基于声波信号小波包变换的煤矸界面识别研究

为探索放顶煤开采过程中煤矸放落程度的判定方法,采用小波包理论分析顶煤放落过程中的声波信号。放顶煤开采中随着矸石含量的增加,产生的声波信号也会有所不同,以此为出发点提出了基于声波频谱小波包变换的煤矸界面识别分析方法。通过声波信号频谱的差异,可以确定煤矸放落的临界区域,从而为煤矸识别提供参考依据。     

低位综放开采顶煤放出率与含矸率的关系

进行了考虑煤矸破碎块度沿厚度方向变化的散体模型放煤工艺试验研究,分析了低位综放开采的煤矸流动形态特征及过量放煤对煤矸分界线形态的影响,研究了混矸程度与顶煤放出率的关系,提出了顶煤拐点放出率的概念;研究了放煤过程中煤矸流中矸石比例的变化规律,分析了过量放煤对后续放煤的影响.在放煤过程中可以将放煤口煤矸流中矸石的比例为1/3作为终止放煤的依据,对应的顶煤放出率可达94％,含矸率为10％左右,增加一定的含矸率可大幅度提高顶煤放出率.放煤口煤矸流中矸石的比例最大不能超过1/2,否则,增加含矸率对提高顶煤整体放出率的作用降低,且不利于后续放煤.     

对放顶煤开采时顶煤回收率及含矸率的分析

通过相似模拟实验及理论分析,较详细地论述了影响顶煤回收率及合矸率的因素、放顶煤过程中矸石混入来源;给出了各部分放出矸石量、回收率与含矸率的理论计算式,以及判别放出矸石来源的判别式;提出应以顶煤实际回收率及含矸率来评价顶煤放出效果.各矿应根据具体条件确定其经济合理的顶煤回收率及合矸率指标,以获得最佳经济效益.     

顶煤与矸石块度对顶煤放出的影响机制

研究表明不同的移架步距对顶煤的顺利放出有着不同的影响。在工作面推进过程中煤矸的运移速度加快,一定移架步距条件下,支架后上方煤矸分界线与支架顶梁末端的距离缩小。从散体运动角度的观点出发,拱的存在使得支架尾梁上方散体顶煤和采空区侧矸石的整体流动速度相对减弱,因此这将不利于顶煤与矸石的放出。块度较大的矸石在整个顶煤与矸石的整体运移则处于劣势甚至大块度的直接顶矸石相互之间容易挤压,形成不易移动的结构,这样将有利于顶煤的放出且降低了混矸率。     

综放开采顶煤破断冒放的块度理论及应用

以顶煤破断块度为特征量,建立了顶煤破断冒放的块度理论框架,分析了不同顶煤块度以及顶煤块度和矸石块度相对差异时的煤矸流动场特征,分析了顶煤放落流动过程中的成拱形态、成拱机率、影响因素、成拱条件和煤矸块度差异对混矸程度的影响,提出了用顶煤可放出系数和极限顶煤块度描述顶煤的可放出性,为坚硬难冒放煤层的弱化设计提供了依据．以该理论为指导,现场应用取得了良好的技术经济效果．     

不稳定厚煤层放顶煤开采煤矸流场规律的数值模拟研究

放顶煤开采过程中,由于顶煤厚度的变化,使得煤矸流场规律发生变化,影响了顶煤的放落回收。基于鹤壁十矿在煤层厚度变化较大条件下放顶煤开采的实际,应用PFC2D计算程序,模拟分析了顶煤厚度变化,即采放比不同对煤矸流场特征和顶煤放出规律的影响。结果表明:顶煤损失是随放煤循环逐渐积累的过程,煤矸流动的速度场和接触力场以放煤口为中心呈半拱形状,距放煤口距离越小,接触力越小。     

厚煤层智能放煤工艺及精准控制关键技术研究

基于智能放煤工艺原理和智能放煤工艺流程分析，指出智能放煤工艺的关键是煤矸识别，并阐述了基于振动信号检测、音视频检测、灰分在线检测的智能放煤工艺原理。介绍了通过在支架前部安装UWB透地雷达测量顶煤厚度作为放煤量的基准，采用基于振动加速度传感器的煤矸识别方式进行煤矸识别，以9.5～10.5kHz范围作为矸石放落有效信号为终止放煤基准，通过在综放支架尾梁和插板油缸安装磁致伸缩行程传感器实现对放煤机构动作精准控制。在王家岭煤矿12309工作面综放开采的现场应用证明：采用该智能放煤工艺顶煤采出率达到91%，煤炭含矸率达到20%，与人工放煤“见矸关窗”方式相比分别提高3%、降低3%。总体采放效率提升约20%。     

特厚煤层综放煤-矸-岩放落流动的时序规律及识别方法

综放工作面放煤工艺中的煤矸智能识别是智能化综放开采的瓶颈,经过十几年的不断探索研究,基于煤层的沉积环境和岩性赋存特征,提出了煤岩层低水平自然γ射线辐射高精度实时探测方法和煤矸自动识别原理,为综放工作面放煤工序的煤矸智能识别控制奠定了基础。根据特厚煤层含多层夹矸的复杂结构特征,以提高煤矸识别的精准性为目的,分析了特厚煤层夹矸的赋存特点及自然辐射特性;开展了煤-矸（夹矸）-岩（直接顶岩石）放落流动的时序规律研究,得出顶煤中夹矸的层位、间距、层数等因素会影响放落流动时序,且呈现不同的时序状态,据此进行了放落流动时序分区;相应地不同时序区的混矸率会呈现不同的特征：当夹矸无时序放出时,混矸率在一固定的范围内波动,当煤-夹矸渐次放出时,混矸率呈现上升—稳定—连续台阶式上升的特征,直接顶矸石的混入,使得混矸率呈线性增加;基于煤-矸-岩放落流动的时序特征,得出了不同时序条件下自然射线的辐射变化特征,确定了自然射线辐射强度台阶式变化与夹矸赋存参数的影响关系,区分了放煤流中含有夹矸和直接顶矸石混入的辐射特征,确定了不同煤-矸-岩放落时序区的辐射强度范围,提出了以自然射线辐射强度作为煤-矸-岩自动识别的主要...     

含噪超完备独立分量分析在综放煤岩识别中的应用

根据放顶煤时产生的声波种类、数量和环境特点，将含噪的超完备独立分量分析（overcomplete ICA）方法应用于放顶煤过程中产生的煤岩混合声波信号的分离。仿真结果表明，在欠定盲源分离情况下，通过此方法可以较完整地辨认出各盲源信号。通过各盲源信号的有效分离，便可确定顶煤中煤和矸石的比例，实现煤岩界面的识别。     

振动条件下顶煤放出规律数值模拟研究

如何了解破碎煤、矸放落时的运移规律并加以控制以提高煤炭采出率是放顶煤开采技术亟待解决的问题之一.对此本文针对该问题进行了顶煤放出规律的离散元数值模拟研究.通过块裂顶煤放落过程模拟软件的编制开发和块裂顶煤放落过程的离散元数值模拟研究,获得了块裂顶煤在无振动和振动条件下顶煤的放落规律.研究结果表明,采用振动放顶煤技术,可有效地破坏块裂顶煤在重力放落过程(无振动条件下)中出现的拱式结构;同时采用振动放顶煤技术,可使块裂顶煤的放落过程由漏斗式下落转变为较稳定的逐层均匀放落,验证了利用该技术可达到提高顶煤采出率、降低含矸率的目的.     

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。     

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。     

综放开采工艺参数与顶煤回收率的试验研究

为了研究综放开采工艺参数与顶煤回收率的关系,以公务素煤矿1604综放工作面为背景,进行了顶煤回收率的相似模拟试验研究.研究结果表明:该综放工作面顶煤采放比在1:2.5左右、放煤高度在6 m左右、放煤工艺采用一采一放时,顶煤回收率最好.将该工艺参数应用于工作面后顶煤混矸率有所降低,顶煤回收率有了较大幅度的提高.     

特厚煤层煤矸互层复合顶煤体冒落特征研究

为了掌握特厚煤层综放开采煤矸互层复合顶煤体冒落特征,保证放煤工艺合理性和高顶煤回收率,以特厚煤层复合顶煤体综放开采为现场实际条件,采用实验室试验、数值模拟、现场观测等方法,分析了复合煤岩体变形破坏和强度特征,揭示了含矸顶煤体放出过程架间成拱、煤矸分界、放出规律,获得了煤矸块度体积与重量分布特征,结果表明：煤岩比例变化对煤岩整体破坏形态影响明显,复合煤岩体的破坏比单一介质块度小,单架顺序放煤量与放出率低值区和高值区之比约为1∶3,复合煤岩体放出块度体积与重量符合正态分布,煤矸块体长度小于40cm的占比为66%,但其重量占比小于15%,特厚煤层含矸顶煤体提高顶煤回收率的主要方向为提高长度为40～100cm块体的放出效率。     

含夹矸顶煤破碎机理及控制技术研究

为探究含夹矸顶煤冒放性机理及增大冒放程度措施,以天安煤矿20103综放面为研究对象,分析了顶煤上方顶板三种岩梁结构和夹矸形态影响,制定了深孔预裂爆破技术措施。工程实践表明,深孔预裂爆破能够有效降低顶煤冒放块度,提高资源回收率,产生可观的经济技术效益。     

同忻煤矿特厚煤层智能放煤关键技术研究与应用

通过分析矸石从采空区混入煤流、从掩护梁混入煤流和直接进入刮板输送机3种不同路径的特点,设计了高可靠性传感器;提出了区别于人工放煤的智能放煤工艺,在尾梁和插板千斤顶中安设行程传感器,实现了顶煤冒放的精准控制,提高了放煤控制系统的实用性和可靠性。     

综放工作面多放煤口协同放煤方法

针对当前综放工作面存在顶煤采出率低、混矸率高、放煤效率低等问题,提出综放工作面多放煤口协同放煤方法。根据给出的综放工作面多放煤口协同放煤方法的定义,以理论分析和数值模拟为手段,研究了多放煤口放煤条件下,起始放煤、中间放煤和末端放煤3个阶段的放煤方法和煤岩分界面特征,提出"多放煤口同时开启逆次关闭"的起始放煤方法。根据放煤口放煤的影响范围,以及顶煤冒落过程中的速度方程和顶煤颗粒移动方程,建立了多放煤口起始放煤方式的算法模型,理论上推导出起始放煤过程中放煤间隔时间差的计算方法,为起始放煤方法的应用提供了方法。通过分析综放工作面的特点,得出综放工作面顶板稳定性、瓦斯浓度、后部刮板输送机运输能力、粉尘浓度、工作面采放协调等是影响和限制放煤口数量的主要因素。以同忻煤矿8202综放工作面煤层条件为例,建立沿工作面方向的数值模拟模型,模拟并对比不同的单放煤口放煤方式和不同放煤口数量的多放煤口放煤的放煤规律、顶煤采出率和放煤效率,得出在多放煤口放煤条件下,放煤过程中的煤岩分界面相对平滑,顶煤采出率随同时打开的放煤口数量增加而增大。多放煤口放煤效率是单放煤口放煤效率的4～8倍,多放煤口放煤的顶煤采出率比单放煤口高5%左右。