摘要：针对潞宁煤矿埋深较大、地质生产条件复杂等问题,采用小孔径水压致裂原位地应力测试技术,完成10个测点的地应力测试工作,分析表明,潞宁煤矿地应力场为典型构造应力场,最大主应力始终为最大水平主应力,矿井地应力量值总体属于高应力区,且随着埋深增大,应力场发生偏转,垂直主应力逐渐由小于最小水平主应力演化为大于最小水平主应力。揭示了最大水平主应力与垂直主应力的比值、最小水平主应力与垂直主应力的比值、最大主应力与最小主应力之差与垂直主应力的比值等不同侧压比随埋深变化规律,分析了最大剪应力随埋深变化规律,为潞宁煤矿巷道布置及支护设计提供可靠基础参数。研究表明,潞宁煤矿沿空掘巷合理送巷时机为滞后邻近工作面约270 m,采用顶板全锚索与巷帮锚杆、锚索联合支护的形式可有效控制巷道围岩变形。

摘要：为了揭示锚杆护表构件的抗冲击力学性能,从而为冲击地压巷道锚杆支护中护表构件的选择提供设计依据,采用落锤冲击试验装置开展煤矿常用托盘及其组合构件力学响应试验研究,分析护表构件的冲击力及变形特征。托盘冲击力时程曲线呈现急剧震荡加载、震荡稳载和迅速卸载3个阶段,冲击力以波动的形式围绕冲击力均值上下浮动;冲击力峰值随托盘面积增大而降低、随高度增加而增大。随着冲击能量增加,托盘冲击力峰值和均值均呈增大趋势,明显高于静载下托盘承载力,而锚索和锚杆托盘作用时长变化呈相反趋势,单次落锤冲击下托盘作用时长均不超过8 ms。低能量循环冲击下,托盘承载力趋于稳定,最终承载力随单次循环能量增加而增大,拱位移随循环次数呈线性增加。总冲击能量恒定时,低能量循环冲击下托盘最终承载力低,总变形量小。锚杆托盘与W钢护板组合构件冲击力时程曲线对称性好、作用时程长、震荡幅度弱,且总变形量小,抗冲性能优于单一托盘,表明W钢护板能够起到降低冲击震荡幅度、改善组合构件承载特性的作用。试验获得煤矿常用托盘抗冲能量值,抗冲能量高低与托盘拱部结构有关,由其拱厚度、拱高和面积决定。

摘要：煤矿智能化是煤炭生产方式和生产力变革的新方向,是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,当前仍处于煤炭智能化开采的初级阶段。煤炭智能化的发展依赖于数据的高效传输和有效利用,如何解决多感知设备可靠接入、大容量数据高速传输和智能终端低延时控制的问题成为煤炭智能化开采面临的重要基础问题之一。为有效推动煤矿智能化开采的向前发展,分析了煤炭智能开采初级阶段在感知、决策和执行环节面临的短板问题;研究了在设备可靠性、信息传输和位置服务等基本保障技术方面的不足和未来发展方向;指出了工业控制软件在煤炭智能化开采和国家能源安全方面的重要性,提出了工业控制软件要实现自主可控,新技术应用要注重积累和重视基础研究的观点;从顶层设计、多网融合、网络转换、工控安全和应用场景5个方面分析了5G技术在煤炭智能开采应用中的关键问题,并指出5G不是要取代其他网络,而是能使得各种网络融合高效运转,同时提出工控安全将成为5G工业应用中的重要一环;给出了5G平台建设建议:建立微服务架构体系,设计好面向功能的MEC边缘计算模式,规划好针对场景的网络切片,重视5G智能终端研制,做好应用场景算法研究和软件开发。最后提出5G技术研发应用要注重技术生态建设,用好5G这一工具,推动人工智能、大数据、物联网、混合现实等技术在煤矿智能化开采中的落地。

摘要：通过实验室单轴压缩试验与数值模拟计算,研究不同强度比组合煤岩的力学响应特征与能量分区演化规律。结果表明:煤岩组合体的强度与变形参数主要受薄弱载体控制,当岩石强度低于煤的强度时,组合体强度与岩石强度相近,岩石是破坏的主体;两者强度相近时,组合体强度较煤、岩略有升高,此时煤岩均发生较充分的破坏;随着岩石强度与刚度的增大,组合体的强度与刚度也增大,岩石强度达到煤的2倍后,组合体的单轴抗压强度较煤增长达到15%并趋于平缓,弹性模量增幅超过70%后趋于平缓,此时煤是破坏的主体,且破坏形态较为一致。煤岩组合体受载阶段可分为应变能快速积累、应变能增速放缓和应变能快速释放3个阶段,耗散能与摩擦能在第2阶段开始缓慢增长,进入第3阶段后,耗散能、摩擦能与动能开始急剧增长。煤与岩石的应变能演化与组合体的相似,煤是组合体积聚应变能的重要载体。随着岩石强度的增大,煤岩组合体的应变能密度呈快速增大后缓慢减小的趋势,在煤岩强度比1∶2时,煤岩组合体的应变能密度最高;组合体中煤的应变能密度先快速增大后趋于平缓,当组合体中岩石强度高于煤时,能够增大煤储能应变能的能力,但增幅在30%以内;组合体中岩石的应变能密度呈先增大后减小的趋势,在煤岩强度比1∶1时达到峰值。

摘要：为了解决瓦斯抽采治理智能化程度低、瓦斯防治信息不完善、抽采模型忽视数据分析与态势预测等缺陷,构建了1套以物联网“1张图”为基础,以智能调优算法与“大数据”挖掘为核心的瓦斯抽采达标智能决策平台。开发了数据关联融合功能实现抽采达标实时评判;集成实时抽采数据与历史抽采数据,采用神经网络预测方法对瓦斯治理数据进行有指导的数据挖掘,实现瓦斯抽采模型智能预测;应用API方式进行GIS功能的定制,实现瓦斯防治井下应用场景可视化、井上瓦斯治理工作流程化。平台在冀中能源股份有限公司东庞矿得以应用,现场试验结果表明:该平台可有效减少煤矿技术人员的工作量及人工处理、人工预测可能带来的误差,实现瓦斯抽采防治工作透明,推动了瓦斯治理智能化发展。

摘要：为实现综采工作面设备运行姿态的自主监测和协同控制,以满足煤炭智能化开采需求,针对工作面"三机"设备现有惯性测量、传感器测量和视觉测量等位姿测量技术的研究现状,分析已有测量技术在井下工作面实际应用中存在的问题,提出了当前煤矿井下"三机"设备位姿测量技术所面临的难题及相应解决对策,对今后综采工作面设备位姿参数的全面精确获取,设备位姿状态的实时远程监测及设备位姿信息的有效关联和姿态优化等技术进行了展望。分析表明:现有测量技术虽能基本上实现"三机"位姿状态信息的获取,但测量效果受工作面地质条件影响较大,且在测量精度、测量参数的全面性和自动化测量程度等方面有待进一步提高;多数矿井仍需采用传统测量方式,人工劳力未能得到完全解放;其他领域先进位姿测量技术在综采工作面的应用已见成效,但因井下特殊开采环境产生的系列技术难题仍待进一步突破。通过深入研究,促进多种测量技术相互融合,实现"三机"设备位姿信息间的互补与校正,突破现有测量技术瓶颈,解决先进测量技术跨领域应用的适应性难题,同时自主研发精度高、稳定性强的工作面设备位姿测量系统,提高工作面设备位姿智能化监测水平,是保证煤炭安全高效生产,实现智能化、无人化开采的重要途径。

摘要：为研究底煤厚度对巷道底板冲击地压的影响机制,以厚度为3 m以下的薄及中厚底煤为分析对象,基于掘进巷道底板冲击特征并采用理论分析,建立底板煤岩层叠体梁挠曲破坏力学模型,底板煤岩层挠曲变形曲线具有同步异幅的发展特性。公式计算表明,随着底煤厚度的增加,底煤积聚弹性能逐渐增加,增加梯度逐渐平缓,其与底煤厚度的4次方倒数具有负相关关系。通过FLAC3D数值模拟开展底板煤岩主应力、塑性区及弹性能分析,结果表明,巷道底板岩层是主要的冲击动力能贮存体,而底煤是主要的动力释放显现体;底煤通过影响底板潜在冲击启动区、潜在冲击能量传递区、潜在冲击地压显现区的范围、贮存能量以及3者之间的依存位置,进而影响底板煤岩层之间的能量储存与传递机制,从而影响底板冲击地压的形成过程。底煤相对于底板岩层具有较弱的弹性能储存能力,底煤厚度是影响底煤储存弹性能量的关键因素,底煤厚度通过影响底煤与底板岩层之间的弹性能量传递能力从而影响底板冲击危险性。随着底煤厚度的增加,底板冲击危险性逐渐增加,增加梯度逐渐降低;当底煤厚度增加到2 m时,底煤厚度的再增加对底板冲击危险性无明显叠加影响,呈现出底煤厚度对底板冲击危险性影响的阈值效应。留底煤底板卸压时,应针对底板岩层采取解危措施,阻断应力传递路径,减小底板能量积聚,从而降低底板冲击危险性。研究成果在现场进行了应用分析,通过钻屑法监测显示解危效果良好。

摘要：为了研究煤体层理、割理结构面的剪切力学特性,给煤矿巷道围岩分类和围岩控制提供依据。本文以晋城矿区3号煤内的层理、割理结构面为研究对象,采用实验室试验确定了标准煤样的宏观力学参数,采用PFC软件建立了含真实煤体结构面的数值模型并模拟了不同粗糙度结构面的剪切破坏过程,采用理论分析的方法研究了结构面的细观变形破坏特征及剪切力学参数变化规律,结果表明:在低法向应力作用下,裂纹主要产生在层理结构面上较大凸起体的表面,且以拉裂纹为主;随着法向应力的增大,凸起体内部裂纹逐渐增多并连接贯通,形成明显的剪切裂隙带;随着煤体层理结构面粗糙度的增大,结构面会产生较大的剪胀变形,且沿凸起体根部会产生向试样内部延伸的宏观拉裂隙;煤体结构面模型的峰值剪应力及产生的剪切裂纹、总裂纹数量明显随粗糙度及法向应力的增大而增大,随法向应力的增大,剪切裂纹占总裂纹量的比重也逐渐升高,表明在高法向应力作用下,结构面发生的剪切破坏逐渐增多。割理会导致煤体结构面的抗剪切强度明显降低,最大减小量为0.3 MPa,降低幅度为11%,而割理分布方向的不同对煤体结构面的剪切强度基本没有影响,割理的存在会导致煤体结构面破坏时裂纹数量明显增多,且割理的破坏形式以张拉破坏为主。

摘要：通过分析松散地层条件下地表点沉降规律和Knothe时间函数模型在预测松散地层条件下的不足,在原时间函数中增加了表达松散地层下沉的时间影响参数c_2,构成了双因素时间函数模型;理论分析结果表明,双因素时间函数模型具有收敛慢,对参数值变化适应性强的特点,但并不完全符合地表点动态下沉的全过程;为此结合双因素时间函数的特点对其进行改进,并在薄松散、厚松散和特厚松散地层3种不同条件下对改进后的双因素时间函数进行了验证计算。结果表明:改进后的双因素时间函数能较好的预测赋存不同厚度松散地层条件下地表点的动态沉降全过程。研究成果可为"三下"采煤提供参考。

摘要：冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。为研究冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏力学机制和能量机制,以发生过冲击破坏的回采巷道为地质原型,建立了动静载联合作用下巷道锚固围岩数值模型,采用FLAC^(3D)内置动力模块模拟分析了动静载联合作用下巷道锚固承载结构动载响应特征及冲击破坏过程;根据锚固承载结构的受力状态、强度特征、能量特征以及冲击破坏演化过程,提出了巷道锚固承载结构冲击破坏准则;基于弹性波动力学、弹塑性岩石力学,建立了动载和静载荷联合作用下巷道锚固承载结构稳定性力学和能量模型,得到了动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构破坏的力学判据和能量判据。研究结果表明:动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏演化过程为:动载扰动→浅部围岩损伤变形破坏→锚固系统失效→锚固承载结构失去对深部围岩控制→围岩损伤破坏范围骤增→深部围岩能量瞬时释放→锚固承载结构冲击破坏;动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏必须满足应力和能量的双重“超载”条件,必要条件是:动载和巷道围岩静载叠加强度大于锚固承载结构的承载能力,即应力“超载”;充分条件是:动载余能和巷道围岩释放的弹性能量大于锚固承载结构冲击破坏耗能,且有盈余能量并可转化为冲击动能,即能量“超载”;从力学角度分析,锚固承载结构稳定性与锚固围岩体参数、支护强度、所受静载大小和动载荷特征(震源强度、震源距离、衰减系数)相关;从能量角度分析,锚固承载结构动态稳定性主要与动载能量、动载距离和能量衰减系数、主应力量值、锚固承载结构强度、锚杆(索)动载强度和延展性相关。最后通过冲击实例验证了力学判据和能量判据的正确性。