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我国近距离煤层群开采研究进展与展望
1
作者 康钦容 任渝陵 +3 位作者 张延良 邓荣斌 张卫中 姜永东 《煤炭技术》 2026年第1期74-79,共6页
近距离煤层群安全开采是煤炭高效开发的重要方向,面临地质条件复杂、层间作用显著等挑战。归纳分析了近距离煤层群开采方式方法、煤柱留设、巷道布置和支护技术的研究成果,指出当前存在上行开采机理不明确、复杂地质参数优化不足及支护... 近距离煤层群安全开采是煤炭高效开发的重要方向,面临地质条件复杂、层间作用显著等挑战。归纳分析了近距离煤层群开采方式方法、煤柱留设、巷道布置和支护技术的研究成果,指出当前存在上行开采机理不明确、复杂地质参数优化不足及支护协同机制薄弱等理论瓶颈。未来,需深化上覆关键层失稳机制、大倾角煤柱应力调控及支护协同机理研究,构建安全开采理论体系。研究成果为近距离煤层群安全高效开采,提供系统的理论框架和技术路径。 展开更多
关键词 近距离煤层 开采方式 巷道合理布置 支护
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矿物掺合料胶结充填体强度及渗透特征
2
作者 邱华富 李亮亮 +2 位作者 李宇航 王一洺 何国庆 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第1期115-126,共12页
在“双碳”战略背景下,工业固废资源化利用需求日益增长,矿物掺合料用于充填材料改性意义重大。文中选用钙基膨润土、矿渣粉、硅灰为矿物掺合料,制备充填材料,通过单轴压缩试验、渗透性及孔隙试验、SEM试验等,研究不同矿物掺合料对胶结... 在“双碳”战略背景下,工业固废资源化利用需求日益增长,矿物掺合料用于充填材料改性意义重大。文中选用钙基膨润土、矿渣粉、硅灰为矿物掺合料,制备充填材料,通过单轴压缩试验、渗透性及孔隙试验、SEM试验等,研究不同矿物掺合料对胶结充填体强度及渗透特征的影响。结果表明:矿渣粉对充填体强度提升效果最优,最佳掺量为40%,硅灰次之,最佳掺量为10%,膨润土最弱且存在负效应,掺量超过30%后强度下降;含矿物掺合料充填材料损伤演化分为孔隙压密、微裂隙萌生、裂隙扩展、裂隙贯通4阶段,其破坏程度从大到小依次为含膨润土的充填材料、含硅灰的充填材料、含矿渣粉的充填材料;随着膨润土、矿渣粉和硅灰含量的增加,破坏模式由剪切破坏逐渐向拉伸破坏转变;膨润土容易形成集中分布的大孔隙和裂隙网络,导致孔隙度和渗透率增大,矿渣粉通过强火山灰反应细化孔隙,从而降低渗透率,硅灰具有最优密实度,硅灰掺量大于10%后,因分散性导致局部孔隙发育;强度与孔隙度呈负相关,渗透率与孔隙度呈强正相关,强度与渗透率通过孔隙度中介形成二次负相关。研究为优化充填材料设计、合理选择矿物掺合料及提升矿山开采安全性与经济性提供了理论依据。 展开更多
关键词 胶结充填体 矿物掺合料 损伤演化 破坏特征 渗透特征
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三软地层建下充填开采技术研究与应用
3
作者 邹玉龙 周景奎 +1 位作者 刘明明 万蕾 《煤矿现代化》 2026年第1期80-87,共8页
梁家煤矿是典型的软岩矿井,建(构)筑物下压煤严重,为解决建下压煤开采问题,积极寻求适合软岩条件的建下充填开采方法。鉴于软岩随采随冒的特性,制约瓶颈是没有充填时间和空间,基于对煤矿安全生产先进适用技术推广目录中连采连充工艺的... 梁家煤矿是典型的软岩矿井,建(构)筑物下压煤严重,为解决建下压煤开采问题,积极寻求适合软岩条件的建下充填开采方法。鉴于软岩随采随冒的特性,制约瓶颈是没有充填时间和空间,基于对煤矿安全生产先进适用技术推广目录中连采连充工艺的不断调研、分析,结合矿井实际,系统阐述了软岩矿井实施充填开采的可行性,通过优化工作面设计、充填工艺、支护工艺、封堵工艺等,有针对性制订了软岩条件下连采连充方案。配合锚杆测力计、顶板离层仪、充填体应力计和位移计等监测方法和工具,针对充填巷双帮、单帮制定差异化支护措施,规避了顶板下沉、帮部片落的风险,经现场应用,解决了软岩顶板维护问题,开创软岩矿井充填开采的先河,填补软岩充填开采技术空白,形成一套采用固体废物实施绿色开采关键技术。 展开更多
关键词 软岩充填 随采随冒 差异化支护 连采连充
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综采工作面加架开采技术的剖析与实践
4
作者 李祥亭 石磊 +1 位作者 种明锋 王振亭 《价值工程》 2026年第1期23-25,共3页
本文针对传统煤炭开采资源回收率低、安全事故频发的问题,通过引入综采工作面加架开采技术,提出在复杂地质条件下增加液压支架数量、优化支架布置以提高煤炭资源回收率和保障安全生产的措施。研究涵盖了加架前准备工作、施工流程、安全... 本文针对传统煤炭开采资源回收率低、安全事故频发的问题,通过引入综采工作面加架开采技术,提出在复杂地质条件下增加液压支架数量、优化支架布置以提高煤炭资源回收率和保障安全生产的措施。研究涵盖了加架前准备工作、施工流程、安全技术与风险管控等方面,采用安全风险矩阵法进行风险评估,制定了详细的安全技术措施。通过实际案例分析,加架开采技术显著提高了煤炭产量、改善了顶板稳定性、降低了安全事故发生率,成果显著,实现了煤炭开采的高效与安全。 展开更多
关键词 加架 开采技术 产量 成果显著
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坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效安全开采关键技术 被引量：2
5
作者 于斌 孟祥斌 +6 位作者 邰阳 尚子榆 彭明贤 匡铁军 郭飞龙 李东印 王世博 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期245-263,共19页
针对坚硬顶板特厚冲击煤层难以实现源头消冲和高效开采的难题,首先开发了坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术,为智能放煤高效开采创造了有利环境;在此基础上攻克智能放煤技术瓶颈,形成了坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术,具体... 针对坚硬顶板特厚冲击煤层难以实现源头消冲和高效开采的难题,首先开发了坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术,为智能放煤高效开采创造了有利环境;在此基础上攻克智能放煤技术瓶颈,形成了坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术,具体研究过程如下:在坚硬顶板特厚冲击煤层安全开采保障技术方面,采用Timoshenko梁理论建立了坚硬顶板周期破断弹性能集聚模型,分析了不同单轴抗拉强度下顶板能量密度分布规律,揭示了基于地面预制人工缝网的坚硬顶板特厚冲击煤层超前消冲机理,据此开发了地面水平井压裂技术和地面液体炸药爆破技术,形成了基于地面预制人工缝网的超前消冲技术;采用Reissner中厚板理论建立了坚硬顶板切顶前后的初次破断力学模型,分析了人工定向裂缝对顶板弹性能密度和煤体静载增量的影响规律,揭示了基于井下人工定向造缝的坚硬顶板特厚冲击煤层超前消冲机理,发明了复合爆破定向造缝技术,形成了基于井下人工造缝的超前消冲技术。在坚硬顶板特厚冲击煤层智能高效开采技术方面,发明了顶煤厚度雷达在线探测技术、基于近红外光谱的煤矸识别技术、基于振动特征辨识的煤矸识别技术、基于音频的煤矸识别技术和基于激光三维扫描的放煤量实时监测技术,形成了特厚煤层智能感知与识别技术;建立了智能综放工作面“人-机-环”多源信息数据库,开发了特厚煤层综放工作面采放协调决策模型,发明了智能放煤模式与工艺智能决策技术,形成了智能放煤模式与工艺智能决策技术;开发了智能综放工作面三机位姿高精度惯导检测与控制技术,建成了智能综放远程通信及综合控制平台,形成了特厚煤层远程放顶煤智能控制技术。基于以上研究得出:①当抗拉强度分别为0.76、1.57、2.68、3.95和5.68 MPa时,坚硬顶板对应的弹性能密度峰值分别为6.5、25.4、71.6、168.2和340.1 kJ/m,弹性能密度峰值U_(max)^(e)与坚硬顶板抗拉强度σ_(0)呈现二次函数关系,具体关系为U_(max)^(e)=10.715σ_(0)^(2)-0.718σ_(0)。②定向人工裂缝改变的坚硬顶板的边界条件,以兖矿能源集团103_(上)02工作面为例,理论上人工缝网使得工作面砂岩层的初次破断步距从250 m减小为123 m。③基于地面预制人工缝网的超前消冲机理:大量人工缝网在岩层中形成结构弱面,有效降低了坚硬顶板弹性能集聚量,削弱顶板破断产生的矿震强度,从而控制了工作面及巷道内的冲击地压;基于井下人工定向裂缝的超前消除机理:定向裂缝能降低甚至消除坚硬顶板在巷道附近的弹性能,同时减小切顶侧的静载增量,从而控制了巷道内的冲击地压。 展开更多
关键词 坚硬顶板 冲击地压 智能识别与控制 源头消冲 地面压裂
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特厚煤层采放协调智能群组放煤工艺模型及关键技术研究 被引量：1
6
作者 李东印 王祖洸 +5 位作者 王伸 李化敏 彭维平 李红斌 张国澎 张旭和 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期22-33,共12页
目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论... 目的综放开采是特厚煤层安全高效的开采方法,放煤环境复杂多变、采放协调难度大、放煤工艺及参数受控因素多,导致智能化综放开采尤其是智能放煤控制技术发展较为缓慢。针对特厚煤层综放面群组放煤下的智能化放煤控制难题,方法采用理论分析、实验室仿真试验、计算机控制软件研发、现场试验与示范等方法,以“智能群组放煤机理-采放协调控制理论及方法-放煤工艺决策模型-放煤软件现场应用”为主线展开深入研究。结果结果表明:提出多放煤口群组协同放煤方法,以连续群组放煤为例,揭示了多放煤口群组协同放煤下的顶煤放出体和煤岩分界面的空间关系;深入剖析综放工作面的采放协调关系及群组放煤逻辑,提出特厚煤层综放面采放协调智能放煤控制理论,构建了综放面采放时间、空间和运能协调控制模型和基于强化学习及隐马尔科夫随机场模型的群组放煤协同控制决策方法,为智能化放煤决策与精准控制提供可靠理论基础;深度融合地质信息与采放工艺参数,建立了综放面多源信息数据库,为智能决策及数字孪生提供数据基础。结论基于群组放煤条件下的采放协调特征,构建了智能放煤决策模型,自主研发智能放煤决策系统(软件),实现了智能放煤工作面年产1500万t。 展开更多
关键词 特厚煤层 综放开采 智能放煤 采放协调 群组放煤
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弱胶结巷道围岩全断面锚固支护时机-支护参数综合影响分析 被引量：2
7
作者 赵增辉 杜佳泽 +1 位作者 马庆 何睿喆 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期134-144,共11页
针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场... 针对我国西部某矿区绿色矿山建设过程中巷道出现的锚杆失效、顶板垮落等问题,基于应力释放理论和FLAC3D数值模拟软件建立了全断面锚固力学模型,与理论解进行对比验证了模型的可靠性。分析了巷道开挖后围岩应力释放过程中塑性区、应力场和位移场的演化规律;探讨了锚杆支护时机对围岩位移控制和锚杆轴力的影响,指出锚杆最佳支护时间;基于锚杆最佳支护时间讨论了锚固密度、锚固长度和锚杆预紧力对围岩位移控制的影响。研究结果表明:巷道开挖后,围岩产生过大的塑性变形是导致巷道破坏的主要原因,对巷道进行锚杆支护时主要控制围岩塑性变形;支护时机对锚固-围岩系统有显著影响,过早支护会导致锚杆轴力过大,增加锚杆破断风险;过晚支护则会导致巷道发生较大变形,影响巷道稳定性。巷道最佳支护时间为围岩应力释放率达到0.80~0.85之间。支护参数优化:提高锚杆支护密度、增大锚杆预紧力对围岩控制效果显著,而增加锚杆长度对围岩位移的约束效果并不明显。因此,对巷道进行锚杆支护时应在确定合理的支护时间的情况下选择短锚杆、高密度和高预紧力的支护方案,确保巷道稳定性和安全性。 展开更多
关键词 绿色矿山 锚杆支护时间 应力释放 全断面锚固 巷道位移控制
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循环荷载尾砂胶结充填体声发射特征 被引量：1
8
作者 邱华富 李宇航 +1 位作者 刘浪 丁自伟 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期74-85,共12页
为了研究循环荷载作用下废石尾砂胶结充填体的力学特性与损伤规律,制备了4种不同废石含量的尾砂胶结充填体,开展了2种加载路径下单轴循环加卸载试验,并借助声发射监测系统,获取了不同加载路径下所释放的声信号,研究充填体损伤演化规律... 为了研究循环荷载作用下废石尾砂胶结充填体的力学特性与损伤规律,制备了4种不同废石含量的尾砂胶结充填体,开展了2种加载路径下单轴循环加卸载试验,并借助声发射监测系统,获取了不同加载路径下所释放的声信号,研究充填体损伤演化规律。结果表明:充填体力学强度随废石含量的增加呈现先增大后减小趋势,废石含量10%的充填体力学强度达到最大,在恒定下限循环加卸载和等幅循环加卸载路径下的强度分别为3.94 MPa和3.63 MPa,且充填体在等幅循环加卸载下的强度普遍高于恒定下限循环加卸载;恒定下限循环加卸载过程中,滞回环面积同循环次数呈二次函数关系,随循环次数的增多而增大,Felicity比值随循环次数增多而减小,充填体损伤程度不断加深;恒定下限循环加卸载和等幅循环加卸载过程中,充填体的声发射信号均呈“峰谷”现象,累计振铃计数和累计能量呈“阶梯式”上升趋势。研究可为矿山储库构建及稳定性无损检测分析提供理论基础。 展开更多
关键词 尾砂胶结充填体 循环加卸载 力学特性 声发射 损伤特性
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骨料表面强化对堆积煤矸石胶结充填体压缩损伤的影响 被引量：1
9
作者 金佳旭 顾晓薇 +4 位作者 李明旭 秦志发 刘涛 武鹏飞 左胜浩 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期277-291,共15页
煤矸石是煤矿开采衍生的主要固体废弃物,其品质波动性大、压碎值高、吸水率大、稳定性差等缺点限制了在采空区回填的规模化应用,成为煤矿固体废弃物资源化利用的技术瓶颈。探索了采用裹浆法和裹粉法对低品位煤矸石进行表面强化的处理工... 煤矸石是煤矿开采衍生的主要固体废弃物,其品质波动性大、压碎值高、吸水率大、稳定性差等缺点限制了在采空区回填的规模化应用,成为煤矿固体废弃物资源化利用的技术瓶颈。探索了采用裹浆法和裹粉法对低品位煤矸石进行表面强化的处理工艺,利用改性煤矸石和自密实碱激发矿渣−尾矿砂浆制备了堆积煤矸石胶结充填体(Pre-placed Coal Gangue Cemented Backfill,PCCB),并基于数字图像相关技术和声发射技术研究了煤矸石表面强化处理对PCCB力学性能和单轴压缩损伤行为的影响。结果表明:2种处理工艺均显著降低了煤矸石的压碎值,进而改善了PCCB的力学性能。PCCB试样的单轴压缩破坏模式主要为拉伸破坏,对煤矸石进行表面强化处理后,PCCB的裂纹起裂率和裂纹损伤率均显著提高,能够更好地抵抗受压损伤过程的裂纹扩展。采用裹浆法处理煤矸石骨料时,PCCB强度的影响因素主要是改性煤矸石骨料的压碎值,而裹粉法处理后PCCB的强度受改性骨料和骨料−基体界面过渡区共同影响。研究结果为PCCB在采空区回填中的应用提供了理论支持和实践指导,为绿色矿山建设和资源循环利用开辟了新途径。 展开更多
关键词 煤矸石 表面强化 数字图像相关 声发射 损伤行为
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关于我国深部煤炭与煤系气资源勘查的思考 被引量：7
10
作者 王佟 李聪聪 +3 位作者 赵欣 程彦 韩效忠 李华 《中国煤炭地质》 2025年第1期1-6,共6页
煤炭作为我国的主体能源,目前仍然处在需求量大和高强度开发阶段,随着浅部煤炭资源的持续消耗,预计20年后目前查明的煤炭资源大部分将被开采和占用,难以持续支撑“兜底”能源保障。我国深部煤炭资源储量丰富,是浅部煤炭资源的保障,也是... 煤炭作为我国的主体能源,目前仍然处在需求量大和高强度开发阶段,随着浅部煤炭资源的持续消耗,预计20年后目前查明的煤炭资源大部分将被开采和占用,难以持续支撑“兜底”能源保障。我国深部煤炭资源储量丰富,是浅部煤炭资源的保障,也是延续矿井生命力的接续能源,必须加强深部煤炭资源勘查开发利用。基于我国煤炭行业发展对深部煤炭资源开发的需求,分析了深部煤炭及煤层气资源赋存地质条件,从深部煤炭及煤层气资源勘查理论、综合勘查技术和未来发展方向等领域开展了综合研究,提出需加强深部煤炭资源的地质理论与勘查模式研究,融合新一代物探、钻探及信息化等技术方法,建立深部煤炭及煤层气资源勘查技术体系;针对深部煤炭资源勘查修订现行的技术规范,提高深部煤炭资源勘查控制程度;围绕深部煤层开采条件、煤炭地下气化和深部原位流态化开采等开展深入研究,为深部煤炭资源安全高效开采提供地质保障。 展开更多
关键词 深部煤炭资源 煤炭地质 煤层气 资源勘查 地质保障
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基于改进U-Net的煤矸图像分割模型与放煤控制技术 被引量：2
11
作者 袁永 秦正寒 +3 位作者 夏永琪 武让 李立宝 李勇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2722-2738,共17页
煤矸识别技术是综放工作面实现智能化的关键技术之一,同时也是该领域面临的一个重要挑战。针对目前煤矸图像数据集整体质量差、数据规模小、煤矸图像分割模型检测速度慢、识别精度低等问题,参考实际综放工作面搭建了大尺寸等比例综放开... 煤矸识别技术是综放工作面实现智能化的关键技术之一,同时也是该领域面临的一个重要挑战。针对目前煤矸图像数据集整体质量差、数据规模小、煤矸图像分割模型检测速度慢、识别精度低等问题,参考实际综放工作面搭建了大尺寸等比例综放开采相似模拟平台,基于该平台建立了煤矸图像采集系统,采集构建了高清仿真综放工作面煤矸图像数据集,提出一种基于特征金字塔网络(FPN)和空洞空间金字塔池化(ASPP)的改进U-Net煤矸分割模型,提高了煤矸图像的分割精度。通过在U-Net模型的跳跃连接中添加FPN模块,同时在解码器部分引入ASPP模块,建立了FPN-ASPP-U-Net煤矸分割模型,消融试验验证了FPN模块和ASPP模块对U-Net模型性能的提升。结果表明:FPN-ASPP-U-Net模型分割效果最好,均准确率(M_(A))为97.29%,均F1得分(M_(F1))为97.44%,均交并比(M_(I))为95.65%,模型参数量(M_(P))为29.64 M,浮点运算量(F)为341.29 G,每秒帧数(f)为41.1 f/s,与U-Net模型相比,M_(I)、M_(F1)和M_(A)分别提升了2.64%、1.06%和1.15%,模型参数量仅仅增加了0.33 M,改进后的模型在图像分割速度上有少量提升。设计了FPN-ASPP-U-Net模型与PSPNet、SegFormer、DeepLabV3+、PSANet语义分割模型的图像分割效果对比试验,结果表明:FPN-ASPP-U-Net模型对煤矸图像分割的性能最好,同时模型整体计算参数量最小,在分割精度和分割速度之间有着较好的平衡。对于粉尘影响下的不清晰图像,采用暗通道与高斯加权相结合的方法对图像数据集进行去雾增强,轻度粉尘、中度粉尘、重度粉尘去雾前后的模型对煤的分割精度提高了14.81%、17.79%、23.62%,对矸的分割精度提高了11.73%、14.50%、14.86%。基于研究结论提出了FPN-ASPP-U-Net模型的煤矸图像混矸率计算方法,开展了煤矸图像分割控制放煤试验,以混矸率20%作为放煤口关闭的阈值,单次放煤口开关期间真实混矸率与模型预测混矸率平均误差率为4.71%,验证了基于煤矸图像混矸率对放煤控制的可行性。最后,封装模型代码研发了煤矸图像智能识别软件,设计了煤矸分割现场应用方案,在榆树田煤矿110501综放工作面进行了图像控制放煤试验,验证了该方法能够对煤矸图像进行精准分割,对放煤口开关进行合理控制,提高了综放工作面的智能化水平,为推动煤矿进一步智能化建设提供了有效的技术手段与参考价值。 展开更多
关键词 放顶煤 煤矸识别 图像分割 混矸率 U-Net模型
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柠条塔煤矿超大采高综采设备选型配套研究
12
作者 路兴军 许永祥 +1 位作者 黄彦德 刘荣锋 《煤矿机械》 2026年第1期74-78,共5页
基于柠条塔煤矿南一盘区东翼2-2煤接续工作面煤层赋存特征和开采技术条件,按15 Mt/a设备配套能力进行厚煤层超大采高工作面综采设备选型配套。针对煤层埋深浅、硬度高、煤层厚度变化大及超大采高液压支架低位开采承载状态差的特点,结合... 基于柠条塔煤矿南一盘区东翼2-2煤接续工作面煤层赋存特征和开采技术条件,按15 Mt/a设备配套能力进行厚煤层超大采高工作面综采设备选型配套。针对煤层埋深浅、硬度高、煤层厚度变化大及超大采高液压支架低位开采承载状态差的特点,结合相邻6.3 m采高工作面矿压显现规律分析,选用ZY21000/34.5/76D型大伸缩比强力液压支架,提高液压支架对煤层厚度和矿山压力的适应性,采用整体式三级护帮板有效维护煤壁稳定性,工作面端头过渡采用一级大梯度过渡方式减少端头三角煤损失;选用大截割功率高性能采煤机,同时采取动压压裂+静压注水的煤体弱化措施,提升煤体截割速度和开采效率;在满足驱动功率和链条强度的同时,配套链条预紧力动态管理系统和刮板输送机多电动机功率协同控制系统,使链条处于最佳张紧状态,提升刮板输送机的可靠性和使用寿命。生产实践表明,超大采高工作面设备选型配套合理,平均产量3.5万t/d,达到12 Mt/a产能水平。 展开更多
关键词 厚煤层 超大采高 综采设备 选型配套
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特厚煤层坚硬顶板多场耦合致灾机理及协同控制技术
13
作者 于斌 王希廷 +4 位作者 邰阳 卢国志 夏彬伟 匡铁军 霍丙杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期1-16,共16页
针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。... 针对特厚煤层综放开采过程中坚硬顶板大跨度破断诱发的强矿压、瓦斯等多重灾害耦合难题,通过理论分析、试验研究与工程实践相结合,系统揭示了坚硬顶板多场耦合致灾机理,提出了远近场协同控制技术及特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术。基于不同应力路径力学试验,阐明了阶梯循环动载下煤岩强度弱化与裂隙动态扩展规律,揭示了坚硬顶板覆岩采动裂隙“三带”递进演化特征及其分形维数“S”形增长模式。通过构建“应力-损伤-渗流”多场耦合模型,探明了采动裂隙网络内瓦斯运移与孔隙率动态响应的非线性关联,提出了煤体变形与瓦斯渗流耦合控制方程。创新性研发链臂锯切顶定向弱化技术与地面水力压裂远场预裂技术,形成了特厚煤层坚硬顶板-瓦斯协同控制技术,破解了传统单一灾害治理效率低的技术瓶颈。通过塔山煤矿现场实践表明:地面压裂后支架最大工作阻力降低16.9%,周期来压步距缩短15%;通过“一井双控”技术实现顶板弱化与瓦斯抽采协同调控,工作面推进至超过钻孔50~100m后,地面钻孔抽采效果逐渐减弱。地面垂直立孔配合地面水平压裂井抽采瓦斯,可有效解决8204工作面瓦斯问题,将工作面回风流瓦斯浓度控制在安全范围以内。 展开更多
关键词 特厚煤层 坚硬顶板 地面压裂 多场耦合 协同控制
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基于代理注意力的井下煤岩图像Swin-UNet识别方法
14
作者 孙传猛 焦斌 +4 位作者 付羿焱 吴玉祥 王宇 王文博 李勇 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第11期158-171,共14页
针对煤矿井下复杂工况导致的煤岩图像低照度、高噪声与运动模糊等分割难题,提出一种融合代理注意力(Agent Attention)机制的改进型Swin-UNet(滑动窗口Transformer U-Net)煤岩图像语义分割模型——Agent Swin-UNet。模型以Swin Transfor... 针对煤矿井下复杂工况导致的煤岩图像低照度、高噪声与运动模糊等分割难题,提出一种融合代理注意力(Agent Attention)机制的改进型Swin-UNet(滑动窗口Transformer U-Net)煤岩图像语义分割模型——Agent Swin-UNet。模型以Swin Transformer为主干网络,利用其层级式窗口自注意力(W-MSA/SW-MSA)机制建立长程光照依赖关系,有效缓解暗区细节丢失与局部特征退化问题。在编解码器跳跃连接中嵌入代理注意力模块,该模块融合三重协同机制,通过引入代理令牌实现“聚合-广播”式特征交互,将计算复杂度由O(N^(2))降至O(Nn),在保留全局语义建模能力的同时显著提升计算效率;结合空间感知偏置增强模型对噪声分布的自适应能力,有效抑制非结构化干扰;进一步耦合深度可分离卷积(DWC)以强化局部纹理重建,提升边界识别精度与细节恢复能力。针对煤岩图像中前景与背景像素比例严重失衡的问题,构建了融合交叉熵损失、Dice损失与多尺度结构相似性损失(MS-SSIM)的复合监督函数,从分类一致性、区域重叠度与结构相似性多维度优化模型训练过程,增强其在类别不平衡场景下的语义连贯性与边缘完整性。在“陕-晋-冀构造煤数据集”上的系统试验表明:Agent Swin-UNet在标准测试集上达到了91.26%mIoU与88.81%mPA的分割精度,优于Segmenter、DeepLabv3及基准Swin-UNet模型;在噪声强度为0.05的干扰环境下,其mIoU指标仍保持在84.14%,显示出优越的噪声鲁棒性;消融试验进一步验证,代理注意力模块是高性能提升的关键来源,尤其在高噪声场景(>0.05)中贡献了核心性能增益。为复杂地下环境中的煤岩快速分割和智能掘进提供了一种稳健的技术解决方案。 展开更多
关键词 智能煤矿 煤岩识别 图像识别 代理注意力 语义分割
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松散承压含水层模拟装置研制及实验教学
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作者 李志华 杨科 陈登红 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第11期179-186,共8页
该研究根据松散承压含水层载荷的力学传递特性,研制了一种松散承压含水层模拟装置,开展了松散承压含水层下开采相似模拟试验,分析了试验过程中覆岩裂隙的演化特征、采场覆岩的移动规律、支承压力的分布规律。该研究构建了水-岩耦合致灾... 该研究根据松散承压含水层载荷的力学传递特性,研制了一种松散承压含水层模拟装置,开展了松散承压含水层下开采相似模拟试验,分析了试验过程中覆岩裂隙的演化特征、采场覆岩的移动规律、支承压力的分布规律。该研究构建了水-岩耦合致灾力学模型,并根据采场覆岩结构失稳致灾的影响因素,设计了松散承压含水层下开采的四因素三水平正交试验方案,将之应用于采矿工程“矿山压力与岩层控制”实验教学。该研究有助于提高学生的动手实践操作能力,加深学生对理论知识的理解。 展开更多
关键词 采矿工程 相似模拟试验 松散承压含水层 模拟装置 实验教学
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基于RSM-BBD的碱激发锂渣复合膏体充填材料制备及力学性能研究
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作者 张树娟 杨胜强 +1 位作者 车驰远 马瑞婷 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2025年第5期1141-1152,共12页
为实现锂渣等多种固废的资源化、高性能化利用,推动矿山绿色充填材料技术的发展,采用Box-Behnken响应面法设计,以碱模数、碱掺量与胶凝材料比例为变量,以抗压强度为响应指标,分析了各因素的主效应与交互作用规律。基于X射线衍射、傅里... 为实现锂渣等多种固废的资源化、高性能化利用,推动矿山绿色充填材料技术的发展,采用Box-Behnken响应面法设计,以碱模数、碱掺量与胶凝材料比例为变量,以抗压强度为响应指标,分析了各因素的主效应与交互作用规律。基于X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜-能谱测试,揭示了碱激发锂渣复合膏体充填材料强度形成机理。研究结果表明:碱掺量是影响强度的关键因素,掺量越大,强度越高;碱模数较低时,更有利于强度发展;优化的锂渣和粉煤灰掺量则能够起到调控和协同强化作用。对充填材料配合比寻优得到,碱模数为1.38、碱掺量为20%、锂渣∶粉煤灰∶矿渣比例为12∶38∶50时,可最大程度消纳锂渣的同时保证强度。碱激发作用下,锂渣、粉煤灰和矿渣中非晶SiO_(2)和Al_(2)O_(3)溶解,释放大量的Si^(4+)和Al^(3+)离子,形成以C-(A)-S-H和N-A-S-H为主的三维交联凝胶网络,是材料强度形成的核心机制;锂渣在该体系中,能够调节离子供给平衡、增强凝胶结构的稳定性,并对水化过程起到补充和优化的作用。 展开更多
关键词 锂渣 充填材料 响应面法 碱激发 抗压强度 微观结构
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井下机器视觉系统表面自清洁技术现状与展望
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作者 杨胜利 陈勇升 +4 位作者 王家臣 李良晖 刘凤琪 宋世雄 惠鼎恒 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2802-2822,共21页
井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自... 井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自清洁技术的概念、原理和清洁过程,分析了井下机器视觉系统的工况与组成,指出粉尘质量浓度、光照条件等工作面环境因素对自清洁技术路径有影响,应明晰煤尘产尘机制,从而制定精确的自清洁策略。综述了表面自清洁技术在井下与常规条件实践中的研究进展,基于防污机制的不同,重点总结射流自清洁技术、超声波自清洁技术、激光自清洁技术3种清洁技术的研究现状,对其自清洁特性进行分析,指出高压水射流、表面声波适合清洁大面积污渍,气体射流、超声波振动、激光冲击适合颗粒清洁,辅助多功能表面会提升清洁效率。基于接触方式的不同,对比了直接接触式自清洁技术和间接接触式自清洁技术2类清洁技术的优势和劣势,指出直接接触式自清洁技术简单高效,但会损伤镜头膜基底,间接接触式自清洁技术对基地无损伤,但清洁效率较慢。从综合自清洁策略、优化防爆设计和镜头膜材料多功能化3方面指出了井下机器视觉系统面临的技术挑战,针对多技术协同和清洁质量控制的科学难题,提出了远近场协同控制方法,可为井下机器视觉系统表面自清洁技术提供相关技术支撑。进一步展望了机器视觉系统表面自清洁技术在采矿中的发展趋势,随着无人矿车应用到深地、深海和深空(月球)采矿中,开采变得更为复杂,势必将安装更多机器视觉、激光雷达等智能感知系统,利用视觉系统自清洁装置,能够有效提高视觉系统图像质量,从而保障无人采矿的准确性。 展开更多
关键词 煤矿智能化 厚煤层开采 机器视觉 图像采集 表面自清洁
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煤层倾角突变区煤与瓦斯突出模拟试验研究
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作者 唐巨鹏 黄磊 +3 位作者 潘一山 任凌冉 张昕 张众华 《岩土力学》 北大核心 2025年第6期1719-1730,共12页
煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象,开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究,设置倾角突变界面,界面上侧为原煤,下侧为型煤,分别用于模拟原生煤层与构造煤层。... 煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象,开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究,设置倾角突变界面,界面上侧为原煤,下侧为型煤,分别用于模拟原生煤层与构造煤层。定义煤层倾角突变初始角度θ_(I)、突变角度θ_(M)、突变角临界值θ_(T)、瓦斯在倾角突变区集中系数I_(θ),用以分析煤层倾角突变对突出强度造成的影响。引入单位突出强度IU表征试验过程中的突出强弱,期间利用声发射技术对突出过程中能量演化规律进行监测,并通过内置于试样中的温度传感器记录各区域温度的变化情况。研究结果表明:(1)煤层倾角突变区对突出时临界瓦斯压力及单位突出强度具有显著影响,在10°<θ_(I)≤20°、10°≤θ_(M)≤20°范围内存在煤层倾角突变临界值θ_(T),当θ_(I)与θ_(M)均大于等于θ_(T)时,易发生低指标突出;当θ_(I)或θ_(M)一定时,单位突出强度随瓦斯在倾角突变区集中系数增大而增大。(2)煤层倾角突变初始角度θ_(I)及突变角度θ_(M)与声发射能量峰值及累计声发射能量间呈负相关关系,随着θ_(I)与θ_(M)的增大,煤体达到破裂失稳所需能量逐渐降低,当所处地应力环境相同时,其在低瓦斯压力条件下即可发生突出。(3)突出孕育与激发阶段,煤体内部温度变化存在显著差异,煤层倾角突变区附近温度变化明显高于其余各区域,突出口近端区域煤体温度波动较其他区域表现出了更强的不稳定性。 展开更多
关键词 煤层倾角突变 煤与瓦斯突出 单位突出强度:声发射能量 温度
原文传递
基于充填开采的无损采矿技术构想
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作者 张培森 肖鹏 +2 位作者 邓新刚 胡昕 王洪伟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第6期111-120,共10页
为解决多数充填开采技术采煤、充填工序的时空矛盾,综合分析国内煤矿充填开采技术的应用现状,探讨了现有各类充填开采技术存在的问题。基于此,结合自行设计的采充独立复合液压支架,提出了煤矿无损充填开采技术构想,划分了无损充填开采... 为解决多数充填开采技术采煤、充填工序的时空矛盾,综合分析国内煤矿充填开采技术的应用现状,探讨了现有各类充填开采技术存在的问题。基于此,结合自行设计的采充独立复合液压支架,提出了煤矿无损充填开采技术构想,划分了无损充填开采技术途径,以实现煤炭开采过程中生态环境、开采效率与工作空间的近零损害;基于研究团队相关成果,提出了一种适用于无损充填开采的强化充填法,并完善了工艺流程,可实现充填体强度对于顶板破断过程中不同区域运动差异性的精准适配。以上述研究为基础,提出煤矿无损充填开采技术的未来发展方向为轻便化高效能设备的集成技术、智能化的采充装备、多元化利用的矸石基材料。 展开更多
关键词 充填开采 绿色开采 环境保护 无损充填开采技术 近零损害
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采煤工作面过断层水力压裂硬岩弱化技术研究
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作者 刘瑜 王浩 +2 位作者 刘江伟 郭鹏 王普辞 《能源技术与管理》 2025年第5期49-51,74,共4页
采煤工作面回采过程中普遍存在采煤面过断层硬岩截割困难、采煤效率低等问题,而传统炸药爆破的方式存在严重的安全隐患。针对这种情况,以任楼煤矿Ⅱ8_224S工作面过DF47正断层为例,提出了采煤工作面过断层水力压裂弱化技术以及利用超前... 采煤工作面回采过程中普遍存在采煤面过断层硬岩截割困难、采煤效率低等问题,而传统炸药爆破的方式存在严重的安全隐患。针对这种情况,以任楼煤矿Ⅱ8_224S工作面过DF47正断层为例,提出了采煤工作面过断层水力压裂弱化技术以及利用超前支承应力与高压水压力共同破岩的方法,研究了采煤面煤壁的受力特征,揭示了水力预裂碎裂硬岩的机理,提出了采煤面过断层多孔同步水力压裂技术,给出了压裂钻孔的间距、预裂压力、预裂时间等关键参数确定方法,并研发了采面多孔高效水力压裂破岩成套装备。通过开展现场试验发现,实施水力压裂后,采面推进效率提升了40%,截齿消耗量降低了69%,有效保障了采面过断层期间的安全高效生产,实现了采煤工作面高效、无炸药过断层。研究成果对于采煤面过断层等构造的截割具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 过断层 硬岩预裂 水力预裂 弱化 破岩
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