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| 1 | 矿井智能通风原理、关键技术及其初步实现显示文摘针对我国现代化矿井通风信息化、智能化升级的重大需求,系统研究了矿井智能通风原理、关键技术及其系统组成。明确阐述了矿井智能通风的定义与内涵:矿井智能通风是通过智能控制实现按需供风,稳定、经济地向矿井连续输送新鲜空气,供人员呼吸,稀释并排出有害气体和粉尘,改善矿井气候条件及救灾时具有一定智能调控风流的作业;其内涵是将信息采集处理技术、控制技术与通风系统深度融合,按照“平战结合”的理念实现按需供风及异常灾变状态下智能决策与应急调控,既满足日常通风的自动化管理与维护,又实现灾变时期的应急控风有效抑制灾情演化。基于风网调节的非线性优化模型提出了矿井智能控风模型,设计了矿井多元信息智能感知→高效可靠信息传输→通风状态智能分析与决策→通风设施/动力智能调控执行与反馈的标准化工作流程;随后,围绕矿井智能通风系统功能的具体实现,分别从矿井通风参数精准监测、矿井通风异常诊断与智能决策平台、通风动力与设施智能调控等关键技术详细阐明了矿井智能通风功能的实现路径;最后介绍了矿井通风参数在线监测与风网实时解算、区域联动调控等矿井智能通风关键技术的现场试验及应用实例。 | 周福宝 魏连江 夏同强 王凯 吴新忠 王雁鸣 | 2020 | 煤炭学报2020，45，6： | 97 |
| 2 | 深部矿产资源开采矿井建设模式及其关键技术显示文摘深部矿产资源开采是我国资源持续供给和保障经济高速发展的重要物质支撑,井巷工程作为进入深部开采的安全通道是进入深部开采的咽喉,因此,深部矿井建设关键技术是实现深部矿产资源开采的重要技术支撑。基于深部矿产开采矿井工程设计与装备制造先行的理念,深部矿井建设模式、优化设计与理论、矿井建设技术与智能装备、智能监控技术体系、矿井建设与生态环境互馈等方面亟待取得突破。系统分析了矿井赋存地质条件探查、数据融合反演与透明化重构技术及其亟待攻克的科学问题;梳理了深部矿井井巷优化设计方法、建设模式、建井提运装备的发展现状和面临的难题;基于深部井巷围岩'应力调控-改性-支护'理念,提出了围岩应力调控技术,地面预注浆加固、抗渗、降-隔-保温技术等围岩改性技术,以及矿井工程支护结构等围岩控制理论与及其关键技术;提出了深井智能掘进装备与智能控制系统研发体系,梳理了机械破岩掘进装备制造与发展趋势,从高效破岩与排渣、装备构成与空间优化、精确智能钻井控制3个方面分析了上排渣竖井掘进机设计与制造亟需攻克的科学问题与技术难题;围绕破岩掘进复杂工序智能监控、围岩与井壁结构稳定智能监控、井筒内运行设备智能监控,提出了深部矿井全生命周期智能监控系统与关键技术体系。基于以上深部矿井开拓模式的优化设计、建井装备及其相应关键技术工艺的深入思考和分析,有望为深部矿井安全高效绿色建设提供解决思路。 | 刘志强 宋朝阳 纪洪广 刘书杰 谭杰 程守业 宁方波 | 2021 | 煤炭学报2021，46，3： | 34 |
| 3 | 矿井通风阻变型故障复合特征无监督机器学习模型显示文摘目前矿井通风系统阻变型故障诊断方法需要收集故障样本方可进行故障位置和故障量诊断,且故障位置诊断和故障量诊断需要分别建立对应分类和回归数学模型。针对矿井通风系统阻变型故障样本收集难度大和故障位置及故障量无法同时进行故障诊断的问题,将矿井通风系统阻变型故障诊断转换为最小欧氏距离的优化求解问题,提出一种无需样本参与训练的矿井通风系统阻变型故障诊断无监督学习模型,利用协方差矩阵自适应进化策略方法对无监督学习模型进行优化求解,实现分类与回归预测一体化。通过进行风量、风压单一特征和风量-风压复合特征的对比模拟试验,结果表明:所提出的故障诊断无监督学习模型和所使用的求解方法可有效地解决矿井通风系统阻变型无样本参与的故障诊断问题;故障诊断过程中无需单独分别进行故障位置和故障量诊断;风量-风压复合特征比风量或风压单一特征下的矿井通风系统阻变型故障诊断可达到更高的故障位置诊断准确率和更低误差的故障量诊断性能;即使选用部分观测点,也可实现较高的故障位置诊断准确率和较低故障量诊断误差的性能,且故障观测点比例大小与诊断性能无直接影响关系。 | 刘剑 尹昌胜 黄德 刘丽 邓立军 | 2020 | 煤炭学报2020，45，9： | 12 |
| 4 | 基于空气状态参数与风量耦合迭代的风网解算方法显示文摘矿井通风网络是一个复杂动态非线性系统,受地面空气状态参数和井下热湿源以及采矿活动的影响,井下风流状态参数将随时间发生变化.因此,必须对矿井通风网络进行实时解算和日常维护调控.根据风流与井巷围岩之间不稳定对流换热、井巷围岩氧化放热和热水沟散热等模型,结合节点风量平衡方程、回路风压平衡方程和多股风流混合的热湿平衡方程,提出基于空气状态参数与风量耦合迭代的通风网络风量调控决策的方法,编制了计算机程序.举例计算结果表明:在一定条件下空气状态参数随风量调控的变化而变化,并获得风量调控方案,为矿井通风网络实时解算和风量调控决策提供一种技术手段. | 陈开岩 周福宝 夏同强 魏连江 | 2021 | 中国矿业大学学报2021，50，4： | 10 |
| 5 | 矿山载/蓄冷功能性充填基础理论显示文摘深井热害是矿产资源开采面临的重大问题,为改善矿井降温效果、提高冷量利用效率,提出了一种结合深井降温需求与充填采矿特点的载/蓄冷功能性充填降温方法,与传统矿井降温方式相比,该方法省去了井下空气调节末端装置和载冷介质输送系统,并营造出采场整体低温环境,其经济和安全效益明显。制定了载/蓄冷功能性充填的总体实施方案,包括材料制备、充填料浆输运、充填体相变降温、充填体固结强化4个阶段。材料制备与配方优化方面提出了以料浆的流动特性,充填体的传热特性,充填体的力学强度特性为三大约束条件的优化目标;在充填体相变降温方面建立了基于焓法模型、多孔介质模型和水化放热模型的载/蓄冷相变充填体瞬态相变传热模型,并以实验验证了该相变传热模型的准确性,应用该模型计算了井下条件中载/蓄冷相变充填体相变过程中的温度和液相率随时间变化的分布特征,对比初始液相率和料浆浓度2个影响因素,计算分析得出影响降温的主要因素为初始液相率;在充填料浆输运方面,实验表明随着初始液相率减小,含冰量增加,屈服应力与塑性黏性系数均增加,采用宾汉模型以及实验测试出的屈服应力与塑性黏性系数,得出了预测工程实际中管道输运剪切应力特性的计算公式;在充填体强度方面,实验表明抗压强度与含冰量之间的关系呈现出阶段性特征,随初始液相率从100%降低到临界值,强度逐渐增加,当初始液相率低于临界值,强度随初始液相率降低而降低,对不同阶段的特征分析了各阶段占优的影响因素及影响机制。 | 王美 刘浪 张波 张小艳 郇超 赵玉娇 屠冰冰 | 2020 | 煤炭学报2020，45，4： | 7 |
| 6 | 矿井通风网络风量智能调控研究显示文摘现有矿井通风网络风量智能优化算法在求解调风参数时普遍存在模型复杂、收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷,同时也缺乏与调风分支优化选择相结合的研究。针对上述问题,提出了一种基于改进天牛须搜索(BAS)算法的矿井通风网络风量智能调控方法。首先,以用风分支的风量需求为优化目标,构建风量优化调节数学模型,针对该模型中的风量调节约束条件,采用不可微精确罚函数并结合模拟退火算法优化惩罚项,实现模型的去约束化。然后,通过求解灵敏度矩阵,结合风量灵敏度和分支支配度理论选择最优的调节分支集,确定其风阻调节范围,并作为模型的初始解集。最后,基于改进BAS算法求解出最优调风参数,进而控制对应的调风设施,实现风量调控。基于矿井通风实验平台对该方法的可靠性进行实验验证,结果表明:相比于标准BAS算法和粒子群优化(PSO)算法,改进BAS算法综合寻优性能更优越,解得的风量平均值和最优解均高于PSO算法和标准BAS算法,平均运行时间虽略长于标准BAS算法,但远短于PSO算法,平均收敛代数最多,精度最高,容易跳出局部循环得到最优解;在设定风量调节目标后,基于改进BAS算法的矿井通风网络风量智能调控方法可快速精准求解出待调分支的风量最优值,调节后的分支风量满足矿井安全生产的调风要求,风量上调高达46.5%。 | 任子晖 李昂 吴新忠 许嘉琳 陈泽彭 | 2022 | 工矿自动化2022，48，11： | 4 |
| 7 | 基于实体交互模型巷道瓦斯监测WSNs的可用性检验显示文摘若煤矿瓦斯监测WSNs(Wireless Sensor Networks)系统的功能设计忽略了被监测实体的交互行为,会造成WSNs本身可靠而被监测实体的安全不满足情况,这在生产安全中是非常危险的。为检验WSNs监测系统功能设计的可靠性和可用性,利用时间自动机模型检验方法建立WSNs监测系统模型,检验WSNs系统的可靠性。然后,根据传感器与环境实体间的交互关系,分析煤矿中多个实体的并发行为,提出了监测WSNs与被监测实体交互并发行为的时间自动机模型和可用性性质描述的建立方法,从监测功能设计角度,将被监测实体的安全并入WSNs监测生产安全的功能性质,然后用模型检验方法进行机器检验,保障了监测系统的可用性。对含有并发结构的实体模型,利用分支行为等价构建并发时间自动机模型,再利用实体间的并发分支汇聚行为互模拟的方法,进行了并发行为模型的状态约减,并通过互模拟等价证明了该方法的正确性。状态约减前后的实验对比表明该方法提高了检验效率。最后,对现行巷道中瓦斯传感器的部署标准,利用该方法对其中的实际部署方案进行建模并检验,在模型中考虑实体的并发行为,发现在并发事件发生时,其中一个含支巷的瓦斯部署模型存在一个潜在的瓦斯泄露漏检问题。利用实体建模的模型检验方法需要建立自动建模机制,以提高该方法的实用性。 | 鲍宇 赵亮 陈树召 陆翔 朱紫维 | 2020 | 煤炭学报2020，45，2： | 2 |
| 8 | 大跨距巷道断面风速超声波测量系统显示文摘针对巷道断面平均风速测量误差大、适应性差、缺乏实时在线测量手段问题,结合巷道断面特点,基于超声波在介质中顺、逆流传播时会产生时间差的特性,采用发射频率自动跟踪修正技术、高压脉冲驱动技术实现高能量超声波发射与远距离渡越;采用程控滤波放大技术、峰值保持技术实现接收信号的高质量处理;采用AD高速采样时间定位技术、浮动门限阈值时差测量技术、电路时延自主测量技术实现超声波渡越时间的精准测量,最终实现巷道断面线平均风速测量。测量系统经气体流量标准装置实流测试,测量精度满足并超越相关标准要求,与当前巷道断面风速测量技术手段相比,本系统具有线平均风速一次性测量、准确度高、适应性强、实时在线监测等优点。 | 李涛 樊荣 于庆 但强 罗前刚 | 2023 | 自动化与仪器仪表2023，，8： | 0 |
| 9 | 长距离掘进工作面局部通风智能联动调控研究显示文摘现有长距离掘进通风调控研究多局限于局部通风机本身进行变频调风,少有针对长距离掘进工作面按需供风导向的研究。针对该问题,提出了一种长距离掘进工作面局部通风智能调控系统设计方案,该系统由井下监控系统、通风异常调控系统、地面工作站组成。井下监控系统通过对井下通风机、风筒和工作面进行实时监控,实现对局部通风机工作异常状态的研判预警、对风筒内部漏风情况的动态分析及对实际供需风量的动态预测。通风异常调控系统通过识别井下通风参数异常情况,制定不同参数不同等级的风险协同处置策略,实时显示掘进工作面瓦斯浓度等参数分布的具体情况。地面工作站挖掘工作面风流状态与风筒参数的潜在规律,形成风流−风筒调控模型,根据掘进工作面风流流动分布状态实现对风筒的实时调控;同时建立理论供风量、实际供风量、实际需风量相匹配的变频预测调风模型,基于变频调风模型和实时通风参数确定通风机运行频率,通过通风机智能变频实现按需供风,并在通风异常情况下,基于瓦斯涌出量预测和风排瓦斯极限能力辅以钻孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯浓度,实现对长距离掘进工作面的通风安全保障。以转龙湾煤矿23303掘进工作面为例,对风流进行数值模拟,研究工作面风流分布状态,为掘进工作面风速传感器的布置调整提供依据。提出2种通风联动调控方式,即常态下变频调风和异常情况下调控排风:在常态下通过供需匹配分析确定通风机运行频率,实现通风机的智能变频调风;在通风异常情况下采用4种调控排风规则,保障长距离掘进工作面的通风安全,同时达到节能减排效果。构建了局部通风系统健康指标综合评价体系,通过综合评价模型和健康指数,实现对局部通风系统的实时健康“体检”,并定量显示不同指标的风险等级,确保局部通风系统处于健康状态。 | 王磊 王凯 | 2023 | 工矿自动化2023，49，9： | 0 |
| 10 | 矿用测风机器人机构设计与轨迹控制研究显示文摘为了保证矿井安全正常生产,矿井通风工作至关重要,而矿井风速测量决定了通风策略的制定是否精准及时。现有矿井风速测量工作主要依靠人工进行,劳动强度大,效率低,为了提高矿井测风的智能化水平,提出了一种伸缩式测风机器人,基于其测风轨迹需求,完成了机构设计和轨迹控制研究,并进行了虚拟样机建模与联合仿真。仿真结果表明,所设计的伸缩式测风机器人机构合理,轨迹控制算法有效,实现了测风轨迹的精确模拟。测风机器人整体结构紧凑,井下安装方便,可适应多种巷道尺寸,为智能化测风机器人领域提供了一种新的思路。 | 迟海波 | 2023 | 煤炭技术2023，42，9： | 0 |
| 11 | 付村煤矿通防智能化建设实践与问题探讨显示文摘矿井智能通防是煤矿安全智能化生产的重要基础。本文以付村煤矿智能化建设实践为例进行探讨,提出了矿井智能通防建设的内涵与架构,以矿井通风智能运维管控系统为基础,集成火灾监测与注浆系统、安全监控系统、除尘系统以及人员定位等系统,形成了付村煤矿一通三防一体化综合管控平台,实现了煤矿通风系统按需供风、通风异常和故障在线诊断、风流应急智能调控、防尘与注浆自动化远程调控、瓦斯-火灾-粉尘智能预警与防治等功能。根据付村煤矿通防智能化建设的实际情况,分析了其建设成效与存在的问题,为其他矿井通防安全智能化建设提供了可借鉴思路和实例参考。 | 孟凡平 王伟龙 周新义 刘涛 夏同强 | 2024 | 当代化工研究2024，，2： | 0 |
| 12 | 基于等效简化的流体网络灵敏度集成计算方法显示文摘为提高复杂流体网络灵敏度分析效率,在流体网络等效简化理论基础上,提出了流体网络灵敏度矩阵模块集成方法,推导出流体网络模块分支灵敏度集成计算公式,实现了流体网络等效简化模块内灵敏度输入集成计算、等效简化模块内灵敏度输出集成计算,以及等效简化模块内各分支灵敏度集成计算。通过算例演示了流体网络灵敏度集成计算过程,分析了灵敏度矩阵集成计算的影响因素及变化规律。灵敏度集成计算方法的提出,实现了复杂流体网络灵敏度矩阵等效简化,可提高复杂流体网络稳定性分析效率。 | 王珏 周西华 白刚 孟凡康 | 2022 | 矿业安全与环保2022，49，2： | 0 |
| 13 | 百叶式风窗流场分布及局部阻力特征研究显示文摘为确定百叶式风窗的流场分布特征,叶片角度和有效过风面积与局部阻力系数的关系,采用CFD数值模拟的方法,对叶片开启不同角度下,风窗局部流场特征进行三维仿真研究。研究结果表明:叶片开启45°后导致局部阻力突变和风流重新分配;主流风速在风窗入口逐渐形成,随距底板高度的增加,高风速区域面积不断增加,风速峰值随风流向风窗后方移动;风窗前0.5 m区域局部阻力逐渐减小,风窗区域局部阻力先增大后减小;局部阻力做功所带来的能量损失,导致流场分布特征发生改变,在增速减压区和减速增压区与边壁的闭合区域形成上下涡流区,同时通过非线性拟合得到风窗局部阻力系数与叶片开启角度成幂函数关系。 | 王宁 李雨成 张欢 张静 李博伦 | 2022 | 中国安全生产科学技术2022，18，3： | 0 |
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