摘要：冲击地压因其特有的易发、多发、难防治特征,成为影响煤矿生产最为突出的动力灾害之一,其中以回采巷道冲击地压发生最为显著。冲击地压巷道动力显现过程中,锚杆支护系统往往伴随着一定的动载冲击作用,关于锚杆支护系统在动载冲击作用下的力学响应研究对冲击地压防治具有重要意义。为研究锚杆支护系统中杆体不同位置对冲击载荷的响应规律,选择煤矿常用的500号左旋无纵肋螺纹钢锚杆,沿锚杆轴向不同位置粘贴应变片,利用锚杆力学性能综合试验台对支护单元施加轴向冲击载荷,分别采用激光位移传感器和动态应变仪采集锚杆杆体及不同位置变形数据,分析杆体变形规律及时序特征;利用LS-DYNA数值分析软件再现轴向冲击载荷下锚杆受载变形过程,分析锚杆不同位置的应力和变形特征。结果表明:①在171 kN初始拉伸载荷状态下,10 kJ轴向冲击能量使锚杆端部载荷瞬时增加至438 kN,此后处于振荡衰减状态,衰减速度逐渐增大。②10 kJ轴向冲击能量导致锚杆在30 ms内振荡拉伸和收缩,并最终产生28.39 mm的拉伸塑性变形。③锚杆杆体不同位置的变形受应力波的界面反射效应影响较大,塑性变形大部分产生在锚杆自由段,且距离锚固段与自由段分界面越近杆体塑性变形量越大。④锚杆不同位置对冲击载荷响应具有时序性,拉伸和收缩变形均由杆尾向锚固端头依次响应。⑤锚固作用可有效约束锚杆变形,吸收冲击产生的应力波,随着锚固深度加大,锚杆应力和变形响应幅值显著减小。

摘要：针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题,分析了智慧矿山建设技术架构现状,对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系,采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论,提出了智慧矿山工业互联网架构体系,包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设,提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构,分析了各层构建的主要内容和相互关系,包括:①现场层,提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景;②边缘层,构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构,实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环;③IaaS层,构建基于边云协同的存储与计算架构,实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化;④工业PaaS平台层,包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境;⑤工业SaaS应用层,调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统PaaS平台构建“智慧矿山大脑”赋能智慧矿山建设,主要有矿山资源勘察、数字化协同设计、矿井施工管理、综合自动化集成、智能开采、快速掘进、地测管理、故障诊断、智能物流、智能通风、精准感知、重大危险源辨识与控制等赋能应用场景,最后进行了总结和展望。

摘要：为解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下,拉脱、断绳事故频发等问题,研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调研,得到了新型智能控制变频牵引绞车外形及性能边界参数。通过总体—部件—总体反复设计与研究,最终确定总体结构设计。并从结构件设计的关键技术与参数研究、减速器的设计参数与传动系统布局以及支撑装置的设计计算等方面,对新型智能变频牵引绞车总体排布中的关键技术与参数进行了研究与阐述。通过对总体功能的研究,确定了液压系统功能及原理,并且结合使用工况和操作要求,确定了智能检测功能与遥控控制方法。通过对3个综采回撤工作面和2个综采安装工作面试验过程的跟踪与记录,对样机使用情况作了全面阐述,并对新型智能变频牵引绞车的优点和存在的不足进行了分析与总结。从样机使用情况看,所研制的绞车总体结构合理、可靠,液压系统功能及智能检测与控制功能等完全满足使用要求,能够有效避免现有绞车使用中存在的一些安全隐患。

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：【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

摘要：回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革,实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革,液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破;采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展,采高0.8~9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求,智能化水平不断提升;大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破,450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行,智能变频一体机传动代替传统CST等传动,节能近30%;大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势;电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展,国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用;“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统,解决了采掘失衡难题;智能变频节能传动支撑矿山节能,采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升,研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用,取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展,分析了煤矿数据流分类与关联,提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论,综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展,提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态,推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发,建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路,为企业高质量发展指明了技术方向。

摘要：为研究三维动静加载下不同长径比煤样力学特性及能量耗散规律,利用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对直径50 mm,长径比分别为0.5,0.6,0.8和1.0的4组圆柱体试样开展三维动静加载试验,从动态应力和动态应变等方面研究不同长径比煤样的力学特性,并对破碎后煤样进行能量分析。研究结果表明:当试样长径比在0.5~1.0范围内时,动态峰值应力和组合峰值应力均随应变率增大呈乘幂函数关系增长,长径比越大,试样的应变率敏感性越强;相同应变率下,动态峰值应力和组合峰值应力随试样长径比增加而增大,且应变率越大,二者长径比效应越显著。试样动态峰值应变和动态最大应变均随应变率增大呈线性关系增长,不同长径比试样动态峰值应变及动态最大应变的应变率敏感性相差不大,相同应变率下动态峰值应变随试样长径比增加而减小,动态最大应变受预加静载及试样允许的最大变形量双重因素影响,随长径比增加表现为先减小再增大。试样长径比越大,煤的破碎耗能密度越小,破碎程度越高,破坏模式由张拉破坏向剪切破坏转变。研究成果有利于探究动静载叠加作用下冲击失稳破坏机制,为冲击地压防治提供理论支持。

摘要：为研究煤矿井下液压钻机的振动特性,指导钻机优化设计和状态监测,以ZDY6500LQ型全液压动力头式钻机为研究对象,进行了整机振动测试与分析。根据钻机工作原理得出主要激振源,以低速高转矩运行状态为例,计算了该状态主要部件激振频率。基于振动测试原理,确定了试验方案,结合钻机综合性能检测平台搭建了振动测试系统。在空载、低速高转矩和高速低转矩3种工作状态下对钻机的8个主要位置进行了振动测试。应用频域分析方法,将测试数据转化为对应频谱,分析了低速高转矩状态下主要激振源引起的钻机振动特性;应用1/3倍频程方法,对比分析了3种工作状态下钻机8个测点位置的振动总量,以及前后、左右、上下3个方向加速度均方根值的变化规律。结果表明:钻机在低速高转矩状态下,动力头减速箱和泵站柱塞泵是最大激振源;振动频率高于100 Hz时,对钻机整机振动影响较大。在钻机动力头位置,低速高转矩负载使减速器箱体振动总量较空载减少3.11%~7.27%,高速低转矩状态下振动总量较空载增加5~6倍;除动力头外,钻机空载状态下各测点振动最小,拖板、导轨、卡板振动与负载成正相关,低速高转矩状态下振动总量是空载状态的2~5倍;钻机在低速高转矩状态下整机有效功率大于50%,能耗较低。研究结果为优化钻机结构,提升钻探施工安全及可靠性提供了参考。

摘要：我国煤矿无煤柱开采技术研究与应用已有60多年。综合分析了沿空留巷、沿空掘巷、跨巷开采及采空区布置巷道等无煤柱开采方法及适用条件、围岩控制取得的研究成果。在沿空留巷方面的主要内容为:不同开采系统的沿空留巷类型、围岩变形与破坏特征;沿空留巷结构力学模型及围岩与支护作用关系;沿空留巷巷内基本支护、巷内加强支护、巷旁支护形式及支护性能;爆破与水力压裂围岩卸压机理及技术;沿空留巷断面优化及维护时间控制;沿空留巷支护设计原则及沿空留巷安全技术。在沿空掘巷方面,论述沿空掘巷的类型及小煤柱尺寸设计方法,分析沿空掘巷围岩结构特征、围岩变形的主要影响因素及沿空掘巷围岩控制技术。介绍跨巷无煤柱开采的类型,分析巷道与采煤工作面底板的垂直距离、工作面边界至巷道的水平距离等参数对跨采巷道围岩变形的影响。论述在采空区布置巷道的方式:在采空区形成巷道和掘进巷道,分析采空区巷道的应力环境及施工存在的难点。介绍陕西何家塔煤矿支卸组合泵充混凝土支柱沿空留巷、山西野川煤矿泵充钢筋混凝土墙与水平长钻孔水力压裂卸压沿空留巷围岩控制2个应用实例,分析沿空留巷围岩变形控制效果。最后,提出无煤柱开采方法及围岩控制技术的改进意见与发展方向。

摘要：车载钻机是矿山事故地面钻孔救援的核心装备,在国内外历次成功救援中发挥了重要作用,给进系统是车载钻机的主要执行机构,使用过程中暴露出长工作行程制约整机通过性、定位轮系维护困难、双油缸运动同步性不强、动力头偏载引起导轨磨损、液压表显示起拔力延时等问题。研制的ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用基于油缸—钢丝绳倍速传动机构的伸缩桅杆式结构,实现了长工作行程和短运输尺寸;设计快换式轮系、钢丝绳防扭转张紧系统,解决一二级给进机身的辅助定位系统安全保护和维护困难的难题;采用给进系统油路同步补偿和先导控制技术,解决给进装置双油缸同步的难题;研发抽屉式调平体和测力销轴结构,实现动力头钻进过程中自平衡式调节及起拔力监测。经过静态、模态分析、应变测试和现场工业性应用,给进系统最大起拔力达1205 kN,能够有效处理大直径救援井施工过程中卡钻、埋钻等孔内事故,配合动力头、钻杆加卸系统,具有快速起下钻具功能,可大幅度提高倒杆效率,单根起下钻效率小于3 min/根。研究结果表明:救援车载钻机伸缩桅杆式给进装置运输尺寸短,钻机机动性强,道路通过性好;现场试验中处理了多次孔内卡钻、埋钻事故隐患,稳定和可靠性较高、可维护性好、起拔力监测准确、倒杆效率高,可以满足600 m深度救援井施工需求。给进装置轻量化,以及执行系统、传动系统、动力系统之间的响应匹配优化研究是今后的重点方向。