摘要：PDC钻头在煤矿钻孔作业中以卓越的破岩性能、高效的钻孔效率备受关注.为研究PDC齿切削参数与受力的关系,设计并开展了PDC单齿切削试验,并进行切削齿受力计算模型与仿真模拟验证.基于MATLAB GUI与全局力平衡理论,开发了专用的布齿参数优化软件,对现场使用的五翼平底型钻头的周向角θ、后倾角α和侧转角β进行多目标优化.结果表明:在直线切削正交试验与仿真模拟中,切削深度、后倾角和切削速度对切削齿受力影响由大到小依次均为切削深度、后倾角、切削速度.参数优化软件的应用,成功地减小了钻头的侧向力与弯曲力矩,侧向力与钻压之比的计算值下降到1/1 000,弯曲力矩与转矩之比的计算值下降到1/100;通过Abaqus数值模拟验证了参数优化取得了一定的效果,侧向力与转压的比值和弯曲力矩与转矩的比值均能够降低到较低水平.其中,侧向力平均值降低了1.81 kN,弯曲力矩平均值减小了0.163 kN·m,数据的离散性明显降低.更小的侧向力与弯曲力矩能够提高钻头的钻进效率,与此同时软件的计算复杂度受钻头布齿参数的影响相对较小.因此,参数优化软件可以应用于钻头的布齿参数优化设计,提高钻头设计效率.

摘要：为探究光照环境对安全标志识别能力的影响,通过眼动实验分析不同光照环境和标志颜色条件下被试者识别能力的变化规律.实验模拟了12 种混合光照环境及9 种色温与安全标志颜色的搭配方案,记录被试者的眼动数据,并采用双因素和单因素方差分析不同环境下识别能力的变化.实验结果表明,照度对安全标志的识别能力具有显著影响,在 20～240 lx照度,被试者的注视次数、注视时间、眨眼频率等显著高于 240～900 lx照度条件.色温变化对识别能力具有一定影响,3 500 K左右的色温范围更容易让被试者接受.不同的混合光照环境会影响被试者辨识安全标志的难易程度,当安全标志颜色与环境色温对比度较低时,被试者的辨识效率下降;在照度充足的条件下,色温与标志颜色对识别能力的影响均有所减弱.在实际作业场所中,管理者应优先改善不合理的光照条件,以提升安全标志的整体识别效能.

摘要：针对羊场湾矿区二煤层开采对覆岩含水层(主要包括直罗组底部砂岩段至二煤层顶板砂岩含水层组和第四系潜水含水层组)造成较大影响的问题,为查明矿区地下水水化学特征及矿井突水来源,采集了15 个水样,综合运用Piper三线图、Gibbs图和离子比值法对羊场湾矿区地下水常规水化学组分进行了分析,并结合聚类分析与模糊评判法对矿井混合水进行水源判别.结果表明:各含水层水中溶解性总固体(TDS)质量浓度普遍偏高,且随着埋深的增加而增大,阳离子以K+和Na+为主,阴离子以Cl-和SO2-4 为主;第四系孔隙潜水含水层水为Na-SO4 型,直罗组底部砂岩含水层水与矿井混合水为Na-Cl型;各含水层的水化学组分主要受蒸发浓缩作用影响,基本不受大气降水影响;直罗组含水层水中K+和Na+主要来源于硅酸盐岩的溶解,矿井混合水中K+和Na+来源于硅酸盐岩和盐岩的溶解,第四系含水层水中K+和Na+主要来源于盐岩的溶解;矿井混合水水源主要来自直罗组含水层,平均占比为93.23%,仅有少部分水来自第四系含水层,平均占比为6.77%.

摘要：在我国煤储层低渗、煤层气低产的背景下,研究微波注热改造储层技术成为提高煤层气产率的一项重要课题.结合实验研究与数值模拟,总结了单一微波辐射在煤层气增产中的作用,明确了微波注热对煤层力学性质、微观结构、物化性质等的作用效果;从煤岩物性和微波场参数两方面归纳了微波注热效果的影响因素;分析了微波注热与其他技术结合应用的优缺点.研究表明:微波注热能显著降低煤体的抗压强度,提高孔隙率和渗透率,改变煤的微观结构,降低瓦斯吸附能力;与其他煤层增透技术结合应用,如微波辅助酸化、微波辅助氧化及微波-液氮冻融循环等,可进一步提高煤层气开采效率.

摘要：为了研究真实孔径雷达在露天矿滑坡灾害监测预警中的应用,基于蠕动变形三阶段理论,建立真实孔径雷达预警模型,分析滑坡时间预测预报方法,提取雷达监测位移数据,探讨不同时间窗TW(Time Windows)下应用速度倒数法预警模型线性拟合方法,并根据临滑前加速变形阶段OOA(Onset of Acceleration)之后的变形速度数据进行线性拟合预测滑坡时间的规律.研究结果表明:基于边坡变形三阶段蠕变理论,随着所选取的新的起始点SP(Start Point)的推移,所预测的滑坡时间不断接近真实滑坡时间;随着时间窗的不断减小,滑坡预测时间不断逼近真实滑坡时间,在监测预警中应当选取较小的时间窗,以提高数据展示的敏感性和滑坡预测时间的准确性.

摘要：为探究侧压对裂隙岩石破裂演化过程的影响,利用声发射监测技术和离散元模型对不同侧压作用下微裂纹破裂机制进行研究.构建了考虑矿物组分的离散元细观数值模型,分析了岩石加载过程中微裂纹破裂力学行为,量化了3 种侧压条件下裂隙砂岩声发射信号多重分形特征.结果表明,裂隙砂岩整个受载变形破裂过程分为微裂纹闭合阶段、裂纹萌生阶段、裂纹缓慢扩展阶段、裂纹匀速扩展阶段和裂纹加速扩展阶段;随着侧压的增大,砂岩试样的贯通失效模式由裂纹主导向局部剥落破坏转变,且剥落范围逐渐增大.另外,拉伸裂纹和剪切裂纹对应的起裂应力水平逐渐增高,同时,拉伸裂纹占比小于剪切裂纹.随着应力水平的增高,平均频宽(Δα)呈现出先降低后增高的趋势;平均频宽差(Δα0)与频谱测度子集(Δf)呈现出相反的演化趋势.当应力水平小于0.8σc时,Δα0 大于0,砂岩试样以小破裂尺度信号为主;当应力水平大于0.8σc时,Δα0 由正值逐渐变为负值,砂岩试样以大破裂尺度信号为主.

摘要：为了解决焦家金矿深部巷道高温热害问题,掌握不同通风条件对深部巷道温度场与速度场的影响,在获取-580 m与-670 m中段地温场整体分布的基础上,借助CFD数值模拟计算了 2 个区域在自然通风状态下的温度场与速度场分布特征.针对-670 m中段,通过增设压入式通风系统,模拟了不同通风条件对巷道的降温效果.结果表明:研究区地温梯度为 3.0～3.2℃/hm,属于地温异常区;-580 m中段的原始岩温已经达到30.4℃,巷道平均风温为 29.3℃,热害开始显现;在自然通风状态下,-670 m中段掘进工作面平均温度为33.4℃,温度较高;增设压入式通风系统后,改变送风量和送风温度,送风温度降低5.0℃,工作面平均温度降低4.7℃,降温程度达18.5%;送风温度不变,改变送风量对掘进工作面温度和风速的影响不大.

摘要：为进行有效的冲击地压综合防治,以唐口煤矿为例,采用理论分析、数值模拟和工程实践等研究手段,对深井综放工作面切顶卸压机理展开深入研究.研究发现,关键层悬顶厚度是影响关键层能量释放的重要因素,基于此,提出非贯通预裂切顶技术,揭示了综放开采关键层非贯通预裂切顶的力学机理,通过在关键层制造预裂面,有效减小悬臂梁的长度和应力集中,进而控制能量的释放,降低冲击地压的风险,掌握非贯通预裂切缝的空间参数取值,为技术实施提供理论依据;建立了非贯通预裂切顶三维数值模型,模拟结果表明,当采用切顶角度为45°、60°、75°组合扇形孔、预裂切顶间距为 10.0 m时效果最为显著.该技术能够有效降低冲击地压发生概率,推动预裂爆破切顶的安全化、高效化.

摘要：为了提升凝胶的防灭火性能,以壳聚糖(CS)、丙烯酰胺(AM)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为基料,构建以聚丙烯酰胺(PAM)与MBA通过共价键交联形成的化学网络作为第一网络,壳聚糖分子与Al3+通过离子键交联构成第二网络的双网络结构,制备出一种物理-化学交联型Al3+-CS/PAM-MBA双网络凝胶.通过对凝胶的成胶时间和黏度进行测试,优选出凝胶的最佳配比.采用热稳定性分析、程序升温试验、红外光谱、热重分析及灭火试验对凝胶的防灭火性能进行研究.结果表明,Al3+-CS/PAM-MBA双网络凝胶具有良好的热稳定性和较好的自燃阻化效果,能够有效抑制煤的自燃氧化过程.该凝胶可通过破坏与煤氧反应密切相关的官能团,抑制煤氧反应进程,从而起到阻止作用.灭火试验进一步表明,凝胶对煤体自燃具有明显的抑制效果,加入凝胶后煤体温度迅速下降,且未出现复燃现象.

摘要：为了解决目前煤矿井下光散射法粉尘浓度传感器存在的抽尘管路易堵塞、检测窗口易污染和维护难的问题,提出了基于光散射法的开放式粉尘浓度检测结构,设计了由激光源、光电二极管、滤光帽和信号处理电路等组成的光散射法开放式粉尘浓度传感器.为了保证检测精度,研究了环境光和风速对传感器输出结果的影响规律,并设计了动态差分算法和风速补偿算法,以消除环境光和风速的影响;光散射法开放式粉尘浓度传感器检测模数转换初始数值与实际粉尘浓度具有较好的正相关性,建立了光散射法开放式粉尘浓度传感器检测模数转换初始值与粉尘浓度之间的数学模型,实现对粉尘浓度的精准表征.试验证明了新设计的光散射法开放式粉尘浓度传感器对粉尘浓度具有较高的检测精度,检测误差低于10%.

摘要：为掌握近直立煤层分层开采条件下复合采空区的流场演化规律,研究上分层开采对下分层工作面采空区气体场与温度场分布的影响.建立了分段开采条件下的采空区三维数值模型,利用PFC颗粒流模拟软件模拟采空区覆岩的垮落和孔隙率分布;使用UDF函数将孔隙率分布数据导入到CFD,进行非注氮、注低温氮气复合采空区流场演化的数值模拟,对自燃"三带"分布进行预测,分析漏风情况,以及低温氮气对流场、温度场的动态演化规律;最后,采用现场监测各个区域的CO浓度、温度变化情况,对数值模拟结果进行验证.结果表明:孔隙率较大的区域主要集中于本水平分段采空区两端原进回风巷道部分,复合采空区内的高氧浓度区域主要位于进、回风巷侧,并整体呈现出越靠近采空区深部其氧浓度越低的趋势,对于上分层采空区,高氧浓度区域主要位于终采线及进回风巷上部位置;注低温氮气后,采空区散热带宽度减小1.7～6.4 m,氧化带宽度减小9.6～12.2 m;距离注氮口越近温度降低幅度较大.现场观测显示本分层氧化带宽度显著减小,回风隅角温度降低了 16.6℃,CO体积浓度由之前的最大值16.5 μL/L逐渐降低至0 μL/L;上分层回风隅角的温度由平均32.1℃降低至20.1℃,CO体积浓度由14.0 μL/L降低至0 μL/L.现场测试结果与模拟结果误差小于5%,验证了研究方法的可行性.

摘要：以典型资源型城市太原市为例,基于 2000、2010 和 2020 年 3 期土地利用数据,综合采用土地利用动态度、PLUS模型与地理探测器等方法,系统解析土地利用时空演变特征与驱动机制,并模拟不同发展情景下2030 年土地利用格局.结果表明:2000-2020 年间,建设用地面积激增 84.05%,耕地减少12.7%,生态用地结构趋于优化;各地类扩张驱动机制存在差异,耕地扩张主要受与四级道路距离影响,林地受人口密度主导,草地与建设用地对高程敏感,水域变化由与湖泊距离控制;单因子中GDP解释力最强,因子交互作用呈非线性增强效应;多情景模拟显示,自然发展、生态保护、经济发展与耕地保护情景下各地类变化趋势差异显著,反映不同政策导向对土地利用配置的影响.研究结果可为资源型城市土地资源优化、生态保护与经济社会协调发展提供科学参考.

摘要：针对厚煤层坚硬顶板条件下切顶成巷碎石帮支护大变形问题,通过力学计算及理论分析碎石帮变形垮落冲击、碎石承载、压实稳定3 个阶段的垮落特征,确定影响因素,进而提出"组合爆破+可伸缩 U 型钢+钢筋网+挡矸锚杆+单元支架+单体液压支柱"的碎石帮联合控制体系.采用 3DEC对优化措施进行模拟,发现碎石帮应力及位移均得到不同程度的减小.将联合控制优化方案应用于现场,实测表明优化后碎石帮侧压减小 18.6%,峰值压力降低 24.6%,架后悬顶距离减小 42.1%,有效削弱了采空区碎石垮落的冲击作用,卸压效果明显.

摘要：为确定瓦斯抽采钻孔的最优布孔间距,基于孔隙-裂隙双重介质的假设,建立考虑煤体渗透率演化、固体力学和瓦斯扩散-渗流作用的气固耦合数学模型.以山西余吾煤矿N2206 工作面为研究对象,开展单钻孔和多钻孔瓦斯抽采的数值模拟研究,发现有效抽采半径与抽采时间呈幂指数函数变化,数值模拟结果与现场试验结果的平均误差为 4.69%.在模型验证的支撑下,进一步基于多钻孔瓦斯抽采叠加效应原理,分析了布孔间距对叠加效应的影响,在单孔有效抽采半径和影响半径的基础上建立了瓦斯抽采多钻孔布孔间距数学模型,得出N2206 工作面的最优布孔间距约为 9.2 m.通过现场试验,验证了布孔间距与单孔有效抽采半径、影响半径关系式的准确性.

摘要：为研究砂岩细观结构特征与其宏观损伤破坏的相关性,以新汶煤田鄂庄煤矿选取的 4 种典型砂岩为研究对象,通过扫描电镜试验获取其灰度图像,借助实验优度法选取合适的分割方法,对其进行图像处理,并获取砂岩孔裂隙的长度、周长和面积等参数信息;通过小岛法获取岩样孔裂隙分形维数并计算损伤变量,研究分形特征、损伤变量与强度的相关性.研究结果表明:砂岩强度与其细观结构分形维数呈反比关系,砂岩孔裂隙结构复杂程度越高,其分形维数越大,单轴抗压强度越小,砂岩细观结构分形特征可为其强度特性评价及影响分析提供依据;砂岩损伤变量与分形维数具有正相关性,损伤变量随分形维数的递增呈非线性增大,分形维数可较好地表征砂岩的损伤程度和破碎程度,同时影响着砂岩的损伤特征.

摘要：针对煤矿智能化发展对自主定位与环境建模技术的迫切需求,以及煤矿井下特殊环境导致传统SLAM算法性能下降的问题,创新性地提出了一种融合激光反射强度信息的井下定位与建图算法:基于特征点法激光SLAM框架,对点云依据曲率进行线、面特征分类,提出基于点云反射强度变化率的强度边缘特征分类方法,丰富特征类型与数量;根据点云整体反射强度构建强度图,并通过图像特征提取与跟踪技术进行帧间匹配,获取更多匹配特征点;对扫描匹配过程进行改进,引入强度边缘特征与强度图像特征,提高算法在煤矿井下位姿估计的准确性.试验验证表明,该方法在典型煤矿巷道环境中表现出良好的稳定性和适应性,定位精度满足井下应用要求,为解决煤矿井下点云特征退化问题提供了有效方案.

摘要：离层注浆是实现地表减沉和绿色开采的重要技术,在浆液注入离层空间的同时也会改变工作面矿压显现规律.以赵庄二号井2309 工作面为工程背景,对不同回采阶段下的矿压显现情况进行对比分析.研究结果表明:正常回采阶段整面平均末阻力为2 661.7 kN、来压步距为24.2 m,离层注浆回采阶段整面平均末阻力为3 229.1 kN、来压步距为16.5 m,相较于正常回采,离层注浆情况下支架末阻力明显增大,周期来压步距减小;当工作面过注浆钻孔时,支架工作阻力在走向方向呈整体增大、倾向呈现由中部向两侧逐渐减小的趋势;在浆液支撑反力、自重及注浆压力的共同作用下,促使下伏岩层挤压密实并增大了岩梁的受力,导致支架末阻力增大、周期来压步距减小,离层空间形态和注浆钻孔布置导致倾向中部支架受力更高.提出的诱因解释了离层注浆工作面特殊的矿压显现规律.

摘要：针对多层厚硬顶板工作面动压作用下破碎围岩大巷维护困难问题,建立多层坚硬顶板载荷传递力学模型,推导得到中高位关键层组向工作面前方煤柱传递的应力增量公式,阐明区域压裂技术的卸压机理,通过数值模拟验证区域压裂可降低顶板能量积聚,并以王坡煤业3206 工作面为例确定了终采线区域压裂技术参数并开展现场试验.结果表明:区域压裂可减小关键层铰接块体的悬露长度,增大走向破断角β2,缩短关键层组在水平方向上的断裂长度li,从而使应力峰值向采空区转移,有效缓解大巷围岩受压状态,3206 工作面围岩位移量均在可控范围内,支承应力最大降幅约为1 MPa.

摘要：为拓展适应性的煤层水力压裂可压性评价方法,以6 个采煤工作面现场案例为样本,结合实验测试确定影响煤层水力压裂可压性的主控因素.基于模糊综合评价理论,运用层次分析法(AHP)和熵权法确定各因素的组合权重,建立以"指标输入—效果输出—实际压裂效果验证"为思路的煤层可压性评价模型.评价结果显示:在满足"比较有效"置信度下(α>0.5),告成煤矿 25011 和 25031 工作面煤层可压性中等偏差,松藻煤矿和石壕煤矿工作面煤层可压性中等,寺家庄煤矿 15301 和 15118工作面煤层可压性均为良好.评价结果与现场水力压裂效果基本一致,验证了所选择的煤层可压性评价指标的合理性及模糊综合评价方法的可行性.研究结果表明,影响煤层可压性最重要的因素是煤的坚固性系数,润湿性与黏土矿物含量的影响不可忽略,而案例样本中埋深的影响相对不大.

摘要：为探究深部煤层底板变形破坏机制,对比分析了不同初始围压、不同加卸载速率下的砂岩应力—应变变化特征、声发射能量事件与强度变化特征,研究了不同条件下的损伤因子、弹性模量和泊松比变化特征.研究结果表明:卸围压速率0.06 MPa/s时,初始围压 40 MPa下砂岩弹性模量损伤劣化转折点早于泊松比转折点,而初始围压25 MPa则与之相反.卸围压速率 0.04 MPa/s的应力路径下,无论初始围压为25 MPa还是40 MPa,砂岩均因内部积聚大量能量以裂纹快速扩展的形式进行释放,并伴随着应力跌落现象,定义为能量驱动破坏型;初始围压 25 MPa且卸围压速率 0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩内部裂隙扩展充分,内部积聚的能量及时得以释放,应力变化较为平缓,定义为损伤劣化驱动破坏型.初始围压40 MPa且卸围压速率0.06 MPa/s的应力路径下,砂岩前期因内部能量快速释放而出现应力跌落现象,而后受围压限制和轴压加载的作用,逐渐转变为裂隙扩展损伤变形破坏,即由能量驱动破坏型转变为损伤劣化驱动破坏型.