摘要：针对当前液压支架放煤过程中落煤时间和落煤量监测主要依赖于人工观察、自动化程度不高的问题,提出了一种基于声源定位的落煤状态识别方法,通过声源的识别与定位得到当前落煤的液压支架位置与落煤状态。设计了基于STM32的声音传感器阵列的数据采集系统。针对传统算法识别宽带信号和多声源定位困难的问题,采用基于压缩感知的多声源宽带定位算法,通过对信号进行分解得到不同频带的定位结果。仿真结果表明,该方法能准确识别170台液压支架落煤声源位置,在信噪比(SNR)为-5 dB时双声源识别率达到98%。

摘要：针对电动阀门在运行过程中,由于外部干扰、系统参数变化、摩擦力等非重复干扰的影响而难以达到高精度控制的问题,提出一种基于滑模扰动观测器的预测控制方法。通过对阀门驱动原理进行深入研究,构建阀门的数学模型,根据模型中电机电流与总负载扰动的正相关性,以电机电流、阀门转速为输入量,采用滑模扰动观测器对系统总负载扰动进行估计。设计模型预测控制器,对扰动估计值进行补偿,实现对阀门开度控制的准确性,鲁棒性以及对总扰动值跟踪的快速性。理论分析、仿真和试验表明:观测器仅0.001 s便跟踪到了设定值,收敛速度快,阀门开度精度误差在0.2%以内,完全达到控制目标,开度控制效果良好。可充分验证该控制方法在不同的负载扰动下,依然能使电动阀门保持良好的开度控制精度以及抗扰动能力。

摘要：为了进一步提高极复杂地质构造下矿井底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决矿井区域水害治理过程中面临的太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙发育、水压高、富水性强、井下钻孔工程量大、施工工期长等安全技术难题,通过分析矿井近年来区域治理后工作面底板出水案例及特征,提出了地面定向钻孔超前区域治理底板岩溶水害技术。以陈四楼煤矿南翼九采区2901、2903试验工作面开采为背景,选取了L8灰岩含水层作为目标层位,设计了地面定向孔组的技术参数,并通过现场试验测试分析了治理前后的二2煤底板水压和各钻孔的吸水率。结果表明:注浆后各钻孔的吸水率呈现明显的下降趋势,Z2和Z3孔组钻孔平均吸水率分别下降97%和94%,经过定向钻孔超前注浆加固底板太原组上段灰岩后,岩溶裂隙得到了有效充填;治理后区内太原组上段L8灰岩内水压下降至1.2~4.2 MPa,且水压分布不再与地层埋深吻合,多呈孤岛状,太原组上段L8灰被改造为等效隔水层,底板突水系数下降至0.023~0.057 MPa/m。技术成功应用实现了极复杂地质构造下强突水危险性工作面的安全高效回采,为同类矿井相似型综采面的底板岩溶水害防治,探索出了一套新的方法。

摘要：煤矿井下低矮巷道的探放水钻孔施工不仅要求钻孔机器人结构紧凑、外形尺寸具有适应性,而且能够进行全方位和大倾角钻孔施工。履带车体承担着钻孔机器人主体组件布局和行走的功能,是钻孔机器人能够稳定钻进的基础,为此创新设计了悬臂式焊接车体平台。为确定车体平台的承载能力和可靠性,通过ABAQUS有限元软件对其在2种极限工况下进行模拟分析。结果表明,应力集中均出现在车体平台悬臂处,车体平台的最大Mises应力和变形量均能满足强度和刚度的设计要求。

摘要：针对双厚组合坚硬顶板厚煤层工作面开采过程中的强矿压显现问题,本文提出了定向长钻水力压裂方案,并基于压力实测、瞬变电磁及钻孔窥视方法从孔内、孔外、动态、静态四个方面对定向长钻水力压裂裂缝扩展进行可视化监测评价。研究成果表明:压裂过程包括钻孔周围微裂隙发育扩展,出现宏观裂缝,宏观裂缝周围微裂隙发育,出现新的宏观裂缝,直至压裂完成;钻孔径向20m范围内岩层电阻率较低,大裂缝较为发育;设计的3个钻孔压裂后影响范围基本可以覆盖整个顶板治理区域;长钻孔内各压裂段裂隙可以实现贯通,钻孔内纵裂隙、横裂隙交替发育形成三维裂隙网络;压裂后顶板微震事件总能量和总次数都显著降低,压裂层位顶板能量提前释放,表现为“高频低能”显现,工作面来压强度明显改善。

摘要：宁东煤田主要赋存侏罗系煤层,延安组宝塔山砂岩含水层是侏罗系下组煤的底板,具有富水性强、静储量大以及胶结性差的特点,是影响下组煤开采的主要充水水源。新上海一号煤矿即将开采的十八煤一分区底板隔水层较薄、带压程度较高,突水系数大于0.1MPa/m,均属于突水危险区,本文以新上海一号煤矿为研究区,在宝塔山砂岩含水层水文地质条件探查和井下放水试验的基础上,开展水文地质特征研究,通过构建地下水流数值模型对宝塔山砂岩疏降可行性进行论证,建立疏降管理模型,最终结合十八煤一分区开采布局,提出最优疏放管理方案,预计疏放水299.358万m^(3),比未进行地下水疏降优化管理设计预计疏放水量减少了188.242万m^(3)。在保护矿井水资源的同时,降低了生产成本,研究可为今后类似条件下的强富水弱胶结型底板砂岩水疏放水工作提供一定的借鉴作用。

摘要：【目的】空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进,存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题。采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径,拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一,但目前大多泡沫发生器无法满足要求。【方法】针对此问题,基于螺旋式泡沫发生器,增设空气动能转化装置,设计了一款小尺寸泡沫发生器。采用数值仿真分析方法,对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化。【结果和结论】结果表明:(1)空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动,在0.8 MPa空气压力条件下,叶片平均转速可达621.61 r/min。(2)完成动能转化后,气体可以继续进入泡沫发生器内部,与泡沫基液进行气液混合,达到设计目的。(3)通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析,安装角度为30°的搅拌叶片,其搅拌效率和气液混合效果好。研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础。

摘要：针对煤矿井下钻探施工自动化水平低、工人劳动强度大、施工效率低且工期较长等问题,通过对石圪台煤矿地质情况、传统施工工艺的分析优化,采用ZDY4500LFK型全自动钻机进行探放水钻孔施工,利用双机械臂代替人工加卸钻杆,有效降低了工人的工作强度,实现了一键全自动钻进施工、关键钻进参数实时监测、故障自诊断等功能。应用结果表明,该钻机设计合理、维护性好、施工效率高、可靠性强,进一步提高了矿井智能化与信息化建设水平。

摘要：常规的随钻电磁波测井是一种重要的地层流体评价方法,但其不具有方位特性。为此,提出了一种具有较好方位探测特性的新型模块化随钻电磁波测井仪器结构。为准确了解模块化随钻电磁波测井仪器结构对测量电压信号的影响情况,采用有限元法建立了三维模型,探究了仪器各部分的影响规律。研究得出:随着钻铤和天线槽填充物电阻率增大,接收电压信号出现了突变区间且与仪器的频率和几何尺寸密切相关;盖板材料的电阻率对接收信号强度的影响较大,盖板应选择电阻率比金属稍低的材料,而测量信号随传感器本体电阻率增大而增大,因此传感器本体应选择非金属材料;钻铤和填充物的电阻率较小时,接收电压信号有明显的衰减,填充物电阻率较大时其影响可以忽略;通过扣除空气介质中的仪器响应,可以较好地消除仪器结构的影响,扣除仪器结构影响后线圈中磁通量减小,导致仪器信号低于扣除前。该研究结果可为实际测井仪器的设计制造提供理论依据。

摘要：为提升虚拟仿真技术在工科《材料力学》课程教学中的应用效果,引入定制化虚拟仿真教学模块、完善交互式虚拟仿真教学平台,以及开展综合性虚拟仿真实践教学,针对课程的特点和学生的学习需求,本文设计了直观、易操作的虚拟实验环境,并结合工程实例进行实践教学。通过对比研究,比较虚拟仿真教学模块与传统教学方法在学生学习成绩上的差异。虚拟仿真教学模块的班级在总成绩上略高于传统教学方法的班级,但在与内力计算和绘图相关的分数上,前者平均分明显高于后者,特别是在内力计算方面,平均分高出12分。此外,虚拟仿真实验还帮助学生更好地理解和应用应变电测法、应力与内力关系等知识点,成绩提升率分别达到了20%和22%。对于难度较大的超静定桁架破坏识别实验,创新班学生的平均成绩也分别达到了92分和95分,成绩提升率高达30%和35%。因此,虚拟仿真技术应成为工科《材料力学》课程教学改革的重要手段之一,以进一步优化课程与实验相结合的教学体系。