放顶煤工作面煤矸混合度自动识别研究进展

自动化放煤是实现自动化综放开采的关键技术,放煤过程中对于煤矸混合度的自动识别是研究的难点。文章依次论述了基于自然射线、声波信号、图像的放顶煤工作面煤矸混合度识别技术的研究进展,提出了基于图像的煤矸混合度识别技术是未来的发展方向,以及综采工作面的煤岩界面的识别技术及分选中的煤矸识别技术的研究进展,总结了为放顶煤工作面煤矸混合度识别提供的宝贵经验。提出了将深度学习理论引入到煤矸混合度识别研究中,为人工智能技术在采矿行业中的应用提供了新思路,对提高综放开采顶煤回收率、提高煤质、实现工作面自动化有重要意义。     

综放开采煤矸自动识别基础研究

综放开采煤矸自动识别是实现综放开采技术自动化的关键,为此,提出了采用双能γ射线技术对放顶煤煤矸混合体中的矸石含量进行测定识别。分析了双能γ射线穿过煤矸混合体时的衰减规律,建立了煤矸混合体灰分与含矸量间的量化关系,通过实验的方法对双能γ射线煤矸识别的灰分、含矸率等相关参数进行了实验分析,建立了两者之间的相关关系,同时对仪器响应的实时性进行了验证。结果表明,利用双能γ射线技术对放顶煤煤矸混合流中矸石含量进行实时测定识别是可行的。     

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

综放开采方法是我国特厚煤层矿区实现高产高效的主要技术途径,智能化综放开采是未来综放开采技术发展的重要方向。在分析千万吨级特厚煤层智能化综放开采技术和问题的基础上,围绕安全、高效、智能这一主题,综合考虑特厚煤层顶煤体和上覆岩层的相互作用,以掌握特厚顶煤冒放理论,实现综放工作面放煤智能化,降低含矸率、提高顶煤采出率为主导,提出要解决的关键科学问题和技术构想。针对综放开采存在的煤矸智能识别、智能放煤控制、“采-支-放-运”系统智能协调等主要难题,凝练出特厚煤层智能综放开采大尺度顶煤体破碎与冒放机理,特厚煤层智能化采放协调控制机理与方法,特厚煤层智能综放开采群组放煤过程控制原理三大科学问题。攻克特厚煤层群组协同智能放煤工艺决策技术,特厚煤层顶煤厚度与放煤量实时监测技术,冲击振动和高光谱融合的煤矸识别技术,多模式融合的智能化放煤装备及控制技术,综放工作面“采-支-放-运”系统智能协调控制技术五项关键技术。突破特厚煤层智能化综放开采技术与装备瓶颈,研发煤矸识别装置、开发智能放煤控制系统及软件,解决采放协调、煤矸识别、群组放煤等难题,创建年产1 500万t智能化综放开采示范工程。最终实现特厚煤层智能化综放开采,为我国特厚煤层的安全、高效开发提供可靠的技术支撑。     

特厚煤层综放煤-矸-岩放落流动的时序规律及识别方法

综放工作面放煤工艺中的煤矸智能识别是智能化综放开采的瓶颈,经过十几年的不断探索研究,基于煤层的沉积环境和岩性赋存特征,提出了煤岩层低水平自然γ射线辐射高精度实时探测方法和煤矸自动识别原理,为综放工作面放煤工序的煤矸智能识别控制奠定了基础。根据特厚煤层含多层夹矸的复杂结构特征,以提高煤矸识别的精准性为目的,分析了特厚煤层夹矸的赋存特点及自然辐射特性;开展了煤-矸（夹矸）-岩（直接顶岩石）放落流动的时序规律研究,得出顶煤中夹矸的层位、间距、层数等因素会影响放落流动时序,且呈现不同的时序状态,据此进行了放落流动时序分区;相应地不同时序区的混矸率会呈现不同的特征：当夹矸无时序放出时,混矸率在一固定的范围内波动,当煤-夹矸渐次放出时,混矸率呈现上升—稳定—连续台阶式上升的特征,直接顶矸石的混入,使得混矸率呈线性增加;基于煤-矸-岩放落流动的时序特征,得出了不同时序条件下自然射线的辐射变化特征,确定了自然射线辐射强度台阶式变化与夹矸赋存参数的影响关系,区分了放煤流中含有夹矸和直接顶矸石混入的辐射特征,确定了不同煤-矸-岩放落时序区的辐射强度范围,提出了以自然射线辐射强度作为煤-矸-岩自动识别的主要...     

基于随机介质理论的综放开采顶煤放出规律

顶煤的放出特征对综放开采采出率和含矸率有重要影响。基于模型试验,考虑综放支架影响,首先拟合出顶煤沉降曲线极值点偏移公式,依据随机介质理论建立了煤矸分界线和顶煤放出体方程。结果表明:支架尾梁的限定作用和放煤口导致放出条件的突变对煤矸分界线及顶煤放出体形状有重要影响,煤矸分界线在远离支架处表现为较标准的漏斗曲线,靠近支架处渐变为凸型曲线,靠近放煤口处则表现为向尾梁方向勾折;放出体在放出高度较小时呈向尾梁后上方倾斜的不规则状,轴偏角较大,随着放出高度增加,放出体呈前下方被尾梁切割的变异类椭球体状,轴偏角减小并稳定为零,支架尾梁后上方顶煤是综放开采所放顶煤的主要组成部分。     

不同混合度下液体介入难辨别煤矸红外图像识别准确率

高准确率的煤矸自动识别对综放开采智能放煤至关重要。针对灰度差异较小的难辨别煤矸种类,提出了“液体介入+红外检测”的煤矸识别新思路,进行了不同混合度下液体介入煤矸识别试验,获得了不同时刻煤矸混合试样的红外图像,借助ImageJ图像处理软件定量计算了煤矸图像的混合度,深入分析了煤矸混合度、介入时间、图像处理方法对液体介入煤矸识别准确率的影响,并从红外温变速率场的角度探讨了提高液体介入煤矸识别准确率的技术路径。研究结果表明：“液体介入+红外检测”方法可有效提高难辨别煤矸识别准确率。不同的煤矸混合度条件下,液体介入后红外图像中煤样所在区域均出现显著温降现象,可作为煤矸混合度自动识别的基础。当混矸率较低时,煤样温度在煤矸红外图像变化中起控制作用;当混矸率小于20%时,煤矸识别准确率随混矸率增大而增大,液体介入后10 s内的平均准确率约85.78%;混矸率在20%～60%内识别准确率较高且较为稳定,平均准确率约为94.38%,且液体介入时间对其影响很小,高准确率区域呈现“倾斜条带状”分布特征。当混矸率大于60%后,不同处理方法的识别准确率均值随混矸率增大呈下降趋势且离散性急剧增加;煤矸图像平均红外...     

基于YADE的综放工作面进刀放煤三维仿真北大核心

以Linux环境下离散元开发环境YADE为基础,开发了综放工作面连续进刀放煤三维仿真系统;系统以煤矿真实地质环境设置放煤参数,有效模拟了放煤过程中尾梁摆动、液压支架推移动作,以及尾梁顶部的煤矸混合动态变化过程;在此基础上,开展了单轮放煤、双轮放煤等不同工艺的进刀放煤对比试验。结果表明:进刀放煤三维模型能够真实地模拟顶煤放出过程,为从三维角度研究综放开采顶煤放出规律提供了新的方法;在综放工作面连续进刀放煤条件下,双轮分段间隔放煤效果最好,其平均顶煤采出率为86.64%、含矸率为4.06%。     

平朔矿区综放开采顶煤放出规律试验研究

文章对平朔矿区综放开采的顶煤放出规律进行了研究,针对平朔4#煤、9#煤进行了顶煤放出的相似性模拟试验,得出了不同采放比、使用不同开采方式下顶煤放出含矸率及顶煤放出率的相对关系。通过实验数据分析,得出了平朔矿区综放开采的合理放煤工艺为一采一放。在现场实际放煤过程中,可将煤流中的矸石比例达到1/5作为终止放煤的依据。     

图像识别智能放煤技术原理与应用

煤炭智能开采是煤炭行业高质量发展的必由之路,放顶煤工作面的智能化滞后于综采工作面.智能放煤是实现智能放顶煤开采的关键核心技术,低照度、小空间、高粉尘、煤矸叠压、声振信号干扰、夹矸误识别等问题严重制约智能放煤技术开发.在探索尝试图像、声音、振动等多种煤矸识别技术的基础上,提出了图像识别智能放煤技术.精准快速识别混矸率与适...     

低位综放开采顶煤放出率与含矸率的关系

进行了考虑煤矸破碎块度沿厚度方向变化的散体模型放煤工艺试验研究,分析了低位综放开采的煤矸流动形态特征及过量放煤对煤矸分界线形态的影响,研究了混矸程度与顶煤放出率的关系，提出了顶煤拐点放出率的概念；研究了放煤过程中煤矸流中矸石比例的变化规律，分析了过量放煤对后续放煤的影响.在放煤过程中可以将放煤口煤矸流中矸石的比例为1/3作为终止放煤的依据，对应的顶煤放出率可达94％，含矸率为10％左右，增加一定的含矸率可大幅度提高顶煤放出率.放煤口煤矸流中矸石的比例最大不能超过1/2，否则，增加含矸率对提高顶煤整体放出率的作用降低，且不利于后续放煤.     

特厚煤层综放开采顶煤放出率影响因素分析

采用PFC2D模拟软件对山西兴县金地煤矿特厚煤层低位综放开采散体顶煤在不同采高下的冒落规律进行模拟,并通过理论分析研究特厚煤层低位综放开采顶煤放出率的影响因素。研究结果表明:随着采高的增加,顶煤放出率呈下降趋势;分析了支架掩护梁倾角对其影响,同时通过监测煤矸放出过程中的速度-时间曲线及煤矸成拱次数,得出该矿首采综放工作面选取3m为合适采高,以达到较高的顶煤放出率和开采效率。在实际生产中工作面采高为3m,采放比约为1∶3,采煤机截深0.8m,两刀一放,观测期间工作面取得了较高的顶煤回收率,故该方案可以在该工作面及相似条件下工作面推广采用。     

综放开采顶煤采出率预测模型的构建与应用

顶煤采出率是厚煤层综放开采最为关注的的核心问题之一,为了明确放煤终止原则,最大程度地提高顶煤采出率,基于随机介质流理论,首先推导了煤矸分界线和放出体方程,根据放出体方程分析了顶煤放出体的形态演化特征。协同考虑煤矸分界线和顶煤放出体的形态演化,建立了顶煤采出率与含矸率的理论计算模型,并根据此模型探讨了不同顶煤厚度条件下顶煤采出率与含矸率的相互关系;然后结合塔山煤矿生产实际,利用模型试验设置了两种顶煤厚度,获得了顶煤采出率与含矸率的试验关系曲线;最后对塔山煤矿8101,8102和8111三个工作面顶煤采出率与含矸率进行现场实测,并根据实测数据拟合出顶煤采出率与含矸率的关系曲线;将模型试验和现场实测所得顶煤采出率与含矸率关系曲线分别与理论研究对比分析,验证了理论分析的可行性。研究结果表明:顶煤放出过程中,放出体轴偏角随放出体高度增加逐渐减小,即放出体逐渐向煤壁方向倾斜,其形状由尾梁切割类圆形逐渐过渡为类椭圆形;针对某一固定采高和放出体高度,顶煤越薄,对应的放出体轴偏角及放出量越大;顶煤采出率与含矸率呈非线性增大关系,提出了顶煤拐点采出率与拐点含矸率概念,生产实际中,可将含矸率9%～16%作为厚煤层综放开采放煤终止的参考依据。     

元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤冒放性研究

为了提高元堡煤矿浅埋特厚煤层综放开采顶煤的回收率,以该矿1901综放工作面的开采条件为背景,采用理论分析和模拟试验,就顶煤厚度和放煤步距对顶煤冒放性的影响规律进行了研究。结果表明:随着顶煤厚度的增加,顶煤放出率呈现先增大后减小的趋势,而放出煤体中的含矸率和放矸率则呈现一直减小的趋势;随着放煤步距的增大顶煤放出率、含矸率、放矸率则都是呈现一直减小的趋势。由此确定出1901综放面3.5 m机采高度条件下的临界放煤厚度为10 m,最佳放煤方式为"一采一放"。     

特厚煤层煤矸互层复合顶煤体冒落特征研究

为了掌握特厚煤层综放开采煤矸互层复合顶煤体冒落特征，保证放煤工艺合理性和高顶煤回收率，以特厚煤层复合顶煤体综放开采为现场实际条件，采用实验室试验、数值模拟、现场观测等方法，分析了复合煤岩体变形破坏和强度特征，揭示了含矸顶煤体放出过程架间成拱、煤矸分界、放出规律，获得了煤矸块度体积与重量分布特征，结果表明：煤岩比例变化对煤岩整体破坏形态影响明显，复合煤岩体的破坏比单一介质块度小，单架顺序放煤量与放出率低值区和高值区之比约为1∶3，复合煤岩体放出块度体积与重量符合正态分布，煤矸块体长度小于40cm的占比为66%，但其重量占比小于15%，特厚煤层含矸顶煤体提高顶煤回收率的主要方向为提高长度为40～100cm块体的放出效率。     

多夹矸近水平煤层综放开采顶煤三维放出规律

基于散体介质流理论的学术思想,采用三维散体相似模拟试验和数值模拟分析相结合的方法,对多夹矸近水平煤层综放开采煤矸放出体空间形态及顶煤采出率的三维分布特征进行了研究探讨。研究表明,多夹矸近水平综放工作面放煤量从上端头到下端头逐渐增加,含矸率相应降低,工作面下端头的放煤效率较高;顶煤采出率沿煤层走向分区呈动态演化过程,且沿煤层倾向具有周期性分布的特点;煤矸放出体体积随放煤高度增大呈幂函数关系增大;顶煤采出率和含矸率随放煤时间呈阶段性变化特征;采用间隔放煤有利于提高多夹矸煤层的顶煤采出率。     

小采放比综放开采顶煤放出特点

根据深孔基点位移和现场观测结果 ,分析了小采放比综放开采顶煤、直接顶的垮落特点及其对顶煤放出的影响 ,认为小采放比综放开采的顶煤回收率与顶板垮落特征和冒落煤矸块度比值有关     

特厚坚硬煤层超大采高综放首采工作面智能化技术

基于榆神矿区浅埋深、煤层特厚坚硬的赋存条件,针对超大采高综放开采首采工作面智能化开采所面临的难题,提出相应的解决对策,提高工作面自动化、智能化程度,减少工作面人员数量和劳动强度。讨论了超大采高综放工作面液压支架结构形式对智能化开采、支架-围岩"小结构"支护系统稳定性和顶煤冒放性的影响,认为两柱掩护式液压支架、整体式二级护帮板结构更适合超大采高综放工作面。针对顶煤冒放成拱问题,分析顶煤成拱形态和破拱措施,提出尾梁"小拱小摆、大拱大摆"的智能化摆动策略,提高顶煤冒放性和放煤效率。针对现阶段超大采高综放开采首采工作面顶煤冒放运移规律掌握不足、煤矸识别技术尚不成熟的情况,阐释了煤岩分界模糊段概念,将待放出顶煤分为纯煤段和煤矸分界模糊段,并提出纯煤段采用无需人工干预的智能化记忆放煤,煤矸分界模糊段采用人工干预反馈式放煤,在减少人员劳动量的同时保证顶煤采出率和降低含矸率。建立在线灰分检测智能评价和人工现场及时评价相结合的放煤效果综合评价系统,通过放煤键盘和反馈评价器及时、精准地控制放煤过程并给予反馈评价。针对采放不协调问题,提出和分析分区段成组放煤措施,提升放煤效率,促进采放协调。超大采高综放首采工作面智能化技术研究可为相似条件综放工作面提供参考和借鉴。     

综放煤矸低水平自然射线的涨落规律及测量识别分析

为研究综放开采煤矸的自动识别问题,提出了采用煤矸自然射线识别方法对放顶煤过程中放煤口的混矸进行测定识别,为此理论分析了矸石中低水平自然射线的涨落规律及测量时间对探测计数误差的影响,确定了放射性识别阈值及其精确判断阈值,通过实验的方法对矸石低水平自然射线的涨落规律及阈值进行了验证,确定了仪器的实时响应特性,研究结果为利用自然射线技术进行综放放煤口矸石出现的判断识别提供了依据,为综放工作面自动化放顶煤技术提供基础。     

多分层厚夹矸放煤技术的研究与实践

为了解决济宁三号煤矿53下09综放工作面多分层含厚夹矸3下煤层的放顶煤开采、提高煤炭回收率难题,采用现场实践研究和理论研究相结合的方式进行了研究分析,以理论分析和生产现场实际应用相结合为主,对多分层厚夹矸复杂结构3下厚煤层中的53下09综放工作面含夹矸顶煤的冒放性、放煤工艺及放煤方式优化的管理及放出规律、夹矸层极限厚度的确定等问题进行了研究,并指出了含夹矸顶煤的活动规律和放顶煤开采夹矸的极限厚度,最大限度的提高煤炭回收率,减少采空区自燃发火率,在实际生产中得到了很好的利用。     

基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测技术

放煤量智能感知是智能化综放开采的关键技术,通过综放工作面后部刮板输送机煤流量的实时监测可动态调控放煤口动作,结合煤矸识别和顶煤厚度监测信息可有效避免工作面过放和欠放,提高煤炭资源开采回收效益,防止刮板输送机过载等安全生产事故发生.提出基于激光扫描的综放工作面放煤量智能监测方法,引入三角微元法构建放煤量回归实时计算模型,...