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| 1 | 煤矿井下煤矸智能分选与充填技术及工程应用显示文摘我国中东部煤矿开采已全面进入深部开采,深部开采过程中原煤中矸石运输提升与地面排放严重制约矿区高效生产与环境协调发展.国家重点研发计划项目(2018YFC0604700)围绕深部煤矿井下洗选与就地充填中重大难题开展系统研究:提出了深部采选充一体化矿井协同开采技术框架,构建了井下采选充空间布局与煤矸物流运输优化方法;研发了井下专用的紧凑型跳汰机、水介质分级分选旋流器,以及煤矸分选智能化与模块化控制系统;构建了硐室围岩锚固承载结构损伤演化模型,揭示了硐室群连锁破坏失稳力学机理,开发了抗动载吸能阻尼锚索、锚固支护设计方法及硐室群围岩失稳智能预警平台;系统研究了破碎矸石充填材料细观结构破坏特征,揭示了散体充填材料承载压缩变形影响机制,研发了矸石聚合物充填材料;建立了深部充填开采地表沉陷场模型,研发了深部充填开采地表变形井上下多源综合监控方法与装备,提出了'采选充+留'协同开采模式与工程设计方法.研究成果应用于新巨龙煤矿,井下分选系统设计分选能力达400万t/a,就地充填能力150万t/a,为我国深部煤矿井下分选与就地充填、矿区环境保护协调发展提供了可靠技术途径. | 张吉雄 屠世浩 曹亦俊 谭云亮 辛恒奇 庞继禄 | 2021 | 中国矿业大学学报2021，50，3： | 21 |
| 2 | 充填采煤液压支架工作阻力设计方法研究显示文摘本文分析了现有固体充填液压支架的结构及控顶特征,阐述了顶板条件、支架结构、充填密实程度和支架工作状态等关键影响因素对工作阻力的影响机制,建立了顶板-充填液压支架-充填体协同控顶力学模型,提出支架工作阻力的设计流程和方法:通过建立覆岩整体运动模型并结合临界充实率判断覆岩破断状态得到工作面顶板平均载荷大小,通过构建充填支架顶梁受力模型并求解立柱载荷比确定支架顶梁载荷形式,最后求解支架力学平衡方程得到充填液压支架的工作阻力。采用本方法设计了新巨龙煤矿1303N-1^#充填工作面充填支架工作阻力。研究可为充填液压支架的选型设计提供理论支撑。 | 张强 武中亚 杜二宝 陈杨 黄鹏 李猛 | 2020 | 采矿与安全工程学报2020，37，1： | 14 |
| 3 | Design and application of solid, dense backfill advanced mining technology with two pre-driving entries显示文摘New solid backfill mining technology provides unique technical advantages for ‘‘three-under'' coal mining which refers to coal resources trapped under buildings, railways, and water bodies. This technology has a much higher recovery rate and can effectively control the surface subsidence. However, successful application of this technology depends heavily on geological conditions. To avoid the disadvantages associated with downward mining and overhead backfilling with this new technology, a new advanced solid backfill mining design with two pre-driving entries is proposed here to ensure the backfill effect. Taking Huayuan coal mine as an example, this paper tests the double gob-side entries retaining with no pillar left scheme and optimizes an integrated technology setup for backfill mining and gob-side entry retaining. Field applications show that the recovery rate increased from 40% for strip mining to 85% for backfill mining. Moreover, the new backfill technology allowed for better control over the surrounding rock deformation caused by the gob-side entry retaining effect and better control of ground subsidence as compared to strip mining. | Zhang Qiang Zhang Jixiong Guo Shuai Gao Rui Li Weikang | 2015 | International Journal of Mining Science and Technology2015，25，1： | 10 |
| 4 | Structure optimal design research on backfill hydraulic support显示文摘Backfill hydraulic support is the key equipment in achieving coal mining and solid backfilling simultaneously in solid backfill mining technology.Based on the summary and analysis of main types,basic structural properties and filed application of backfill hydraulic support,this work has firstly proposed the basic principle of backfill hydraulic support optimization design and provided the method of optimal design of key structural components,like four-bar linkage,rear canopy and tamping structure;the method is further elaborated as changing hinging position of upper bar to optimize four-bar linkage,by lengthening or shortening the rear canopy to optimize length ratio of canopy;and by changing length and hinging position of tamping structure as well as suspension height of backfill scrape conveyor to realize optimization of tamping structure.On this basis,the process of optimal design of backfill hydraulic support is built.The optimal design case of ZC5200/14.5/30 six columns-four bar linkage used in 7203 W workface of Zhaizhen Coal Mine shows that the backfill properties like horizontal roof gap,vertical horizontal gap,tamping angle and tamping head gap are improved obviously through optimizing four-bar linkage,canopy length and tamping structure according to the optimal design method proposed in this work. | 张强 张吉雄 齐文跃 周楠 邰阳 | 2017 | Journal of Central South University2017，24，7： | 7 |
| 5 | 固体充填开采“三效”关系及其优化控制方法显示文摘充填效果、充填效率和充填效益(简称“三效”)3者之间的关系是充填开采理论设计及工程实施过程中难以回避的问题,但目前尚未形成“三效”关系的定量表征方法。针对固体非密实充填和密实充填,提出了“三效”的内涵,给定了“三效”的表征原理,阐释了“三效”优化控制的概念。以充填体在机械夯实作用和采空区覆岩压实作用下逐渐密实的过程为纽带,构建了基于固体密实充填“三效”与充填工艺、充填材料参数和充填体密实状态关系的分析模型。采用理论分析方法阐述了充填效果、充填效率与充填效益之间的相互关系,给出了“三效”的量化表征方法、求解流程和计算公式。基于单因素变量分析方法,研究了夯实次数、单次夯实时间、单个支架落料时间和堆料高度4个充填工艺关键因素以及自然安息角和夯实前容重2个充填材料关键因素对“三效”的影响规律,得到了4种“三效”关系类型。根据“三效”关系变化规律并结合充填开采关键参数设计流程进一步提出了针对固体密实充填的“三效”优化控制方法。针对唐山矿T3292充填工作面的“三效”分析表明:充填开采过程中实施了富余的夯实次数,降低了充填效率和效益,建议优化充填材料并减少夯实次数,从而在保证充填效果的同时实现较高的充填开采效率和效益。 | 武中亚 张强 张昊 郑庆学 刘宏军 田秀国 | 2021 | 煤炭学报2021，46，10： | 5 |
| 6 | 固体智能充填自主夯实过程机构干涉影响因素与调控方法显示文摘自主夯实过程机构干涉自我调控是固体充填智能化的前提条件。基于机构干涉的基本概念,分析了地质条件、架型结构、充填系统布置与工艺参数和其他因素对机构干涉的影响。通过Pro/E 5.0软件构建了固体充填液压支架三维模型,采用运动仿真确定了机构干涉的典型位态,通过二维骨架模型建立了不同工况下夯实机构运动的轨迹方程,提出采用干涉临界范围、干涉几率等指标量化分析煤层厚度、倾角等不同因素对干涉状态的影响规律,结果显示:对于同一种架型,煤层倾角越小干涉临界范围越大,干涉几率越小;在相同的工况条件下,不同架型干涉临界范围及干涉几率差异明显,也即煤层倾角和架型结构的改变将大幅影响机构干涉的几率,是机构干涉的主要影响因素;充填系统布置及工艺参数等因素对机构干涉的影响相对较小。基于上述规律从工序执行前的适应地质条件变化、优化关键充填装备设计、合理选择充填系统布置方式及工艺参数和工序执行中装备智能感知干涉位态、智能调控决策方案、智能控制油缸动作6个方面提出了机构干涉调控方法,建立了机构干涉调控机制。智能充填工作面工程实践表明:未实施干涉调控前,固体智能充填液压支架在执行采充平行作业及自主夯实过程中频频发生卡顿,自动化开机率仅30%左右;采用干涉调控方法后开机率增长到72%,自主夯实过程卡顿明显减低,促进了固体智能充填技术的完善。 | 张强 刘勇 张吉雄 张昊 殷伟 王宏奇 王云搏 孙忠良 时培涛 魏连河 | 2022 | 煤炭学报2022，47，3： | 4 |
| 7 | Backfill support's backfill and operation properties and evaluation显示文摘充填采煤液压支架是充填采煤技术实现充采一体化的核心设备,其性能的可靠性是实现致密充填的关键。为评价充填采煤液压支架的充填性能,本文提出充填运转特性的概念,并从结构特性、支护特性、夯实特性、力学响应特性及地质适应特性5个方面阐述其内涵,具体通过支护强度、夯实空顶距等14个指标综合体现。选择其中7个独立的评价指标,采用多指标综合评价方法,构建了基于充填运转特性的充填采煤液压支架设计方案评价体系,给出了评价的方法与流程,以及充填运转特性工程控制措施。运用该体系评价了翟镇矿ZC5200/14.5/30型充填采煤液压支架的11个优化方案,评选出的10#最佳方案在夯实离顶距等充填运转特性指标上具有明显优势,验证了评价体系的合理性。基于此构建了'初始方案设计、设计方案优化、评价指标优选、优化方案评价、运转特性控制'的充填采煤液压支架研究框架,为深入研究充填采煤液压支架控顶性能提供借鉴。 | 张强 杜长龙 张吉雄 王佳奇 李猛 齐文跃 | 2018 | Journal of Central South University2018，25，6： | 4 |
| 8 | Horizontal roof gap of backfill hydraulic support显示文摘For the backfill hydraulic support as the key equipment for achieving integration of backfilling and coal mining simultaneously in the practical process, its characteristics will directly influence the backfill body's compression ratio. Horizontal roof gap, as a key parameter of backfilling characteristics, may impact the backfilling effect from the aspects of control of roof subsidence in advance, support stress, backfilling process and the support design. Firstly, the reason why horizontal roof gap exists was analyzed and its definition, causes and connotation were introduced, then adopting the Pro/E 3D simulation software, three typical 3D entity models of backfill hydraulic supports were built, based on the influence of horizontal roof gap on backfilling effect, and influence rules of four factors, i.e. support height, suspension height, suspension angle and tamping angle, were emphatically analyzed on horizontal roof gap. The results indicate that, the four factors all have significant impacts on horizontal roof gap, but show differences in influence trend and degree, showing negative linear correlation, positive linear correlation, positive semi-parabolic correlation and negative semi-parabolic correlation, respectively. Four legs type is the most adaptive to the four factors, while six legs(II) type has the poorest adaptability, and the horizontal roof gap is small under large support height, small suspension height, small suspension angle and large tamping angle situation. By means of optimizing structure components and their positional relation and suspension height of backfill scrape conveyor in the process of support design and through controlling working face deployment, roof subsidence in advance, mining height and backfilling during engineering application, the horizontal roof gap is optimized. The research results can be served as theoretical basis for support design and guidance for backfill support to have better performance in backfilling. | 张强 张吉雄 邰阳 方坤 殷伟 | 2015 | Journal of Central South University2015，22，9： | 3 |
| 9 | 深部矸石充填采场顶板下沉控制因素及影响规律研究显示文摘在分析深部矸石充填采场顶板下沉控制因素的基础上,首先确定了深部矸石充填采场煤体非弹性区范围,并基于深部充填采场充填采煤液压支架-煤体-充填体的耦合作用关系,引入非线性Winkler地基模型,构建了矸石材料控制深部充填采场顶板力学模型,求解得到了深部矸石充填采场顶板挠度方程,然后结合深部充填开采具体工程算例,计算得到了深部充填采场顶板下沉情况,研究了矸石充填材料岩性、粒径级配及夯实系统夯实力、夯实次数4个控制因素影响深部充填采场顶板下沉的规律,揭示了控制因素对深部矸石充填采场顶板下沉的影响机制。取得的研究成果可为深部充填采场顶板下沉预计及提出有效的控制方法提供理论依据。 | 李猛 张吉雄 黄鹏 王佳奇 王昱尧 | 2022 | 采矿与安全工程学报2022，39，2： | 3 |
| 10 | 填充采煤液压支架底座结构优化研究显示文摘液压支架是煤矿填充采煤工作面重要的机械设备,研究充采液压支架底座受力特征对分析其可靠性具有重要的参考价值。根据工作面覆岩层变形规律,分析了液压支架底座的受力特征。以危险工况下的支架底座为研究对象,建立了多目标优化模型,对液压支架底座结构进行了改进,得出了内主肋板、外主肋板和底主肋板的最优厚度。 | 王宜君 | 2016 | 煤炭技术2016，35，11： | 2 |
| 11 | 固体智能充填机械自主夯实过程机构干涉判别与调控研究显示文摘智能充填是充填技术升级、行业发展及矿山智能建设3类需求必然趋势。固体充填开采方法以机械自主夯实工艺保障充填效果,其实现智能化的前提是机构干涉的自主判别与调控。给出了机构干涉的定义与产生原因,分析了机构干涉对实现智能充填工艺的影响,基于机械自主夯实工艺特点与固体充填液压支架的结构特征,建立了固体智能充填机械关键机构的骨架模型及静态特征与动态轨迹方程,给出了干涉位态判别准则,界定了4类典型干涉位态,分别建立了各干涉位态调控路径。工程实践表明:通过运用判别准则与调控路径,成功调控了多种工况的干涉位态,促进了智能自动充填工艺的实施。 | 杨印朝 王云搏 张强 张建中 杨军辉 宗庭成 张昊 王宏奇 | 2022 | 采矿与安全工程学报2022，39，5： | 1 |
| 12 | 综合赋权的TOPSIS充填采煤液压支架评价方法研究显示文摘为了评价充填采煤液压支架的结构设计,提出了一种基于层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)和CRITIC三者综合赋权的TOPSIS评价方法。从结构特性、夯实特性、支护特性和充填特性4个方面确定了8项评价指标,构建了充填采煤液压支架评价体系。融合主客观赋权方法,主观上采用AHP赋权,客观上基于仿真模型采用EWM和CRITIC赋权,建立了AEC-TOPSIS综合评价模型,通过计算各支护状态的相对贴近度分析出优良支护区间。以某四柱充填采煤液压支架为例,该液压支架的优良贴合度为2.4%~2.9%,优良支护区间为3.75~4.80 m,与其服务的煤层厚度相吻合,说明在该煤层进行固体充填开采时可发挥该支架最均衡的性能,为充填采煤液压支架结构设计提供了一种可靠的评价体系与方法。 | 时培涛 张吉雄 张强 闫浩 宗庭成 | 2023 | 采矿与安全工程学报2023，40，3： | 1 |
| 13 | 固体充填液压支架机构干涉临界表征与自主解调方法显示文摘在采充工序自驱执行过程中,能否实现机构干涉的自主解调,是固体充填液压支架能否实现智能化的基础。利用理论分析方法,以ZC5160/30/50型固体充填液压支架为例,从充填支架机构的几何及运动约束关系出发,建立了正交位姿控制指标:夯实铰点顶梁平距和夯实铰点顶梁垂距,实现了任意工况下支架后顶梁的位姿表征;分析了充填支架底卸式输送机在各工况因素作用下的运动特征,建立了正交位姿控制指标:底卸式输送机顶梁垂距和输送机顶梁平距,实现了任意工况下底卸式输送机的位姿表征;基于后顶梁和底卸式输送机的位姿控制指标进一步得出充填物料卸料过程中在煤层底板的落点位置表征指标:卸料中心距,实现了任意工况下充填物料的落点位置表征;分析了采充工序执行过程中各工序阶段机构动作与位姿调整的衔接关系和易干涉位置,基于正交位姿控制指标,利用投影法建立了任意工况下落料与典型碰撞位置的干涉临界控制方程;以夯实机构转角和夯实油缸行程表征典型工况下的干涉临界曲线,提出采用“干涉区、易干涉区、非干涉区”的三区分布特征表征干涉临界程度,并给出各干涉状态的解调路经;基于干涉临界控制方程、干涉三区分布特征和充填工序过程中机构动作与位姿调整的衔接关系,提出了干涉状态自主识别方法:利用角度传感器及行程传感器获取夯实机构的实时转角和行程,代入各易干涉位置的干涉临界方程得到处于该位置干涉临界状态的夯实机构转角或行程的理论值和干涉临界曲线,判断实际值在干涉临界曲线三区分布图上的位置即可实现干涉位置及状态的自主判别,根据干涉三区分布曲线图即可实现自主解调;基于干涉位置及干涉状态自主识别方法设计了干涉自主判别和解调算法。研究结果为充填液压支架机构位姿表征提供了新的参考指标,为机构干涉的智能避障和解调提供了基础判据,为固体智能充填的采充工序自驱执行提供了算法基础。 | 宗庭成 张强 时培涛 王云搏 李凤铭 常天骄 | 2023 | 煤炭科学技术2023，51，8： | 0 |
| 14 | 固体智能充填液压支架形态表征方法研究显示文摘在矿山智能开采的理念指导下,分析了固体充填液压支架的结构特征、典型工况形态,及支架形态表征的必要性。首先提取了支架机械结构特征,建立了支架二维平面骨架模型,对比不同坐标系,建立了支架形态表征模型,形成了支架形态表征方法。并给出了形态表征方法在支架支护形态识别、干涉形态识别中的应用。最后,应用SolidWorks-MATLAB对ZC5160/30/50D型固体充填液压支架进行了仿真应用,结果表明了形态表征方法对支架的工况形态表征具有极高的准确性和可靠性。 | 李凤铭 孙忠良 王云搏 | 2024 | 煤炭技术2024，43，1： | 0 |
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