简介：目前，国内煤矿采掘运装备的研发主要是参考国外先进煤矿装备制造企业的已有产品，进行模仿及类比设计，尚不真正具备自主研发新产品的能力。以采煤机、刮板输送机、掘进机和提升机为主的煤矿采掘运装备工作环境恶劣、结构复杂、零件众多，本行业的或者是新进入本行业的高水平机械设计人员无法详细知晓产品的内部结构和实际工作状况，为产品的设计研发增加了很多困难，所以亟待开发新的研究手段解决这些问题。利用先进的虚拟装配与场景仿真技术，以集成化双通道柱幕系统作为硬件支持，以VISUALSTUDIO和OPENSCENEGRAPH作为系统的软件平台，集成了力反馈器、数据手套以及位置跟踪器等人机交互设备，最终实现由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统、虚拟手人机交互子系统、力反馈人机交互子系统和基于WEB的系统五部分组成的采掘运装备虚拟装配与仿真系统，致力于解决采掘运装备设计研发过程中的种种问题。本研究主要内容包括⑴提出了以OSGCEGUI为核心的虚拟装配与仿真解决方案，使之与搭建的硬件和软件平台相互适应，能够为用户提供方便简单的操作与功能界面，满足用户对虚拟装配与场景仿真的需要；⑵提出了多种虚拟现实人机交互硬件设备在本系统上应用的解决方案，解决了位置跟踪器GLOVEULTRA、数据手套POLHEMUS和力反馈器PHANTOMDESKTOP等多种人机交互设备在WIN32平台上的接口和驱动问题，并对一系列入机交互硬件应用的相关技术进行了研究，成功地把力觉、触觉引入到于本系统，使用户能够更加深刻地感知采掘运装备的内部结构与实际运行状态；⑶提出了普通CAD模型导入虚拟现实环境的解决方案，使UG、PROE模型文件可以方便导入OSG以及可以在OPENGL中较好的显示问题，为CAD软件和虚拟现实环境之间架起了一座桥梁；⑷提出了采掘运装备虚拟现实资源库的概念，并按照内部结构及工作特点，利用CAD模型转换优化技术和3DMAX场景及动画制作技术等建立了由虚拟拆装模块和场景仿真模块组成的虚拟现实资源库，为系统的建立提供了基础，并能在后期继续进行相关功能的拓展；⑸提出了基于OSG的虚拟装配方法，对模型操纵、路径的记录与回放、模型重置、自动定位约束、网络协同装配、零部件介绍和自动拆装演示等具体装配方法进行了理论研究并通过编程实现，并基于此方法建立了虚拟装配子系统，满足用户对虚拟装配的要求；⑹提出了基于WEB的虚拟装配与仿真系统的运作模式，针对企业以及公众两种不同的使用群体的特点，分别搭建出针对企业内部和公共服务两种系统，解决了对异地访问虚拟现实资源困难的迫切问题；⑺建立的采掘运装备虚拟装配与仿真系统，可以使设计研发人员在虚拟设计仿真环境中快速知晓产品的内部结构和充分了解产品在实际生产中的运行工况及状态，解决产品从设计、制造再到实际工作环境中各环节脱离的问题，为快速研发新产品提供了一种全新的模式，同时可为其它机械装备建立虚拟现实平台提供借鉴和参考，并可应用于技术培训、实验教学等方面。

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简介：长期以来，工作面顺槽围岩控制一直是人们所致力解决的一个热点问题，尤其是松软煤层、破碎顶、底板等不利条件下的顺槽围岩控制更是困扰煤矿安全高效生产的一大障碍。本文在分析总结当前国内外长壁综放工作面顺槽稳定性控制的基础上，以长平煤业有限公司3＃煤层4302工作面顺槽为工程背景，运用理论分析、数值计算及现场实验观测等方法，对松软厚煤层综放工作面顺槽稳定性控制的理论与技术问题进行了探讨。针对复杂的顺槽围岩地质条件，通过对4302回采工作面矿压显现进行现场观测研究，掌握了长壁综放工作面周围支承压力分布规律及采动影响下顺槽的矿压显现规律，获得了长壁综放工作面矿压显现主要特征参数，揭示了松软厚煤层长壁综放工作面回采对工作面顺槽稳定性影响机理；理论分析与数值模拟相结合，对锚固体强度与围岩应力、位移的相互关系进行了分析，提出了松软厚煤层长壁综放工作面顺槽的合理支护原则及形式；研究了不同煤柱宽度对工作面顺槽围岩矿压显现的影响机理，揭示了煤柱对工作面顺槽围岩稳定性的影响规律；通过对顺槽煤柱破坏失稳机理及煤柱上覆岩体的结构特征、垮落失稳机理的分析，提出了合理煤柱宽度的计算公式。通过上述研究，形成了松软厚煤层长壁综放条件下工作面顺槽稳定性控制的技术途径，即“合理宽度煤柱的留设低预紧力高强度锚网联合支护恶劣区域采动影响下围岩注浆或短锚索局部加强支护”。并成功进行了实践应用，为进一步完善松软厚煤层长壁综放工作面顺槽稳定性控制理论技术体系进行了有益探索。

简介：边坡问题在道路工程、建筑工程、水电工程及其它岩土工程中最为常见目前计算方法也有很多但问题仍然存在很多。滑坡属于边坡岩土体运动灾害每年都会造成巨大的财产生命损失。随着计算机技术的飞速发展关于边坡稳定数值分析方法已经有了很大发展同时力学分析也一直是边坡稳定分析的一种重要手段。海州露天矿是我国最早建设的露天矿之一在经过50多年开采之后现已经基本停止开采并且将被建设成国家矿山公园。同时公园北帮还分布着大量工矿企业居民区这些都要求北帮要有较高的稳定性。阜新市海州露天矿北帮主要是顺倾的岩层为层状分布的沉积系边坡具有长度长深度大的特点。矿坑最深处达到了350多米接近400米。该矿坑北邦从开始建矿到现在据不完全统计发生滑坡超过60次。根据自然因素以及地质因素调查滑坡主要是由于是边坡内部的弱层滑落才造成滑坡的。论文对海州矿北邦的稳定性分析与加固以东西方向划分的E18为例。一方面论文采用了目前较为流行使用广泛的GEOSLOPE分析软件主要应用极限平衡法的各个分支如SARMA法、MP法等分析的结果与实际吻合较好另一个方面是论文的研究采用ADINA程序进行了数值法的分析对二维的地质模型进行创建产生可视化效果对边坡稳定进行检测。对两种方法分别进行计算之后将其结果进行对比发现采用极限平衡法与采用ADINA程序所获得最危险的滑动层是相同的滑动面是相差很小的。同时ADINA对边坡材料的性质更精确考虑到材料的破坏准则及破坏原理自动确定破坏面除此之外也对应力重分布的影响加以研究。而不是事先人为假定一个滑动面。因此采用ADINA的结果更加合乎实际情况。在分析了边坡的稳定性后并且阅读了大量滑坡治理资料并结合海州矿边坡的实际地质情况的基础上本文给出了了以预应力锚索为主压坡脚为辅的边坡治理支护方案以使边坡达到安全要求并采用GEOSLOPE和ADINA进行了支护后的边坡稳定性验算。并且对两种计算方法的结果进行了比较结果令人满意。因此选用论文中提到的边坡支护方案是能满足要求的。

简介：由于废弃的尾矿库表层移动性较强，结构稳定性极差，易发生“风扬”现象，同时尾砂也易被水冲走，发生水蚀现象。这不仅造成土壤、水体和大气环境的破坏，甚至对人们的健康和生活造成严重的影响。因此，本文基于废弃尾矿库开展化学稳定土技术研究显得非常有必要。本文通过广泛搜集、查阅相关文献和实地调查研究，对稳定土技术和尾矿库进行了系统地综述，同时提出了一些测定粉体材料稳固性的方法。结合现有的实验室条件，开发研制了新型的复合添加剂，并测定了其对土体的稳固作用。本论文的主要研究内容和结论如下1探讨了我国废弃尾矿库的现状和化学稳定土技术的研究进展情况，并结合某一废弃尾矿库开展了相关的调研工作。这为今后更好地对适用于废弃尾矿库的化学稳定土技术进行研究提供了一定的理论参考。2提出了各种测定土体稳固性的方法无侧限抗压强度、间接抗拉强度（抗劈裂）、抗水蚀、筛析法及微观分析等。从定性上升到定量对土体的稳固性进行了表征。综合各方法的优劣和实验室的条件确定了有效衡量土体稳固性的试验方案。3根据合适的原料及恰当的配比，研究了多种化学添加剂的综合使用效果。最后确定了3种复合型添加剂海藻酸钠氯化钙聚丙烯酰胺硅酸钠硫酸铝羧甲基纤维素钠硅酸钠草酸。4运用正交设计，将3种复合添加剂掺到土体中并形成243个标准试件，通过分析试件养护14天的无侧限抗压强度、水稳定性及间接抗拉强度三项指标，最终得到它们的最佳配合比分别为A2B2、A2B2C3、A3B3。5将最优配比的复合添加剂与尾矿土进行混合，研究其培养3、7、14、28天的无侧限抗压强度。结果表明一个月内，形成的稳定土结构随着时间的推移强度越来越大其中复合添加剂2的稳固效果最为明显，其次是复合添加剂1，喷水效果最差掺有普通土料的尾矿土的稳固效果高于单一的尾矿土。同时利用筛析法及扫描电镜分析了分别掺有3种复合添加剂和水的土料粒径的变化情况。6利用经济分析法对3种复合添加剂和水的效益成本进行了经济分析。不论是从效果还是成本上考虑，复合添加剂2都是稳固土体的最佳选择。最后探讨了化学稳定土的稳定固化机理，使人们对化学稳定土技术有了更深刻的了解。

简介：本文以沈阳红阳三矿为研究对象，进行了安全管理的综合评价，并对评价过程中，安全管理中存在的问题，提出了具体的整改与建设对策。首先，在研究相关理论和国家规定的基础上，根据沈阳煤业（集团）有限责任公司红阳三矿实际安全管理经验，对现行的安全管理体系标准进行了探讨，建立安全管理评价指标体系。其次，根据安全管理评价指标体系不同层级采用不同评价方法，通过建立模糊数学模型的手段，对安全管理模式，安全管理机构，安全生产制度体系，安全规划与安全计划，安全例会与安全质量监督，安全培训与特殊工种持证上岗，事故、事件的管理，矿山救护与矿山保健八个因素的评价指标体系进行系统分析和评价，最终得出评价结论。最后，针对安全管理系统中存在的问题，从评价过程中存在问题、安全管理和安全技术措施等三个方面，提出相应的建设对策。

简介：采空区瓦斯涌出是工作面瓦斯涌出的重要来源之一，对采空区涌出瓦斯的研究和治理已成为煤炭工业瓦斯治理的重要研究内容。本文以沙曲矿的14205工作面为背景，系统分析了综采工作面采空区瓦斯涌出来源、影响因素及流动特征，结合瓦斯流动的数学模型及相似理论，通过数值模拟和相似材料实验的对比验证研究，总结出“UL”型两进一回通风系统下综采工作面采空区瓦斯运移规律。依据瓦斯渗流理论、质量守恒定律和流体力学，建立了瓦斯流动数学模型的基本方程。结合沙曲矿14205工作面的实际情况，运用FLUENT软件对采空区瓦斯运移过程进行数值模拟研究，得出采场瓦斯沿工作面推进方向、垂直方向和宽度方向上的“三维”瓦斯浓度分布及变化规律。通过对不同的工作面通风系统和不同的进口风速对采空区瓦斯浓度分布的影响进行分析，表明采用“UL”型两进一回通风方式可以降低采空区瓦斯浓度，明显降低了工作面及上隅角瓦斯浓度；增加风速，可以使采空区内高浓度瓦斯向深部推移，从而降低工作面及上隅角瓦斯浓度。依据相似理论，通过相似材料模拟实验，定性研究采空区气体流动形态和浓度分布，对采空区瓦斯运移的数值模拟结果进行验证。实验结果表明采空区内气体流动形态、浓度分布与数值模拟结果一致，采用“UL”型两进一回通风方式可以降低工作面及上隅角瓦斯浓度。通过采空区瓦斯运移规律的相似模拟研究，确定了该工作面采空区内高浓度瓦斯聚集区域，即工作面推进方向距离工作面40250M之间，垂直方向距离工作面底板3040M，工作面宽度方向距离回风侧40M的区域内，这个高浓度瓦斯富集区随着工作面地推进动态前移，成为工作面瓦斯抽采的最佳合理位置，为防止工作面瓦斯积聚及选择合理瓦斯抽采点和抽采方式提供了必要的技术支撑。论文对比研究了模拟研究结论与沙曲矿14205工作面现场实测的综采面瓦斯浓度沿工作面推进方向、宽度方向和垂直方向上的分布情况，得出相似模拟研究的瓦斯浓度分布规律与实测结果具有良好的一致性，从而验证了模拟研究在瓦斯防治工作中的可行性。

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简介：针对薄及中厚急倾斜煤层长壁综采工作面角度大、设备稳定性差、工作人员安全保障系数低问题综合采用现场调研、理论分析、相似模拟、数值模拟、现场实测等研究方法对急倾斜煤层开采相似实验平台、覆岩运动规律及工作面围岩、设备稳定控制机理等进行了系统研究主要研究结论如下1自主研制了以模型架、旋转系统、承载系统、控制系统和加载系统为主体结构的可旋转急倾斜相似模拟实验系统及可移动水压伺服加载系统具有能够智能控制模型旋转参数的优点克服了急倾斜煤层相似模型难以铺设的技术难题提高了实验数据的可靠性得出了不同旋转倾角下不同层位煤岩层铺设所需相似材料质量的计算方法开发了相似模拟配比计算软件实现了模型架安全旋转及精确跟踪给定压力、均布加载。2理论分析、数值模拟和相似模拟共同揭示了急倾斜工作面煤岩体的非对称性受力和采空区非对称性矸石充填与压实特征得到了直接顶“耳朵”形承载壳体与老顶破断的倾斜“砌体梁”结构研究了覆岩结构失稳方式、覆岩受力变形与工作面开采参数之间的相互影响关系、支架围岩承载特征确定了急倾斜工作面支架工作阻力、采空区矸石充填带宽度的计算方法结合急倾斜工作面矿压显现规律验证了其正确性。3建立了急倾斜工作面区段煤柱受力模型得到了区段煤柱的局部片落整体滑落失稳方式即煤柱下端的塑性破坏区先沿倾斜方向向下片落直至煤柱尺寸不足以支撑上覆岩层时将发生整体滑落。基于急倾斜煤层区段煤柱受力破坏特征分析了区段煤柱留设尺寸与工作面开采参数的关系确定了区段煤柱合理尺寸留设方法揭示了区段煤柱失稳、工作面煤壁片帮、回采巷道变形以及工作面上覆顶板大面积破断的联动失稳机制。4构建了以固定下端头支架组、锚固刮板输送机机尾、分组间隔移架等技术措施为主支架与刮板输送机铰接连接以支架为着力点、刮板输送机为连接件、机体相互依托的工作面“三机”动态稳定控制技术体系确定了急倾斜工作面仰伪斜布置参数制定了急倾斜工作面煤壁片帮、巷道围岩控制方法研究了工作面机道、人行道挡矸方法机道人行道隔离方法确保了急倾斜综采工作面设备稳定与人员安全。

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简介：我国煤田火灾分布广泛，火区总面积已经接近720KM2，治理煤田火灾迫在眉睫。研究煤田火灾火源以及温度场演化过程对治理煤田火区具有重要意义。文章在实验研究的基础上结合理论分析、数值模拟、数理解算等方法，根据热传导基本理论以及数学方法，在实验室条件下研究了模拟煤田火灾火源中心的变化过程，主要的研究内容和成果如下结合煤田火灾现场的实际情况，自主研发设计了煤田火灾动态演化过程相似模拟试验台。试验台以榆林神府煤田活鸡兔火区为研究对象，选择相似材料骨料为砂子，胶结剂为大白粉，石膏来搭建煤岩层。在实验中通过给不锈钢加热棒通电产生热量来点燃煤层。采用C7018热电偶信号采集模块采集测点温度。采用FLA457激光导热分析仪测试相似材料的热物性参数。结果表明通过监测煤体横向温度，直接得出火源移动演化过程，火源中心随时间变化缓慢。火源中心带移动1473CM大约需要4050H。监测纵向温度变化过程，可以得出温度在垂直方向上的变化，发现煤体内部的温度和岩层的温度差别较大。试验台为物理模型，建立合理的边界条件，利用FLUENT数值模拟软件计算试验台温度场的分布。在数值模拟过程中，通过定义煤岩体的热释放速率来模拟煤体燃烧。结果表明数值模拟结果能够完整的得出实验台不同区域的温度数值以及高温带随时间而移动的。将数值计算和实验所测得点的温度对比发现数值计算和实验能够较好的吻合。说明数值模拟建立的模型以及边界条件是可行的。应用量纲分析方法以及Π定理构建了煤岩体温度场的数学模型，结合遗传算法求解导热反问题。根据构建的温度场数学模型，建立了遗传算法的适应度函数。通过遗传算法计算了测点1、2、4、7、8、10号六个测点对应的火源深度和火源点的温度。计算结果表明反演结果和数值计算结果能够较好的吻合。

简介：特厚煤层大采高综放面沿空巷道的位置及控制，在很大程度上决定于上区段工作面采空区覆岩的端部结构特征。为维持回采巷道稳定，隔离上区段采空区水、瓦斯及其他有毒有害气体，防止其涌入本区段工作面引起煤层自燃，同煤塔山矿区段间采用38～45M宽煤柱护巷，致使煤柱损失严重、矿压显现强烈等问题，为解决以上问题，现拟采用留设小煤柱沿空掘巷技术。本文以同煤塔山矿石炭系35＃煤层8204工作面为工程背景，采用理论分析、工程类比、数值模拟和现场观测的方法，对特厚煤层大采高综放面上区段采空区端部结构特征，及与开度厚度、端部不放煤长度等开采参数之间的关系进行了研究，建立了端部结构物理力学模型，分析了端部结构的稳定性，分析了侧向支承应力场、裂隙场在工作面采空区稳定前后的变化，掌握了覆岩结构变化过程中侧向支承压力分布规律，并确定了合理小煤柱尺寸。研究结果表明采空区稳定前低位关键层形成悬臂梁结构、高位关键层形成砌体梁结构，采空区稳定后形成三角滑移区；8206工作面侧向支承压力，峰值达到3209MPA，峰值位置距煤壁34M左右处应力降低区为0～17M，支承压力影响至距煤壁99M左右；随着开采厚度的增大，侧向支承压力峰值有所减小，而峰值距煤壁的距离、应力降低区范围、应力的影响范围随之增大；随着开采厚度的增大，覆岩结构发生明显变化，开采厚度大于9M时出现明显滑移区，适宜留设小煤柱；端部不放煤长度越小越利于采用小煤柱沿空掘巷技术，当不放煤长度大于13～15M时，不宜留设小煤柱；确定小煤柱尺寸为6M，通过现场观测分析，取得了较好的围岩控制效果。

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