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采矿与岩层控制工程学报 2024年第3期6卷 30-42页

作者：张玉军肖杰李嘉伟李友伟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 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性... 详细信息

为探究厚硬岩层采动结构对上覆岩层下沉破坏影响及新的低损开采方法,采用相似模拟、离散元数值模拟方法分析了厚硬基本顶采动破坏结构演化和堆积特征对覆岩下沉破坏的影响。相似模拟及数值模拟结果均表明,随采随垮的直接顶岩层和周期性破断的厚硬基本顶分别呈现小块度破坏杂乱堆积和大块度破断整齐堆积;受采动结构特征影响,直接顶岩层采动破坏产生的体积膨胀显著大于厚硬基本顶。根据模拟得到的采动岩层破坏堆积特征构建了厚硬基本顶条件下采动覆岩下沉计算模型。根据采动作用下随采随垮直接顶岩层采动破坏膨胀量显著大于周期性破断厚硬基本顶的规律,提出对厚硬基本顶进行采前大规模水力压裂并借助采动超前支承压力进一步破坏厚硬基本顶,降低厚硬基本顶采动破坏块度,使其随采随垮、杂乱堆积并充分充填采空区以控制上覆岩层下沉破坏,实现低损开采。采用数值模拟验证了压裂弱化厚硬岩层调控其采动结构,增大采动破坏岩层体积膨胀量,降低上覆岩层下沉的有效性。提出的厚硬岩层结构调控低损开采方法可为煤矿绿色高效开采提供一定的参考。

关键词：低损开采岩层控制水力压裂覆岩结构调控采动岩层膨胀

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预应力全长注浆锚索受力特征及工程应用

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煤炭科学技术 2022年第4期50卷 99-105页

作者：张占涛煤炭科学研究总院有限公司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

为研究预应力全长注浆锚索在围岩加固方面相对于端锚锚索的优势,基于中性点理论,分析锚索轴力、剪应力分布特征;建立全长注浆预应力锚索力学模型,推导巷道围岩任一点在弹性、弹塑性及塑性状态下表面位移解析解;研究预应力全长注浆锚索... 详细信息

为研究预应力全长注浆锚索在围岩加固方面相对于端锚锚索的优势,基于中性点理论,分析锚索轴力、剪应力分布特征;建立全长注浆预应力锚索力学模型,推导巷道围岩任一点在弹性、弹塑性及塑性状态下表面位移解析解;研究预应力全长注浆锚索对围岩径向及切向变形的控制作用;以晋城煤业集团有限公司某矿33042巷9号联络巷为工程背景,分析未受采动影响及采动影响下常规锚索及预应力全长注浆锚索支护效果。研究结果表明:靠近巷道表面围岩,围岩变形大于锚索,锚固体表面剪应力指向巷道自由面,在围岩深部,围岩变形小于锚索,锚固体剪应力指向围岩深处,两侧剪应力相反,锚固体轴向拉力沿锚索长度方向呈曲线变化,且在中性点处最大;在未受采动影响下,普通锚索与预应力全长注浆锚索支护巷道变形趋势相同,巷道开挖初期变形剧烈,之后趋于平缓,锚索受力均匀、工作状态平稳,预应力全长注浆锚索相比端锚锚索能够减少顶底板移近量50%;采动影响期间,预应力全长注浆锚索支护下,顶底板移近量和两帮移近量分别比端锚锚索减少21.1%和22.1%,锚索受力普遍增加,且变动不大,未出现锚索破断现象;预应力全长注浆锚索相较于端锚在围岩径向及切向变形控制方面具有明显优势且能够很好地解决复合顶板巷道受剪切作用导致锚索破断的问题。

关键词：预应力全长注浆锚索中性点受力特征围岩变形锚索支护

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锚杆预紧对破碎岩体锚固与承载特性的影响

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煤炭学报 2024年第S2期49卷 606-615页

作者：王晓卿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

碎石锚固试验是研究破碎岩体锚杆支护机理的基础试验方法。通常采用锚杆预紧形成的压缩带解释碎石锚固机理,试验证实低预紧甚至无预紧条件下碎石体仍能被成功锚固,这表明采用压缩带解释碎石锚固现象是不恰当的,至少是不充分的。为获得... 详细信息

碎石锚固试验是研究破碎岩体锚杆支护机理的基础试验方法。通常采用锚杆预紧形成的压缩带解释碎石锚固机理,试验证实低预紧甚至无预紧条件下碎石体仍能被成功锚固,这表明采用压缩带解释碎石锚固现象是不恰当的,至少是不充分的。为获得锚杆预紧对破碎岩体锚固与承载特性的影响机制,开发碎石锚固数值模拟方法以及预紧力施加方法,开展低预紧与高预紧碎石锚固实验室试验与数值模拟试验,分析锚固承载结构形成与失稳过程、锚杆受力演化规律,全面揭示碎石锚固机理以及锚固结构的承载失稳特征。研究结果表明:①所提出的碎石锚固数值模拟方法以及预紧力施加方法切实可行,能够模拟不同预紧条件的碎石锚固试验,克服实验室试验无法充分获取碎石接触力的弊端。②在低预紧和高预紧条件下,碎石体均能被锚杆成功锚固,但锚固机理不同。低预紧条件下,锚固碎石体内形成压力拱承载结构,压力拱承载全部碎石重量,锚杆主要发挥悬支作用,仅承担拱下碎石重量,受力较小;高预紧条件下,锚固碎石体内形成压缩带承载结构,锚杆主要发挥预紧作用,受力较大。③压力拱结构承载时,压力拱拱高不断降低,压力拱内部接触力先增大后降低,直至压力拱结构完全破坏,对应锚杆受力先增大后减小;压缩带结构承载时,压缩带结构首先被破坏,对应锚杆受力减小,随后转变为压力拱结构承载,锚杆受力随之增大再减小。④锚固碎石体承载力与碎石体内应力表现为显著的正相关协同关系,压缩带结构内应力远大于压力拱结构内应力,导致加载过程中高预紧条件碎石体内应力峰值远大于低预紧条件碎石体内应力峰值,因此,压缩带结构承载能力远大于压力拱结构承载能力。

关键词：碎石锚固锚杆预紧压力拱压缩带承载能力

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MEMS加速度计在采煤机摇臂上的倾角检测研究

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电子测量与仪器学报 2025年第3期39卷 256-265页

作者：陈子千庄德玉煤炭科学研究总院北京100020 天地上海采掘装备科技有限公司上海201401

为满足采煤机在井下开采工况的安全采高控制需求,解决传统摇臂倾角检测方法如油缸行程位移法和编码电位器旋转测距法,存在因摇臂铰接轴长期磨损导致精度和可靠性下降,且维修困难的问题。因此,提出了基于微机电系统(MEMS)加速度计的采煤... 详细信息

为满足采煤机在井下开采工况的安全采高控制需求,解决传统摇臂倾角检测方法如油缸行程位移法和编码电位器旋转测距法,存在因摇臂铰接轴长期磨损导致精度和可靠性下降,且维修困难的问题。因此,提出了基于微机电系统(MEMS)加速度计的采煤机摇臂倾角检测方法。首先,为抑制强振动工况下的高频高幅值振动噪声,提高倾角测量精度,采用临界阻尼法和组合积分法对加速度计三轴原始数据进行滤波处理,成功分离并提取出有效的重力加速度数据并得到角度;其次,通过搭建摇臂振动模拟实验台获取滤波处理后的数据,实现了振动环境下的动态倾角辨识,有效地提高了角度测量精度。实验结果表明,在5g振动环境下,两种滤波器设计具备较快的响应速度,能够迅速跟踪输入信号变化,经过组合积分滤波器后角度误差小于0.3°,经过临界阻尼滤波器后角度误差小于0.1°,测量精度能够满足实际摇臂采高需求,为实现摇臂倾角检测提供一种可行的方法。

关键词：采煤机摇臂 MEMS加速度计组合积分滤波临界阻尼滤波倾角检测

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基于ARM和FPGA的矿用多通道三维高密度电法仪开发与设计

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煤炭工程 2024年第11期56卷 211-218页

作者：孙学波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设计研究分院北京100013

针对当前集中式直流电法仪器在煤矿水文地质勘探中应用范围窄、自动化程度低等局限性,设计了一款基于ARM与FPGA的矿用多通道在线式高密度电法仪系统。该系统设计了六通道电法仪分站,使用高性能ARM处理器实现电法数据的传输和信号的控制... 详细信息

针对当前集中式直流电法仪器在煤矿水文地质勘探中应用范围窄、自动化程度低等局限性,设计了一款基于ARM与FPGA的矿用多通道在线式高密度电法仪系统。该系统设计了六通道电法仪分站,使用高性能ARM处理器实现电法数据的传输和信号的控制功能,采用24位AD和FPGA可编程逻辑芯片对现场电极信号进行高精度采样和参数配置,通过IGBT电路在电法仪分站设计了本质安全性高压驱动电路,电法仪从机主控电路采用低功耗微处理器STM32L431,使用微型继电器控制电极实现灵活配置与控制,最终实现多通道自动跑极操作。通过系统软件可以远程控制电法仪系统在煤炭矿井环境下进行参数设置、传感器数据采集、后期的数据反演等操作,实现了地质勘探与矿井探水的整个工程应用。系统实际测试结果表明该系统具有数据采样精确、抗干扰能力强、应用效率高、数据反演结果准确等特点,满足了在煤矿水文地质中应用直流电法勘探的需要。

关键词：水害电法仪工作电极 ARM FPGA 数据采集温纳跑极电阻率

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新疆淖毛湖煤中钠在CO_(2)气化过程的迁移行为

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化工进展 2022年第5期41卷 2348-2355页

作者：张凝凝丁华高燕白向飞张昀朋孙南翔煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 煤炭科学研究总院北京100013

针对新疆淖毛湖煤矿煤中Na含量高,在气化过程中可能会导致气化炉内壁腐蚀、沾污等问题,本文通过开展实验室气化实验和Factsage热力学模拟实验,研究了淖毛湖煤中钠在CO_(2)气化过程时的迁移行为。通过热重实验研究了淖毛湖煤的气化反应特... 详细信息

针对新疆淖毛湖煤矿煤中Na含量高,在气化过程中可能会导致气化炉内壁腐蚀、沾污等问题,本文通过开展实验室气化实验和Factsage热力学模拟实验,研究了淖毛湖煤中钠在CO_(2)气化过程时的迁移行为。通过热重实验研究了淖毛湖煤的气化反应特性;利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)、X射线衍射(XRD)及电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-OES)等手段,对淖毛湖煤在800~1100℃下CO_(2)气化条件下得到的残渣进行了分析表征,研究了不同温度下得到的残渣形貌以及残渣中Na的赋存形态、含量变化等;同时,结合化学热力学平衡计算方法,研究了CO_(2)气化过程中淖毛湖煤中Na在气相中的分布情况,分析了气化过程中Na的析出特性。结果表明,在一定的反应时间内,随着气化温度的逐渐升高,在温度为900~1100℃下淖毛湖煤中Na的析出量逐渐增加。在煤气中钠元素主要以NaCl(g)、NaOH(g)和Na(g)的形态存在,这部分形态的Na随着煤气排出而未富集于残渣中。800℃时残渣中主要成分为CaCO_(3),当气化温度高于900℃时,残渣开始熔融,且随温度的升高残渣中共熔物增加。当温度在800~1100℃时,淖毛湖煤中Na主要以硅铝酸盐的形式存在。

关键词：淖毛湖高钠煤煤气化迁移行为热力学模拟

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10 m超大采高工作面煤壁片帮“支-卸”协同防控原理

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煤炭学报 2025年第4期50卷 1965-1978页

作者：刘江斌黄志增刘前进张震韩存地蔺星宇马镕山赵振煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719001 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开采设计事业部北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提... 详细信息

煤壁片帮是制约10 m超大采高工作面安全生产的主要因素之一,针对10 m超大采高工作面片帮机制不清、围岩控制难度大的问题,实测统计分析超大采高工作面煤壁片帮特征,研究水平应力卸荷对脆性煤体超高煤壁破坏失稳的影响规律和作用机制,提出了超大采高工作面围岩“支-卸”协同防控原理。结果表明:10 m超大采高工作面煤壁片帮形态以“半月”状和“斜台”状为主,工作面周期来压强矿压显现加剧了煤壁的片帮;煤壁片帮是采动应力作用的结果,煤壁前方煤体塑性损伤破坏主要发生在超前支承压力的峰后卸荷阶段,在该阶段,煤体水平应力和侧压系数呈梯度衰减变化,由于煤壁中部受顶底板夹持作用弱,水平应力衰减程度最大,且随着采高的增大,煤壁前方水平应力卸荷程度显著增强;水平应力卸荷导致的围压降低是脆性裂隙煤岩体超高煤壁破坏失稳的主控因素,煤壁破坏优先朝向水平应力卸荷程度最大和侧压系数最小的方向发展,据此得出了煤壁微裂隙群贯通轨迹,解释了煤壁“半月”状和“斜台”状片帮的机制。可通过减小作用在煤壁上的顶板载荷和增大煤壁水平支护力2方面来减轻超大采高工作面煤壁损伤破坏,形成了“高强度支护-大流量压裂卸压”协同控制技术,10 m超大采高工作面强矿压显现和煤壁片帮问题得到有效管控。

关键词： 10 m超大采高煤壁片帮水平应力卸荷脆性煤体 “支-卸”协同控制

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一种应用于巷道复杂场景的导航灭点检测方法

一种应用于巷道复杂场景的导航灭点检测方法

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作者：程健王瑞彬闫鹏鹏王凯许鹏远 100013 北京市朝阳区和平里青年沟路5号

本发明公开了一种应用于巷道复杂场景的导航灭点检测方法。适用于计算机视觉领域。使用LSD算法提取巷道场景图像中的直线信息;然后剔除图像中较短的直线，通过加入平均梯度约束剔除图像中由于阴影区域产生的干扰直线;接着结合运动估计...

标准号: CN113240721B

本发明公开了一种应用于巷道复杂场景的导航灭点检测方法。适用于计算机视觉领域。使用LSD算法提取巷道场景图像中的直线信息;然后剔除图像中较短的直线，通过加入平均梯度约束剔除图像中由于阴影区域产生的干扰直线;接着结合运动估计技术充分利用连续帧图像之间的关系，在传统块匹配算法的基础之上加入缩放系数，增加图像中可用的直线信息并用于辅助灭点估计;最后，将检测到的直线转换成参数空间中的样本点后，通过LOF算法计算出每个样本点的异常因子值，设计样本点的权值函数，最后采用改进的RANSAC算法进行灭点的回归估计。其干扰直线剔除效果好，能够解决巷道复杂场景中缺乏直线特征的难题，灭点检测精度更高，更适用于巷道复杂场景。

关键词：

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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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基于激光雷达点云的煤炭快速装车质量检测方法

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煤炭科学技术 2024年第10期52卷 199-207页

作者：张俊升王洪磊朱西硕李佳城刘晓明煤炭科学研究总院有限公司智能矿山研究院北京100013 天地科技股份有限公司北京技术研究分公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

为了提高煤炭快速定量装车系统智能化无人化水平,实现火车装车质量快速实时检测,避免火车超偏载情况的发生,针对现有非接触式装车质量检测系统的不足,提出了基于激光雷达点云的煤炭快速装车超偏载检测方法。结合煤炭火车装车站装载流程... 详细信息

为了提高煤炭快速定量装车系统智能化无人化水平,实现火车装车质量快速实时检测,避免火车超偏载情况的发生,针对现有非接触式装车质量检测系统的不足,提出了基于激光雷达点云的煤炭快速装车超偏载检测方法。结合煤炭火车装车站装载流程,利用激光雷达三维扫描技术和车号识别技术,构建火车装车质量检测系统。提出一种基于马氏距离的离群点滤波算法,对每个点的邻域进行统计分析,计算其到邻近点的马氏距离,去除火车车厢点云中存在大量的随机噪声,如装车时的粉尘、喷洒的水雾、外界环境的扰动(雨、雪、煤尘)等。提出了一种标签连通域聚类算法,通过点云连通域区域标记和聚类,完成相邻两节车厢之间的分割。提出一种基于主成份分析(PCA)的火车车厢拼接算法,完成车厢点云的三维点云拼接。提出一种基于点云切片的装载物料点云提取方法,通过构建点云局部领域提高计算速度,在车厢长度和宽度方向上分别进行切片,滤除车厢前后、左右车帮点云。最后,提出了火车装车质量主要指标装载高度、装煤量、偏载量的计算方法,通过表面三维重建直观显示检测结果,实现火车装车质量的检测。试验表明,利用基于激光雷达点云的检测方法可以完成火车装车表面的实时扫描建模和装车质量检测,且该方法适用于不同尺寸车型,具有通用性。

关键词：装车质量激光雷达扫描连通域聚类点云拼接偏载检测

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