3106综放工作面采集现场数据并进行人工标注,构建了放顶煤声信号分类样本库。研究了6种常用机器学习分类方法在时域、频域和时频域中的特征,以及在不同帧长、不同特征向量维度下的分类效果。结果表明:在不同帧长下,基于时频域特征的分类效果最稳定、准确率最高,随机森林、K近邻、决策树、多层感知器模型分类准确率均达到80 % 以上,其中基于小波包分解与随机森林算法的分类器性能最好,分类准确率为93.06 %。维度较高的时频域特征向量之间存在相关性,降维可以提取少量的综合特征并降低系统的运算量,利用主成分分析法将时频域特征向量降维至20后,分类准确率进一步提高至94.51 %。     

含硬煤分层厚煤层放煤工艺参数优化研究

 摘要：针对秦源煤矿含硬煤分层综放面放出煤块大,单架放煤时间长,放出率低的问题。通过PFC2D数值模拟和现场工业试验相结合的方法,分析了不同放煤步距和放煤方式对煤矸流动形态及顶煤损失特征的影响。得出采用两刀一放单轮间隔放煤的放煤方式,能加强对顶煤的扰动改善含硬煤分层顶煤的冒放性,同时有效控制含矸率,提高顶煤回收率。