- 秦波涛;高远;史全林;时国庆;
我国近距离煤层赋存比重大,开采时多个采空区易连通形成复合采空区。复合采空区面积大、漏风区域多、遗煤分布范围广,煤自燃灾害极为严重。针对某矿复合采空区煤自燃迅速发展、CO和C_2H_4大量涌出的异常情况,综合分析了复合采空区漏风源、漏风汇、地质构造、回采期间丢煤情况及煤自燃气体涌出特征等因素,确定了复合采空区煤自燃高温隐患的分布范围及发展状态,制定了隐患应急控制与隐患高效治理的"两步走"综合治理方案,采取均压与喷浆结合减少漏风、注氮惰化采空区等措施达到隐患应急控制的效果,在此基础上,划分出治理煤自燃隐患的有效措施区域,采用复合泥浆封堵、液态CO_2冷却降温、三相泡沫覆盖隔氧技术实现隐患高效治理目标,构建了"堵漏控风-惰化降温-覆盖隔氧"三位一体的复合采空区煤自燃综合防治技术体系。应用上述技术后,复合采空区内C_2H_4体积分数由72.1×10~(-6)降低至0,CO体积分数由3 912.6×10~(-6)下降至20×10~(-6)以下并保持稳定,有效消除了该矿复合采空区煤自燃高温隐患,保障了邻近工作面的安全高效开采。
2021年09期 v.47;No.306 1-6+17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1310K] [下载次数：491 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] |[阅读次数：48 ] - 仲晓星;王建涛;周昆;
煤自燃是煤炭开采过程中面临的主要灾害之一,对煤自燃特征参数快速准确监测、危险程度及时预警是实现煤矿安全高效生产的重要保障。从煤自燃前兆信息监测技术和预测预报方法2个方面综述了煤自燃监测预警技术的原理及研究与应用现状,剖析了现有煤自燃监测预警技术存在的主要问题:(1)煤自燃前兆信息一体化监测受井下环境干扰大;(2)预警指标体系和模型构建侧重实验,难以与现场实际有效衔接;(3)煤自然发火有效样本少,预测时效缺乏超前性。立足于煤矿智能化发展趋势,提出了煤自燃智能化监测预警技术的研究展望:(1)建立煤自燃超前预警与即时预报联合预测模式;(2)发展机理建模与机器学习相结合的多源信息融合分析方法;(3)构建矿井一站式、可视化、智能化煤自燃监测预警平台。以期提升煤自燃监测预警能力、提高煤矿安全智能化发展水平。
2021年09期 v.47;No.306 7-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 1157K] [下载次数：1151 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：69 ] - 程晓之;王凯;郝海清;陈瑞鼎;吴建宾;
目前矿井局部通风自动控制方式采用手动调节通风机频率,且风筒参数依靠人工采集,缺少准确、可靠的监测方法来反映通风状态,无法为准确调节风量提供依据。针对矿井局部通风智能化建设需求,提出了矿井局部通风智能调控系统,从系统组成、原理、功能等方面详细介绍了系统总体设计方案。根据多传感器实时监测数据,提出了局部通风参数计算方法及通风系统功耗分析方法,通过分析风筒阻力动态分布对风筒阻力和功耗异常进行研判和快速定位,结合监测参数对风量进行超前模拟,以确定最佳供需匹配调控方案。根据工作面瓦斯涌出规律,提出了基于瓦斯涌出量监测和通风机变频调风稀释瓦斯的智能调风方案,制定了5种局部通风机变频调控规则,实现了局部通风智能化供需匹配。采用贝叶斯网络算法对局部通风机和传感器设备健康状况进行诊断,利用粗糙集和遗传算法提取局部通风正常供风和故障状态的特征样本和前兆信息,基于支持向量机建立局部通风故障决策规则,建立局部通风异常研判和预警模型,实现了对局部通风状态及发展态势的研判及预警。以某矿掘进工作面局部通风为例验证了该系统通风参数计算方法,为局部通风异常研判与预警提供了基础数据。
2021年09期 v.47;No.306 18-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 1229K] [下载次数：739 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：23 ] |[阅读次数：128 ] - 刘昆轮;韩耀中;秦存利;王刚;
现有通风系统优化设计大多是针对普通矿井通风系统,很少有针对分区矿井通风系统的优化设计。针对该问题,为实现井下风网的均衡通风,以新疆乌鲁木齐乌东煤矿为研究对象,利用通风阻力测定及通风网络解算方法对其分区通风系统稳定性进行分析研究,结果表明:(1)乌东煤矿在南北分区主要通风机对拉及自然风压变化作用下,+400m水平轨道大巷风量极不稳定,经常出现少风甚至风流反向的情况。(2)主要通风机效率低,南区为42%,北区为38%,工况点对应的矿井通风阻力值低于高效区阻力值。(3)乌东煤矿秋冬两季自然风压变化较大,北区自然风压最大波动大约为65Pa,影响北区主要通风机的稳定运行。针对乌东煤矿分区通风系统存在的问题提出了优化设计方案:在北区各生产水平施工调节风墙、风门等通风设施,增大北区通风阻力,并根据矿区实际情况提高南区配风量,适当提高矿井负压,在+400m水平轨道大巷中增加风量调节设施,加强该巷道的风量监测,避免风量超限。优化方案实施后,北区负压有所提高,利于对抗自然风压的变化,北区各水平增阻调节后,矿井阻力分布相对合理、风流相对稳定,提高了矿井通风系统的安全稳定性,主要通风机效率也有了明显提升;+400m水平轨道大巷在南北压差的作用下风流方向能够保持稳定,没有再出现少风、风流反向的问题,风量的稳定性也大大增加,其他主要用风地点的风量、压力未出现异常,主要通风机运行的平稳性提高了,证明了优化方案的有效性。
2021年09期 v.47;No.306 25-31+37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1220K] [下载次数：392 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：21 ] |[阅读次数：40 ] - 周爱桃;胡嘉英;王凯;杜昌昂;雷欢;
风流振荡效应是灾变后矿井通风网络的重要特征,但目前对风流振荡现象研究较少,且缺乏对风流振荡特征的深入探讨。针对上述问题,以并联下行通风网络为研究对象,对灾变风流和瓦斯气团呈现的振荡效应进行了研究。基于阻尼振动理论构建了开环气流振荡模型,在Matlab软件中采用龙格-库塔法进行数值求解,分析得出瓦斯气团在并联巷道中的振荡特征:随着初始风速增大,瓦斯气团的振幅增大,瓦斯在并联管路中的影响范围将扩大。建立实际巷道的相似模型,模拟并联巷道内风速随时间变化的情况,实验结果表明:由于瓦斯风压和通风机风压的作用,并联巷道中出现了风速反复增大、减小现象,即风流振荡现象;初始风速由0.35m/s增大至0.62m/s时,风流振荡时间由50s缩短至35s,并且最大反向风速由-0.4m/s左右变为-0.12m/s左右,说明增大初始风速有利于瓦斯气团扩散和排出。提出了并联倾斜瓦斯积聚井巷风流振荡的预防与控制措施:对空气支路施加挡风措施;对瓦斯支路加强局部通风,增大风速。
2021年09期 v.47;No.306 32-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1201K] [下载次数：174 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ] |[阅读次数：70 ] - 胡业林;邓想;郑晓亮;
目前局部通风机控制主要采用传统PID控制器,控制器的参数固定且多依据经验选取,很难实现隶属度函数和模糊规则的最优组合,使得控制器难以满足局部通风机自适应的控制要求。针对该问题,设计了一种改进遗传算法优化的矿井局部通风机模糊PID控制器。在改进遗传算法中引入欧氏距离提高种群的多样性,同时引入自适应交叉和变异概率来提高算法的收敛性。在编码过程中采用比例分数间接实现对隶属度函数的优化,使得改进遗传算法能够同时优化隶属度函数和模糊规则。将优化得到的隶属度函数和模糊规则导入模糊PID控制器中,控制器能够根据局部通风机的不同工作状态,通过变频器自适应调整局部通风机的风量,实现对局部通风机的动态调节。仿真结果表明,相较于传统模糊PID控制器,改进模糊PID控制器可基本实现无超调,且上升时间缩短了56.25%,稳定时间缩短了47.06%,能够更好地满足矿井局部通风机的控制要求。
2021年09期 v.47;No.306 38-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1293K] [下载次数：893 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：17 ] |[阅读次数：75 ] - 龚晓燕;彭高高;宋涛;冯雄;陈菲;刘辉;谢沛;薛河;
掘进工作面长压短抽通风方式下出风口风流不能根据掘进过程的实际需求进行动态调控,进而造成风流分布不合理,粉尘聚集严重。现有针对掘进工作面长压短抽通风出风口风流分布及降尘效果的研究都只是单一地分析了风筒出风口参数变化对掘进工作面风流分布及降尘效果的影响,未考虑各参数之间对粉尘场运移分布的交互影响,且对在不同掘进阶段,出风口参数如何综合变化才能达到最佳的通风降尘效果的研究不深入。针对上述问题,以陕西榆林神木柠条塔矿S1204掘进工作面为研究对象,建立了出风口参数可以变化的风流调控有限元模型,模拟分析了风筒出风口参数变化对风流及粉尘浓度运移分布的影响,通过数值分析选取了风筒出风口口径、水平右偏角度和垂直上偏角度作为出风口风流动态调控参数,提取了不同风流调控参数调控后司机位置处及回风侧行人位置处的风速及粉尘浓度数据。通过小生境遗传算法,以司机位置处及回风侧行人位置处的粉尘浓度同时最低为优化目标对提取的风流调控数据进行挖掘分析,获取了S1204掘进工作面出风口距掘进端面最近距离5m和最远距离10m时的最佳风流调控参数:在5m处,出风口口径为1.1～1.2m,水平右偏角度为10～15°,垂直上偏角度为3～6°;在10m处,出风口口径为0.8～0.9m,水平右偏角度为0～5°,垂直上偏角度为0～3°。搭建了1∶5相似模拟的S1204掘进工作面风流智能调控实验测试平台,对最佳风流调控参数进行了测试分析,结果表明:司机位置处的粉尘浓度最高降低了52.3%,回风侧行人位置处的粉尘浓度最高降低了60.6%,验证了最佳风流调控参数的准确性。
2021年09期 v.47;No.306 45-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K] [下载次数：316 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：137 ] - 王伟峰;张宝宝;王志强;张方智;任浩;王京;
针对煤矿井下光照分布不均匀造成视频图像失真,火灾识别精度低等问题,提出了一种矿井火灾视频图像智能识别方法。该方法以YOLOv5为识别模型,采用K-means算法对传统的暗通道图像去雾算法进行改进,并用改进算法对采集的火焰图像进行去雾处理,提高矿井火灾视频图像识别精度;为减少静态背景对火灾识别的影响,采用帧差法与混合高斯模型融合算法,对动态演化的火焰图像进行特征提取,并采用形态学处理算法消除图像中存在的缺口,从而得到更加完整的火焰目标图像;对火灾视频图像数据集进行标注,并输入到YOLOv5算法模型进行训练及测试。结果表明:基于YOLOv5的矿井火灾视频图像智能识别方法平均精度为92%,损失函数为0.6,比传统算法Alexnet,VGG16,Inceptionv3的平均精度分别高9.6%,13.5%,4.9%,表明该方法检测速度快、精度高,可有效提高矿井火灾识别准确率。
2021年09期 v.47;No.306 53-57页 [查看摘要][在线阅读][下载 1404K] [下载次数：1814 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：19 ] |[阅读次数：61 ] - 候飞;曹威虎;王艺;仲晓星;
针对现有研究缺乏对不同煤低温氧化动力学参数测试方法的对比分析,采用Coats-Redfern法、q/m法及Starink等转化率法3种测试方法分别计算煤低温氧化动力学参数,并以煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度作为对比参量比较3种方法的准确性。通过绝热氧化装置和同步热分析仪进行了煤样在纯氧和贫氧条件下的绝热氧化实验、多升温速率实验和恒温实验。根据热分析实验结果,分别采用3种方法计算煤低温氧化动力学参数。依据获得的动力学参数计算煤氧化自热反应时间和自燃临界堆积厚度。将计算结果与实测的煤氧化自热反应时间和采空区实际遗煤厚度进行对比,评价3种方法的准确性。实验结果表明:(1)通过绝热氧化实验实测的煤氧化自热温度变化率随时间的推移均逐渐增大;采用Coats-Redfern法计算得到的温度在0～8h(q/m法为0～10h)内几乎不发生变化,超过这一时间段后温度迅速升高;采用Starink等转化率法获得的温度变化趋势与绝热氧化实验实测结果类似。(2)采空区实际遗煤厚度大于Coats-Redfern法计算得到的临界堆积厚度;采用q/m法获得的临界堆积厚度超过了该工作面所在煤层厚度,与实际明显不符;采用Starink等转化率法获得的计算结果与实际较为接近。(3)采用Starink等转化率法获得的预测结果与实测结果更为接近,表明Starink等转化率法得到的煤低温氧化动力学参数较其他2种测试方法更为准确。
2021年09期 v.47;No.306 58-64+69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1756K] [下载次数：358 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：122 ] - 肖国强;范新丽;马砺;骆伟;吴明明;
火灾区域隔离是有效控制火灾发展和蔓延的主要方法,能够切断次生事故的反应链,缩小火灾影响范围。针对常用的火灾密闭隔离措施无法对密闭环境进行实时动态监测及预报的问题,设计了矿井火灾环境信息动态感知与应急隔离系统。在预先判定的危险区域布置监测节点,通过多参数传感器和红外摄像仪对多个测点的环境信息进行同步采集并传输至地面监控平台。当监测到异常数据时,系统报警并通过远程控制方式控制密闭隔离装置开启,实现密闭囊袋充填,囊袋通过预设滑轨传动系统从存储仓扩展至整个断面,实现应急密闭隔离。通过高精度压力传感器对囊袋内部气压进行实时监测,当囊袋内部压力低于安全范围下限时,启动囊袋自动补气装置,为囊袋补充气量;当内部压力达到设定范围上限时,自动停止充气,以提升密闭效果。现场试验结果表明,该系统实现了火灾环境参数实时采集和报警、密闭隔离装置远程控制等功能,密闭囊袋可在5min内完成开启,停止充气后,囊袋内部压力基本保持稳定,满足现场应用要求。
2021年09期 v.47;No.306 65-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1479K] [下载次数：229 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：42 ] - 任子晖;陈泽彭;吴新忠;钱晓喻;李昂;
现有的矿井通风系统健康评价方法大多采用常权权重,评价结果易与实际背离,无法反映系统真实状态,同时选取的指标较多,各指标权重较低,导致部分指标异常对系统整体健康程度的影响难以发现。基于矿井通风系统实际运行状况及健康评价要求,选取21项影响因素作为健康评价指标,构建矿井通风系统健康评价指标体系;综合运用模糊综合评价法、层次分析法、变权理论,对矿井通风系统进行健康评价,即通过层次分析法确定评价指标权重,采用基于隶属度的Hardarmard乘积变权模型对指标权重进行变权计算,基于模糊综合评价法的最大隶属度评定准则确定矿井通风系统健康度。采用该方法对某煤矿通风系统健康度进行评价,结果表明该方法的评价结果与实际情况相符,与基于常权权重的评价方法相比,可根据实际情况调整评价指标权重,使评价结果更加客观,且放大了不健康指标的影响,突出系统安全隐患,从而引起相关人员重视。
2021年09期 v.47;No.306 70-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1411K] [下载次数：333 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：57 ] - 靳红梅;党琪;李洪安;李占利;
现有矿井通风系统评价方法是从矿井通风系统全局视角出发,对其进行整体性的评价,所得出的评价结论是静态的、综合性的,无法精准定位出矿井中用风范围内的通风情况并发现其存在的问题,也不能实时反映当前时刻的通风质量状态。针对上述问题,建立了基于模糊综合评价法-层次分析法(FCE-AHP)的矿井通风质量动态评价模型,用以对煤矿的通风质量进行实时评价。首先根据矿井通风需求和作用将通风区域划分为进风区段、回风区段、采煤工作面、掘进工作面、硐室5个区域,根据每一种用风区域类型确定其对应的评价指标体系;然后根据评价指标体系获取对应测风点传感器实时监测到的数据,利用AHP确定各区域的评价指标权重,通过柯西分布隶属度函数计算实时监测数据所属评价级别的隶属度;最后应用FCE计算评级权重,通过置信度识别原则确定区域通风质量级别,完成各区域通风质量的动态评价。以东滩煤矿南翼回风巷为例,通过FCE-AHP模型对其通风质量进行了实时评价,评价结果显示其通风质量良好,与实际情况相符,证明了该模型的可靠性。FCE-AHP模型可依据实时监测到的数据对煤矿不同通风区域的通风质量进行实时评价,确定煤矿通风质量的安全级别,进而实现对矿井通风质量的综合评价,为改善煤矿通风系统质量提供依据。
2021年09期 v.47;No.306 77-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 1473K] [下载次数：412 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：116 ] - 王毅;王海燕;张雷;胡浪;
煤矿采空区煤自燃高温区域可能导致甲烷/煤尘爆炸,有必要开展煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的研究。目前基于电火花诱发方式对瓦斯/煤尘爆炸特性的研究不能充分反映采空区内煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的特性,针对该问题,利用自主研制的40L气体爆炸设备研究在高温热源表面点火方式下甲烷/煤尘爆炸特性。结果表明:(1)通过高温热源表面点火方式得到的甲烷/煤尘爆炸过程与甲烷/空气爆炸过程一致,均可分为3个阶段。(2)甲烷/煤尘的3个爆炸参数(爆炸压力、压力上升速率和爆炸温度)随甲烷浓度的变化规律一致,即先随着甲烷浓度的增加而升高,达到峰值后随甲烷浓度的增加而降低;当甲烷浓度小于转折浓度时,甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别大于甲烷/空气相对应的爆炸参数;当甲烷浓度大于转折浓度时,甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别小于甲烷/空气相对应的爆炸参数;由于煤尘的加入,甲烷/空气的3个爆炸参数的转折体积分数由11.5%分别降至9.5%,10.5%和9.5%,峰值分别增加了0.8%,6.9%和0.8%,且规律性下降。(3)由于点火方式不同,爆炸温度的变化规律不同:电火花引爆甲烷/煤尘后爆炸温度在下降阶段(Ⅲ阶段)再次出现升高的现象;高温热源表面引爆甲烷/煤尘后爆炸温度变化规律与未加入煤尘时保持一致。(4)对煤尘点燃温度预测函数进行了修正,修正后的拟合优度提高了20.05%;结合实验数据得到了煤尘在高温热源表面点火方式下的点燃温度预测函数。
2021年09期 v.47;No.306 85-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1729K] [下载次数：182 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：35 ] - 刘泽健;徐永亮;吕志广;吴晋东;李敏杰;
现有研究未考虑采空区中不同粒径煤会受到垮落煤岩和遗留煤柱产生的轴向应力的作用,致使煤的渗透率、裂隙结构等参数发生较大改变,进而影响煤自燃氧化升温进程。为研究热-应力耦合作用下不同粒径煤自燃氧化升温特性,利用荷载加压煤自燃特性参数测定装置和气相色谱仪,测定不同粒径煤的升温速率、耗氧速率和产热速率变化规律。实验结果表明:(1)不同粒径煤样在不同单轴应力下的升温速率随温度升高变化趋势具有一致性,整体上均呈先增高后降低趋势。当单轴应力为2,4,6,8 MPa时,随着煤样粒径增大,最大升温速率呈先增高后降低趋势;当单轴应力为10MPa时,煤样最大升温速率随粒径增大而增高。(2)不同粒径煤样在升温过程中耗氧速率呈先快速增大后缓慢增大趋势;不同粒径煤样耗氧速率总体上均随单轴应力升高呈增大趋势。(3)不同粒径煤样在升温过程中产热速率整体呈先基本保持平稳再增大后减小趋势;随着煤样粒径增大,在适当的单轴应力作用下煤样最大产热速率会大于未施加单轴应力时。
2021年09期 v.47;No.306 91-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1669K] [下载次数：232 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] |[阅读次数：44 ] - 殷鹏程;田兆君;鲁义;张胜媛;欧艳萍;孙凯;杨轶涵;
现有研究已得出重力热管的数量、插入深度和角度、充液率、工质液等会影响煤堆内部温度场的分布,但对重力热管在煤堆中的最佳布置方式的研究较少。针对上述问题,基于重力热管传热理论模型,将热源等效为球体,通过数值模拟和实验相结合的方式,分析重力热管布置方式对煤堆高温点的影响,并得出重力热管的最佳布置方式。基于Comsol软件的数值模拟结果表明:重力热管插入深度对煤堆内部高温热源点温度的影响大于重力热管插入倾角的影响;在相同角度下,重力热管布置深度越大越好,即距离热源越近越好;在相同深度下,重力热管布置角度为60,90,45,30°时,降温幅度依次递减;当重力热管插入深度为60cm、插入倾角为60°时,最高降温幅度达到61.2℃,煤堆降温效果最好。基于储煤堆移热实验台的实验结果表明:重力热管最佳布置方式与仿真结果一致,降温速率整体趋势与模拟结果相似;随着倾角增加,热管降温速率先减小后增加,热管插入倾角为60°时,降温速率达到最大值。
2021年09期 v.47;No.306 96-100+107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1725K] [下载次数：273 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ] |[阅读次数：44 ] - 方熙杨;姚海飞;
为揭示不同惰气预防煤自燃的效果及阻燃规律,通过开展惰气等温动态驱替不同粒径煤体中氧气实验,分析了He,N_2,CO_2驱替出氧气浓度、驱替时间、驱替量及驱替速率等表征驱替过程的参数。实验结果表明:(1)惰气驱替出的氧气浓度变化可划分为3个阶段。首先,惰气驱替出的是气体检测仪内管路中的氧气,体积分数为21%左右;然后,惰气驱替出煤样罐中游离态和部分吸附态氧气,氧气浓度保持平稳;最后,惰气已经全部驱替出煤样罐中游离态氧气,氧气浓度呈负指数变化。(2)不同惰气驱替煤体中氧气的时间总体上随着粒径增大而下降;CO_2驱替氧气的总时间最长,He次之,N_2最短。(3)对于同一粒径,氧气驱替量呈现出明显的拐点,拐点出现前氧气驱替量基本上呈线性增加,拐点出现后氧气驱替量随时间增加缓慢增加并最终保持平稳;不同惰气作用下氧气累计驱替量均随着粒径增大而减少,CO_2对氧气的累计驱替量最大,He次之,N_2最小。(4)不同惰气作用下氧气驱替速率均呈先紊乱后稳定下降的特征,其中CO_2驱替氧气的速率紊乱阶段尤为明显;在氧气驱替速率稳定下降阶段,同一时间内氧气驱替速率随着粒径增大基本上呈减小趋势。
2021年09期 v.47;No.306 101-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 1779K] [下载次数：138 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] |[阅读次数：43 ]