摘要：顶管救援法是通过将预制管道顶穿垮冒堵塞区,从而安全高效地形成应急生命通道.为研究不同顶管埋深及垮落体颗粒粒径条件下,垮落体在顶管作用下的宏细观力学性质,结合垮落体中顶管相似模拟试验和数值模拟试验,探讨了顶管埋深及垮落体颗粒粒径对顶管阻力和颗粒位移的影响,并进一步从配位数、力链及垮落体能量等角度对垮落体的宏细观参数进行了研究.结果表明:顶进阻力和颗粒位移整体随垮落体颗粒粒径、顶管埋深的增大而增大,位移区主要分为管口前方及后下方的挤压扰动区和管口正斜上方的剪切滑动区;配位数波动幅度和降幅差值随垮落体颗粒粒径和顶管埋深的增大而增大,管口斜前方的力链破坏且不断扩展,从而形成剪切滑动面;随垮落体颗粒粒径和顶管埋深增大,顶进过程中弹性势能、动能及耗散能整体呈正相关增长,顶进主要分为前期小应变扰动阶段和大应变剪切滑动阶段.

摘要：为有效管理与利用煤矿海量通风信息,响应国家对煤矿智能化建设的需求,开展知识图谱与智能问答研究是矿井通风领域智能化发展的重要一步.通过爬虫和归类分析等技术,采集矿井通风领域知识数据,并结合专家知识,构建矿井通风领域知识本体模型;以矿井通风知识图谱构建为基础,利用本体模型的逻辑架构,完成了 6 935 项实体标注与竖向关系关联,进而形成矿井通风领域知识库.在此基础上,设计了基于向量的矿井通风知识图谱智能问答架构,通过对问答意图判别规则和答案模板设计,构建了基于向量的矿井通风知识图谱智能问答模型;基于对矿井通风领域专业问题筛查,优选出 200 个问题对模型适用性进行了验证.测试结果表明:构建的基于向量的矿井通风知识图谱智能问答模型整体准确率为 95%,其中单轮问答准确率97%、多轮连续问答准确率 93%.与基于规则匹配的知识图谱智能问答模型相比,基于向量的矿井通风知识图谱模型在多轮连续问答过程中具有非常明显的优势,同时,后续研究中通过融合大语言模型以进一步提高语义分析能力,有助于进一步提高问答的准确性.基于向量的矿井通风知识图谱智能问答可有效降低矿井通风人员工作强度,极大提高矿井通风管理效率,为矿井智能通风完全实现提供了重要支撑.

摘要：为了提高矿井油型气含量的预测精度和准确性,提出一种基于多元数据融合的精准判定方法.基于影响油型气含量的主要因素,收集了 27 组矿井实际测量数据,使用XGBoost算法筛选出了埋深、顶底板岩性、褶皱及孔隙率作为关键特征,并对其进行标准化处理,以确保不同量纲的数据在建模过程中能够得到合理的融合;采用克里金插值法、最小二乘支持向量机、多层感知器和梯度提升回归树 4 种经典的机器学习算法进行初步预测,针对油型气含量这一回归问题进行了比较分析.结果表明:梯度提升回归树算法在预测性能上表现最佳,其判定系数达到0.987,归一化均方误差在 0.001～0.010 之间,总信息准则在 0.019～0.046 之间;结合Stacking堆叠算法进一步提升预测精度,Stacking方法将多个基学习器的预测结果作为新特征进行融合,并在此基础上,利用改进的鲸鱼优化算法对各基学习器的权重进行优化;为了进一步提升模型的预测能力,引入双向长短期记忆网络,通过元学习机制对基学习器的预测结果进行深度学习,以捕捉更复杂的非线性关系和时序信息,构建了最终的融合模型,模型在测试集上的表现显著优于传统的单一算法;模型预测平均绝对误差的平均值为 0.116 m3/t,归一化均方误差平均值为0.006,总信息准则平均值为 0.004,判定系数高于 0.98,显示出其在矿井油型气含量预测中的高精度和稳定性.

摘要：在巨厚煤层分层复采条件下,强烈的重复采动扰动导致顶板极其破碎,致使上分层及浅部工作面涌水向下渗漏,并汇聚于下分层及深部工作面.该渗漏过程机理复杂,不服从传统渗流理论,而呈现显著的裂隙流或管道流特征,导致此类工况下工作面涌水量精确预测困难.以孟加拉国巴拉普库利亚煤矿 1412 工作面为例,系统分析了传统基于渗流理论的涌水量预测方法在此复杂条件下的缺陷与不适用性;进而提出一种基于工作面空间位置关系、开采顺序及邻近工作面水量衰减程度定量估算渗漏量的涌水量预测新方法;同时,基于地下水数值模拟软件(GMS)构建地下水数值模型,采用数值模拟方法预测了 1412 工作面回采期间的涌水量,并揭示了地下水流场演化规律.研究结果表明:基于GMS Drain模块的数值模拟预测涌水量拟合度达 96%,相对误差为 4%;所确立的基于渗漏量估算的新方法的水量折减系数范围为 57%～80%,预测涌水量拟合度达 97.8%,相对误差仅为 2.2%.渗漏量估算法与数值模拟法在此复杂工况下均能实现涌水量的精准预测,为类似巨厚煤层分层复采下的强扰动或多煤层叠加开采条件下的涌水量预测提供了有效参考.

摘要：针对神木煤矿悬顶采空区沉降变形慢、变形周期长、垮塌致灾威胁性强等特点,以神北矿区典型浅埋煤层开采为例,采用合成孔径雷达(SAR)遥感监测快速扫描沉降变形分析技术为主,辅以钻探、孔中窥视、孔中激光雷达扫描等精细探查技术,实现了对煤矿大面积悬顶采空区地表形变的长期精准监测和稳定性分析.结果表明:该煤矿 2006-12-2011-01 北部集中形变区最大累积形变量约-200 mm,2014-12-2015-07 中部3 处形变集中区最大形变量约-140 mm,2015-07-2023-07 井田 3 处形变集中区最大累积形变量约-970 mm;井田北部地表形变主要源于 2-2 煤的采空区塌陷、地面火区治理及 3-1 煤开采的影响,南部地表形变主要源于地面火区治理回填层的沉陷压实作用;井田南部 3-1 煤条带式悬顶采空区整体较稳定.

摘要：煤矿设备数字显示器(简称"数显屏")字符识别是煤矿智能化建设中的研究热点之一,然而该领域仍然面临 2 个显著的问题:①由于有效识别区域小,井下光照条件复杂,图像质量低等干扰因素导致的识别效果不佳;②受煤矿井下作业环境条件制约引起样本数据采集受限从而导致模型泛化能力不足.针对上述存在的问题,提出了一种基于PP-OCRv3(A Practical Ultra Light Weight Optical-Character Recognition,PP-OCR)迁移学习的煤矿数显屏字符识别算法.首先,采用PP-OCRv3 作为预训练模型,提高文本通用特征表达能力,提升煤矿复杂环境中字符检测和识别的精度;其次,分别以文本识别公共数据集、自制数显屏字符数据集、真实和模拟煤矿数显屏字符数据集为驱动,多次逐步迁移PP-OCRv3 模型,驱使模型从一般场景自适应转变到煤矿的特殊场景,实现模型跨场景泛化性能和识别速度的提升.试验验证表明:在抗干扰能力测试中,迁移优化模型平均准确度达 78.83%(提升 17.29%),其中在干扰块场景下的提升尤为显著,高达 79.73%(提升 29.32%);实时性评估显示,推理帧率平均提升 27.295 帧/s,其中在模糊场景下提升高达 57.67 帧/s;多次迁移后的PP-OCRv3 模型在有效降低对标注数据样本的依赖性的同时,识别准确性和识别速度均优于对比模型.

摘要：为提高采空区煤自然发火温度的预测精度,准确识别煤体升温阶段的燃烧风险,提出一种基于多参数融合的采空区煤自然发火温度预测模型(PLO-GBDT).通过程序升温试验,采集煤体升温过程中O2、CO、CO2、CH4、C2H6 和C2H4 等关键标志气体体积分数随温度变化的数据,构建采空区煤自燃升温过程的多参数特征数据集;通过特征重要度分析确定对煤自然发火温度影响显著的标志气体,将O2、CO、CO2、CH4、C2H6 和C2H4 作为模型输入变量,采用极光粒子优化算法(Polar Light Optimization,PLO)对梯度提升决策树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)模型的参数进行寻优,构建PLO-GBDT煤自然发火温度预测模型,模型以 70%的样本数据作为训练集,30%作为测试集,通过MSE、RMSE、MAE、MAPE及R2 等评价指标对模型的预测性能进行评估.结果表明:PLO-GBDT模型预测结果MSE、RMSE、MAE、MAPE和R2 分别为0.000 03、0.005 50、0.003 70、0.010 70 和 0.979 40,所建模型具有较高的拟合精度和稳定性.为验证模型的优越性,将模型与其他 5 种模型对比.结果表明:PLO-GBDT与对比模型PLO-MLP、PLO-CNN、PLO-GRU、PLO-Informer和PLO-XGBoost模型的R2 分别为 0.967 7、0.659 7、0.785 3、0.846 1、0.895 6 和 0.948 5,模型具有较高预测精度和泛化能力.

摘要：针对煤矿井下UWB(Ultra-Wideband,UWB)定位系统在采用DS-TWR(Double-Sided Two-Way Ranging,DS-TWR)流程实现一维定位时,需要在 2 个设备间完成 2 次数据交互才能测距,造成通信频繁、并发处理能力受限等问题,为此,提出了一种基于单次交互的DS-TWR快速定位方法.首先,在通信机制方面,引入了随机延时入网策略,以减少多标签设备同时请求入网时可能发生的信号冲突;同时,在发射端加入信道嗅探功能,仅在检测到信道空闲时才发送入网请求,而非传统方法的直接发送:这种改进能够有效避免多个设备同时发送入网请求时发生信号碰撞而导致的入网失败,进而提升测距的稳定性,进一步结合双天线时分复用技术,显著提升读卡器在多标签场景下的轮询效率与处理吞吐率.其次,在测距流程上,将传统方法中分离的入网帧与测距帧融合为多功能测距帧,使系统能够在单次信号交互中同时完成入网确认与距离测量;通过结合当前轮次与历史轮次的时间戳信息,构建可计算距离的完整时间戳集合,实现了单次交互等效于传统 2 次交互的测距效果,有效降低了通信开销与测距时延,在无需额外硬件资源的前提下,系统并发接入能力得到了显著增强.最后,在乌海能源老石旦煤矿对系统并发定位性能进行了验证,结果表明:该方法在保持与DS-TWR相同定位精度的前提下,将单次测距周期缩短至 3.3 ms,可支持每秒 100 个标识卡的并发测距,且测距成功率高达 99%.

摘要：针对煤矿井下"长走廊、强动态"场景中瓦斯巡检无线传感网络(Wireless Sensor Net-work,WSN)拓扑频繁变化、能耗与时延难以兼顾、异常告警须确定性转发等问题,构建了适配多业务负载的能量感知多目标动态调度方法.建立了以无线电收发机能耗为代价基座的网络模型,显式地计入了自由空间与多径两段路径损耗、信号与干扰加噪声比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)门限、媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)层载波侦听/二进制指数退避引入的侦听能耗与排队时延,并区分了周期上报、事件触发与异常复核 3 类业务约束.在此基础上,提出了一种差分演化(Differential Evolution,DE)与改进粒子群优化(Improved Particle Swarm Optimization,IPSO)的"粗-细"2 级协同优化框架:外层以差分演化在离散维(时隙、信道、簇间并发组合)上进行全局搜索,内层以线性递减惯性权重与收缩因子的改进粒子群优化在连续维(发射功率、占空比、聚合长度)上细粒度收敛.同时,引入了以平均剩余能量与告警队列长度为输入的模糊权重自适应机制,使"节能-可靠-时延"权衡随网络状态在线切换.在 100 m×600 m的矿井条带区域,节点数为 200,基站部署在端部的仿真环境中及 80 m长走廊物理平台上,对所提出的DE-IPSO协同调度(Differential Evolution-Improved Particle Swarm Optimization Cooperative Dynamic Scheduling,DEIPSO-DS)与量子行为粒子群模糊逻辑基线(Quantum-behaved Particle Swarm Optimization with Fuzzy Logic,QPSOFL)及无线传感网络自适应差分演化基线(Wireless Sensor Network Adaptive Differential Evolution,WSNADE)进行对比,评价指标包含首节点、半节点、终节点死亡轮次(FND、HND、LND)、网络每轮平均能耗、残余能量方差、数据包投递率(Packet Delivery Ratio,PDR)、平均端到端时延.在异常占比约 5%的场景,DEIPSO-DS的FND为 1 763 轮、LND为 2 458 轮,较QPSOFL、WSNADE分别提升了15.82%、49.64%;每轮平均能耗为 0.118 J,较两基线降低了 13.84%、27.27%;残余能量方差为0.041 J2,PDR达 85.73%;平均时延 168.4 ms,较两基线缩短了 17.15%、30.36%.在约 10%与约15%的异常负载下,FND相对提升维持在 17.37%、16.61%(较QPSOFL)及 41.17%、43.15%(较WSNADE),能耗降低了约 15%、27%,PDR提升了约 12%、30%,时延缩短了约 16%、28%.80 m物理平台复现实测与仿真趋势一致,实测能耗较仿真高约 5%～9%、PDR低约 2%～3%、时延增加约 7～11 ms.基于能耗精细建模与DE-IPSO两级协同的动态调度框架可在掘进推进引起的拓扑迁移与异常负载波动下实现对"节点-信道-时隙-功率"的在线重配置,实现网络寿命、可靠性、时延的联合改进,并在不同异常密度下保持稳定增益;后续可在多汇聚协同、在线参数自适应与更细粒度MAC/物理层联合优化方向开展工程化扩展.

摘要：针对传统煤矿膏体充填材料对粉煤灰的需求量较大、成本较高的问题,研究石灰石粉代替部分粉煤灰作为膏体充填材料掺合料的力学特性及抗酸性能.采用混合正交试验和极限试验的方法,确定石灰石粉膏体充填材料的最优配比以及对抗酸性能的影响.研究结果表明:膏体配比为石灰石粉替代量 25%～50%、石灰石粉细度 25～38 μm、水泥掺量 190 kg/m3、质量分数 82%时充填体强度最佳;在酸性矿井水中,石灰石粉膏体既发生水化反应又发生分解反应,抗压强度整体呈现先增大后减小的变化趋势;其抗酸性能与石灰石粉细度呈正相关关系,与石灰石粉替代量呈负相关关系;石灰石粉替代量25%、石灰石粉细度25 μm时,膏体具有较好的抗酸性侵蚀性能.

摘要：环境中的金属元素对微生物代谢途径中关键性的转化过程具有一定的影响作用.为了研究微量金属元素对微生物代谢的影响效果,从自然界筛选出甲烷氧化菌群,并优选了有代表性的Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+4 种金属元素,通过实验得到了不同质量浓度条件下微生物菌群的甲烷氧化规律.研究结果表明:Cu2+与Fe2+对菌群的甲烷氧化效能具有显著影响;当Cu2+质量浓度为 0.03 g/L时,菌群CH4 降解效果最佳,6 d内CH4 降解量最高可达 33.43 mL;相较于Cu2+,Fe2+的影响更为显著,随着Fe2+质量浓度的升高(0～0.6 g/L),菌群的甲烷氧化效能逐渐增强,6 d内CH4 降解量从 13.02 mL显著提升至 37.28 mL;Mn2+和Zn2+对菌群的CH4 降解能力影响较弱,当2 种离子的质量浓度分别为0.003、0.010 g/L时,对微生物菌群甲烷氧化效能的促进作用最佳,升高或降低离子质量浓度均会减弱其甲烷氧化能力.

摘要：矿用高压电缆在煤矿供电系统中发挥着至关重要的作用,矿用高压电缆的稳定运行直接关系到整个矿井井下电气设备的正常运行,矿用电缆的绝缘水平是主要影响因素.在电缆长期连续运行过程中,由于环境和电气等影响因素,其绝缘性能逐渐恶化,直至发生绝缘击穿,对煤矿的安全生产构成威胁.局部放电(Partial Discharge,PD)是监测矿用高压电缆绝缘状态的主要手段之一,但煤矿现场对PD信号的监测容易受到噪声的干扰.针对该问题,提出了一种霜冰优化算法,通过优化变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)结合奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的方法对PD信号进行降噪处理.首先,通过霜冰优化算法(Rime-Ice Optimization Algorithm,RIME)优化VMD,通过最小包络熵(Minimum Envelope Entropy,Min-EE)获得最优参数K和α;然后,通过VMD获得本征模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF),利用模糊散布熵(Fuzzy Dispersion Entropy,FuzzyDispEn)确定IMF的性质,从而区分有效信号分量和噪声分量,对分类后的噪声主导分量通过SVD方法进行去噪,保留有效信号分量;最后,将通过SVD去噪后的噪声主导信号分量和有效信号分量进行重构,从而完成降噪流程.通过与同类型的蝴蝶优化算法(Butterfly Optimization Algorithm,BOA)、灰狼优化算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)进行去噪对比试验,通过仿真试验以及现场局部放电试验降噪对比效果图并计算去噪后信号的信噪比(SNR)、归一化相关系数(NCC)、均方误差(RMSE),来判断RIME-VMD-SVD、GWO-VMD-SVD、BOA-VMD-SVD 3 种方法去噪效果的优劣;结果表明,所提方法对含噪PD信号降噪有效,能够去除矿用高压电缆PD信号中的噪声分量,对保证煤矿供电系统的安全稳定运行具有实际意义.

摘要：大倾角煤层采动巷道因受到采空区、煤柱等因素影响,巷道围岩破坏规律及矿压显现特征复杂且变化较大,支护维护困难.针对这类问题,以绿水洞大倾角煤层采动巷道 3123 回风巷为工程背景,采用理论分析、数值分析和现场试验等综合研究方法,分析了大倾角煤层采动巷道围岩破坏规律,揭示了不同位置下巷道周边围岩应力特征及其作用下巷道变形破坏特征.研究结果表明:在大倾角以及采动影响下,巷道周边最大主应力及主应力差值较大,导致巷道塑性区呈现出非均匀、最大破坏深度偏转等特征,且巷道位置决定着巷道围岩塑性区分布范围与形态;随着巷道逐渐远离上部工作面,采动影响逐渐减弱,当巷道沿煤层向下距上部采空区 12 m及以上时,巷道周边最大主应力及主应力差值趋于稳定,最大主应力与主应力差值分别稳定在15～20、5～10 MPa,在此应力环境影响下巷道周边围岩塑性区大小及其形态变化不大.基于大倾角煤层采动巷道变形破坏规律、巷道断面几何特征、煤岩结构特征等关键影响因素,设计了非均匀-主被动联合支护的锚杆(索)支护,在 3123 回风巷进行了工业性试验并进行了巷道顶板深部位移监测:在巷道掘进影响期间,巷道顶板变形总量控制在 100 mm以内,且主要集中在巷道顶板软弱煤层,巷道围岩控制效果较好.

摘要：为提高基于SBAS-InSAR技术的矿区地面沉降监测精度,基于Sentinel-1A影像数据,以济宁市某矿区为研究区,采用岭估计方法对所构建的SBAS-InSAR形变模型进行解算,并通过水准测量数据对岭估计(RR)和最小二乘估计(LS)2 种方法解算得到的结果进行精度验证和对比分析.结果表明:2 种方法得到的矿区地面沉降时空演变规律一致,但监测到的最大累积沉降量分别为-128.1、-227.8 mm,存在一定差异;RR方法的数据拟合效果显著优于LS方法,二者的平均内符合精度分别为 2.77、77.66 mm;RR方法解算结果与水准数据之间的相对误差较小,平均RMSE为 10.5 mm,时间序列监测结果与水准数据吻合一致,LS方法解算结果精度较低,平均RMSE为 21.7 mm,时间序列沉降趋势波动较大.

摘要：为了探究注浆材料对加固煤岩体结构、控制煤岩变形和防止煤与瓦斯突出的影响,采用高性能注浆材料(HGC)、微膨胀高性能注浆材料(EHGC)、普通硅酸盐水泥(OPC)和硫铝酸盐水泥(SAC)制备了 4 种不同的浆-煤组合体试样,通过单轴压缩和电镜扫描试验,分析了不同浆-煤试样强度特征和浆-煤界面微观结构特性.结果表明:HGC试样的抗压强度最高,EHGC试样的峰值强度相比HGC降低 10.98%;OPC和SAC试样破坏模式为张拉剪切破坏,HGC试样则为张拉破坏,EHGC试样为张拉劈裂破坏,其破坏程度最小.电镜扫描结果表明:HGC、OPC和SAC与煤岩胶结形式为覆盖型,浆-煤界面区域存在裂隙;EHGC与煤岩胶结形式则为嵌入型;OPC试样微孔隙率最大,SAC次之,HGC最小,EHGC微孔隙率相比HGC增长 6.93%.

摘要：为了提高煤矿井下瓦斯巡检的安全性和实时性,降低人工巡检带来的危险与效率低下问题,面向复杂巷道和高风险工况构建了一种融合感知与决策的智能化、网络化控制方法.以多智能体强化学习为总体框架,构建了嵌入式目标识别和协同路径规划双模块.感知层采用了结构剪枝与 8 bit量化的轻量化目标检测网络,通过多尺度特征融合与注意机制实现了对瓦斯管道、阀门装置、障碍物的高精度识别;决策层在蚁群优化算法基础上引入了局部最优引导、交叉变异与信息素自适应更新机制,形成了改进型蚁群优化算法以完成路径规划.在Gazebo三维矿井仿真数据集上,对所建模型与对比模型进行对比,并在真实矿井环境开展了 24 h小范围连续巡检试验,试验指标涵盖检测精度、均方根误差、路径规划成功率、收敛代数、系统故障率、能耗与数据丢包率等.仿真结果表明,模型在 50 次迭代后路径适应度达到 0.92,均方根误差 0.15,检测精度 88.3%,平均精度均值 90.1%;数据量 800 帧时的训练时间为 1.8 s,处理时延 3.2 s,较传统模型分别缩短了 28%和 20%.在真实矿井测试中,检测精度保持在 87.9%,综合故障率1.8%,通信中断率 0.6%,路径规划失败率 0.7%,平均响应时延 2.8 s,能耗 14.6 Wh,数据丢包率0.4%;在弱光与高湿度条件下检测精度仍保持在 85%以上,路径规划成功率在 95%左右.研究结果显示,该方法实现了高精度、低延迟的煤矿瓦斯自主巡检.

摘要：煤层底板隐伏导水通道的识别及其渗流场模拟评估是矿井突(涌)水防治的关键.地球物理勘探技术可识别隐伏导水通道的空间结构分布,但其探测反演结果需借助经验公式转换为水文地质参数后方可用于底板含水层渗流场模拟,该方法存在水压模拟值与监测值吻合度欠佳的问题.水力层析技术利用水压监测数据直接反演含水层水文地质参数的空间非均匀分布,可有效识别导水通道,从而提高渗流场模拟的精度.为此,采用砂箱试验,基于钻孔微水试验分析了含导水通道岩溶含水层的水压波动特征,并利用监测数据开展了导水通道的水力层析反演识别与渗流场预测对比分析;进一步通过数值试验,研究了监测孔数量、激扰源数量以及物探先验地质信息对识别精度的影响规律.结果表明:导水通道内的水压波动曲线呈快速上升后振荡衰减的特征,而通道外的水压波动曲线整体表现为先上升后缓慢下降的单峰形态;距激扰源越近,水压波动峰值越大,反之峰值越小,且水压波动响应时间略有延迟;与储水系数反演结果相比,导水系数反演结果能更清晰地刻画导水通道的结构特征,前者空间分辨率较低;增加激扰源数量较增加监测孔数量更能显著提高导水通道的识别精度;若物探结果与真实导水通道结构差异较大,将其作为先验地质信息会明显降低水力层析的识别精度.

摘要：为解决传统煤矿用隔绝式压缩氧气自救器单一定量的供氧方式(供氧量 1.2 L/min)导致受灾人员在逃生状态下(需氧量 2.1 L/min)氧气不足、静坐待援状态下(需氧量 0.5 L/min)氧气浪费的问题,同时解决其机械压力指示器易失效、CO2 吸收剂更换不方便、关键零部件材料不可靠等问题,设计了一种满足标准GB 24502-2023《煤矿用自救器》的新型压缩氧气自救器.通过优化减压器流道拓扑结构,实现了定量供氧量在 0.5～2.4 L/min宽域内动态可调,适应逃生/静坐双模式供氧需求,显著提高了静坐时的防护时间和供氧稳定性;基于高精度压力传感器开发了低功耗矿用本质安全型数显压力指示器,解决了机械式指示器的弹性疲劳、非线性漂移及高故障率问题;设计了模块化可更换清净罐,实现了CO2 吸收剂 10 s快速更换;基于Ca(OH)2 吸收CO2 的化学反应动力学,建立了CO2 吸收剂装药量计算模型,并优选了外壳、氧气瓶、气囊等重要零部件.试验表明,该自救器满足 45 min的额定防护时间,静坐防护时间超过 135 min,O2体积分数≥46.5%,CO2 体积分数峰值 1.46%,吸气温度峰值 41.1℃,呼吸阻力之和≤1.2 kPa;氧气瓶工作压力在 3～20 MPa时,35 L/min呼吸量下定量供氧 2.3 L/min,10 L/min呼吸量下定量供氧0.7 L/min,自动/手动补给供氧量均达到了70 L/min,供氧量波动≤0.1 L/min.研究成果在多家自救器生产企业开展应用,并依据GB 24502-2023《煤矿用自救器》通过了安全标志认证检验.

摘要：超细煤尘(粒径≤5 μm的煤尘质量分数不低于 50%)润湿性差的问题严重制约了矿井粉尘治理效果.基于此,复配了一种高效、可生物降解的新型降尘剂.选取 14 种常见表面活性剂,利用表面张力测试仪、接触角测试仪和沉降试验对 14 种表面活性剂进行测试,筛选出 3 种单一表面活性剂;将筛选出的单一表面活性剂进行两两复配,选择 3 种复配溶液进行实验室喷雾降尘模拟试验、五日生化需氧量(BOD5)和化学需氧量(COD)测试,以确定最终降尘剂配方;利用红外光谱表征煤尘经降尘剂处理后表面含氧官能团的变化情况,以及煤经降尘剂作用前后表面电位的变化情况.结果表明:水对超细煤尘的润湿性很差,而降尘剂能够提升超细煤尘的润湿性,综合确定降尘剂配方为椰子油二乙醇酰胺(CDEA)与仲烷基磺酸钠(SAS-60)复配,二者质量比为4∶1(质量分数为0.05%);当降尘剂可生化性值BOD5/COD达0.4,属于可生物降解型,符合煤矿废水处理标准,COD也满足厌氧发酵技术,从而促进有机质的释放,为生物制造提供原材料;降尘剂针对超细煤尘的降尘率可达 80%以上,最高达 90%;经降尘剂处理后,煤尘表面含氧官能团增加、亲水性增强、电负性减弱,表明降尘剂能够吸附在煤尘表面,从而达到降尘效果.