基于PLC的液压支架远程监测系统关键技术研究

液压支架是煤矿井下综采工作面重要的设备之一,对液压支架的远程监测是实现综采工作面智能化、信息化和高效化生产的前提条件。根据液压支架的运行特点,开发了一种可以实现液压支架井下位姿、运行状态、行程信息以及工作压力等工况参数的实时采集和远程监测的液压支架远程监测系统,为综采工作面的智能化、高效化和信息化生产提供了解决方案。     

三维并行电法勘探技术与矿井水害探查

应用自主开发的网络并行电法仪及其三维采集系统,对布置在矿井工作面不同巷道内的所有电极进行电流、电压数据同步实时采集,实现了地下空间的三维电法同步测量.然后运用三维电阻率反演技术,得到矿井工作面内三维空间的电阻率分布特征,为工作面非巷道揭露区的水文地质与工程地质探查提供了有效的地球物理勘查手段.该技术突破了目前矿井直流电法勘探的局限性,首次取得了煤矿工作面底板完整三维电场参数与视电阻率数据体.通过多个矿井工作面的探采对比,三维反演解释结果客观地反映了工作面内底板的隐伏水源空间位置,为矿井防治水工程提供了准确信息.     

煤层底板水害三维监测与智能预警系统研究

针对华北型煤田煤层底板突水监测点覆盖不全、智能化水平不高等问题,以底板"下三带"理论为基础,提出集多频连续电法充水水源监测、"井-地-孔"联合微震采动底板破坏带监测以及监测大数据智能预警为一体的煤层底板突水三维监测与智能预警技术思路。其中多频连续电法监测系统以伪随机多频序列为人工场源,利用伪随机相关辨识技术提取强噪声背景中的弱信号,采用拟高斯-牛顿法对预处理数据进行三维电阻率反演,实现对煤层底板充水水源变化过程的自动化三维监测;"井-地-孔"联合微震监测系统主要通过研制带推靠的孔中传感器及回收装置,实现微震传感器"井-地-孔"三维立体布署,采用井下有线(IEEE1588)和地面无线(GPS)时钟同步方式解决地面与井下采集设备的时钟同步问题,建立起"井-地-孔"监测数据的实时传输网络,基于偏振分析联合反演的三分量定位算法,实现采动底板破坏深度时空精细定位与实时监测;智能预警系统利用时序大数据挖掘技术与计算机深度学习技术对电法、微震多元时序监测数据进行分析和处理,采用指标预警和模型预警方法对监测数据空间展布和预警级别以三视热力图形式输出,实时显示煤层底板各网格的预警等级,从而形成煤矿底板水害三维监测与智能预警技术体系。最后,以河北葛泉矿东井11916采煤工作面为应用对象,采用多频连续电法监测系统、"井-地-孔"联合微震监测系统,以及基于时空监测数据的智能预警系统对煤层底板岩溶水害进行三维监测与智能预警,为我国华北型煤田煤层底板水害监测预警提供了新的技术与装备支撑。     

基于虚拟现实的液压支架监测系统研究

为了准确、直观地反映液压支架运动时的位姿状态,基于虚拟现实技术及遗传算法,研发了以液压支架前、后立柱为主要监测对象的液压支架远程监测系统。实验表明,运用该系统监测液压支架,研究人员能够实时在虚拟场景中以任意视角观测液压支架,更加直观地掌握液压支架的位姿状态。研究结果为建立煤矿井下综采工作面液压支架远程监测系统奠定了基础。     

煤矿井下人员定位和瓦斯监测系统设计

针对目前井下有线通信灵活性差、覆盖性不足、监测数据具有一定时滞性等问题,提出了以Zigbee无线传感器网络为核心、以太网为主干网的矿井人员定位和瓦斯监测系统设计方案,地面监测中心通过Zigbee技术实时采集井下人员位置信息和瓦斯浓度信息。实现对井下工作面有效地远程监控,为矿井安全生产提供可靠地保障。     

谢桥矿B组煤层开采底板破坏规律测试分析

工作面回采引起煤层底板岩层的变形破坏深度及特征是矿井防治水工作的重要依据。以淮南谢桥矿B组6煤层开采条件为研究对象,在工作面回风巷底板布置钻孔电法测试系统和巷道电法测试系统,构建测试空间系统,依据回采进度进行实时监测,结合岩层电阻率值对比,以获得工作面回采过程中底板岩层变形与破坏深度值及其特征。结果表明,该工作面6煤层开采破坏深度为13.5 m,可为B组煤层其他工作面开采底板条件判断提供参考。     

8.8m超大采高综采工作面顶板水害动态监测技术研究

针对上湾煤矿8.8 m超大采高综采工作面回采过程中顶板可能存在的水害隐患,采用视电阻率监测系统对工作面回采至石灰沟段顶板裂隙导通上覆含水层的情况进行了分段动态监测,结合地面水文观测孔及工作面涌水量对监测结果进行验证,并划分顶板水害预警级别。结果显示:在采空区内有明显的高阻异常发育,分析为煤层采空后顶板冒落导致上覆岩体裂隙增大所致。随着工作面的推进,在距离切眼1576～1766 m、1842～2260 m范围内存在低阻异常区,分析认为导水裂隙带导通了上覆含水层;通过查看井下采空区涌水和地面水文孔观测数据,验证了视电阻率监测结果。根据视电阻率监测情况对12401工作面顶板水害预警级别进行了评估,该工作面水害风险预警级别为二级预警,水害风险一般。     

并行电法探测技术在卧龙湖煤矿的应用

介绍应用并行电法采集系统,在卧龙湖矿井103工作面进行底板探测。通过网络并行电法数据体的三维电阻率反演,得到矿井工作面底板下三维空间的电阻率分布特征。在该工作面布置钻孔,在底板灰岩层位中电阻率为70Ω.m以下区域,出水量最大达到60 m3/h。该技术取得了煤矿工作面底板完整三维电场参数与电阻率数据体,客观反映了该工作面内底板的水害空间位置,为该矿井防治水工程提供了准确信息。     

采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法

深部煤层开采受下伏灰岩水害威胁日益严重,探测采煤工作面底板富水区是保障安全生产的一项重要工作。目前,矿井电法是富水区探测的主要手段之一,但存在对富水区定位不准的问题。为进一步提高对采煤工作面底板岩层富水区的判定精度,在充分分析单巷电法和双巷电透视法优缺点的基础上,通过对视电阻率观测与反演方法的改进,提出视电阻率全方位探测方法。以全空间球状模型为例,给出了球状模型外空间中任意三极装置的视电阻率表达式。针对采煤工作面内侧、巷道和外侧底板不同位置的5个低电阻率模型,分别计算了全方位和双巷透视视电阻率数据,通过三维反演分别获得了采煤工作面底板岩层的电阻率图像,对比可见:①在平面上,前者的低阻核心区与5个模型位置一致;后者的低阻核心区与工作面内侧及巷道底板的3个模型位置一致,而与工作面外侧底板的2个模型位置存在误差,误差系数分别为1.0和2.0,反映工作面外侧模型距离巷道越远,误差则越大;②在垂向上,两者对模型深度的判定均存在不同程度的误差,但相比而言,前者定位误差小,对模型深度的判定更准确。分析结果表明在全方位视电阻率反演过程中,单巷测深数据与双巷透视数据之间能够相互约束,促使低电阻率球状模型的准确归位,体现了全方位视电阻率探测方法的优越性。工程实践进一步表明了该方法的准确性和可靠性。     

基于EtherNet/IP的采煤机智能化远程监控系统

随着煤矿开采智能化、网络化的快速发展,大数据的信息处理需求对网络的信息传输速度和实时性有很高的要求。为满足煤矿井下智能化工作面的采煤机远程维护的需求,设计了基于EtherNet/IP协议的采煤机智能化远程监控系统。经实际应用表明,该系统能实时监测采煤机运行状况,具有远程维护和趋势报表分析功能,可满足综采工作面智能开采的需求。     

薄煤层断层发育工作面底板突水区井下电法探测研究

基于马庄煤矿薄煤层断层发育工作面地质条件,进行了两巷横向及垂向60m范围内井下电法探测,定性分析了工作面底板下含、导水构造的分布与发育情况。通过对两巷视电阻率等值线断面图的分析,绘制出工作面电法异常区平面分布图,预测了潜在突水区。结果表明:含水灰岩裂隙越往下山越发育,局部有裂隙导升趋势,未发现断层与其他隐伏构造串通现象。建议开采过程中密切注意底板变化,做好防水工作。     

三维高密度电法在矿井水害防治中的应用*

红旗煤矿位于山东省济宁市境内，属典型的华北型煤田，其开采受底板奥陶灰岩水威胁较大。为探明3215工作面顶板和底板矿井水的位置和赋存形态，采用井下三维高密度数据采集系统；运用标准三维模型和圆滑约束最小二乘法进行反演计算，借用三维可视化系统成图，得到工作面顶板和底板的地层电阻率三维数据体；而后采用切片技术切割数据体，确定了矿井水的位置与赋存状态。结合矿区地质资料得出结果，工作面顶板砂岩富水性总体不强，仅在切眼处地层30 m的范围内富水性较大；工作面底板下奥灰顶部80 m地层富水性较差。故在煤矿开采过程中，需对顶板地层重点进行水文地质监测，以保障煤矿的安全开采。     

环工作面电磁法底板突水监测技术

为了监测煤层底板在工作面回采过程中导含水构造裂隙的实时动态发育情况,避免底板突水事故的发生,提出了利用环工作面电磁法对煤层底板突水进行监测的方法技术。通过数值模拟,研究总结了全空间条件下采煤工作面底板不同空间位置异常体在环工作面电磁法观测方式下的响应特征。设计了环工作面电磁法底板突水监测观测系统,并提出了电磁法突水系数的概念。根据底板下导含水裂隙与工作面底板之间距离的大小将电磁法突水系数划分3个等级：突水提醒阈值Cr、突水警告阈值Cw和突水报警阈值Ca。     

基于钻孔电阻率法的回采工作面底板水害动态监测应用研究

煤矿开采难度逐年加大,地质条件随开采深度增加越来越复杂,带压开采已成为必须面对的问题。分析了自然电位法理论,研究了激励电流及反演方法的原理,电位差和激励电流的变化均可以判定底板岩层裂隙的发育程度及其导水性。针对带压开采工作面,分析了视电阻率、自然电位和一次场激励电流的变化规律,实现了数据采集的连续性,且无导通灰岩水的迹象,达到了回采工作面动态预警的目的。应用研究表明,采用钻孔视电阻率法对带压开采工作面底板水害进行连续探测分析,可实现动态监测,为工作面的安全回采提供了有效的地质资料。     

电阻率法动态监测煤层底板破坏变形规律研究

为解决煤层底板突水的难题,采用电阻率法动态监测、现场观测及理论分析的方法对工作底板应力分布及底板破坏规律进行研究,得出电阻率变化与开采对工作面底板扰动的关系,以唐口煤矿4309工作面回采过程中底板电阻率监测资料为基础数据,得出工作面底板扰动的动态变化规律.结果表明:开采扰动在时间上具有压缩一膨胀一恢复的动态变化特征,在空间上具有随底板深度增加而逐渐减弱的特性.     

煤矿安全生产监控与通信技术

从煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统等几个方面介绍了煤矿监控与通信技术现状。在此基础上展望了煤矿监控与通信技术的研究方向,即矿用物联网技术与系统,煤矿一体化通信技术与系统,无人工作面遥控和煤岩分界识别技术与系统,煤矿井下人员精确定位技术与系统,基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等煤矿重大灾害预警技术与系统,基于3D GIS的煤矿安全生产管理信息系统,煤矿井下生命探测技术与装备,本质安全无线通信与光纤通信技术,传感器无盲区布置方法,煤矿井下救灾机器人等。     

综采工作面运煤顺槽环境监控系统的应用与实践

介绍了综采工作面运煤顺槽环境监控系统,通过先进的网络化控制方式实时监测工作面运煤顺槽环境参数,实现对巷道喷雾的自动化控制。地面人员通过监控软件采集和监测井下各分站的环境参数、设备运行状态等信息,可以随时改变参数设置,控制各分站的喷雾工作状态,实现远程自动控制,提高了综合防尘效果。     

井下瞬变电磁技术在不规则工作面顶板富水性探测中的应用

介绍了井下瞬变电磁技术在金凤煤矿011811不规则工作面顶板富水性探测中的应用,根据不规则工作面实际情况进行探测设计,按照设计进行观测系统布置和井下数据采集,分段建立坐标,视电阻率计算、深度转化,绘制不规则工作面瞬变电磁探测成果图。实践表明,不规则工作面瞬变电磁成果图绘制方法可以应用于各种形状的工作面,绘制的成果图与工作面形状一致,物探成果更加直观,异常位置与实际揭露情况更加吻合,解释成果更加准确。     

层透视法在探测采煤工作面内部地质构造的应用

介绍了矿井层透视法的探测原理、井下探测技术及根据电场的分布规律,使用地电成像方法计算出工作面内部的视电阻或视电阻率的分布规律,在工作面范围得到所需要的探测结果。通过在陕煤黄陵矿业公司的成功应用对矿井层透视法进行了详细阐述。     

工作面底板注浆加固改造质量综合评价方法研究

通过对注浆加固改造后的工作面底板进行原位压水试验,求取注浆目的层渗透系数、单位吸水量,定量评价注浆加固改造的质量;结合注浆终量、终压参数、岩体裂隙浆液充填状况和注浆前后工作面底板视电阻率对比,对工作面底板注浆加固改造质量进行了定性分析、综合评价.