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煤炭科学研究总院检测研究分院简介

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煤炭科学技术 2007年第11期35卷 12-13页

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基于多源传感的管道空间全位置焊枪位姿检测与控制

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清华大学学报(自然科学版) 2025年第5期65卷 882-890页

作者：朱传辉王子豪朱志明张天一郭吉昌清华大学机械工程系煤炭科学研究总院开采研究分院

焊接过程智能化是提高长输油气管道现场铺设过程中管口对接外焊效率和接头合格率的有效途径。该文提出了基于多源传感的管道空间全位置焊枪位姿检测与控制算法。基于设计的组合激光结构光视觉传感与双轴倾角传感的多源传感器，提出了应... 详细信息

焊接过程智能化是提高长输油气管道现场铺设过程中管口对接外焊效率和接头合格率的有效途径。该文提出了基于多源传感的管道空间全位置焊枪位姿检测与控制算法。基于设计的组合激光结构光视觉传感与双轴倾角传感的多源传感器，提出了应用于管道空间全位置焊接的焊枪位姿检测和控制算法，实现了管道不同空间姿态下管段环形对接口任意位置处的焊接坡口尺寸、焊枪相对位姿及局部工件表面空间姿态的集成检测，构建了基于多源传感的五自由度管道智能化焊接系统，完成了焊枪位姿的智能化调控。试验结果表明，焊枪的姿态角反馈控制误差不超过0.8°,在管道全位置焊接过程中的焊枪横向位置跟踪偏差不超过0.25mm,高度跟踪偏差不超过0.63mm。该算法可以实现任意管道空间全位置焊接过程中焊枪位姿的准确调控，有效提高了管道外焊装备的智能化水平，并为焊接未知姿态曲面工件时焊枪的位姿调控提供了技术支撑。

关键词：多源传感焊枪位姿工件绝对姿态管道焊接智能化

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加锚煤样动态力学性能及变形破坏机制试验研究

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岩石力学与工程学报 2025年第4期44卷 912-925页

作者：李军臣吴拥政付玉凯何思锋孙卓越周鹏赫中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京1000832 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

锚固体动态力学性能决定了承载结构的稳定性,是进一步揭示冲击动载作用下锚固承载结构的变形破坏机制的科学基础。采用分离式霍普金森压杆技术(SHPB)研究冲击动载作用下无锚、端锚和全锚3种试件在不同预紧力下的动态力学性能和变形破坏... 详细信息

锚固体动态力学性能决定了承载结构的稳定性,是进一步揭示冲击动载作用下锚固承载结构的变形破坏机制的科学基础。采用分离式霍普金森压杆技术(SHPB)研究冲击动载作用下无锚、端锚和全锚3种试件在不同预紧力下的动态力学性能和变形破坏过程,得到加锚煤样动态应力–应变曲线、动态应变场演化特征、锚杆轴力特征,分析锚杆杆体、锚固剂和预紧力在加锚煤样冲击破坏过程中的相互影响规律,揭示加锚煤样动态变形破坏机制。研究结果表明:(1)冲击动载作用下加锚煤样应力–应变曲线呈现明显的弹–塑性,加锚煤样的动态强度和应变峰值均值随着预紧力增大而提高,其中端锚煤样动态强度比全锚煤样低3.7%~7.9%。(2)受锚杆与预紧力作用,煤样的裂纹发育及扩展速度变缓,裂纹萌生位置也向两侧转移。随预紧力增大与锚固长度增加,煤样破碎程度降低,其中对全锚煤样影响程度大于端锚煤样。(3)将煤样与锚杆之间的变形协调过程分为“超前响应”与“滞后响应”两个阶段,其中端锚煤样锚杆的应变响应超前于煤样,全锚煤样锚杆的应变响应滞后于煤样。(4)冲击载荷作用下试件锚固长度越长、预紧力越大,试件的支护刚度和敏感性越高,锚杆的轴力峰值越低。锚杆预紧力应以不破坏围岩强度及不超过杆体屈服载荷为上限,过高的预紧力将不利于加锚煤体整体的抗冲击性能。研究成果对于受冲击动载扰动巷道锚杆支护机制及围岩锚固承载结构劣化机制具有指导和借鉴意义。

关键词：采矿工程加锚煤样预紧力锚固方式动载冲击霍普金森压杆

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煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用

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煤炭学报 2025年第1期50卷 43-64页

作者：王国法张金虎任怀伟杜毅博张德生闫汝瑜于翔中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 天地科技股份有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013

总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、... 详细信息

总结了煤炭数智化技术在现阶段的发展状况,分析了煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及其应用所面临的新形势和新要求,针对不同煤层赋存条件面临的高强度开采围岩-设备状态全面感知、装备群一体化协同推进与联动控制等难题,将物联网、云计算、大数据分析和高精度惯导等先进信息技术与煤矿开采技术深度融合,实现了对采煤设备的状态监测和数据集成管理,通过精准感知、实时数据分析和智能控制,改善了煤矿开采过程中对设备的监测、管理和决策效率,提高了开采成套装备对不同煤层赋存条件的适应性。为解决中厚煤层超长工作面装备群一体化推进、协同控制等难题,通过地理信息动态感知与模型实时更新技术,实现了回采前方地质信息的同步映射,研发了适应超长工作面的大功率快速推进设备,构建了涵盖支-采-运各个环节的多区域同步推进工艺体系,形成了超长工作面支护装备群的联动机制,实现了装备群之间协同控制,显著提升中厚煤层开采效率和资源回收率。针对深部厚煤层复杂地质条件,研发了支架控制精细化、装备群组智能协同控制技术,实现了设备之间感知协调和自适应精准控制,提高了系统的可靠性和效率。针对8~10 m超大采高工作面超大开采空间煤壁防护、工作面围岩动载强烈、煤流载荷变化大等难题,提出了液压支架与围岩耦合自适应控制技术,增强了设备对超大采高工作面环境的适应性,研发了护帮板监测系统、采煤机稳定性自适应截割技术以及煤流负荷平衡和链条动态张紧控制等关键技术,使得设备能够在煤层厚度变化较大和强矿压条件下实现高效开采。针对煤矿高效开采数智化成套装备在海外的推广过程中,煤矿条件、安全要求、技术标准存在差异等难题,通过对技术装备的定制化调整,研发了集成监控和大数据分析系统,提高了对异常情况的响应能力,实现了工作面内设备群的自主感知、高可靠数据传输、智能分析决策、精准控制与执行。建立了适应不同工况的煤炭高效开采数智化成套装备技术体系,并在工程实践中取得了良好的效果,为煤矿智能化高质量发展提供支撑,为解决煤矿智能化建设的关键技术难题提供了解决方案。

关键词：煤矿智能化煤炭高效开采数智技术开采成套装备超长工作面超大采高

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橡胶垫层吸能缓冲构件对锚杆支护系统抗冲击性能的影响机理

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煤炭学报 2025年第3期50卷 1499-1510页

作者：卢志国高富强娄金福董双勇彭相愿白刚王晓卿杨磊付玉凯中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000

冲击危险巷道的防冲支护实践表明,锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件,采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸... 详细信息

冲击危险巷道的防冲支护实践表明,锚杆支护系统中安装吸能缓冲构件可显著改善其抗冲击性能。以橡胶垫层作为吸能缓冲构件,采用自主研制的冲击试验平台开展了吸能缓冲构件对多锚杆支护系统抗冲击性能影响机理的试验研究。通过对有、无吸能垫层两种工况下锚杆支护系统进行冲击加载试验,得到锚杆变形、载荷、吸能及围岩破碎特征等参量的响应特征,定量阐释了吸能缓冲构件对支护系统抗冲击性能的影响机制。研究表明:锚杆支护系统经历冲击作用时,锚杆载荷的动态响应早于变形,且安装吸能缓冲构件时锚杆载荷、变形及响应“时-速”均显著降低,表明吸能缓冲构件能够改善锚杆支护系统的抗冲击性能;吸能缓冲构件通过塑性变形消耗部分冲击能量,降低支护系统中主要构件的吸能需求,锚杆吸能速率降低是能量吸收量降低与响应时间延长双重作用的结果;吸能缓冲构件有利于均衡锚杆群受力,与各支护构件协同承载,进而提升支护系统的抗冲击性能,支护系统各冲击响应指标的标准差显著降低,其中锚杆吸能速率降低尤为明显,降幅达77.89%;安装吸能缓冲构件,围岩破坏程度,围岩裂隙迹线长度、分形维数及质量损失比等定量指标显著降低,吸能缓冲构件防冲作用表现在抑制裂隙扩展、张开及防止破裂后碎块分离弹射2个方面。研究成果可为冲击危险巷道锚杆支护系统的优化设计提供有益参考。

关键词：锚杆吸能缓冲构件动态响应特征冲击地压巷道支护

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厚硬顶板10 m超大采高工作面煤壁片帮特征及影响因素

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采矿与岩层控制工程学报 2025年第1期7卷 191-205页

作者：马镕山徐刚任建超张震刘前进蔺星宇煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719000

针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确... 详细信息

针对超大采高工作面易发生煤壁片帮的问题,以曹家滩煤矿122104超大采高工作面为背景,综合运用现场监测、数值模拟和理论分析等方法,研究了不同顶板压力条件下超大采高工作面煤壁塑性区、应力及位移分布特征,建立了煤壁片帮力学模型,确定了煤壁挠度最大点位置,揭示了顶板压力变化对煤壁稳定性作用机理。研究结果表明:煤壁破坏以拉裂为主,且多发生在中部或中上部区域,其形态通常呈现为半月状内凹或台阶状,煤壁平均片帮深度为0.41 m,最大片帮深度平均为1.53 m,片帮层位主要出现在底板上方4.4~8.0 m高度范围内,煤壁片帮程度与顶板压力成直接相关性,周期来压期间片帮加剧。初次来压后形成悬臂梁及组合悬臂梁结构,随着工作面的推进,顶板垮落和煤壁破坏加重,超前支承压力峰值及应力集中系数显著上升,工作面煤壁片帮与矿压显现成正相关关系。数值模拟结果显示,随着开采深度的增加,顶板压力增大,煤壁稳定性降低。不同埋深下的煤壁压力对煤壁挠度表现出非对称特性,煤壁挠度随埋深的增加而增大,煤壁最大挠度位置随埋深的增加而沿煤壁逐步上移,最大变形区域在0.59~0.94倍采高处。

关键词：超大采高工作面煤壁片帮顶板压力煤壁力学模型数值模拟

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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究

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采矿与岩层控制工程学报 2025年第1期7卷 63-81页

作者：姜鹏飞张炜陈志良王子越罗超郭吉昌刘畅孙洋煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 中煤科工(天津)岩层智控科技有限公司天津300450 天地科技股份有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 详细信息

岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。

关键词：巷道支护快速掘进钻锚一体化随钻测量单轴抗压强度

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平焰燃烧器煤氨火焰气固相组成实验研究

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中国电机工程学报 2025年第5期45卷 1818-1825,I0017页

作者：崔名双王圣烨牛芳王建朋刘鹏中国家能源煤炭高效利用与节能减排技术装备重点实验室(北京天地融创科技股份有限公司) 北京市朝阳区100011 煤炭科学研究总院北京市朝阳区100013

将氨作为燃料部分或全部替代化石燃料是二氧化碳减排的有效途径之一。该文基于平焰燃烧器,利用热重分析仪、单反相机等检测仪器研究掺氨比对煤氨火焰中飞灰特性与气相组分的影响。结果表明:煤氨射流中,掺氨增强了对流传热作用及对煤粉... 详细信息

将氨作为燃料部分或全部替代化石燃料是二氧化碳减排的有效途径之一。该文基于平焰燃烧器,利用热重分析仪、单反相机等检测仪器研究掺氨比对煤氨火焰中飞灰特性与气相组分的影响。结果表明:煤氨射流中,掺氨增强了对流传热作用及对煤粉的预热效果,使火焰温度与掺氨比正相关;掺氨改变了煤氨混燃中焦炭破碎应力的大小及均匀性,随着掺氨比增加(掺氨比大于20%),飞灰颗粒呈狭长状且破碎程度增加,小粒径颗粒数量增加,飞灰残炭率降低。同时,由于小粒径颗粒更高的燃烧反应速率,在热重反应第二阶段,失重速率峰从单峰转变为双峰、峰值增加,峰值所对应的温度向低温移动;随着掺氨比增加,煤氨火焰中O_(2)、CO、CO_(2)浓度均降低,而NO_(x)浓度大幅增加,且其生成量受焦炭/CO/氨自由基所形成的还原体系的影响。结果可知,掺氨加剧了焦炭的破碎,降低煤氨混燃中NOx的排放仍是未来的研究重点。

关键词：煤氨火焰灰分特性气相组分焦炭破碎

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矿井外因火灾监测预警与智能防控技术

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矿业安全与环保 2025年第2期52卷 1-8页

作者：梁运涛王伟煤炭科学研究总院有限公司北京100013 山东科技大学山东青岛266590

矿井外因火灾防治存在监测手段单一、预警准确率低、应急辅助决策缺失、无法实现火灾就地处置的难题,智能化水平亟待提高。为探究外因火灾精准预警与智能联动控制一体化解决方案,从信息感知、数据集成、智能预警、辅助决策和联动控制5... 详细信息

矿井外因火灾防治存在监测手段单一、预警准确率低、应急辅助决策缺失、无法实现火灾就地处置的难题,智能化水平亟待提高。为探究外因火灾精准预警与智能联动控制一体化解决方案,从信息感知、数据集成、智能预警、辅助决策和联动控制5个方面综述了矿井外因火灾监测预警与智能防控研究进展,具体包括:在信息感知方面,采用先进监测手段、开发高精度检测装备和优选外因火灾精准预警指标,实现火灾信息全程动态感知;在数据集成方面,建议统一数据采集、传输、存储和访问接口标准,规范各类数据的接入;在智能预警方面,提出智能预警关键参数识别方法和预警策略;在辅助决策方面,提出包含时空信息处理、时空图谱构建、时空分析与智能决策的一站式解决方案;在联动控制方面,建立包含广播系统、安全逃生系统、通风控制系统和灭火系统的智能联动控制系统。

关键词：外因火灾信息感知数据集成智能预警辅助决策联动控制

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高水材料在邻位注浆充填中的研究与应用

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煤炭工程 2025年第1期57卷 71-76页

作者：赵文华刘鹏亮于健浩中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和... 详细信息

为解决钻场硐室破坏窄煤柱完整性、充填开采成本高、施工工艺复杂、充填体强度达不到现场要求等问题,研究了高水材料浆液的高流动性和早强速凝特性,并通过实验室物理力学性质测定试验,获取了高水材料的各养护龄期下抗压强度、流动度和凝结时间等宏观工作性能,结果表明:选取高水材料水固比为2∶1,其配比在28 d时充填体强度可达6.3 MPa,料浆扩展度为461.5 mm,凝结时间接近10 min。并以三元福达矿15202工作面钻场硐室充填为研究背景,分别从注浆材料的选取、注浆工艺、现场应用三个方面对垮落区邻位注浆可行性进行了研究,最终采用高水材料对15202工作面钻场硐室垮落区进行邻位注浆,现场应用证明,高水材料邻位注浆工艺可为采空区注浆加固设计思路和施工提供有效依据,保证窄煤柱的稳定性和安全性。

关键词：高水材料钻场硐室水固比邻位注浆窄煤柱

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