摘要：顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点,被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置,以高效抽采采空区卸压瓦斯,是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此,在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其布置位置影响因素的基础上,提出了一种基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法;采用灰色关联分析法确定了GA–BP神经网络模型的预测指标,并设计开发了顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测系统。研究结果表明:①工作面的采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度等5个物理指标是顶板瓦斯抽采巷布置位置的主控因素,且其权重值排序由大到小依次为采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度。②随着遗传代数的增加,GA–BP神经网络适应度不断减小,且当遗传代数为60时其适应度变化基本稳定,表明GA–BP神经网络初始权重和偏置效果较好。③在当前训练样本数据集的前提下,基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置的预测结果与实际工况值的相对误差仅为0.43%~11.27%,在可接受的范围内。该研究可为顶板瓦斯抽采巷精准设计提供一定的参考。

摘要：煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究,主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理,根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案,实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征,研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法,可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性,采用多个中心频率为1.5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验,并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析,实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面,与连续采集方法相比,本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集,单次采集时长控制在10 s以内,煤层厚度探测结果平均误差为1.07 cm,最大误差为1.47 cm,平均误差百分比为7.64%。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。

摘要：煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤粉运移、沉积的动态规律;通过裂隙中煤粉解堵可视化物理模拟实验,分析了解堵时间和流速对裂隙中沉积煤粉解堵面积的影响,揭示了煤粉启动、解堵的动态规律。实验结果表明:煤粉颗粒在裂隙不同方向和位置聚集状态不同,裂隙喉道由入口向垂直主运移方向的两端及主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐减少,支路通道沿主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐增加。裂隙喉道、支路通道和主路通道处煤粉沉积的形态分别呈鹰嘴状、层状和流线型,其原因是裂隙不同位置对含煤粉流体的阻力不同,导致煤粉在不同位置的沉积形态不同。在相同流速下,随解堵时间增长,煤粉解堵效果越好,但前期解堵面积大,后期解堵面积小,裂隙喉道处煤粉解堵效果明显优于支路通道,其原因是松散、易于解堵的煤粉颗粒会被首先解堵,随时间进行,剩余未被解堵的煤粉颗粒需要更大的启动流速。流速越大,裂隙喉道处和支路通道处的煤粉解堵面积越大,其原因是提升流速能增强煤粉颗粒的流动性。

摘要：我国煤下铝土矿资源储量极其丰富,约占全国铝土矿储量的50%以上,随着国内浅地表铝土矿资源逐渐消耗殆尽,地下铝土矿特别是煤下铝开采将成为铝资源开发的发展趋势和必然选择。针对目前煤铝共采过程中存在的岩层活动相互影响问题,提出煤下铝土矿逐巷充填护顶与置换开采方法:将每个铝土矿柱划分为多条采巷,采巷开采完毕后立即充填以达到及时护顶与控制岩层活动的目的,每条采巷按设计顺序依次进行开采与充填作业,实现铝土矿柱与充填体的置换开采,最终保障铝土矿与上部煤层均正常开采。研究成果成功应用于山西华兴铝业有限公司奥家湾铝土矿,充填接顶效果良好,顶底板位移量控制在20 mm以内,可有效控制铝土矿采后的岩层活动,保障上覆煤层连续性,实现煤下铝土矿对上覆煤层的保护性开采;充填后能及时有效护顶,提高采场整体稳定性,解决常规铝土矿软弱直接顶控顶的技术难题;铝土矿采出率由45%提高至78%,矿石贫化率控制在5.06%,且充填设备小型化、便携化,安装在井下,占地面积小,成本低,整体技术经济效益显著。形成了一套适应于现场的完整的逐巷充填护顶与置换开采技术体系,技术可行、经济性好,可为实现煤铝共采提供技术支持,具有较大的推广应用前景。

摘要：针对同步定位与地图构建(SLAM)在无全球定位系统(GPS)信号、缺乏环境特征纹理的退化环境中出现定位失败、建图重叠漂移和无法实时运行的问题,提出了一种基于空间几何特征的激光SLAM方法。算法前端设计了一种基于空间线面几何特征的特征点提取方式,依据点线面约束构建点云配准残差函数,采用高斯-牛顿法优化残差以实现点云配准。算法后端基于关键帧构建子图,通过子图间的map-to-map匹配来获得精确位姿,采用插值融合前后端位姿,实现了全局定位优化。仿真与实际退化环境中的实验结果表明:所提算法在20 m的里程计测试中位姿估算误差小于5%;退化环境中的建图效果优于Hector、Gmapping和Cartographer算法,地图更新平均速度提高近4倍。

摘要：针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂岩层的爆破参数。结果表明:开展预裂爆破工程时,应当考虑爆破参数与岩层抗拉强度相适应,避免炸药能量浪费在破碎区、削弱裂隙区裂纹扩展尺度;较小炸药装药密度下,增大装药密度明显促进爆破裂纹扩展,而较大装药密度下促进作用不明显,易导致破碎区范围明显增大,浪费炸药能量;不耦合系数的最佳区间为1.42~1.58,此区间外裂纹扩展尺度较小,爆破效果不理想;增大炮孔间距,孔间裂纹贯通趋势减弱,爆破效果变差,较优的炮孔间距为10 m。优化了粗粒砂岩层的爆破参数,现场试验后工作面来压步距与支架阻力明显降低,大能量微震事件总能量与事件数占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为硬厚岩层预裂爆破参数设计提供参考。

摘要：“碳达峰,碳中和”目标为煤系伴生资源科学开发和高质量发展提供了指引。结合煤系伴生资源赋存特点提出了“绿色低碳、能采尽采、变废为宝”的协同开发利用理念,论述了煤炭资源在碳中和进程中的定位,构建了煤炭低碳化、零碳化开发的技术体系。“双碳”目标下煤矿行业将经历煤炭主导、能源耦合及新能源主导3个阶段。结合煤系伴生资源赋存特点,重点围绕煤热、煤气、煤水等煤系伴生资源,评述了伴生资源协同开发中低碳、零碳等多种碳捕获、利用与封存技术(CCUS)。技术的发展方向、现状与前景;采空区高碳材料充填开采、矿区生态修复协同生物质能开发、煤层气驱替开采、煤地下制氢技术等具备煤矿特色的CCUS技术有迫切需求。神东矿区依托地下水库工程实现了煤水共采,每年增加的碳汇量可以达到5085 t,基于煤矿地下水库设计构建理念创新提出了一种深井采空区CO_(2)封存与地热水抽采协同技术。

摘要：为研究不同种类添加剂对地聚合物界面过渡区(ITZ)的影响,设计了变角剪切试验以研究地聚合物材料对界面力学行为的影响,采用Mohr⁃Coulomb准则表征了界面内摩擦角与黏结强度,并通过扫描电镜结合能谱(SEM⁃EDS)分析了破裂面的微观结构。研究结果表明:地聚合物与岩石界面的内摩擦角在38°~48°之间,同一组对照实验中界面内摩擦角与黏聚力呈负相关。对于同一种类岩石,强度更高则表现出更高的界面黏结强度。3种纤维材料对矿渣⁃地聚合物材料与骨料的黏结强度都有积极影响,其中玻璃纤维增强效果最为显著,为3.72 MPa。在所有的试验结果中,硅灰对界面黏聚力的增强效果最大,为3.79 MPa。ITZ仍是矿渣⁃地聚合物混凝土中最薄弱的区域,SEM⁃EDS检测结果表明地聚合物⁃岩石界面过渡区域主要存在于地聚合物材料中,界面过渡区域宽度在10~20μm之间。

摘要：冲击地压孕灾和致灾机理复杂、影响因素众多,煤矿地质环境复杂多变及隐伏构造的存在,卸压前后应力集中和冲击风险程度的变化难以定量评估,监测预警难以实现靶向预警和动态防控冲击地压等问题,导致当前煤矿冲击地压问题仍非常严重。在精准评价和防冲设计、采掘中靶向预警和动态防控等方面提出对应的解决途径,阐述了产学研结合获得的一些重要研究进展。结果表明,通过校企联合强化矿井冲击地压机理研究,结合多种方法提高冲击危险性评价的准确性,基于动静载冲击破坏模型和临界准则量化防冲措施参数,采掘中紧密结合地质和开采条件实现靶向预警和动态防控等,是实现冲击地压高效、精准防控的重要解决途径。三参量致灾理论和巷道瞬态触发—连锁破坏冲击模型、基于人工智能巷道抗震能力评估及卸压—支护优化设计、煤层应力随钻感知和精准卸压调控、冲击地压靶向监测预警技术、采掘全过程冲击地压跟踪治理技术等一系列创新成果,破解了复杂致灾环境下冲击地压防控难题,为冲击矿井安全高效开采提供了有力保障。

摘要：我国煤层气资源丰富,但煤储层多为低渗致密储层,单井产量和采出率普遍较低,现有的技术手段难以支撑我国煤层气产业的快速发展,需要探索提高单井产量和采出率的手段。除了水力压裂、裸眼洞穴完井的物理改造方式,采用化学法改造原始煤储层物性也是近年研究的热点。煤储层酸化氧化技术可以避免物理增产方式造成的储层伤害,并可以促进解吸并改善渗流能力,但对于不同煤阶煤储层,适宜不同煤阶煤储层的酸化氧化试剂需要优化,以及其酸化氧化的作用效果需要评价。通过室内实验,对比分析了保德、沐爱、新疆区块煤样物性特征,包括煤阶、煤体结构、煤的宏观特征、煤质特征、孔渗参数、元素分析、矿物组成方面的区别;通过煤粉酸液前置溶蚀实验,优选出了盐酸最佳浓度,并通过Design-Expert软件设计并开展了五因素三水平的酸液优选正交实验,找出了影响溶蚀效果的敏感因素,优选出了最优的氧化剂类型,并对保德、沐爱、新疆区块煤样,分别优选出了适用于各区块煤储层的酸化氧化试剂体系;应用优选出的各区块酸化氧化试剂体系,对保德、沐爱、新疆区块煤样,分别对比分析了酸化氧化前后的孔隙度、渗透率和润湿性;最后基于沐爱区块一个典型井组,通过数值模拟预测了酸化氧化改造后的产气效果。实验表明:盐酸浓度在3~4 mol/L内,酸液溶蚀效果最好;5个实验因素的影响效果从大到小依次是浸泡时间、酸液种类、浸泡温度、煤样种类、酸液浓度;最优的氧化剂为质量分数3%的过氧化氢溶液;保德区块混合酸化氧化剂配方为10%HCl+2%CH_(3)COOH+2%HF+3%H_(2)O_(2),沐爱区块的最佳混合酸化氧化剂配方为8%HCl+2%CH_(3)COOH+4%HF+3%H_(2)O_(2),新疆区块的最佳混合酸化氧化剂配方为12%HCl+1%CH_(3)COOH+1%HF+3%H_(2)O_(2),煤阶越高,最优酸化氧化试剂体系中HF含量越高。酸化和氧化对煤样的孔隙度和渗透率有提升作用,2者增大规律一致,低阶煤提升效果优于高阶煤。酸化作用使煤的亲水性增强,而氧化作用使煤的亲水性大幅减弱,经优选的酸化氧化体系处理的煤样亲水性减弱。数值模拟预测表明酸化氧化方案生产10 a达到废弃条件时采出率达到了64.64%,与同一时间未进行酸化氧化方案的采出程度相比增加19.72%,增产效果显著;与未进行酸化氧化方案生产18 a达到废弃条件时采出率相比增加0.97%,但酸化氧化措施节省了8 a生产时间达到最终采出率,降低了矿场运营成本。优选出的适宜于低、中、高不同煤阶煤层气藏的酸化氧化体系,改善了目标煤储层的解吸和渗流能力,提高了单井产量和采出率。