煤矿膏体充填材料电阻率的测定试验研究

针对膏体性能,现阶段的大量实验室研究手段侧重于各组成化学成分以及各项力学性质。从测定膏体材料电阻率入手,开发了1套实时监测材料性能的新思路。电阻率的测定类似于侵蚀剂通过孔隙网络进入膏体内部,很好地模拟了膏体侵蚀剂浸透过程,从而探究膏体的初始性能。通过选取4类不同成分的水泥,共浇注了48个样品,证明了水泥类型和水灰比对膏体电阻率的影响;并应用单项方差分析以及Turkey’s测试验证了膏体电阻率随时间的变化趋势,并提出电阻率随时间演变的最佳拟合多项式,以便于估算膏体的长期电阻率。     

基于XBee3的矿用本安型低功耗数据采集系统

针对目前煤矿井下数据采集系统布线繁琐、能耗较大、整体可靠性不高等问题,设计了一种应用于煤矿井下的本安型低功耗数据采集系统;系统主要由协调器和终端设备组成,并基于XBee3模块组建了簇状拓扑结构的无线传感器网络,其中终端设备采用XBee3模块作为主控单元,可对煤矿井下各类传感器数据进行采集和传输,协调器可以完成对数据的实时分析、存储、上传和显示等功能。试验结果表明:系统能够准确采集煤矿井下布置的传感器数据,具有传输距离远、功耗低、时延短等特点。     

基于比较法消除巷道影响的三维电法超前探测技术

为消除巷道对井下三维电法超前探测技术的影响,选用ANSYS有限元软件模拟井下三维电法超前探测的实际工作,以控制变量法为准则,建立4个模型进行对比,对模型进行网格划分、加载与求解;从等位面电位变化的角度进行分析,得到视电阻率受巷道影响出现先减小后增大的假异常现象,而后运用比较法得出的消除巷道影响的干扰公式进行校正,校正后符合无巷道干扰时的结果;最终将工程应用中的数据用此方法进行校正,进行基于不等式约束与圆滑约束双重约束最小二乘反演,通过立体可视化处理,得到煤矿顶底板地层电阻率三维数据体,结合工区资料,圈定顶板砂岩及底板三灰富水异常区,提高了矿井三维电法超前探测技术的精确度。     

2008—2019年我国煤矿水害事故统计及演变趋势分析

为深入探究我国煤矿水害事故发生规律及特点,揭示事故演变趋势,更新事故统计和分析情况,确保相关研究的时效性,对国家煤矿安全监察局、中国煤矿安全网、各省(自治区、直辖市)煤监局等网站公布的关于2008—2019年间我国发生的煤矿水害事故信息进行汇总,利用数理统计的方法从空间、时间、突水水源、矿井类型4个维度进行研究。经分析可知:山西、贵州、黑龙江3省份为水害事故集群性发生区域;每年3—8月为水害事故多发时段,每日3:00-5:00、9:00-11:00、16:00-18:00、22:00-24:00等时段发生事故比较集中;老空(窑)水为水害事故的主要突水水源;将统计年限内的事故起数和死亡人数变化趋势划分为峰前递增阶段、峰后前期递减阶段和峰后后期平缓下降阶段。     

基于数字图像处理的输送带跑偏状态实时监测技术

跑偏是带式输送机常见的运行故障之一,在实际生产中大多通过跑偏传感器和纠偏装置对其进行监测和纠正。随着煤矿智能化建设的进一步深入,对带式输送机的智能化水平也提出了更高的要求。提出了一种基于数字图像处理的带式输送机运行状态监测技术,通过Hough变换对输送带边缘直线特征进行提取和处理,进而实现对跑偏状态的判断以及可视化在线监测。该技术充分利用了机器视觉的非接触无阻无损测量、精度高等特点,为带式输送机运行状态的智能化监测提供了技术方案。     

基于机器视觉的煤矸石检测研究

针对传统煤矸石分拣机器人对输送带上不同位置煤矸石感知能力不足的问题,提出使用单激发多盒探测器(SSD)机器视觉算法对煤矸石进行检测的方法,提高分拣机器人的感知与分拣性能。实验结果表明,基于SSD的煤矸石检测算法实时性优于Faster-RCNN检测算法,且具有更高的准确性,进一步促进了煤矸石分拣机器人的智能化。     

矿用对旋风机动动干涉效应对叶片负荷的影响

为了研究矿用对旋风机级间的非定常动动干涉效应及其对两级叶轮叶片气动负荷的影响,对设计工况下对旋风机内部的非定常流动进行了数值模拟。研究表明:两级叶轮之间的动动干涉效应增强了其内部流动的非定常性,且由于对旋风机的两级叶轮具有不同的叶片数,旋转时会引起叶轮之间干涉强度沿周向的差异,从而导致在两级叶轮的周向出现周期性压力分布不均的现象。     

深部煤巷帮部失稳诱冲机理及“卸-固”协同控制研究

采用室内试验、理论分析、数值模拟和工程实践相结合的综合研究方法,研究了"煤体"自身能量释放型和"煤体+顶底板"共同能量释放型两类煤巷帮部失稳诱冲机理,分析了深部煤巷帮部不同破坏类型的能量释放特征,揭示了深部煤巷帮部"卸-固"协同控制机理,研发了深部煤巷帮部失稳"卸-固"协同控制技术。结果表明:①顶底板及煤体内积聚弹性变形能共同释放是导致深部煤巷帮部发生冲击破坏的基本力学机制;②深部煤巷帮部按破坏程度由弱到强依次为产生宏观裂缝、轻微帮鼓片帮、严重片帮和帮部整体抛出共4类破坏形态;③产生宏观裂缝和轻微帮鼓片帮破坏驱动能量主要来自煤体本身,而严重片帮和帮部整体抛出破坏驱动能量来自煤体和顶底板共同作用;④深部煤巷帮部冲击地压防控应从"卸"和"固"两方面入手,包括巷帮浅部破裂区煤体加固和巷帮深部完整区煤体及顶底板卸压,实现煤巷帮部冲击地压"卸-固"协同控制。如何提升巷道锚固支护系统与围岩结构耦合吸能水平,构建冲击地压灾害"卸-固"协同控制理论与技术体系,是深部开采冲击地压防治工程中需重点研究内容之一。     

西部鄂尔多斯矿区强矿压显现及顶板运动规律

矿山压力显现研究对于围岩控制与动力灾害防治必不可少。为研究西部鄂尔多斯矿区矿压显现及顶板运动规律,基于红庆梁矿现场调研,分析了强矿压显现演化规律及其原因,建立了“软岩基本顶+砾岩关键层” 的覆岩结构及相应的计算模型。基于采空区矸石压缩变形理论,确定了下部垮落岩体对砾岩层的支承荷载参数并推导了砾岩层破断步距表达式。研究结果表明：受上覆硬厚砾岩层运动影响,300~340 m 推采范围为工作面强矿压显现区域,支架大面积泄液与煤壁大面积片帮为强矿压主要显现形式,最大片帮深度达 1.5 m。采空区垮落岩体对砾岩层有一定的支承作用,影响砾岩层的弯曲下沉及其破断步距,在此条件下的砾岩层运动过程可分为 3 个阶段,分别为未触矸阶段、持续弯曲下沉阶段、砾岩层破断阶段。模型计算的砾岩层破断步距为 306.9 m,现场验证为 320 m。上述研究可为相似地质条件下的超前支护设计和矿压显现控制提供参考。