摘要：CT扫描技术为观测煤岩内部裂隙提供了重要手段,然而由于煤岩CT扫描裂隙场的高度复杂性,对其精确定量描述一直是行业内十分困难的问题。通过CT扫描发现,煤岩内部裂隙结构以面裂隙为主,因此针对CT扫描获得的煤岩面裂隙结构,提出了一种基于椭球模型的解决方案:首先将煤岩CT扫描获得的面裂隙结构离散为三角形面网格,在Geomagic Wrap软件中对三角形面网格进行简化和修复,得到一系列三角形裂隙面代替原有的裂隙结构;然后采用一种特殊的面椭球,即旋转扁椭球,拟合每一个三角形面裂隙,据此实现对整个裂隙结构的椭球模型重构,详细给出了二维空间和三维空间中面椭球重构的控制方程及求解策略,并验证了求解策略的可行性,给出了椭球模型重构CT扫描裂隙场的精度分析;最后利用重构的椭球形裂隙场,分别设计面裂隙方向张量与面裂隙组构张量,定量表征煤岩CT扫描面裂隙结构,同时给出了针对面裂隙方向张量与组构张量的简便计算方法。对于裂隙张量表征理论的应用,选取了简单面裂隙结构、CT扫描获得的真实复杂裂隙结构、真实裂隙场的演化过程等3个具体案例,验证了裂隙张量理论对煤岩复杂裂隙结构的描述能力,并阐明了其与孔隙率、分形维数描述方法之间的异同。关于椭球模型重构方法的应用,除了有助于裂隙结构的定量表征,还介绍了其在裂隙煤岩等效弹性模量预测理论方面的应用前景,并通过数值模拟分析初步验证了理论公式的适用性。

摘要：工业互联网是工业系统与新一代信息通信系统深度融合的新型应用模式,是新基建的重要组成部分和促进两化融合的抓手。为推进煤矿智能化改造和升级,探索通过煤炭工业互联网平台的建设,充分利用物联网、大数据、人工智能等先进技术手段,对煤矿企业生产各环节产生的数据进行采集、存储、加工处理和分析利用,打通信息和系统孤岛,实现数据融合和共享,为安全高效生产提供分析和决策支持。首先基于工业互联网产业联盟发布的工业互联网平台整体框架,结合业界应用实践,围绕煤炭行业特殊应用场景,研究适合于矿井的工业互联网平台解决方案。同时通过分析研究煤炭行业业务数据特征,根据不同层级工业互联网平台的定位,尝试给出了工业互联网平台在煤炭行业落地部署时矿井级、集团级、行业级等不同层次工业互联网平台的功能和协同关系。然后进一步深入设计了一种适用于矿井的云边端一体工业互联网平台技术方案,满足矿井智能化生产过程管控需求,并重点对工业互联网平台的核心支撑大数据平台技术体系进行研究,以数据为导向,设计了大数据平台整体功能架构和技术架构。针对大数据平台的核心技术组件选型,搭建试验环境,利用在某矿井综采工作面实际采集的数据进行试验验证,证明整体架构和技术路线可行,大数据平台的数据存储、访问、计算等关键性能指标符合预期。

摘要：随着煤矿智能化建设进程的推进,制约行业发展的一些问题也逐渐凸显,例如“信息孤岛”现象尚未彻底解决,大量基础条件较差的矿井仍未打通子系统之间的数据流通壁垒,先进矿井的数据平台也主要停留在数据集成阶段,尚未实现数据的跨系统融合,无法实现业务协同;煤矿企业管理信息化水平相对于其他先进行业有较大差距,横向和纵向的管理模式仍较为落后,大多仍停留在传统的非信息化或半信息化模式,缺乏一体化、协同化的管理体系;共享平台缺失,重复开发了众多功能相对单一的同质化软件,无法实现优质软件的复用和技术积累的共享;设备通信接口不统一、数据协议标准不一致,系统集成难度大,协同控制水平低等问题。因此,建设矿井一体化管控平台,融合井上、井下各自动化子系统数据,实现统一监控、统一调度和统一决策已经成为了煤矿行业的迫切需求。参照国家及行业相关标准,明确了矿井一体化管控平台的内涵,并对照智能化煤矿的三级评价体系,结合智能化建设目标,分别梳理了初级、中级、高级矿井一体化管控平台的建设要求。并据此完成了矿井一体化管控平台的总体架构设计,确定了各个部分的功能划分和技术实现方式。随后具体阐述了矿井一体化管控平台应用的统一EIP协议、大数据融合平台、容器化平台、数据交换共享以及主数据管理等关键技术。最后介绍了系统平台在实际应用中的部署架构和协同方式,通过试运行系统验证了矿井智能一体化管控平台的数据融合能力和综合管控能力,该平台可以有效支撑煤矿的生产、安全、管理需求,加强纵向联动和横向协同,推进矿井的安全、高效、精细化运营,实现降本增效。

摘要：为寻求智能化露天煤矿统一的设计思想和建设内容,确保露天煤矿智能化建设的实效,针对目前露天煤矿山普遍存在的重“软”系统建设,轻“硬”工艺装备变革,重业务系统建设、轻数据价值挖掘,偏离需求片面追求无人化,忽视智能化建设的经济属性等问题,厘定了围绕“人”“设备”“系统”3条主线的建设内容,明确了将露天煤矿智能化程度分为初级、中级、高级3个阶段的智能化分级建设原则,提出了实现矿山全要素、全过程、全生命周期个性化安全稳定运行的露天煤矿智能化建设的总体目标。通过解析露天煤矿生产和智能化建设的特征,提出了工艺为本、分级建设、价值导向、有序推进和虚实共生的智能化露天煤矿总体设计策略,以期指导我国露天煤矿智能化建设系统化、科学化和规范化。基于我国煤矿露天开采技术和工艺装备水平的现状及矿山的现实需求,提出了露天煤矿智能化建设应以工艺作为基本的出发点和落脚点,而并非片面追求少人或无人的发展本质。我国露天煤矿智能化建设的首要任务和核心关键是攻克连续和半连续开采工艺核心装备的卡脖子难题,建立工艺系统机理模型,基于泛在连接技术实现设备群的全面互联和数据的全面采集管理,再进行大数据分析和智能决策。基于工业互联网平台体系架构思想,建立了“感知层、接入层、边缘层、智能化煤矿工业互联网平台层和综合管控平台层”的5层智能化露天煤矿平台架构。感知层实现露天煤矿“人-机-环-管”信息的全面感知;接入层利用智能数据网关模块技术实现感知层数据的实时传输;边缘层依托协议转换技术实现多源异构数据的协议转换、归一化和边缘集成;智能化煤矿工业互联网平台层由物联网管理平台、云计算平台、技术中台、业务中台和数据中台等组成,构建可扩展的开放式云操作系统;综合管控平台层提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用,实现独立决策与控制、数据共享和系统间的智能联动。构建了智能化技术驱动的露天煤矿智能开采技术的5大主要应用场景,提出了智能化露天煤矿初、中、高三级的建设内容,明确了露天煤矿智能化建设的基本规律,即矿山必须以智能化建设的价值创造为评价准则确定相关建设内容及合理的投入规模,方可形成智能化矿山建设的最终价值。

摘要：针对目前煤矿井下人员乘坐矿用车辆时,受车速和车厢金属结构等因素影响,造成车内外无线通信不畅从而导致的车厢内人员实时定位不准确、漏识别、轨迹丢失、无法统计乘车人数等问题,设计了一种基于UWB精确定位技术和低频唤醒技术的车载读卡器;车载读卡器以ARM STM32F413、UWB通信收发芯片DW1000和低频唤醒射频芯片EM4095为设计核心,通过低频唤醒触发UWB通信信道切换的方法,实现对矿用车辆车厢内人员的精确定位与数量统计。测试结果表明:车载读卡器能准确区分车内外人员,有效解决因车厢金属结构屏蔽造成的漏识别、定位不准等问题,最大动态定位误差不大于7.3 m,满足煤矿应用要求,对井下开展智慧约车、派车业务,提升煤矿井下智慧交通建设具有重要意义。

摘要：蒙陕矿区矿井多采用留宽煤柱双巷掘进工艺,造成工作面沿空巷道受多次采掘扰动,受采空区顶板、煤柱尺寸等影响,回采巷道围岩应力演化过程中出现多次集中现象,甚至诱发冲击显现,严重制约了工作面的安全高效生产。以蒙陕矿区葫芦素煤矿21103工作面为例,通过对沿空巷道冲击显现特征分析,采用数值模拟对巷道形成之后在上区段21102工作面回采时、回采后及本工作面回采时的3次高强度开采扰动进行分析,研究了沿空巷道围岩应力的演化过程;利用现场微震监测和采动应力监测,对煤柱内应力变化情况和开采扰动下的围岩活动特征进行了研究;提出了基于厚硬顶板、宽煤柱条件下沿空巷道冲击地压防治技术方案。研究结果表明:(1)在上区段工作面及本工作面回采扰动下,宽煤柱内应力逐次升高,形成应力集中,具有较高的静载荷水平;(2)采空区上覆顶板弯曲下沉、滞后垮冒等对沿空巷道带来强烈扰动,造成沿空巷道冲击危险性急剧增加;(3)煤柱内布置的联络巷加剧了巷道围岩形成的高应力集中,在顶板断裂等强动载作用下,易达到冲击载荷并诱发冲击;(4)采取厚硬顶板“钻-切-压”措施能够降低顶板带来的集中静载并弱化其动载作用,对煤柱内高应力区实施大直径钻孔降低高应力区的应力集中程度。通过防冲方案的实施,现场工程显示沿空巷道围岩应力增加值得到控制,易诱发冲击的大能量事件大幅减少,为指导多次扰动条件下的宽煤柱沿空巷道冲击地压防治提供借鉴。

摘要：微震数据对于冲击危险性分析极为重要,但一般情况下微震事件缺少危险与否的标签,同时模型设计较少考虑微震自身特征,由此导致了模型性能不足的问题。通过对某煤矿微震事件显现特征进行跟踪标定,获得了具有危险性标签的微震数据集,针对性提出了一种基于CNN-GRU模型的微震危险性分析方法,该方法考虑了微震前兆特征,利用微震监测数据的时间、地点和能量建立特征指标;将建立的初始数据集,在时间尺度上分为训练集、验证集和测试集,并对危险和非危险样本不平衡的问题进行处理;最后利用训练集对CNN-GRU模型进行训练,将在验证集上效果最好的模型用于测试,严格规范了模型的泛化能力。该方法在对某矿山的微震监测事件的危险性分析中取得了很好的效果,证明了在选取合适分析特征的基础上,利用深度学习方法对冲击危险状态进行分析是可靠的。

摘要：为满足煤矿井下人员精确定位系统新标准的要求,设计了一种基于UWB技术及DS-TWR定位算法的煤矿井下人员精确定位系统。基站集成2个无线收发器,仅利用3条交互消息即可完成对定位卡距离的计算及方向判定,有效缩短时隙宽度;引入入网防冲突机制及时隙分配机制来提升定位效率,试验结果表明,定位卡刷新频率为600 ms下,该定位系统最大静态定位误差不超过30 cm,最大位移速度达7 m/s,基站最大并发识别数量达80个。定位基站的时隙宽度仅为6 ms,相对于4消息定位模式缩减25%。

摘要：分析了我国煤矿智能化建设存在的突出技术短板,提出了智能化系统设计、信息基础设施、智能地质保障、智能采掘运、智能安全预测预警、智能供电及智能水务、智能洗选、智慧园区、智能化露天煤矿、智能建井、智能设备及机器人、应急救援及监管监察等12个创新研发方向,组建了46个煤矿智能化优势创新团队,形成了煤矿智能化创新最强阵容。建立了创新链与产业链的目标协同、组织协同、知识协同和业务协同模式,依托136个省级以上实验平台,在煤矿智能化重要技术方向上率先取得一批创新成果,为我国煤矿智能化建设提供了技术支撑。提出了持续推进煤矿智能化建设、提高技术装备保障能力的9个重点突破方向:持续构建煤矿智能化支撑技术体系,加快构建煤矿智能化技术标准体系及建设效益评价体系,加快推进煤矿智能化“煤智云”研究应用,开发大采高放顶煤智能开采工艺成套装备,加强智能快速掘进技术及装备研发,开发高可靠性、高稳定性的矿用智能传感器,加快煤矿机器人集群关键技术研发,加快构建智能洗选成套装备及工艺包开发,强化露天煤矿智能化工艺先进成熟与核心装备稳定高可靠。

摘要：为保持露天煤矿区域地下水系统平衡,避免由疏干造成的水资源破坏及不良环境影响产生,缓解露天煤矿疏干和排水之间的矛盾,尝试在降落漏斗范围内同层回灌露天煤矿疏干水。在保障采矿安全的前提下,通过短路径“疏干-回灌”地下水循环,实现疏干水零排放。以水均衡为理论基础,依据短路径地下水循环疏干理论,以露天煤矿为研究对象,采用FEFLOW地下水数值模拟软件,构建疏干-回灌协同开采地质模型,对露天煤矿疏干和回灌同时运行条件下的地下水流进行模拟。分析疏干井和回灌井的井数、井距、流量与疏干效果的关系。对比分析降水孔疏干法和短路径地下水循环疏干法的疏干效果,验证短路径地下水循环疏干法。通过数学模型得出回灌完全补给疏干时,形成短路径地下水循环。给出疏干与回灌同步、疏干流量稳定、回灌量尽量接近疏干量、回灌井与疏干井距离短4个关键问题。模拟计算出形成短路径地下水循环的回灌井布设数量与疏干井为1∶1;回灌井距降水中心的最优距离段是2000~3000 m,并且距离越大疏干流量降幅越大,距离越短达到最大回灌流量的时间越短。突破地下水同层回灌以疏干降落漏斗为界限的限制条件,定义短路径地下水循环疏干;提出临时利用含水空间和水在含水层中循环的时间,换取采煤工作区安全开采的疏干思路,得出短路径地下水循环疏干理论。研究以露天煤矿地下水实现疏干目标为前提,模拟短路径“疏干-回灌”水循环疏干过程。得出单环型等距布设回灌井时,回灌与疏干井数相等;循环较好的回灌井与降水中心距离段;通过分析疏干流量、回灌流量、回灌井距离降水中心距离和疏干时间之间的关系,推算出距离降水中心最近的回灌井布设距离计算公式,并给出了该方法用于露天煤矿疏干排水的应用步骤。结合某矿疏干实例,在达到与降水孔疏干法相同的疏干效果时,短路径地下水循环疏干还具有保持疏干系统流量稳定、使疏干设备高效能稳定效率工作等优势,并可通过调整回灌井布设位置和调节回灌井井内水位,控制区域降落漏斗的范围和形态。通过实例模拟计算对比2种疏干方法,短路径“疏干-回灌”水循环使疏干井日出水量稳定在最大出水能力的82.5%以上,降低了疏干水外排量33%~98%。