工矿自动化

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胡青松, 钱建生, 李世银, 孙彦景

2021, 47(3): 1-8. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17708

<摘要>(142) <HTML> (27) <PDF>(22)

摘要:
目前针对智能煤矿的研究集中在顶层设计、理论架构、核心技术、管控平台、建设路线、标准制定、评价体系等方面，没有文献针对《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》发布前后的技术研究情况进行探讨。智能煤矿具有技术密集型和资金密集型特征，需要由政策引导，形成汇聚政府、学术、产业、金融和用户的合力。以CNKI（中国知网）为工具，挖掘分析了智能煤矿技术研究现状、关注热点和主要研究机构。归纳梳理了国家层面及贵州、山东、山西等主要产煤大省的智能煤矿政策制定现状，各省虽在智能煤矿入手点和实施进度上略有差异，但是均在实施办法和验收定级等方面发布了指导性文件，并在标准制定、创新研发中心设立方面进行了尝试，加速了智能煤矿研究和建设步伐。

煤矿5G通信系统安全技术要求和检验方法

郑小磊, 梁宏

2021, 47(3): 9-13. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010066

<摘要>(189) <HTML> (24) <PDF>(26)

摘要:
用于煤矿井下的5G通信系统必须取得安全标志证书。为更好地推动煤矿智能化建设和煤矿5G技术发展，让送审企业提前熟悉煤矿5G通信系统技术要求和检验要求，缩短送审周期，研究了煤矿5G通信系统安全技术要求和检验方法。从基本要求、组网要求、5G通信技术要求、防爆安全要求、抗干扰要求等方面论述了煤矿5G通信系统安全技术要求，并针对需重点关注的问题提出相关建议。针对煤矿5G通信系统，重点关注系统组网方式判别、核心网检验、抗干扰性能检验；针对5G基站和终端，重点关注5G技术指标的检验和防爆安全要求。对煤矿5G通信系统管理问题、5G基站多天线功率叠加后阈功率的计算问题、抗干扰技术难点、传输速率和时延的技术要求和检验方法、天线一体化基站的检验、矿用5G上下行带宽存在的问题进行了探讨。

复合构造区域煤岩体应力分布及冲击地压危险性评价

高家明, 夏永学, 杨光宇, 陈学慧

2021, 47(3): 14-19. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17686

<摘要>(144) <HTML> (15) <PDF>(15)

摘要:
工作面构造区域应力异常集中与冲击地压关系密切，而基于煤岩体波速与应力的良好相关性，地震波CT探测技术广泛用于冲击地压危险性评价与预警，但现有研究仅针对简单条件或单一构造区域，未对存在多种地质构造形成的复合构造区域进行探讨。以山东某矿2305综放工作面为例，针对其复合构造区域内微震事件集中且曾发生过冲击地压的情况，采用地震波CT探测技术获取构造区域内煤岩体应力分布情况，并引入含地震波波速和波速梯度的特征指数c分析应力分布特征及冲击地压危险性。研究结果表明：① 微震事件分布集中与邻近构造相关，可将集中区域按构造数量分为单一或复合区域，按受扰动程度分为强或弱扰动区域。② 强扰动复合构造区域静态应力集中程度最高，弱扰动单一构造区域应力集中程度最低；断层单一构造区域应力增高水平与受扰动程度呈正相关关系；低扰动复合构造区域内向斜较断层应力增高显著。③ 构造区域围岩静态应力集中是导致围岩活动剧烈的主要原因，综合考虑围岩静载荷与采动影响下动载荷增量情况，可得出不同微震事件集中区域的冲击地压危险性。

高应力区巷道支护结构采动破坏特征研究

常立宗, 苏学贵, 杜献杰, 杨朋博, 郭毛毛

2021, 47(3): 20-26. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020100043

<摘要>(160) <HTML> (50) <PDF>(7)

摘要:
高应力区巷道围岩裂隙发育，支护结构更易受采动影响而失稳破坏，而目前对巷道支护结构在采动过程中破坏演化特征的研究鲜有报道。针对双柳煤矿3316工作面地质特征，采用井下动态载荷实测、原位探测、数值模拟等方法，对3316抽采巷支护结构受采动影响破坏动态演化特征进行研究。结果表明：① 采动对高应力区巷道支护结构动态载荷影响明显，采动影响增强系数达2.1～5.8，致使部分锚杆（索）达到屈服极限甚至发生破断，巷道围岩有失稳破坏风险。② 采动应力增大引起围岩内部次生裂隙扩展，集中在0～2.44 m范围内，围岩裂隙受采动影响系数为1.92～2.54，围岩黏聚力减小，加速支护结构破坏，导致巷道变形加剧。③ 采动对支护结构破坏影响具有显著的时效特性，工作面超过测点10~70 m处支护结构受力受采动影响最明显，且两帮支护结构受力具有非对称性。通过优化锚杆强度、锚索直径及间排距等关键支护参数，可有效提高支护强度，巷道顶板变形量为146 mm，较优化前减少了71.7%，实现了巷道围岩稳定控制。

不同温度与探测频率下的煤电性参数变化规律研究

郑学召, 徐承宇, 王宝元, 杨伟, 陈益能, 张铎

2021, 47(3): 27-33. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17689

<摘要>(110) <HTML> (10) <PDF>(10)

摘要:
现有针对煤电性参数影响因素的研究大多为在固定频率或低频率、高温条件下进行的，缺少对超宽带频率和常温条件下煤电性参数影响因素的研究，这对煤电性参数的影响因素研究有一定局限性。针对该问题，为了研究煤电性参数对不同条件下超宽带雷达波井下探测频段选择的影响，利用Concept-80超宽带介电谱测试系统，在0~80 ℃温度和500~1 000 MHz探测频率下测试不同变质程度煤（褐煤、长焰煤和贫瘦煤）的相对介电常数、电导率和损耗角正切值的大小并分析其变化规律。分析结果表明：煤的相对介电常数随着煤变质程度增大而增大，煤的电导率和损耗角正切值随着煤变质程度增大而减小；不同变质程度煤样的相对介电常数均随测试频率的增加而先减小、后增大、再减小，相对介电常数与温度呈正相关关系；电导率与测试频率和温度均呈正相关关系；损耗角正切值与温度呈正相关关系，但测试频率不能很好地反映损耗角正切值的变化。根据3种电性参数在不同温度与探测频率下的变化规律，综合对比3种电性参数对超宽带雷达波在煤中传输的影响，得出在0~80 ℃条件下使用500~1 000 MHz超宽带雷达波穿透煤体进行探测时选择550~650 MHz频率为最佳，且探测频率的选择应随着温度升高而降低。该结论可为在不同条件下超宽带雷达波井下探测频段的选择提供参考。

基于微纳电离式传感器的低浓度甲烷阈值气敏机理研究

刘昌祎, 张晶园, 黄向东, 张妮, 李菁波, 刘杰

2021, 47(3): 34-40. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110067

<摘要>(159) <HTML> (28) <PDF>(10)

摘要:
在CH4浓度较低时，目前煤矿井下CH4的检测方法存在灵敏度较低、反应较慢等问题。现有微纳电离式气体传感器研究主要针对高浓度气体的检测，且使用的仿真模型为一维简化放电模型，忽略了N2、CH4分子与电离产生离子的横向漂移与扩散，对低浓度CH4气体的准确检测还有待进一步验证。针对上述问题，在现有研究的基础上考虑了离子的横向漂移与扩散，并加入了等离子体模块，采用流体-化学动力学混合方法建立了常温常压下CH4-N2混合气体在微纳场域下的二维放电模型，分析了在常温常压下CH4-N2混合气体的安全放电电压、气敏性以及放电电流密度与CH4浓度之间的变化关系。分析结果表明：电离式传感器的安全放电电压为200 V，且信噪比较高；在CH4-N2混合气体中，CH4对N2的电离过程起抑制作用；电离式传感器的输出电流密度随CH4体积分数的增加（0.25%~1.5%）而线性递减，体现了电离式传感器对低浓度杂质气体的敏感特性，利用CH4浓度与电流密度之间单调递减的线性关系，可以实现对低浓度CH4的检测。

煤矿装备维护知识图谱构建及应用

曹现刚, 张梦园, 雷卓, 段欣宇, 陈瑞昊

2021, 47(3): 41-45. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020090013

<摘要>(259) <HTML> (13) <PDF>(30)

摘要:
利用大数据管理系统对煤矿装备维护信息进行管理缺乏对煤矿装备维护知识的表示能力，没有形成相对完整的煤矿装备维护知识管理体系，无法实现知识挖掘及知识间关系链接，导致大量具有深度挖掘价值的信息不能得到有效利用。针对上述问题，构建了煤矿装备维护知识图谱。首先通过定义煤矿装备维护的关键概念、关系及属性，进行基于本体的知识建模；然后从结构化、半结构化和非结构化数据源中获取知识，通过命名实体识别、关系抽取及事件抽取完成煤矿装备维护知识抽取；最后利用图数据库Neo4j存储煤矿装备维护知识，形成煤矿装备维护知识图谱。煤矿装备维护知识图谱在智能语义搜索、智能问答及可视化决策支持等方面的应用可提高煤矿装备维护知识管理效率，为煤矿装备智能化动态管理的实现提供有力支持。

视觉与惯导融合的煤矿移动机器人定位方法

张羽飞, 马宏伟, 毛清华, 华洪涛, 石金龙

2021, 47(3): 46-52. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110049

<摘要>(147) <HTML> (19) <PDF>(21)

摘要:
针对现有移动机器人单目视觉定位算法在光照变化和弱光照区域表现较差、无法应用于煤矿井下光照较暗场景的问题，通过非极大值抑制处理、自适应阈值调节等对快速特征点提取和描述（ORB）算法进行改进，采用随机抽样一致性(RANSAC)算法进行特征点匹配，提高了煤矿井下弱光照区域的特征点提取和匹配效率。针对仅靠单目视觉定位无法确定机器人与物体的距离及物体大小的问题，采用对极几何法对匹配好的特征点进行视觉解算，通过惯导数据为单目视觉定位提供尺度信息；根据紧耦合原理，采用图优化方法对惯导数据和单目视觉数据进行融合优化并求解，得到机器人位姿信息。实验结果表明：① ORB算法虽然提取的特征点数较少，但耗时短，且特征点分布均匀，可以准确描述物体特征。② 改进ORB算法与原ORB算法相比，虽然提取时间有了一定的增加，但提取的可用特征点数也大大增加了。③ RANSAC算法剔除了误匹配点，提高了特征点匹配的准确性，从而提高了单目视觉定位精度。④ 改进后融合定位方法精度有了很大提升，相对误差由0.6 m降低到0.4 m以下，平均误差由0.20 m减小到0.15 m，均方根误差由0.24 m减小到0.18 m。

煤矿井下超宽带定位混合解算方法

陈美蓉, 王凯, 张嘉纯, 许鹏远

2021, 47(3): 53-59. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17710

<摘要>(115) <HTML> (17) <PDF>(11)

摘要:
超宽带定位是根据基站测定的标记点距离，基于一组非线性定位方程组，通过泰勒（Taylor）级数展开算法、Chan算法或最小二乘法解算获得精确的设备位置。其中，Taylor级数展开算法的求解精度高，但是对初始值具有很强的依赖性，如果初始值选择不恰当，会导致算法不收敛。针对上述问题，提出了一种结合头脑风暴优化（BSO）和Taylor级数展开的混合解算(BSO-Taylor)方法。采用BSO算法求解移动站到基站的误差函数最小化的最优解，将最优个体的到达时间差(TDOA)值作为Taylor级数展开算法的初始值，进行Taylor展开解算得到定位信息，解决了Taylor级数展开算法需要较好初始值的问题。对Chan算法、Taylor级数展开算法和BSO-Taylor混合解算方法的结果进行了对比实验，结果表明，BSO-Taylor混合解算方法通过全局搜索策略，获得了接近于真实位置的迭代初始值，既可以获得接近真值的定位性能，又解决了Taylor级数展开算法对不良初始值的敏感性；相较于Chan算法，BSO-Taylor混合解算方法的解算结果更加稳定，且准确性更好；相较于初始位置为真实位置的Taylor级数展开算法，BSO-Taylor混合解算方法的解算误差稍大；定位距离的变化和TDOA测量值标准差的变化对Taylor级数展开算法和BSO-Taylor混合解算方法的影响基本一致，而对Chan算法的影响较大。

基于EMD特征提取与随机森林的煤矸识别方法

窦希杰, 王世博, 刘后广, 陈钱有, 邹文才, 卢召栋

2021, 47(3): 60-65. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020100038

<摘要>(243) <HTML> (26) <PDF>(32)

摘要:
基于振动信号辨识是实现综放开采煤矸识别的有效手段，现有方法在识别准确性和有效性方面有待进一步研究。提出了一种基于经验模态分解（EMD）特征提取与随机森林（RF）的煤矸识别方法。采用加速度传感器及数据采集仪采集了某综放工作面煤和矸石冲击液压支架尾梁产生的振动信号，分别对2种信号进行EMD，得到一系列本征模态函数（IMF）；根据EMD结果选取有效IMF，分别提取IMF能量、峭度、矩阵奇异值及对应熵作为特征向量，采用各特征向量独立训练RF模型，根据各RF模型对测试样本的识别结果筛选特征向量，并建立特征数据集；采用特征数据集训练RF模型，采用训练好的RF模型实现煤矸识别。测试结果表明：该方法对200组煤矸测试样本的识别准确率达96.5%，且当RF模型中决策树数量设置为100或150时识别准确率最高，对测试样本进行特征提取与识别的耗时不超过0.2 s，满足综放工作面煤矸识别准确性和实时性要求。

选煤厂工况环境下人脸识别方法研究

高宏杰, 丛昊然, 郭秀才

2021, 47(3): 66-70. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010047

<摘要>(133) <HTML> (28) <PDF>(7)

摘要:
针对选煤厂人脸图像信息易受复杂环境因素影响导致识别难度较大的问题，研究了一种选煤厂工况环境下的人脸识别方法。对归一化的选煤厂原始人脸图像进行Gabor小波变换，得到8个方向、5个尺度下的特征图谱；用改进AR-LGC编码算法进行编码，并对编码后同一尺度下不同方向的图谱进行特征融合，得到图像的融合特征图；将融合特征图划分为多个子块，统计分块直方图并加权级联得到直方图特征向量，将特征向量送入残差神经网络中训练，实现对选煤厂人员的人脸识别。改进AR-LGC编码算法增强了选煤厂人脸图像纹理相关度，解决了图像纹理相关度不足的问题，在弱化干扰特征的同时，保留了人脸图像中更多重要特征，缓解了人员面部受煤灰污染的问题。实验结果表明：当选煤厂人脸受到煤灰污染时，采用改进AR-LGC编码算法提取的特征保留了局部特征粗粒度，具有较好的抗噪性；本文方法的识别率为94.5%，平均耗时为0.933 0 s，与同类算法相比，在牺牲部分时间性能的条件下提升了识别率，牺牲的时间性能在可接受范围内。

基于深度残差网络的采煤机摇臂齿轮故障诊断

李长文, 程泽银, 张小刚, 丁华

2021, 47(3): 71-78. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110043

<摘要>(127) <HTML> (19) <PDF>(11)

摘要:
针对传统的采煤机摇臂齿轮故障诊断方法不能自主提取特征，导致齿轮故障诊断精度和效率不佳等问题，构建了基于深度残差网络（ResNet）的采煤机摇臂齿轮故障诊断模型。通过预激活残差单元模块降低模型的复杂度，使模型收敛速度更快；通过对振动信号进行数据重组，优化数据输入方式，提高模型对采煤机摇臂齿轮故障的识别能力。在采煤机摇臂加载实验台上进行模型验证实验，采集摇臂直齿轮正常、磨损、断裂、点蚀和裂纹5种状态下的振动信号，得出其特征具有明显差异；对测试集的混淆矩阵进行可视化分析，验证了ResNet模型能够很好地实现采煤机摇臂齿轮故障分类；与DNN模型和LeNet-5模型对比结果表明，ResNet模型具有更高的故障诊断精度和效率，综合识别率和F-score分别达到99.19%和99.05%；采用t-SNE技术对ResNet模型的最大池化层、预激活残差单元模块和全连接层输出的高维特征进行降维和可视化，验证了ResNet模型具有较强的特征提取能力。

矿用设备智能安全监测与预知维护系统

徐畅, 王道元, 李敬兆, 陈梓华

2021, 47(3): 79-82. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.17688

<摘要>(139) <HTML> (23) <PDF>(15)

摘要:
针对现有矿用设备监测数据精度不高、数据分析能力弱、智能化程度不高等问题，提出了一种矿用设备智能安全监测与预知维护系统。该系统通过基于模拟退火算法的智能数据预选模型对矿用设备安全监测数据进行预处理，筛选出阈值范围内的数据，以剔除数据中的异常值；利用基于卷积神经网络的智能安全预知维护模型，使用不同大小的卷积核进行双通道卷积，多样化提取筛选后的数据特征，并与矿用设备历史状态样本数据进行对比，从而判断矿用设备运行状态，进而提供相应的设备预知维护方案。实验结果表明，该系统在矿用设备运行状态判断及预知维护方面具有较高精度。

钢丝绳内外部断丝损伤识别

窦连城, 战卫侠, 白晓瑞

2021, 47(3): 83-88. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020090025

<摘要>(123) <HTML> (19) <PDF>(11)

摘要:
针对钢丝绳断丝损伤检测以外部断丝损伤检测为主，对内部断丝损伤检测的研究较少且内外部断丝识别精度不高的问题，提出了一种钢丝绳内外部断丝损伤识别方法。通过钢丝绳损伤径向漏磁检测器采集钢丝绳断丝损伤产生的漏磁信号；采用双密度双树复小波变换对漏磁信号进行降噪处理；通过设置自适应阈值提取降噪信号的时域特征，同时提取原始漏磁信号的频域特征；采用基于类间距离和互信息的方法进行特征选择，即先对所有特征进行归一化处理，剔除标准差较大及类间距离较小的特征，然后计算特征之间的互信息，排除包含损伤信息较为相似的特征，最后计算特征中区分度最差的2种损伤类型，并从剔除的特征中收回这2种类型类间距离最大的特征；将保留的特征融合作为最优特征子集并输入BP神经网络进行分类识别。测试结果表明，该方法能识别钢丝绳内外部断丝损伤且识别准确率达97.8%。

综放仰采工作面覆岩移动规律及支架工作阻力确定

郭玉峰, 浦仕江, 付巍, 梁文勖

2021, 47(3): 89-94. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020060048

<摘要>(95) <HTML> (13) <PDF>(6)

摘要:
综放仰采工作面覆岩运移规律与水平开采工作面有较大差别，顶板垮落频繁，为工作面支架的稳定带来了极大的考验。现有对综放仰采工作面安全开采的研究主要集中在仰采角度变化对覆岩运移规律的影响上，对顶底板受力特征缺乏系统的研究。针对以上问题，以瑞隆矿8102综放仰采工作面为背景，采用UDEC数值模拟软件分析了综放仰采工作面不同推进距离下覆岩运移规律及顶板破断特征：在仰斜开采中，受倾角和开采方式的影响，底煤应力最为集中，工作面具有明显的初次来压和周期来压特征，与近水平煤层综放工作面相比，周期来压步距明显减小，上覆岩层峰值强度相对较低，顶板不易形成结构，来压较频繁，矿压显现较剧烈；8102工作面直接顶初次垮落步距为25 m，基本顶初次来压步距为40 m，周期来压步距为10~15 m。利用顶板-支架力学关系确定支架工作阻力的计算方法较为繁琐，很多方法应用于工程现场不具有实用性，对比了目前几种常用支架工作阻力计算方法的优缺点及实用性，并根据8102工作面实际工况确定了动载荷计算法为最适合的支架工作阻力计算方法，具有计算结果精确且参数容易选取的特点，确定了该工作面的支架最大工作阻力为6 359 kN/架，工作阻力大于7 066 kN的支架即可满足该工作面支撑要求。工程应用结果证明了利用动载荷计算法计算8102工作面支架工作阻力的正确性。

磁耦合无线电能传输系统频率稳定性研究

张莲, 经廷伟, 张路, 李梦天, 杨凯

2021, 47(3): 95-100. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020080090

<摘要>(95) <HTML> (9) <PDF>(9)

摘要:
针对磁耦合无线电能传输系统自然振荡频率易受电路参数影响而出现频率分叉现象的问题，利用磁耦合无线电能传输系统等效电路模型，推导出使系统保持频率稳定性的负载电阻及传输距离范围，进一步得出了系统频率稳定性不受传输距离影响的负载电阻范围，在该范围内系统始终保持频率恒定，自然振荡频率不受传输距离影响；通过仿真和实验对理论分析进行了验证。结果表明：负载电阻及传输距离的增大均会在一定程度上降低系统输出功率及传输效率，因此在使系统保持频率稳定性的前提下，应考虑输出功率及传输效率的要求，选择合适的负载电阻和传输距离，防止系统输出功率及传输效率过低。

基于二维激光扫描仪的煤矿罐道形变检测装置

牛伟锋, 宗亮亮, 吴丰, 涂世宇, 艾凌云, 胡文彬, 甘维兵

2021, 47(3): 101-104. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2021010018

<摘要>(97) <HTML> (13) <PDF>(7)

摘要:
针对传统煤矿罐道形变检测方法存在精度低、操作繁琐等问题，设计了一种基于二维激光扫描仪的煤矿罐道形变检测装置。当罐笼沿罐道线性运动时，通过支撑臂与罐笼相连且与罐道紧贴的滑轮旋转，带动与滑轮同轴且紧密连接的里程编码器旋转并产生触发信号；控制器接收到触发信号后启动固定在罐笼的二维激光扫描仪；二维激光扫描仪发射激光对罐道进行扫描，投射在罐道表面的激光发生漫反射后，被二维激光扫描仪接收，得到罐道扫描数据；罐道扫描数据传输至控制器，上位机调用控制器中的扫描数据并进行处理，可在线绘制罐道轮廓图、离线绘制罐道三维模型，获得2根罐道之间的缝隙宽度、各方向错位值及单根罐道的磨损量，从而判定罐道形变状况。实验结果表明，该装置最大绝对误差为0.6 mm，最大相对误差为10%，具有测量精度高、操作简便、结构简单的特点。

综放工作面智能放煤工艺研究及应用

吴桐, 尉瑞, 刘清, 魏文艳

2021, 47(3): 105-111. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020100020

<摘要>(240) <HTML> (18) <PDF>(20)

摘要:
传统的放顶煤控制主要依靠人工放煤控制，采用单轮顺序放煤。配有电液控制系统的工作面主要采用程序控制与人工补放结合的双轮顺序放煤方式，如果放煤控制实施不充分，会大幅降低煤炭采出率，如果放煤过程中掺有大量矸石，会降低煤炭的开采质量。针对上述问题，研究了综放工作面智能放煤工艺。分析了综放工作面自动化放煤工艺流程，指出要实现智能放煤工艺,需要在自动化放煤工艺的基础上，对综放工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等设备进行智能升级,即在综放支架上安装音视频监视系统，监测是否有大块煤堵住放煤口、影响顶煤放出等异常情况；在后部刮板输送机安装电动机电流监测系统，实现放落煤流的自动控制，同时具备人工干预功能，即补放和停放功能；在带式输送机机尾处安装灰分检测系统对灰分是否增多进行在线分析；在综放支架上安装基于振动传感器的煤矸识别装置，根据振动传感器数据分辨矸石下落量，辨识是否有严重混矸情况。结合智能放煤工艺流程，为王家岭煤矿12309综放工作面定制了智能放煤方案：基于自动化顺序放煤与间隔放煤工艺、振动信号的煤矸识别控制和人工放落煤流控制技术实现该工作面智能化放煤，实际应用结果验证了智能放煤工艺的有效性。

8.8 m超大采高工作面煤自燃防治经验探讨

李玉福

2021, 47(3): 112-118. doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2020110051

<摘要>(70) <HTML> (12) <PDF>(8)

摘要:
超大采高工作面煤自燃监测数据包括气体浓度、温度等，研究方法包括实验、数值模拟、现场观测等。现有研究大多未考虑各指标之间的关系，研究手段及数据分析方法单一。针对该问题，以上湾煤矿采高为8.8 m的12401工作面为例，通过煤自燃实验、现场“三带”实测及数值模拟相结合的方式，分析煤自燃火灾过程中气体浓度与温度之间的关联关系，总结采空区内因火灾发火规律和特征。建立地面钻孔注氮模型，反演了采取注氮措施前后O2浓度场、CO浓度场、温度场和“三带”分布变化规律；针对高温异常区域，根据数值模拟结果选取注氮位置，采用地面与井下一起注氮的方式降低火灾危险性。研究结果表明：CO可作为预测煤自燃的指标气体，CO2和CH4不能作为指标气体，C2H6，C2H4，C2H2，H2可作为辅助指标气体；采取注氮措施后，氧化升温带的宽度大大减小，CO体积分数明显降低，最高点温度迅速下降，惰化效果显著；高温异常区域CO体积分数及温度有逐渐下降的趋势，验证了注氮位置的合理性和注氮措施的有效性。

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