As the construction of ecological civilization has become more and more important in recent years, ecological restoration and its effect assessment have also received increasing attention. Taking the Wangping coal mine in Beijing as an example, based on Landsat TM/OLI series remote sensing data, we chose five metrics, i.e., fraction vegetation coverage, humidity, heat, dryness, and black particulates, to construct the model for the modified remote sensing ecological index (MRSEI). It was also combined with the Hurst index to conduct dynamic monitoring, spatiotemporal analysis, and prediction studies of the ecological environment quality in the study area. The results showed that: (1) Compared with the RSEI, the first principal component of the MRSEI better integrates the information of each component indicator, has a better average correlation with each indicator, and better reflects the habitat condition in the study area. (2) The mean value of the MRSEI in the study area increased from 0.433 in 1990 to 0.722 in 2021, an increase of 40.03%. (3) From 1990 to 2001, the poor and fair MRSEI-grade areas in the study area were concentrated in the northeastern and southwestern parts of the area. After the ecological restoration project was carried out, the environmental quality of the Wangping coal mine improved year by year, and a small number of poor areas were concentrated in the northeastern border area. (4) The MRSEI of the Wangping coal mine predicted that the future ecological environment of the study area would show a general trend of continuous improvement, but a certain percentage of the area in the northeast had a weak antisustainability trend. The results of the study could provide a reference for ecological restoration planning, sustainable development, and the management of mining areas.
为解决葫芦素煤矿21105 工作面临空宽煤柱冲击地压治理难题,提出了超高压水力割缝卸压防冲技术.采用理论分析研究了高压水射流对煤层的切割深度,以及煤柱切割后的应力转移规律,提出了基于卸荷减载、增加塑性屏障区的超高压水力割缝卸压防冲机制.通过FLAC3D 模拟了临空煤柱在不同割缝工艺条件下的煤岩体应力分布规律,获得了煤柱区域割缝工艺参数.在葫芦素煤矿21105 工作面进行了工业性应用,试验区域内微震事件、应力水平及钻屑量较相邻对比区域均得到明显降低.研究结果表明:采用超高压水力割缝技术切割煤层能有效改变煤岩体应力分布状态,使高应力区向深部煤岩体转移,增大采掘空间附近的塑性屏障区范围,有效防治煤矿冲击地压事故.
针对现有定位终端大多只具有精确定位、撤离报警、紧急求救等功能,而不能实现生命体征监测功能的问题,设计了一种基于UWB技术、具备健康监测功能的定位手表.该手表采用TOF定位算法实现矿井巷道精确定位,将井下人员精确定位数据和生命体征健康数据传输至服务器,实现对人员位置信息和健康数据的实时监测.健康定位手表的关键技术主要有:矿井巷道线型TOF定位算法,心率、血氧和体温等生命体征监测技术,三轴传感器检测运动状态及低功耗休眠机制.测试结果表明:该手表定位精度小于等于±0.30 m、定位距离可达 400 m,对心率、血氧和体温等生命体征的监测功能正常,平均工作电流小于2 mA,最小休眠电流小于500 μA,满足了定位终端智能化、多样化需求.
In order to construct the early warning system of mine belt fire and prevent the external fire accident of roadway, the pyrolysis process of belt at 5 K/min, 10 K/min, 15 K/min, 20 K/min heating rates was studied by thermogravimetric-Fourier infrared spectroscopy experiment combined with pyrolysis kinetics. The results show that the TG/DTG curves and gas products at different heating rates have similar laws and trends, and the eigenvalues of each parameter lag to the high temperature direction with the increase of heating rate. The pyrolysis of tape experiences two obvious weight loss stages. The first weight loss stage may occur cross-linked polycondensation pyrolysis reaction. The activation energy E ranges from 105 kJ/mol to 107 kJ/mol and the pre-exponential factor is 15.92 min -1 . The endothermic reaction of dechained pyrolysis and exothermic reaction of volatile oxidation may occur in the second weight loss stage. The activation energy E ranges from 130 kJ/mol to 220 kJ/mol and the pre-exponential factor is 37.13 min -1 , which is higher than that in the first weight loss stage. The two-stage pyrolysis process can be characterized by the Avrami-Erofeev equation.
为探索灰岩顶板条件下的瓦斯赋存状态及抽采方案,开展了灰岩的X射线衍射实验,研究了灰岩的物理化学特性,分析了灰岩对顶板瓦斯赋存和瓦斯抽采的影响.以山西沁源常信煤矿 90107工作面为工程背景,先用经验公式理论计算顶板"两带"高度,再结合 3DEC数值模拟软件分析回采过程中顶板破坏形态及裂隙发育特征,根据顶板裂隙发育优势区设计高位定向钻孔瓦斯抽采方案,最后通过现场实测验证.研究表明:随着工作面的推进,顶板初次垮落步距为40 m,周期垮落步距为40 m,垮落带高度为11.4 m,裂隙带发育高度为50 m,裂隙发育优势区为 11.4～25.0 m;现场实测发现上隅角和工作面瓦斯超限问题得到有效解决.抽采后,上隅角瓦斯浓度始终保持在0.8%以下,上隅角瓦斯浓度降幅最大可达87.5%.研究结果为相似灰岩地质条件下瓦斯高效抽采提供了参考依据.
为实现煤自燃的高效预测预警,提出了一种改进鲸鱼优化算法结合BP神经网络(MSWOA-BP)的煤自燃温度预测模型.根据煤自燃升温实验进行了模型算法的有效性验证,进一步对比分析了粒子群优化(PSO-BP)模型、灰狼优化(GWO-BP)模型及标准鲸鱼优化(WOA-BP)模型的预测效果和性能,结果显示,MSWOA-BP、GWO-BP、WOA-BP 和 PSO-BP 模型预测结果训练阶段平均百分比误差(MAPE)为1.7359%、2.6518%、6.1655%、6.5701%,测试阶段 MAPE 为 3.0393%、6.0723%、6.7341%、7.6035%,表明MSWOA-BP预测模型具有更高的预测精度和稳定性.应用MSWOA-BP模型进行煤矿现场的温度预测,得到预测温度与现场实测温度的相对误差为 2.3%～12.1%,实现了煤矿井下温度的快速预测,可为实现煤自燃的高效预测预警提供一种新方法.
为了有效地减少煤矿安全事故发生,制订科学的预防灾害措施,以近 11 年的煤矿安全事故相关数据为统计分析样本,通过对事故等级和事故类型 2 个要素进行深入分析,研究我国煤矿安全事故发生的规律和特点.以瓦斯、放炮、水害、运输、顶板、机电、火灾和其他事故发生起数作为样本数据,构建灰色神经网络在线预测模型,并基于 2021 年数据进行验证.结果表明,一般事故最多,其次是较大事故和重大事故;顶板、运输、机电和其他事故起数整体呈现上升趋势,顶板事故最多;灰色神经网络模型平均相对误差和均方根误差分别为0.161 和2.902,与灰色模型相比分别降低了 0.234 和 2.945.因此,采用灰色神经网络模型对煤矿安全事故进行预测的精度更高、稳定性更好.
为了提高瓦斯涌出量预测的科学性和准确性,提出一种基于鲸鱼优化算法(WOA)和长短期记忆网络(LSTM)的瓦斯涌出量多步预测模型.该模型首先采用皮尔逊(Pearson)相关系数法进行瓦斯涌出量影响因素的特征分析,筛选了 9 个主要影响瓦斯涌出量变化的特征作为模型的外部输入特征;其次采用鲸鱼优化算法对LSTM神经网络的隐藏层神经元个数、时间步长、批处理数进行优化;最后,构建WOA-LSTM模型进行瓦斯涌出量预测,实验研究了不同时间步长下模型的预测精度并对比分析了LSTM、RNN、BP模型的预测效果.结果表明:基于WOA-LSTM的瓦斯涌出量多步预测模型在3 个时间步长的预测模型误差值达到最小,其平均绝对误差相较于LSTM、RNN和BP 神经网络模型分别降低了41.6%、46.6%、65.8%,具有较强的鲁棒性,可为矿井瓦斯的防治提供参考.
为实现上覆煤柱影响区冲击地压的整体可控性,提出利用复合弱化结构进行冲击能量耗散,在阐述复合弱化结构定义、分类和弱化度及上覆煤柱导致冲击地压发生机理的基础上,分析了复合弱化结构的防冲力学机制.结果表明:弹性能指数、冲击能指数随复合弱化结构弱化度的增大而降低;复合弱化结构将冲击危险区域的弹性能分段耗散,能有效改变煤岩弹性能释放模式;对既定的残留煤柱采用顶板(煤)预破坏措施实现冲击能量的耗散.在唐山矿煤柱区域进行了现场试验,采取整体耗能措施后,冲击危险区域的钻孔应力值和钻屑量均小于发生冲击地压的临界值,保证了煤柱区的安全生产.
为了研究孙疃煤矿的地表裂缝发育特征,通过多种现场探测技术手段对研究区 1047、10111工作面采煤沉陷区地表裂缝进行了调查监测.结果表明:地层内部裂缝从形成到闭合具有一定周期性,其周期约为4 周;相邻外围区裂缝的间距与其距工作面边界的距离呈明显线性正相关关系;外围裂缝发育延伸位置稍滞后于工作面回采位置,其地表宽度经过短暂发育后,增长速率逐渐减小,直到稳定状态;沿垂直于工作面推进方向的多条发育稳定的外围裂缝,其倾角随距工作面边界距离的增大而减小;发育稳定的外围裂缝,其深度与宽度呈对数函数关系.
基于山西新元煤矿5G技术智能化应用背景,通过剖析当前煤矿智能化对于 4G与WiFi通信技术各项性能的发展需求,提出了煤矿 5G智能化应用场景及设计内容;从智能化建设顶层设计体系出发,搭建矿用5G网络、部署组织架构,研究提出适用于井下精准协调控制、综采工作面设备智能监测与集中控制、系统运行状态回传和井下透明可视化巡检的技术方案,以实现井上井下协同作业、综采工作面智能化和机器人智能巡检.研究成果在新元煤矿 31004 和 3411 工作面进行应用,应用结果表明,技术方案的实施显著提高了煤矿经济效益,有助于推动实现煤矿井下少(无)人化作业.
通过建立二元气体扩散场—渗流场—传热场的耦合方程,利用COMSOL模拟了不同温度和压力下CO2 驱替CH4 过程中驱替效果、CO2 储存量、CH4 产量及煤体渗透率等的变化规律.结果表明:CO2 驱替作用会导致煤体部分区域出现CH4 压力上升高于原始储层压力的现象.随着驱替压力的增大,CO2 储存量与 CH4 产量增加,当驱替压力由 2 MPa 增高到 6 MPa 时,驱替比由 2.85 增大到4.38.而当注入温度从20℃增高至100℃时,驱替比由 4.38 降低至 4.34.在驱替开采过程中,驱替压力是影响驱替效果的主要因素.随着驱替的进行,CO2 影响范围逐渐增大.在CO2 影响区域,CO2的注入对煤层渗透率影响较大,煤基质对CO2 的吸附使煤层渗透率迅速下降;而在CO2 未影响区域,煤体渗透率随着CH4 的解吸而增大.
为研究准东矿区土壤湿度时空分布特征及变化趋势,选取 2001-2021 年 11 期的Landsat遥感影像,计算归一化植被指数和地表温度,并以NDVI-LST特征空间为基础构造TVDI模型,反演准东矿区土壤湿度并进行分级,得到准东矿区各级土壤湿度面积,并采用灰色预测GM(1,1)模型对土壤湿度分布进行了预测.结果表明:2001-2021 年,准东矿区总体土壤湿度较低,以四级和五级土壤湿度为主,两者面积总和占矿区总面积的85%以上;北部和东部区域土壤湿度较高,中部和西南部区域土壤湿度较低;矿区内一级、二级、三级土壤湿度面积年际变化不大,在 0～2000 km2 波动;四级、五级土壤湿度面积变化表现出互为相反趋势.灰色预测GM(1,1)结果表明:2023-2039 年,在 0～1000 km2内,一级土壤湿度面积略有增大,二级土壤湿度面积逐渐减小并趋于 0,三级土壤湿度面积逐年下降,四级土壤湿度面积呈现逐年上升趋势,五级土壤湿度面积稳定在3000 km2 左右,表明该矿区土壤湿度整体呈减小趋势.
为完成煤矿智能化升级转型,对煤矿智能开采现状进行了分析,提出基于数字孪生的煤矿智能管控平台的概念.该平台以数字孪生技术为核心,结合GIS、建模、仿真等关键技术,融合应用物联网、大数据、云计算及人工智能,赋予数据空间维度信息,使数字矿山与物理矿山之间进行实时交互,忠实地复现物理矿山整个生命周期的运行状态与轨迹,推动煤矿传统生产全面升级,向数字化、智能化转型.实际应用测试表明,该平台提高了煤矿数据采集、存储、传输和分析的能力,降低了安全事故发生概率,能有效为数字孪生和智能管控煤矿生产各个环节的深度融合提供服务.
概述了我国煤炭生产安全保障技术发展成效,总结了目前煤矿生产安全及灾害防治面临的挑战,对煤矿灾害智能化防治发展需求进行了分析.详细介绍了AI视频监测、智能高精度传感及瓦斯、顶板、水灾智能防治等支撑灾害超前治理和源头管控的煤矿智能安控关键技术.阐述了基于现代能源与矿业治理体系的煤炭产业治理与安全保障体系标准建设思路与规划,并进一步提出终端类、平台应用类、信息传输类和公共类四大类建设内容.分别从建设理念、数字化生态、技术装备、产业链及生态环保等方面剖析了煤矿智能化发展过程中存在的问题并提出对策,助力煤矿智能化建设实现高质量发展.
当前矿井火灾逃生研究主要关注火灾产烟产热而忽视巷道环境本身对人员的影响,引入危险度概念,用于定量描述灾变时期各巷道逃生路径难易程度.危险度分为静态危险度和动态危险度,其中静态危险度表征巷道不同坡度和不平整度,动态危险度表征CO体积分数、巷道温度和能见度.利用FDS火灾数值模拟软件建立巷道模型,获取火灾发生发展过程中产烟产热数据.通过求取逃生过程中人体总耗氧量来表征人员危险度,在具备生存条件的前提下,筛选最优路径,为应急救援提供数据和理论指导.结果表明:基于危险度的人员逃生路径选择方法,选择的路径更加合理,有利于降低人员逃生压力,减少盲目逃生的伤亡.
马蹄沟煤矿 3506 末采工作面回撤通道受邻近工作面 3505 回采扰动影响,陆续发生顶板下沉、帮部内鼓、底板隆起及巷道断面缩小等严重变形,严重影响 3505 工作面生产设备回撤工作的安全高效开展.为有效控制围岩变形,基于锚杆与围岩的相互作用力学模型,对回撤通道锚固围岩变形范围进行反演分析,在此基础上提出了具有针对性的二次锚注联合加固方案并实施,在二次加固后对围岩稳定性进行现场监测.结果表明:回撤通道经过二次锚注联合加固后,顶板下沉、两帮移近、底板隆起等变形得到了有效控制.
In order to improve the accuracy and effectiveness of the evaluation model of dual prevention mechanism construction effectiveness in non-coal mine mountains,by combination weighting and cloud model to assess the construction degree of dual prevention mechanism.Firstly,the models established a dual evaluation index system and using the combine weighting method to determine the index weight.Secondly,the method introduced the cloud model theory and using MATLAB to construct the membership function of evaluation index,so as to construct the effect of evaluation model of non-coal mine dual prevention construction.Finally,the paper selects the result of the double prevention mechanism construction in the tin foundation pit lead-zinc mine in GuiPing as an example and verified by comparison with the fuzzy comprehensive evaluation method.The results show that the evaluation model of non-coal mine double prevention construction based on the combination weight-cloud model is scientific and practical.The model improves the subjectivity and randomness of traditional evaluation methods and improves the accuracy of evaluation results.
为了探究不同变质程度煤样中活性基团与传热性质的变化与联系,利用红外光谱技术和激光导热技术研究了4 种不同变质程度煤样的活性基团和热物性参数变化.结果表明:随着煤变质程度的增高,煤中的芳香族化合物和脂肪族化合物的百分含量逐渐升高,含氧官能团的百分含量逐渐降低;煤中的含氧官能团以醇、酚和醚为主;随着温度的升高,煤的热扩散系数先降后升,而比热容和导热系数整体呈不断升高的趋势;煤的热物性与煤的变质程度和工业分析数据有关.皮尔逊相关系数计算结果表明,—CC—、—CH3、—CH2—、脂肪—CH与热扩散系数和导热系数的负相关性较强,而—CO与热扩散系数和导热系数的正相关性较强,—OH则与比热容存在良好的负相关关系.
针对刀把型双工作面无法提前安装挡矸支架的难题,提出一种挡矸支架随采随装新方法,采取"架前柔性网+架间锚索+架后戗棚和木垛"防护措施隔离采空区,及时浇筑转角区横向和走向柔模砼墙彻底切断采空区,借助挡矸支架的横向自移功能将20.5 m长挡矸支架快速安装复位.实践证明,该方法能够安全快速地将超长挡矸支架安装复位,满足陕北矿区日推采 12～18 m沿空留巷工作面的生产要求.
