• 論文
                        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

                        青年科學家特刊(2022)(Special Issue of Young “Tigers” )

                        來源:煤炭科學技術

                        行業視野

                        煤炭科學技術

                        類別

                        175個

                        關鍵詞

                        190位

                        專家

                        37篇

                        論文

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                        • 作者(Author): 《煤炭科學技術》

                        • 作者(Author): 《煤炭科學技術》

                        • 作者(Author): 張強, 張潤鑫, 劉峻銘, 王聰, 張赫哲, 田瑩

                          摘要:加快煤炭產業鏈的智能化發展是當前環境下保證煤炭穩定供給的重心,而煤巖識別是實現煤礦智能化建設,提高煤層探測、智能開采、快速分選精度和效率的關鍵技術,因此,開展了煤巖高效識別技術方法的綜述研究。首先根據使用工況不同,將煤巖識別統籌為接觸式識別與非接觸式識別,根據技術類別將現有識別技術歸類為過程信號監測、紅外熱成像、圖像特征、反射光譜、超聲波探測、電磁波探測,從識別機理和技術原理方面進行了詳細的介紹,并列舉了典型特征下的煤巖差異。其次綜合闡述了各種識別技術的研究現狀,總結出工程實際中的煤巖識別技術應用現狀;從理論技術研究、工況環境影響、煤巖特征3方面建立了不同識別技術的局限度評價表,超聲波、電磁波探測技術局限度最低,紅外成像識別技術局限度最高,其中工況環境對紅外成像識別局限最明顯,煤巖特征對反射光譜識別和過程信號監測識別局限最明顯?;谏鲜鼍窒薅?對未來煤巖識別的研究重點提出4點建議:煤巖特征信息的深層挖掘,復雜多變環境的影響機理研究,物理屬性相近的煤巖識別新方法,綜合地質條件的煤巖識別方法適用性研究,為我國煤巖識別技術發展、煤礦智能化建設提供理論指導。
                        • 作者(Author): 張俊文, 宋治祥, 劉金亮, 董續凱, 張楊, 齊慶新, 趙善坤, 秦凱, 陳見行, 顏廷杰, 王龍, 趙寧

                          摘要:煤礦沖擊地壓災害頻發依然嚴重制約煤炭深部安全高效開采,沖擊地壓災害研究需將發生機理、監測預警及綜合防治相互關聯,建立深部開采沖擊地壓綜合防治體系。以沖擊地壓防治為目的,提出了沖擊地壓災害防治的結構調控理念、科學內涵以及沖擊地壓結構調控技術路線,分析認為煤巖體結構是導致圍巖應力場演化的根源,系統結構變化是引起應力變化及轉移的根本原因,應力僅是系統結構變化的外在顯現形式,沖擊地壓災害防治應從調控煤巖體結構出發。通過對沖擊地壓災害機理及防治有關問題的梳理,提出了深部沖擊地壓災害結構調控核心科學問題,包括擾動作用下沖擊性煤巖體應力場時空演變、深部沖擊地壓多元前兆信息耦合辨識及預警、深部高應力煤巖體的結構調控及減沖機制。在此基礎上,提出了應力-電磁輻射-地音-微震監測構成的多元監測預警體系,以實現對采區范圍內巷道、采場及覆巖結構破裂的多尺度監測。根據由區域子系統和局部子系統組成的深部開采沖擊地壓災害結構調控技術路線,提出由保護層+負煤柱開采、水力壓裂、深孔爆破及大直徑鉆孔組成的結構調控體系來實現降低沖擊地壓災害發生的危險性。結構調控體系已在山東某礦埋深1 300 m的4號煤層成功應用,驗證了該體系防治沖擊地壓災害的可行性及科學性。
                        • 作者(Author): 王忠鑫, 辛鳳陽, 宋波, 曾祥玉, 劉英璐, 王金金, 田鳳亮, 趙明, 李杰, 李申巖

                          摘要:為尋求智能化露天煤礦統一的設計思想和建設內容,確保露天煤礦智能化建設的實效,針對目前露天煤礦山普遍存在的重“軟”系統建設,輕“硬”工藝裝備變革,重業務系統建設、輕數據價值挖掘,偏離需求片面追求無人化,忽視智能化建設的經濟屬性等問題,厘定了圍繞“人”“設備”“系統”3條主線的建設內容,明確了將露天煤礦智能化程度分為初級、中級、高級3個階段的智能化分級建設原則,提出了實現礦山全要素、全過程、全生命周期個性化安全穩定運行的露天煤礦智能化建設的總體目標。通過解析露天煤礦生產和智能化建設的特征,提出了工藝為本、分級建設、價值導向、有序推進和虛實共生的智能化露天煤礦總體設計策略,以期指導我國露天煤礦智能化建設系統化、科學化和規范化?;谖覈旱V露天開采技術和工藝裝備水平的現狀及礦山的現實需求,提出了露天煤礦智能化建設應以工藝作為基本的出發點和落腳點,而并非片面追求少人或無人的發展本質。我國露天煤礦智能化建設的首要任務和核心關鍵是攻克連續和半連續開采工藝核心裝備的卡脖子難題,建立工藝系統機理模型,基于泛在連接技術實現設備群的全面互聯和數據的全面采集管理,再進行大數據分析和智能決策?;诠I互聯網平臺體系架構思想,建立了“感知層、接入層、邊緣層、智能化煤礦工業互聯網平臺層和綜合管控平臺層”的5層智能化露天煤礦平臺架構。感知層實現露天煤礦“人-機-環-管”信息的全面感知;接入層利用智能數據網關模塊技術實現感知層數據的實時傳輸;邊緣層依托協議轉換技術實現多源異構數據的協議轉換、歸一化和邊緣集成;智能化煤礦工業互聯網平臺層由物聯網管理平臺、云計算平臺、技術中臺、業務中臺和數據中臺等組成,構建可擴展的開放式云操作系統;綜合管控平臺層提供了設計、生產、管理、服務等一系列創新性業務應用,實現獨立決策與控制、數據共享和系統間的智能聯動。構建了智能化技術驅動的露天煤礦智能開采技術的5大主要應用場景,提出了智能化露天煤礦初、中、高三級的建設內容,明確了露天煤礦智能化建設的基本規律,即礦山必須以智能化建設的價值創造為評價準則確定相關建設內容及合理的投入規模,方可形成智能化礦山建設的最終價值。
                        • 作者(Author): 趙紅澤, 郭錦樺, 劉元旭, 杜海瑞, 林澤辰

                          摘要:我國大型礦田上一般同時存在多個相鄰露天礦,針對相鄰露天礦山獨立開采時常存在邊幫壓煤、內排土場空間不足,以及土地復墾滯后等諸多問題,基于筆者提出的露天礦群協調開采技術,通過運用露天采礦學的基本原理,引入協同理論,提出了露天礦群開采-采排復一體化協同采礦技術的概念,詳細闡述技術理念及內涵,重點研究了露天礦群開采、排土、復墾3個環節及協同作業的關鍵技術內容,并將其用于卡布其露天礦群。具體包括:借助3DMine軟件構建卡布其露天礦群三維地質模型,根據卡布其礦區三礦開采推進的時空關系,確定露天礦群協調開采模式為同向協調開采,平行布置工作線,貫通相鄰采場,優化總平面布局,讓壓幫煤隨工作線推進順利回采,合理分配與利用排土空間,提出共享排土場的方法以減少剝離物外排,縮短運距;在露天礦群開采方案的基礎上制定協同復墾方案,建立露天礦群分期開采-內排-土地復墾一體化時空模型。實例證明:卡布其礦群在運用露天礦群開采-采排復一體化協同采礦技術后可有效增加煤炭資源采出率,降低剝采比,增加內排空間,實現礦群采剝工程與復墾工程的協調統一,降低復墾成本,提高露天礦直接經濟效益。
                        • 作者(Author): 趙洪寶, 劉一洪, 劉紹強, 張嘉澔, 吳桐

                          摘要:窄煤柱回采巷道底板通常表現為非對稱破壞特征,當覆巖突然斷裂釋放能量時,會對窄煤柱巷道產生動載擾動作用。在動載擾動作用下,巖片剝落乃至巖塊彈射的現象較為普遍,加劇了巷道底板的破壞程度,導致巷道底板穩定性維護難度較大。為掌握窄煤柱回采巷道底板破壞機制以及動載擾動對巷道底板穩定性的影響,綜合采用理論分析、數值模擬和現場實測的方法,建立了窄煤柱巷道底板力學模型并分析了巷道底板的應力、能量以及開挖卸荷特征,結果表明:開挖后,窄煤柱巷道底板兩側應力呈非對稱分布,實體煤底板和巷道底板的應力大于煤柱底板,靠近實體煤側底板容易發生剪切破壞。巷道開挖后,煤柱和巷道底板處于卸軸壓和卸圍壓狀態,實體煤底板為雙向加載狀態。動載擾動后,煤柱和巷道底板的能量增量大于實體煤底板,靠近煤柱側底板受動載擾動的影響更大。在考慮動載擾動條件下,開挖后煤柱和巷道底板為釋能狀態,實體煤底板為能量積聚狀態,圍巖“非均衡”應力狀態是巷道底板失穩、非對稱破壞的重要原因。增加煤柱和巷道底板的變形模量或施加補償應力、降低底板的應力集中程度和蓄能量是改善巷道底板的“非均衡”程度兩條主要思路。通過對某礦窄煤柱巷道實施非對稱支護技術,對煤柱側底板進行注漿加固,改善底板“非均衡”狀態,有效控制了巷道底鼓量。
                        • 作者(Author): 解盤石, 屈利利, 伍永平, 張穎異, 閆壯壯, 馮坤, 楊廣兵, 吉峰

                          摘要:大傾角近距離煤層群開采時,下層煤采場頂板受到重復加-卸載作用,其覆巖運移和矸石充填特征較單一煤層開采時更為復雜。以東峽煤礦大傾角近距離煤層群為研究對象,采用物理相似材料模擬試驗、理論分析和現場實測相結合的手段,通過建立基于下層煤采場頂板的兩端固支梁模型,確定了采場頂板易發生彎曲破斷的位置,研究了大傾角近距離煤層群長壁采場頂板破斷垮落特征。結果表明,上層煤采空區垮落頂板的堆積沿傾向具有不均衡性;垮落頂板與頂板殘垣輪廓的接觸程度存在差異性,沿垂直巖層方向可將垮落覆巖劃分為完整傾斜砌體區域與傾斜砌體缺失區域。上層煤工作面底板受載沿傾向表現為分區特征,根據采空區的非對稱充填特征將其劃分為受近似點載荷的無矸石充填區和受非均衡作用的中、下部矸石充填區。下層煤開采時,采場傾斜中上部頂板(頂煤)先破壞下滑、充填至下部采空區,致使下部區域工作面頂板彎矩較小、傾斜中上部頂板彎矩較大,其中傾斜中上部頂板更易發生破斷。由于采空區充填程度不同,下層煤采場來壓呈現中部較大、上部次之、下部無明顯來壓的基本特征。相對于單一煤層開采,下煤層開采時周期性來壓的強度較低且規律性不強。研究可為大傾角煤層群長壁采場頂板穩定性控制提供一定的理論支撐。
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