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煤礦井下論文:煤礦井下無線通信論文
1礦用無線通信技術(shù)現(xiàn)狀
1．1WiFi無線通信技術(shù)
WiFi無線通信技術(shù)采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交頻分復(fù)用技術(shù)，其優(yōu)勢在于具有較高的數(shù)據(jù)帶寬，低廉的設(shè)備成本，同時使用2．4GHz的公共頻段，不需要復(fù)雜的審批手續(xù)。但WiFi技術(shù)不屬于國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）規(guī)定的移動語音通信標(biāo)準(zhǔn)，不具備規(guī)模組網(wǎng)通信的理論基礎(chǔ)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其定位就是短距異步寬帶數(shù)據(jù)無線接入。由于WiFi采用的是短碼擴(kuò)頻技術(shù)，只適合視距無遮擋點對點直線通信，而對礦井這種遮擋嚴(yán)重，多徑反射劇烈，場強(qiáng)衰落快速變化的現(xiàn)場，將直接導(dǎo)致WiFi的通信距離大大縮短。WiFi通信技術(shù)所使用的通信體制、占用帶寬、調(diào)制方式與目前煤礦井下人員定位系統(tǒng)的RFID和ZigBee相同或近似，使得系統(tǒng)之間會產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，嚴(yán)重的還會使系統(tǒng)癱瘓。
1．2TD－SCDMA無線通信技術(shù)
TD－SCDMA技術(shù)是ITU的第三代移動通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一。TD－SCDMA的特點是上下行同頻段，通過時隙配置為上下行信道提供無線承載。TD－SCDMA可支持速率為8kbit／s～2Mbit／s的語音、互聯(lián)網(wǎng)等所有的3G業(yè)務(wù)。TD－SCDMA系統(tǒng)采用時分雙工模式，它的一個載波占用1．6MHz的帶寬，僅能提供速率為2Mbit／s的3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。并且在產(chǎn)業(yè)鏈方面TD－SCDMA不夠成熟，終端數(shù)量較少。目前，TD－SCDMA礦用通信系統(tǒng)采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉遠(yuǎn)方式，BBU部署在地面，RRU作為井下無線站點部署在井下，地面與井下采用私有的IR接口，必須使用裸光纖，無法直接使用井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，且當(dāng)BBU出現(xiàn)故障時，會導(dǎo)致全網(wǎng)無法工作。某個中間RRU故障會導(dǎo)致整個鏈上的RRU無法工作，維護(hù)、擴(kuò)容較為困難。
1．3WCDMA無線通信技術(shù)
WCDMA技術(shù)是ITU正式的第三代移動通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分多址）技術(shù)優(yōu)勢于一體、系統(tǒng)容量大、抗干擾能力強(qiáng)的移動通信技術(shù)［4］。WCDMA發(fā)展空間較大，技術(shù)成熟性，有較高的擴(kuò)頻增益，可支持速率為8kbit／s～5．76Mbit／s的語音、互聯(lián)網(wǎng)等所有的3G業(yè)務(wù)。WCDMA作為產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟、網(wǎng)絡(luò)部署最為廣泛、終端最為豐富的3G技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)除能實現(xiàn)語音通信功能外，還可提供高速率數(shù)據(jù)和圖像傳輸功能。但是，傳統(tǒng)WCDMA系統(tǒng)總體造價相對較高，不利于大規(guī)模推廣，而且井下巷道錯綜復(fù)雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難大。
1．4Femtocell無線通信技術(shù)
1．4．1Femtocell技術(shù)簡介Femtocell又可稱為毫微微小區(qū)、家庭基站［5］，是近年來根據(jù)3G發(fā)展和移動寬帶化趨勢推出的低功率、超小型化移動基站。Femtocell使用IP協(xié)議，通過用戶已有的ADSL、LAN等寬帶電路連接，遠(yuǎn)端由專用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)從IP網(wǎng)到移動網(wǎng)的聯(lián)通。它的大小與ADSL調(diào)制解調(diào)器相似，具有安裝方便、自動配置、自動網(wǎng)規(guī)、即插即用的特點。1．4．2Femtocell技術(shù)優(yōu)勢（1）可覆蓋宏小區(qū)不能覆蓋的地方。（2）可以減少來自于宏小區(qū)基站的高功率開銷并提高宏小區(qū)基站的性能。（3）輻射更低，手機(jī)電池也更耐用。（4）為固網(wǎng)與移動網(wǎng)融合提供了一個理想的解決方案。Femtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。目前業(yè)界主流的設(shè)備商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，無線網(wǎng)絡(luò)控制器）功能集成于一個接入設(shè)備的扁平化架構(gòu)，由Femtocell網(wǎng)關(guān)提供標(biāo)準(zhǔn)的Iu接口。更進(jìn)一步的扁平化架構(gòu)可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服務(wù)支持節(jié)點）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點）等功能集成于Femtocell接入設(shè)備。扁平化架構(gòu)的優(yōu)勢是它符合下一代移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。由于獨(dú)立節(jié)點的減少，使得網(wǎng)絡(luò)端到端時延大大降低（降低40％左右），從而大大增強(qiáng)用戶在使用高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和實時業(yè)務(wù)時的體驗。同時，節(jié)點的減少也大大提高了網(wǎng)絡(luò)的性。
2基于Femtocell的礦用
WCDMA無線通信系統(tǒng)傳統(tǒng)的礦用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系統(tǒng)總體造價相對較高，不利于大規(guī)模推廣，而且井下巷道錯綜復(fù)雜，其無線信號的全礦井無縫覆蓋困難極大；但隨著Femtocell技術(shù)的應(yīng)用，使得WCDMA無線技術(shù)應(yīng)用到煤礦井下變得簡單。針對煤礦井下的環(huán)境特點，提出了一種基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)。從圖2可看出，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)采用現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，F(xiàn)emtocell通過工業(yè)以太網(wǎng)與地面主系統(tǒng)相連，井下通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可采用標(biāo)準(zhǔn)的Femto網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)井下、井上通信的結(jié)合，傳輸使用礦區(qū)已經(jīng)部署的井下工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。Femtocell基站集成了NodeB（即移動基站，一般由控制子系統(tǒng)、傳輸子系統(tǒng)、射頻子系統(tǒng)、中頻／基帶子系統(tǒng)、天饋子系統(tǒng)等部分組成）和RNC的功能，它通過SIP（SessionInitiationProtocol，會話初始協(xié)議）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒體系統(tǒng)）連接到地面核心網(wǎng)絡(luò)（核心網(wǎng)包括移動交換中心MSC和用戶歸屬位置寄存器HLR等），核心網(wǎng)絡(luò)采用WCDMA專網(wǎng)的自建核心網(wǎng)。
2．1系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色類似于終端設(shè)備，因此，其使用方法必須簡單明確，安裝好Femtocell基站后，只要接通電源和網(wǎng)絡(luò)就可以使用。Femtocell和服務(wù)器之間必須能自動完成IP連接和IP分配，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程的自動軟件升級、自動網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（包括最小干擾頻點的選擇、擾碼的自動分配、鄰區(qū)列表的自動創(chuàng)建及發(fā)射功率的自動調(diào)整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3個層面：①接入層的UE（UserExperience）接入鑒權(quán)。用戶必須可以設(shè)置Femtocell的接入模式，如是否允許所有用戶接入、能否設(shè)置不同的接入用戶、Femtocell信號是否可以獨(dú)享等。因此，F(xiàn)emtocell必須設(shè)置一個白名單編輯功能，以滿足對Femtocell接入終端的控制。②Femtocell基站設(shè)備的接入控制。服務(wù)器要能夠監(jiān)控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站內(nèi)置一張類似于SIM卡的信息鑒權(quán)設(shè)備，運(yùn)營商可以在SIM卡上燒制相應(yīng)的鑒權(quán)信息。③核心網(wǎng)3GPP標(biāo)準(zhǔn)的UE接入鑒權(quán)。Femtocell對用戶的接入必須滿足3GPP對3G的各項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［6］。2．1．3IP傳輸網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求因為Femtocell是通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與核心網(wǎng)的連接，因此，如何保障業(yè)務(wù)的QoS服務(wù)等級，特別是語音業(yè)務(wù)的QoS要求非常關(guān)鍵。因此，對于IP傳輸網(wǎng)絡(luò)需要有一定的性能要求，如對滿足語音業(yè)務(wù)、滿足視頻電話及PS384K業(yè)務(wù)在時延、抖動、丟包率、帶寬等方面的指標(biāo)均有低要求。2．1．4時鐘同步技術(shù)Femtocell基站主要通過接收周圍宏基站信號來提取同步時鐘信號，如果Femtocell處于孤島環(huán)境，就需要通過自身的時鐘振蕩器來獲取時鐘。
2．2系統(tǒng)優(yōu)勢分析
綜合了Femtocell技術(shù)與WCDMA技術(shù)的特點，基于Femtocell的礦用WCDMA無線通信系統(tǒng)主要有以下優(yōu)勢。（1）組網(wǎng)靈活。由于系統(tǒng)采用Femtocell技術(shù)和小型化設(shè)備，且可即插即用，系統(tǒng)安裝維護(hù)方便，組網(wǎng)更加靈活。（2）穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備采用電信級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保系統(tǒng)性。無線資源池共享技術(shù)的應(yīng)用使得系統(tǒng)穩(wěn)定性和性大大提高，且滿足突發(fā)情況下設(shè)備的資源需求；在正常情況下，設(shè)備運(yùn)行負(fù)荷均衡，工作狀態(tài)穩(wěn)定。（3）業(yè)務(wù)豐富。系統(tǒng)不僅支持基本的高質(zhì)量語音通信和短信業(yè)務(wù)，而且基于WCDMA的高帶寬特性，可靈活承載移動辦公、無線監(jiān)控、生產(chǎn)巡檢等各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。另外，可根據(jù)數(shù)字化礦山的特點，靈活定制適應(yīng)于礦山安全生產(chǎn)的多種移動業(yè)務(wù)。（4）兼容性高。基于Femtocell的礦用WCDMA礦用無線通信系統(tǒng)設(shè)備采用國際通用通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)備可以和不同制造商生產(chǎn)的公網(wǎng)模式的WCDMA制式終端兼容；可以和多家主流設(shè)備制造商生產(chǎn)的用戶級交換機(jī)和局用交換機(jī)互通。
3結(jié)語
隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國煤炭的信息化水平已經(jīng)大幅提高，礦用無線通信技術(shù)也在不斷的發(fā)展以適應(yīng)煤礦信息化進(jìn)程，從PHS技術(shù)，WiFi技術(shù)到現(xiàn)在的3G技術(shù)及今后的4G技術(shù)。下一代礦用無線通信系統(tǒng)中，高質(zhì)量的語音通信必不可少，但是其只是煤礦信息處理的小部分。隨著4G網(wǎng)絡(luò)到來，井下高清無線視頻監(jiān)控、無線傳感器、無線數(shù)據(jù)采集、視頻會議等無線業(yè)務(wù)將會是今后數(shù)字化礦山的重要標(biāo)志。4G技術(shù)的引進(jìn)也是下一代礦用無線通信系統(tǒng)的必然趨勢，其將會是未來煤礦信息化的一個重要平臺。
作者：徐壽泉 徐寶平 張陽太 武鈺 單位：天地（常州）自動化股份有限公司 重慶郵電大學(xué) 潞安新疆煤化工（集團(tuán)）有限公司
煤礦井下論文:煤礦井下隨鉆測量技術(shù)論文
1一般水平定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡
媒礦井下水平定向鉆孔軌跡空間坐標(biāo)作為基礎(chǔ)，逐步實現(xiàn)鉆孔軌跡描述與繪制作業(yè)。其操作步驟主要為：及時，依據(jù)區(qū)域特征及實際，建立鉆孔軌跡空間坐標(biāo)系，對鉆孔軌跡所處于的實際空間位置進(jìn)行確定。傳統(tǒng)方式的地面鉆孔，多會選擇以地面作為參照，依據(jù)鉆孔表現(xiàn)的方向，多將向下方向作為垂直軸，設(shè)置為Z，表示正方向，然而井下鉆孔作業(yè)，不僅僅存在著垂直孔與下斜孔，還存在著近水平孔，鉆有上仰孔，且其鉆孔地點均位于地面以下，為方便研究與描述其鉆孔鉆進(jìn)狀態(tài)，其基本參照物多選擇井下鉆場，依據(jù)其參照體系，構(gòu)建出垂直于軸向上為正方向的煤礦井下鉆孔坐標(biāo)系。第二，地面鉆井作業(yè)中，其關(guān)于井斜的描述，多是選擇鉆孔垂直軸及軸線之間所存在的夾角作為重要參數(shù)來表示。然而煤礦井下鉆孔，多選擇水平面與鉆孔軸線之間的仰角作為重要參數(shù)值，且考慮到地面情況與井下條件下，其X，Y軸在正反向取向上保持著一致性，然而在坐標(biāo)系中，Z軸方向卻存在著相反性。地面坐標(biāo)系中，多將Z軸向下作為坐標(biāo)系正方向，其坐標(biāo)系統(tǒng)滿足右手螺旋法則。在井下坐標(biāo)系統(tǒng)中，則多將Z軸向上作為坐標(biāo)系正方向，此時坐標(biāo)系則滿足左手螺旋法則。
2水平定向鉆孔軌跡的基本要素
在實際開展水平定位鉆孔軌跡設(shè)計操作、測量操作及數(shù)據(jù)信息處理的過程中，一般多選擇鉆孔軌跡L中的某一個測點作為研究的基礎(chǔ)對象，其選擇測點所相應(yīng)的孔深、傾角與方位角，則被稱之為水平定向鉆孔軌跡的基本要素。依據(jù)相關(guān)理論，則測點數(shù)據(jù)信息僅表現(xiàn)了該點位置的空間位置，測點位置的切線則表示為鉆進(jìn)過程中的前進(jìn)方向線，亦被稱之為鉆孔當(dāng)前軸線，可以通過鉆孔當(dāng)前軸線、來表述測點附近一段鉆孔軌跡。測量數(shù)據(jù)的處理操作與鉆孔孔跡繪制，其對鉆孔軸線的繪制，均是依據(jù)鉆孔軸線進(jìn)行操作的。為確保鉆孔軌跡繪制及描述的性，要求對鉆孔孔跡中存在的測點相應(yīng)的孔深、傾角與方位角基本要素進(jìn)行處理。在其基本要素中，理論孔深定義為：測點位置所具備的實際鉆孔深度值，在近水平鉆孔中，多指的是孔口位置到測點鉆孔曲線之間的實際長度值，多采取鉆桿進(jìn)行測量，一般用L進(jìn)行孔深記錄；傾角：是指鉆孔當(dāng)前點的切線與水平面之間的最小夾角；方位角：是指鉆扎當(dāng)前點的切線在水平面的投影與北向(N軸)之間的夾角；設(shè)計方位錢：開孔方位線在水平面上的投影，代表鉆孔深度廷伸主方向。
3煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法
本煤層預(yù)抽鉆孔的布且形式預(yù)抽鉆孔一般情況都布宜在煤層厚度大、透氣性好、瓦斯含且高、煤層硬度較大的稱定煤層中，這樣不但有利于成孔和后期鉆孔橡定，同時能夠保障鉆孔的高滲透性。有利于瓦斯的逸出。報據(jù)鉆有利于瓦斯的逸出。報據(jù)鉆孔相對于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布龍形式主分為走向和傾向布置兩種形式。為了保障良好的抽放效果，不能使鉆孔穿透工作面或從巷道穿出帆，在實施定向拐商鉆孔前，孔相對于工作面延伸方向的不同水平定向鉆孔布置戳主鉆孔布t形式一般以走向或傾向平行布皿為主。在實施向拐夸鉆孔后，可采用“一孔多分支”的鉆孔布1形式。這樣可在順槽直接開孔，減少鉆機(jī)椒運(yùn)次數(shù)，提高鉆進(jìn)效率，同時起到“一孔多用”的效果。
4煤礦井下隨鉆測量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理方法
在煤礦井下隨鉆測量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理中，提出應(yīng)用平均角法進(jìn)行軌跡計算。為確保鉆進(jìn)軌跡描述的性，可以進(jìn)行多點測量，降低兩側(cè)點間距，提高計算精度，這種方法計算簡單，在實踐應(yīng)用中應(yīng)用較為廣泛。此外，在煤礦井下隨鉆測量技術(shù)鉆孔軌跡數(shù)據(jù)處理中還可以采取平衡正切法。然而其方法應(yīng)用精度偏低，為滿足現(xiàn)場實際需求，本文提出應(yīng)用Excel進(jìn)行鉆孔孔跡測量參數(shù)計算，并繪制鉆孔軌跡圖。Excel工具具備著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，通過測量儀器，收集測點深度、傾角與方位角等信息，通過Excel形式進(jìn)行保存，采取相應(yīng)的計算方式進(jìn)行孔跡坐標(biāo)計算，選擇圖表導(dǎo)出方式，直觀獲得鉆孔軌跡水平及垂直投影。
5結(jié)束語
隨著煤礦開采深度增加，為確保煤礦生產(chǎn)安全性，實現(xiàn)生產(chǎn)效率，在煤礦開采中多采取定向鉆進(jìn)技術(shù)，以實現(xiàn)對煤礦鉆進(jìn)工作的有效控制。在分析鉆孔孔跡一般水平定向鉆進(jìn)、水平定向鉆孔軌跡的基本要素、煤礦井下水平定向孔軌跡的一般形式和描述方法等基礎(chǔ)上，探究鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法，典型的鉆孔孔跡數(shù)據(jù)處理方法包括平均三角法、平衡正切法等，本文提出Excel法進(jìn)行鉆孔孔跡測量參數(shù)計算，實踐證明其可行性，且效果良好。
作者：徐冠男 單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
煤礦井下論文:絞車在煤礦井下的實用性
1防爆液壓絞車技術(shù)特點
1.1其防爆性能極佳，控制系統(tǒng)簡單，從而可以將調(diào)速電氣省略。使用防爆籠式電機(jī)是最為適應(yīng)煤礦井的運(yùn)行環(huán)境，隔爆電器是操作電氣中性能最為優(yōu)良的型號，在煤礦井的易燃易爆環(huán)境下，能夠有極好的適應(yīng)能力。
1.2無級調(diào)速性能極其穩(wěn)定，也有很好的低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能。液壓無級的調(diào)速技術(shù)使用之后，可以在額定范圍內(nèi)，隨意選擇其提升速度。普通絞車無法達(dá)到長時間在較大力矩的情況下穩(wěn)定運(yùn)行，而防爆液壓絞車卻可以做到。
1.3工作效率高，使用液壓馬達(dá)，可以直接驅(qū)動運(yùn)轉(zhuǎn)，減少傳統(tǒng)工作運(yùn)轉(zhuǎn)中所存在的電阻箱，能夠?qū)⒄麢C(jī)的效率較大幅度提升。
1.4機(jī)械的參數(shù)可以靈活變化，得以合理匹配，根據(jù)實際使用情況，可以有更多的選擇空間。例如，液壓機(jī)械絞車的減速器參數(shù)能夠根據(jù)其速度、載荷等因素來選擇最適合的型號，可以讓全液壓、液壓機(jī)械絞車，都可以自由選擇液壓馬達(dá)和液壓泵，從而達(dá)到的匹配效果，符合生產(chǎn)中重載低速、輕載高速的各種要求，將設(shè)備發(fā)揮好的效果。防爆液壓絞車與傳統(tǒng)絞車不同，它可以在功率相同的狀態(tài)下，速度和拉力都有效提升，在拉力較大、速度較大的情況下，裝機(jī)功率能夠得以減小。
1.5體積小，結(jié)構(gòu)緊密，能夠節(jié)約開拓成本。馬達(dá)與卷筒之間采用直聯(lián)的方式，主機(jī)的軸向尺寸較短，液壓系統(tǒng)緊湊布置，從而讓整機(jī)體積縮小，減少控制接觸器和電阻器的成本支出，較大限度節(jié)約了煤礦井生產(chǎn)的成本投入。
1.6有極好的節(jié)能效果，在煤礦井下使用的絞車為單滾筒。液壓絞車使用液壓的回路傳動方式，在工況下放之時，系統(tǒng)為發(fā)電制動的狀態(tài)，可以有效幫助重力勢能，得以轉(zhuǎn)換成電能，從而回饋給電網(wǎng)，以這樣的方式進(jìn)行操作，解決液壓系統(tǒng)的發(fā)熱情況，也可以節(jié)約電能的使用，一舉多得。
1.7操作簡單，且靈敏，只需要用一個手柄就可以將整個絞車的操作完成。可以選擇遠(yuǎn)方操作、手動操作兩種，能夠讓絞車的操作簡單、，并且操作反應(yīng)靈敏。
1.8極佳的安全保護(hù)裝置，使得絞車安全。在防爆液壓絞車中，安全裝置有：超速、欠電壓、超負(fù)荷、過卷、閘瓦間隙等，與國家相關(guān)安全規(guī)定符合。
2使用注意事項
2.1防爆液壓絞車對部件的精準(zhǔn)度要求極高，因此，在使用過程中，一定要對部件和安裝情況進(jìn)行檢查。
2.2液壓油必須要保持清潔，存放之時需要進(jìn)行良好的密封，以免在使用中出現(xiàn)堵塞閥件，對工作運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。
2.3絞車必須有良好的冷卻條件，一旦油溫升高，系統(tǒng)泄漏會加大，導(dǎo)致運(yùn)作異常。
2.4必須要對絞車進(jìn)行每日檢查，對于安全部件和其他系統(tǒng)組成部分都必須要確保是正常狀態(tài)。定期進(jìn)行保養(yǎng)，將所有設(shè)備組成部分都保持在運(yùn)行狀態(tài)。
3結(jié)語
煤礦井是一個極度危險的環(huán)境，為了避免出現(xiàn)電力機(jī)械爆炸事故，使用防爆液壓絞車是最為明智的選擇。其優(yōu)良的操作性能和安全性能，必將是我國未來煤礦井生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展方向。
作者：周成遠(yuǎn) 王志強(qiáng) 單位：河南能源焦煤集團(tuán)馮營公司
煤礦井下論文:煤礦井下避險技術(shù)與發(fā)展綜述
1應(yīng)急逃生技術(shù)裝備
為保障在突發(fā)緊急情況下遇險人員安全逃生的需要，近年開發(fā)應(yīng)用了長時自救器、補(bǔ)給站、應(yīng)急廣播、避災(zāi)路線指引系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備。長時壓縮氧自救器采用循環(huán)式氣路設(shè)計，呼吸阻力小，佩戴舒適，維護(hù)簡單;前后封口帶封裝方式，安全，開啟方便快捷;質(zhì)量不超過4.5kg，最長防護(hù)時間120min;可隨身攜帶或固定放置。補(bǔ)給站布置在避災(zāi)路線上，采用硐室或可移動艙式結(jié)構(gòu)，接入礦井壓風(fēng)、供水管路及通信系統(tǒng)，內(nèi)部儲存一定量氧氣、長時自救器、飲用水及急救用品等，具備正壓維持能力，為人員逃生過程中更換自救器、補(bǔ)給水及傷情臨時處置等提供安全空間或臨時避險場所。為保障突發(fā)緊急情況下能以最簡捷、快速途徑通知、指導(dǎo)人員安全撤離，應(yīng)急廣播系統(tǒng)得到推廣，并在江蘇等省作為強(qiáng)制性要求。一些單位開發(fā)了礦井避災(zāi)指引系統(tǒng)，利用現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)平臺，通過應(yīng)急通信、廣播、指示牌等方式，在災(zāi)變情況下為遇險人員提供聲光信號、路標(biāo)指示及避險路線指引，已用于上百處礦井。
2緊急避險技術(shù)與裝備
為了在突發(fā)緊急情況下為無法及時撤離的遇險人員提供一個安全的避險空間，緊急避險設(shè)施得到建設(shè)和發(fā)展，以避難硐室和可移動式救生艙為主體。由于我國確立了優(yōu)先建設(shè)避難硐室的基本思路，救生艙在井下應(yīng)用較少，總臺數(shù)不超過1300臺。為緊急避險設(shè)施的安全保障開發(fā)應(yīng)用了一系列技術(shù)和裝備。
2.1供氧技術(shù)與裝備
在接入礦井壓風(fēng)管路的基礎(chǔ)上，緊急避險設(shè)施的氧氣供給主要有地面(或井下)專用鉆孔、專用管路、自備氧等方式。長期避難硐室優(yōu)先選擇專用鉆孔、專用管路供氧。隨著鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，專用鉆孔直徑有逐步擴(kuò)大趨勢，較大680mm，可以利用該鉆孔提升人員。為提高地面鉆孔支持保障的及時性、有效性，應(yīng)急救援車研究成功，具備空氣及飲用水供給、應(yīng)急電力供應(yīng)、通信等功能，機(jī)動性能強(qiáng)、安裝快捷方便。專用管路既可利用礦井現(xiàn)有壓風(fēng)系統(tǒng)，也可根據(jù)需要相對獨(dú)立建造，但應(yīng)保障抗災(zāi)變事故破壞能力，可以采用管路埋地、管路敷設(shè)保護(hù)或使用抗爆管材。有的礦井將供氣、供水、通信、災(zāi)害感知管線功能集成，沿避災(zāi)路線敷設(shè)，既服務(wù)緊急避險設(shè)施，也支撐沿途設(shè)置的自救站、自救點。管線具備不低于0.5MPa的抗爆炸沖擊能力，且與日常生產(chǎn)用系統(tǒng)相對獨(dú)立，具有較高的安全性。避險設(shè)施自備氧源最初多采用高壓氧氣瓶。越來越多的礦井認(rèn)識到其潛在危險性及維護(hù)管理諸多問題，化學(xué)氧源得到重視和應(yīng)用，目前主要有再生氧和氧燭2種方式。再生氧裝置在國外應(yīng)用廣泛，我國自20世紀(jì)90年代起在軍事和人防工程中裝備，利用超氧化物(NaO2、KO2等)藥板與空氣中CO2和水反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，借助自然對流促進(jìn)空氣循環(huán)。由于其反應(yīng)熵與人體呼吸熵基本一致，能夠滿足封閉環(huán)境中人體的生存需要。突出特點是:無需外加動力，藥板不燃不爆，安全;存儲時間長(不小于5a)，免維護(hù)，使用簡單;空氣質(zhì)量高，具有殺菌清潔作用。中煤能源集團(tuán)大屯孔莊礦和山西陽煤集團(tuán)新元礦分別利用再生氧裝置，在長期避難硐室進(jìn)行了100人、19h和100人、48h載人試驗，取得理想效果。氧燭自二次世界大戰(zhàn)以來在美歐國家作為應(yīng)急氧源得到普遍應(yīng)用，在南非煤礦及我國人防工程中也有較長使用歷史。其以氯酸鹽(如MClO3等)為主體，添加少量催化劑、除氯劑和粘結(jié)劑，經(jīng)機(jī)械混合加壓成型，制成藥柱，形似蠟燭。藥柱上端中心裝有啟動劑，利用瞬間高溫與啟動劑接觸引發(fā)分解產(chǎn)氧反應(yīng)。隨著產(chǎn)氧反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)面沿柱體軸向緩慢下移。由于分解產(chǎn)氧屬放熱反應(yīng)，傳統(tǒng)氧燭會產(chǎn)生超過300℃的表面高溫，限制了其在井下的使用。新一代氧燭使用超級復(fù)合絕熱技術(shù)，可將裝置表面溫度控制在50℃以下，為在井下使用創(chuàng)造了條件。具有產(chǎn)氧能力大，產(chǎn)氧平衡，不受環(huán)境溫濕度影響;安全性好，無需安裝，免維護(hù);儲存時限長(不小于5a)等顯著特點。
2.2有害氣體處理技術(shù)裝備
避險設(shè)施有害氣體處理可以采用通風(fēng)排出或化學(xué)處理的方式。在利用鉆孔、專用管路或礦井壓風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)能夠有效排出有害氣體時可不另設(shè)有害處理設(shè)施。去除CO主要有貴金屬催化劑、陶瓷金屬整體催化劑等，低溫納米金催化劑、常溫納米金屬鈀催化劑的催化轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上。去除CO2主要有Ca(OH)2、KOH、LiOH等，可采用分散去除或集中處理的方式。分散去除是將裝有化學(xué)藥劑的幕簾分散懸掛在避險設(shè)施內(nèi)人員集中的地點，自動高效地吸收CO2，無需動力，過濾效率高，環(huán)保效果好。使用時只需將幕簾從真空袋中取出，掛在掛架上，簡單方便。集中處理是利用通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣流經(jīng)裝有藥劑的凈化箱而進(jìn)行空氣凈化。目前開發(fā)的通風(fēng)機(jī)有電動、氣動或人工方式，相應(yīng)需要電力、高壓氣源或利用人力，功率30～115W，風(fēng)量55～580m3/h。
2.3溫濕度調(diào)節(jié)技術(shù)裝備
避險時人體、設(shè)備運(yùn)行、有害氣體去除等都會產(chǎn)生熱量，外界也可能有熱量導(dǎo)入，避險設(shè)施溫濕度調(diào)節(jié)措施必不可少。需要以隔熱設(shè)計為基礎(chǔ)，與熱負(fù)荷計算相匹配，對溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計。在圍巖溫度不高，采用鉆孔供風(fēng)、專用管路供風(fēng)能有效控制環(huán)境條件的情況下可不另配降溫系統(tǒng)及裝備。近年緊急避險降溫技術(shù)裝備得到發(fā)展，蓄冰制冷、液態(tài)CO2制冷得到應(yīng)用，相變制冷、壓風(fēng)制冷、化學(xué)制冷等也有試驗、試用。蓄冰制冷是利用蓄冰融化吸熱而降溫。制冰設(shè)備主要采用電動方式，也有礦井采用壓風(fēng)系統(tǒng)驅(qū)動氣動制冷機(jī)的方法。冷氣排放多利用電動或氣動風(fēng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)流通過冰柜中風(fēng)道帶走冷氣;也有設(shè)備采用溫差動力超導(dǎo)環(huán)流技術(shù)實現(xiàn)冰柜冷量與外界高效無動力循環(huán)，當(dāng)外界需要冷量時打開控制裝置，在超導(dǎo)作用下冰柜中冷量自動循環(huán)到超導(dǎo)散熱器上，帶動冷熱交換。蓄冰制冷的優(yōu)點是冰或水相對安全，不會帶來次生災(zāi)害;缺點是冰柜體積大，平時耗能多，維護(hù)成本高。液態(tài)CO2制冷是利用CO2從液態(tài)變氣態(tài)過程中大量吸熱(1kg液態(tài)CO2汽化可吸收292kJ熱量)而降溫的方法。設(shè)備簡單，工作時不需能源，防爆安全性較好，在國外煤礦井下得到較多應(yīng)用。但需要儲存的液態(tài)CO2量很大(1臺10人救生艙需40L的CO2氣瓶70個以上)，可能發(fā)生泄露、次生災(zāi)害等問題，且當(dāng)溫度高于31.9℃時會失去制冷作用，限制其使用范圍。相變制冷是一種新型的制冷技術(shù)，利用材料相變過程中吸熱實現(xiàn)降溫。近年研究的井下相變材料主要為無機(jī)材料，相變溫度24～27℃可調(diào)，相變壓力為常壓，相變潛熱大多為160～190kJ，個別達(dá)到240kJ。相變制冷的優(yōu)點是設(shè)備簡單，基本不需維護(hù)，工作不耗能;缺點是占用體積及需要的散熱面積大，相變材料的時間特性需進(jìn)一步克服，以防止長時間存儲時相關(guān)性能衰減、喪失。壓風(fēng)制冷是使壓縮空氣在渦流管中高速旋轉(zhuǎn)，分離出2股不同溫度的空氣，一股是冷空氣(低－20℃)，另一股是熱空氣(較高110℃)。將冷空氣引入井下緊急避險設(shè)施而降溫。流量為15m3/min的壓風(fēng)經(jīng)過渦流管后可產(chǎn)生10kW的冷量，相當(dāng)于幾臺立式空調(diào)。壓風(fēng)制冷在中煤能源集團(tuán)平朔井工一礦的避難硐室中已有成功應(yīng)用，但要求礦井壓風(fēng)系統(tǒng)在災(zāi)變時期必須保持完好;耗氣量較高。化學(xué)制冷是利用鹽類物質(zhì)溶解時吸熱的特性。使用時需要不斷更換新水，給災(zāi)變時期的使用帶來困難;使用銨基材料的制冷劑時會不同程度地釋放出氨氣，給使用帶來影響;長期存放會結(jié)塊。化學(xué)制冷方式在井下應(yīng)用還有待大量研究。
2.4大容量防爆后備電源
避險設(shè)施對能源的需求促進(jìn)了大容量防爆后備電源的研究開發(fā)。GB3836—2010防爆標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定:存在析氫危險的蓄電池不得在隔爆外殼內(nèi)使用，目前開發(fā)的大容量防爆后備電源主要為鋰離子蓄電池電源、鋰－二氧化錳原電池電源和鉛酸貯備電池電源。鋰離子蓄電池具有比能量大、無記憶效應(yīng)、放電電壓高、使用壽命長等特點而受到關(guān)注，但在一些條件下可能發(fā)生內(nèi)部爆炸、使用維護(hù)要求較高等特性制約其在井下使用。目前規(guī)定井下使用的大容量防爆鋰離子蓄電池電源的單體電池較大容量不超過60A?h，采用串聯(lián)方式聯(lián)接，隔爆外殼可承受不小于1.5MPa的靜壓試驗;電池管理系統(tǒng)應(yīng)對電池電壓、電流、表面溫度、容量等進(jìn)行監(jiān)測和保護(hù)。鋰－二氧化錳原電池?zé)o需在井下反復(fù)充電，安全性較高，存儲壽命長(不低于3a)、維護(hù)工作量小等特點適于避險設(shè)施的工況要求。目前對大容量防爆鋰－二氧化錳原電池電源的管理基本同于鋰離子蓄電池電源，但由于無需充電，電池管理系統(tǒng)相對簡單。鉛酸貯備電池是將充好電的鉛酸電池電解液抽出，存放在電池槽上方，待用時電池處于干荷狀態(tài)。需要用電時通過啟動裝置將電解液重新輸送到電池槽中而形成可使用的電池。由于無需在井下充電而不會析氫，可以制造成礦用隔爆型。其特點是安全性高，容量可達(dá)數(shù)百甚至上千安時，存儲壽命長(不低于3a)、免維護(hù)，適于避險設(shè)施的工況要求。缺點是放電電壓低、體積較大。
3緊急避險系統(tǒng)發(fā)展趨勢分析
井下緊急避險技術(shù)與裝備尚處于起步和開創(chuàng)階段，許多方面尚需進(jìn)一步發(fā)展、完善和提高。發(fā)展的重點是提高技術(shù)裝備對避險設(shè)施的適應(yīng)性、安全性、使用維護(hù)方便性及智能化與低功耗，并力求在誤操作下也不致發(fā)生事故。1)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)。根據(jù)礦井地質(zhì)、生產(chǎn)技術(shù)條件和可能發(fā)生的災(zāi)害事故類型，在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行緊急避險系統(tǒng)優(yōu)化布局，避險設(shè)施類型與位置挑選，與其他安全系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。在風(fēng)流場、溫度場模擬分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行避險設(shè)施供氧、有害氣體去除、溫濕度調(diào)節(jié)等系統(tǒng)的優(yōu)化布局設(shè)計與設(shè)備選型。2)安全保障技術(shù)。發(fā)展新型氧源，提高儲氧能力及供氧性，降低產(chǎn)氧過程中的熱量及溫度，逐步取代壓縮氧源;發(fā)展壓風(fēng)管路安全保障與應(yīng)急處置技術(shù)，在管路因故受損后能自動阻斷漏風(fēng)而保障其他地點的供風(fēng)需要;發(fā)展新型高效低功耗氣、電動空調(diào)技術(shù)，并實現(xiàn)降溫、除濕、空氣凈化等功能集成;提高相變制冷技術(shù)性，控制或消除功效時間效應(yīng);發(fā)展適合井下環(huán)境的新型有害氣體處理藥劑及設(shè)備;發(fā)展新型大容量防爆電源，提高安全性及抗災(zāi)能力;研究避險環(huán)境智能化監(jiān)測與控制技術(shù)，實現(xiàn)“一鍵”全啟動和“傻瓜式”操作;發(fā)展避災(zāi)路線自動生成與指示系統(tǒng)，自動根據(jù)災(zāi)情發(fā)展生成、指引優(yōu)化的避災(zāi)路線;進(jìn)行透地通信系統(tǒng)的實用化研究。3)試驗驗證與維護(hù)管理技術(shù)。目前避險設(shè)施建成后的功效驗證大多通過載人試驗方法，救生艙及中煤能源集團(tuán)平朔井工一礦等的長期避難硐室建成后進(jìn)行了載人試驗，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展模擬驗證技術(shù)方法。此外，避險技術(shù)裝備平時處于應(yīng)急備用狀態(tài)，其性及完好程度通常難以掌握，應(yīng)發(fā)展設(shè)備監(jiān)測與自診斷技術(shù)、藥劑失效指示、后備電源容量自評估系統(tǒng)等;進(jìn)一步研究適應(yīng)井下環(huán)境條件和配套設(shè)備特點的維護(hù)管理和檢測檢驗技術(shù)，以保障在線設(shè)備時刻處于安全可用狀態(tài)。4)培訓(xùn)與應(yīng)急演練。將動畫演示、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等用于緊急避險培訓(xùn)，開發(fā)相應(yīng)的培訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)參與式培訓(xùn);與礦井應(yīng)急演練有機(jī)結(jié)合，保障人人具備安全避險技能，對避險設(shè)施人皆會用。
作者：楊大明 單位：安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心
煤礦井下論文:煤礦井下通信系統(tǒng)的建立釋解
分站模塊的建立
移動通信系統(tǒng)具有良好的信息傳輸性能，不但高帶寬，而且通訊質(zhì)量好、可承載話音、數(shù)據(jù)、視頻的多業(yè)務(wù)，在一個平臺之下處理各種數(shù)據(jù)信息，滿足目前井下人員定位、視頻監(jiān)控、工業(yè)以太網(wǎng)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的生產(chǎn)、管理與應(yīng)急救援需求。分站的冗余以太網(wǎng)模塊是千兆以太網(wǎng)模塊，具有多環(huán)冗余功能，無線數(shù)據(jù)傳輸中的工作頻段為2.4GHz，使用Wi-Fi接入點模塊。分站還包括有同樣工作頻段的射頻識別讀卡器模塊，雙串口服務(wù)器模塊和IP-PBX模塊，即使整個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題依然可以實現(xiàn)信息通信功能。井下傳輸分站安裝有不間斷電源模塊，在停電或臨時斷電突發(fā)事件情況下依舊可以正常工作。井下無線傳輸分站是移動通信系統(tǒng)的技術(shù)核心部分，負(fù)責(zé)所有音頻視頻等一系列的信號傳輸。在井下設(shè)置這些分站進(jìn)行工作必須綜合考慮各方面的因素，例如體積、重量、防爆性能等等一系列因素。每個分站當(dāng)中都包含很多的功能模塊，全部安裝在隔爆殼內(nèi)，采用隔爆兼本質(zhì)安全的形式。信號傳輸分站能夠顯示整個分站各個設(shè)備的工作狀態(tài)，包括電源、端口、各模塊功能等等。主要是為了所有數(shù)據(jù)信號的傳輸，主要實現(xiàn)手機(jī)和井上調(diào)度臺之間、手機(jī)與手機(jī)之間的信息通信。獨(dú)特的IP語音交換功能，即便整個移動通信系統(tǒng)在脫網(wǎng)情況，分站也可以繼續(xù)工作，保障接入的手機(jī)之間的語音交換功能。在系統(tǒng)通信發(fā)生故障時，分站能夠?qū)λ械臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，這里面最主要的是人員定位信息，待系統(tǒng)恢復(fù)正常時能及時上傳回主機(jī)。每個分站都設(shè)置不間斷備用電源，保障移動通信系統(tǒng)即使在發(fā)生電源故障時的仍能穩(wěn)定工作。
調(diào)度臺模塊的建立礦井生產(chǎn)調(diào)度
通信是實現(xiàn)煤礦井下安全生產(chǎn)調(diào)度的主要工具。實現(xiàn)調(diào)度通信的載體--調(diào)度臺應(yīng)集調(diào)度、人員定位、存儲查詢、顯示、錄音和電源保護(hù)及自動切換等多種功能于一身，實現(xiàn)礦井生產(chǎn)調(diào)度員多方位監(jiān)控通信系統(tǒng)內(nèi)的任何一部電話（包括擴(kuò)音電話、移動電話等），不受被叫摘機(jī)、占線等限制，有利于保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。礦井的開采是在環(huán)境極其惡劣的情況下進(jìn)行的，工作區(qū)域小，濕度大，照明很多時候都不足，另外還有很多的不安全因素，例如瓦斯、頂板事故等等。這就要求開采人員之間必須緊密配合，團(tuán)結(jié)合作，信息傳遞也要及時。在地面上的生產(chǎn)調(diào)度人員及時協(xié)調(diào)好生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，既要滿足生產(chǎn)，又要保障人身安全，做好生產(chǎn)、指揮、管理等方面的通信工作。調(diào)度模塊能夠?qū)崿F(xiàn)無阻塞呼叫保障調(diào)度通信暢通無阻；能接收內(nèi)部用戶的緊急呼叫，優(yōu)先處理并自動錄音；處理多路呼叫，而互不干擾；地面用戶通過調(diào)度臺可以呼叫井下的用戶；反之，井下用戶可以通過調(diào)度臺呼叫地面的電話。調(diào)度時調(diào)度員可退出或插入；可通過設(shè)置值班話機(jī)（有線電話或移動電話），由值班話機(jī)應(yīng)答呼叫調(diào)度的電話并完成轉(zhuǎn)接。
通信終端模塊的建立
作為井下的移動通信終端，手機(jī)應(yīng)具有撥號、通話、顯示、查詢、存儲和定位等主要功能，目前井下移動通訊終端功能單一、信道窄、傳輸距離短、抗干擾能力差。終端手機(jī)的設(shè)計可解決這一系列問題。通訊模式具有無線以太網(wǎng)單模或GSM與無線以太網(wǎng)雙模，集話音、短信、網(wǎng)絡(luò)瀏覽與下載、圖片與視頻播放、拍照與攝像功能于一身。終端定位的本質(zhì)安全型無線以太網(wǎng)移動通信終端，為在井下工作移動通訊、人員定位、應(yīng)急救援提供良好的條件。本安全型無線以太網(wǎng)移動通信終端滿足井下爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備安全技術(shù)要求，按相應(yīng)的通信模式進(jìn)行I/O編碼輸入到射頻前端電路最終饋入到天線，由天線將信號向空間輻射輸出；最終通過模擬電路部分轉(zhuǎn)換出話音信號，傳遞給收聽者。終端采用多模式處理器實現(xiàn)GSM與無線以太網(wǎng)的雙模通訊，工作頻段為2.4GHz，終端的中央處理器采用OMPA730處理器芯片實現(xiàn)。基帶處理器采用TWL3016處理器芯片實現(xiàn)。采用錳酸鋰材料做電池芯，采用電阻或恒流二極管串聯(lián)作為保護(hù)電路。井下移動通信系統(tǒng)的模塊化建立為井下的實時通信提供了便利，較大程度上滿足了井下生產(chǎn)的實際需求。該通信系統(tǒng)模塊具有端口豐富、信號穩(wěn)定、覆蓋面廣等特點，適合在全國各大煤礦企業(yè)推廣。
作者：錢彬 韓凌玲 單位：河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院
煤礦井下論文:煤礦井下通信體系研究
煤礦井下通信系統(tǒng)是礦井安全防護(hù)及生產(chǎn)調(diào)度必不可少的設(shè)施，是礦井信息化和安全生產(chǎn)管理的重要組成部分。將無線通信系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于煤礦企業(yè)，提高井下無線通信水平，加快井下通信發(fā)展步伐，為煤礦安全生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、提高企業(yè)的管理水平搭建起有效的信息平臺，成為煤礦無線通信發(fā)展的重要任務(wù)。由于井下環(huán)境差，巷道分布多，干擾信號源多，對無線的發(fā)展障礙比較大，早期我國井下通信主要為有線方式。隨著無線通信技術(shù)的日新月異，煤礦井下無線通信技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。煤礦無線通信主要有以下方式：
1 超低頻透地通信
超低頻透地通信系統(tǒng)是以大地為電磁波傳播媒介、無線電波穿透大地的無線電通信方式。主要產(chǎn)品是澳大利亞開發(fā)的PED 井下無線通信與急救系統(tǒng)，90 年代進(jìn)入我國煤炭領(lǐng)域。該系統(tǒng)主要應(yīng)用于井下急救，即在緊急情況發(fā)生、其它通信方式中斷時，通過 PED 系統(tǒng)發(fā)射系統(tǒng)，使其超低頻信號穿透巖層到達(dá)井下任何位置，迅速有效地與井下人員通信。該系統(tǒng)性高，但缺點是信道容量小，不能用于語音等需要較大信道容量的通信，只能用于傳呼、簡單遙控等，而且電磁干擾大，特別是 50 Hz 工頻干擾對特低頻透地通信干擾嚴(yán)重。另外，透地通信系統(tǒng)需要在地面架設(shè)長達(dá)數(shù)千米的天線，限制了該方法的應(yīng)用。
2 中頻感應(yīng)通信
中頻感應(yīng)通信系統(tǒng)借助專用感應(yīng)線，利用無線電波感應(yīng)場引導(dǎo)電磁波傳輸，頻率選擇在中低頻。主要產(chǎn)品是南非的 RB2000，90 年代末進(jìn)入我國煤炭領(lǐng)域。該系統(tǒng)投資費(fèi)用低，小范圍內(nèi)信道穩(wěn)定，設(shè)備攜帶方便，采用中低頻感應(yīng)操作，可在井下惡劣環(huán)境中鎖定的通信波段，輸出高強(qiáng)度信號；系統(tǒng)采用導(dǎo)頻抑噪技術(shù)，在噪音較高的電磁環(huán)境中使用且通話效果十分清晰。但缺點是靠近感應(yīng)體通信效果好，稍遠(yuǎn)離感應(yīng)體信道不穩(wěn)定，感應(yīng)通信受受巷道內(nèi)導(dǎo)體影響較大，信道性能不穩(wěn)定，通信距離一般不大于2m ，信道容量小，電磁干擾強(qiáng)。
3 漏泄通信
漏泄通信系統(tǒng)利用漏泄電纜的漏泄原理實現(xiàn)礦井無線電通信，系統(tǒng)采用超高頻進(jìn)行無線通信。漏泄通信主要應(yīng)用于90 年代，主要產(chǎn)品為加拿大的 FLEXCOM。該系統(tǒng)具有信道較穩(wěn)定、電磁干擾較小等優(yōu)點。但缺點是漏泄電纜上每隔350 m 需加 1 個中繼器，使系統(tǒng)的性變差，任一中繼器和電纜故障將會造成該中繼器以下的部分系統(tǒng)癱瘓。并且隨著中繼器的增加，噪音易累加，信號容易失真。系統(tǒng)的各個通道指定用于固定的設(shè)備，信道利用率不高。
4 PHS 通信
PHS又名無線市話 PAS，它基于成熟的城市無線PHS（小靈通）技術(shù)之上，采用微蜂窩技術(shù)，利用定向天線及全向天線，以無線方式接入固定電話網(wǎng)，依托固定電話網(wǎng)提供通信服務(wù)。礦井 PHS 通信系統(tǒng)由基站控制器、基站、局端設(shè)備、本安型手機(jī)、網(wǎng)管計算機(jī)等組成。PHS 通信系統(tǒng)從 2003 年進(jìn)入煤炭領(lǐng)域，主要用于煤礦井上、井下語音通信及人員定位，具有安裝簡單，維護(hù)成本低，通話質(zhì)量好的優(yōu)點。但其無線信號的發(fā)射和接收受基站無線信號的傳輸距離及井下巷道狀況的限制。隨著公網(wǎng)小靈通的退市，PHS 通信系統(tǒng)的發(fā)展已停滯。
5 CDMA 通信
礦用 CDMA（大靈通） 通信系統(tǒng)是基于地面成熟的CDMA技術(shù)的產(chǎn)品，它屬于大蜂窩通信體制，采用定向天線、全向天線及泄漏電纜 3 種井下覆蓋方式，主要由地面機(jī)柜、基站控制器、基站、無線耦合器、無線功分器、漏泄電纜、本安手機(jī)等組成。礦用 CDMA（大靈通）通信系統(tǒng)從2008 年進(jìn)入煤炭領(lǐng)域，系統(tǒng)單基站業(yè)務(wù)信道多、語音通話質(zhì)量好、組網(wǎng)通信規(guī)范嚴(yán)格、移動切換呼通率高，具有信號穩(wěn)定，移動性好，抗干擾能力強(qiáng)，支持無線高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對巷道狀況要求低等優(yōu)點。但缺點是系統(tǒng)占用設(shè)備較多，安裝、維護(hù)繁瑣，造假較高，但是它存在著功能單一、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化差、抗災(zāi)變能力差的缺點。
6 WIFI 通信
礦用 WIFI無線通信系統(tǒng)采用無線微蜂窩覆蓋技術(shù)和WIFI移動通信技術(shù)，實現(xiàn)了基于千兆環(huán)網(wǎng)的定位、語音通信及監(jiān)測信息的無線綜合傳輸。該系統(tǒng)由 IP PBX軟交換設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、礦用無線通信基站、WIFI 手機(jī)、直流穩(wěn)壓電源組成。WIFI無線通信系統(tǒng)采用集中式管理，分布式組網(wǎng)架構(gòu)，造價低，具有強(qiáng)大的移動性，能夠適應(yīng)各類調(diào)度終端，語音系統(tǒng)容量大，可以實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。但其缺點是WIFI 手機(jī)跨基站斷話和大規(guī)模組網(wǎng)能力差，多用戶同時通話時語音嚴(yán)重滯后，甚至影響呼叫，語音傳輸技術(shù)采用有損壓縮算法，通話質(zhì)量失真，快速移動通信時會嚴(yán)重影響通信距離。所以，該技術(shù)作為礦井無線通信與生產(chǎn)調(diào)度應(yīng)用，其市場狹窄。但由于 WIFI具有寬帶數(shù)據(jù)接入和以太網(wǎng)傳輸?shù)膹?qiáng)大功能，因此，把它作為煤礦綜合自動化監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸、光纖環(huán)網(wǎng)對接和多網(wǎng)合一的網(wǎng)關(guān)設(shè)備應(yīng)用，是較好的寬帶數(shù)據(jù)通訊解決方案，是當(dāng)前煤礦無線通信的主流技術(shù)。
7 XGP（新一代 PHS）
XGP是全球第四代移動通信的技術(shù)平臺之一，XGP技術(shù)綜合了傳統(tǒng)礦井小靈通移動語音組網(wǎng)通信質(zhì)量好和WIFI寬帶數(shù)據(jù)接入傳輸能力強(qiáng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了語音視頻數(shù)據(jù)的并網(wǎng)傳輸。XGP 系統(tǒng)中的基站、基站控制器和移動交換機(jī)全部依賴以太網(wǎng)平臺傳輸，可直接與井下光纖環(huán)網(wǎng)無縫對接，實現(xiàn)了全網(wǎng)一體化統(tǒng)一通信，組網(wǎng)能力強(qiáng)，語音通話質(zhì)量好，支持手機(jī)主動定位，定位精度可達(dá)20米。XGP 技術(shù)較大的亮點是國內(nèi)首創(chuàng)支持基于手機(jī)平臺操作的移動指揮調(diào)度，是真正意義上的移動生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。從礦井無線通訊技術(shù)與市場長期發(fā)展演變的角度看，XGP無論從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)性、開放性、繼承性，產(chǎn)品成熟性、性、實用性等方面綜合分析，應(yīng)成為時下煤礦無線通信領(lǐng)域的最主流解決方案選擇。
總之，當(dāng)前煤礦無線通信系統(tǒng)基本能滿足礦井無線通信的要求，但是，隨著煤礦生產(chǎn)自動化和信息化程度的提高，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)和語音通信，必將不能滿足煤礦安全生產(chǎn)和無線可視多媒體服務(wù)的需要。這就需要采用全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及全新的無線傳輸理論與技術(shù)，構(gòu)建礦井寬帶化綜合通信系統(tǒng)，實現(xiàn)井下各種有線和無線監(jiān)視、監(jiān)測、語音信息的傳輸。
煤礦井下論文:煤礦井下救生艙艙門設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
《艦船防化》2014年第4期
摘要：針對救生艙艙門在煤礦救生系統(tǒng)工作中的重要性以及存在的不完善之處，提出了一種新型圓形煤礦救生艙艙門結(jié)構(gòu)，對其抗沖擊結(jié)構(gòu)及鎖緊機(jī)構(gòu)的組成與工作原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，并基于結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化驗證結(jié)果表明，艙門的安全系數(shù)由優(yōu)化前的1.6提高到了3.1，滿足了救生艙的設(shè)計使用要求，對救生艙的應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實意義。
關(guān)鍵詞：救生艙；艙門；優(yōu)化；抗沖擊
0引言
針對礦用救生艙艙門在煤礦救生系統(tǒng)工作中的重要性以及存在的不完善之處，比如抗沖擊能力未達(dá)到，開閉不夠輕松便捷，鎖緊機(jī)構(gòu)時間久了不夠牢固，隔熱效果差等，設(shè)計一種新的礦用救生艙艙門就顯得尤為重要。本文針對圓形礦用救生艙艙門，對其抗沖擊結(jié)構(gòu)及鎖緊機(jī)構(gòu)的組成與工作原理進(jìn)行闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，并基于結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以期提高救生艙的安全性，從而盡可能地減少二次災(zāi)害所造成的人員損失。
1艙門結(jié)構(gòu)設(shè)計
1.1抗沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計
在對救生艙艙門進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，最應(yīng)充分考慮的就是其抵抗沖擊性。對現(xiàn)有救生艙門設(shè)計成品的參考，并依據(jù)相關(guān)設(shè)計準(zhǔn)則與建設(shè)基本要求中的設(shè)計規(guī)范。煤礦井下救生艙圓形艙門上設(shè)有觀察窗，讓進(jìn)入其中的工作人員在進(jìn)入艙體并關(guān)閉艙門之后方便觀察艙體外部情況；門扇內(nèi)外各有一個轉(zhuǎn)動手輪，兩轉(zhuǎn)輪通過細(xì)長銷釘聯(lián)接，實現(xiàn)在艙內(nèi)外都能方便開閉的功能，除此之外，轉(zhuǎn)動手輪采用了相對較大的直徑，利用杠桿原理，減小了開啟和關(guān)閉艙門的阻力，方便且靈活；傳動機(jī)構(gòu)采用平面連桿的工作原理，制作了兩桿一輪的傳動組，高效靈活；門扇與門框通過最原始但是最簡便易行的鉸鏈合頁來連接，減小開啟和關(guān)閉時的阻力，且制作相對較方便和經(jīng)濟(jì)；門扇內(nèi)部設(shè)置有加強(qiáng)肋，抵抗瓦斯爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)大沖擊載荷；門框上制作有坡度一定的楔形塊，關(guān)閉艙門時鎖緊連桿鎖緊在楔形塊處，保障內(nèi)部人員的安全。設(shè)置合理密度的加強(qiáng)肋可以有效提高板殼結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力，且加強(qiáng)肋截面高寬比1.25∶1時板殼結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力較佳，因此設(shè)定加強(qiáng)肋的高和寬分別50mm和30mm。
1.2鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計
該圓形艙門的鎖緊機(jī)構(gòu)主要由門框楔形塊結(jié)構(gòu)組、轉(zhuǎn)盤連桿機(jī)構(gòu)組和轉(zhuǎn)輪組構(gòu)成。門扇的內(nèi)外均設(shè)置有大轉(zhuǎn)輪，實現(xiàn)救生艙內(nèi)外都可開閉的功能；楔形結(jié)構(gòu)直接加工在門框周邊，不用另外加工，節(jié)省制作成本；轉(zhuǎn)盤連桿結(jié)構(gòu)組通過轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)輪之間的銷釘來傳遞動力。
2艙門結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
首先對艙門施加約束，現(xiàn)將約束施加在門扇與門框接觸處，在門扇面上施加垂直于門的0.6MPa的沖擊載荷，設(shè)定材料Q345。之后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由軟件進(jìn)行運(yùn)算。
3艙門結(jié)構(gòu)優(yōu)化及強(qiáng)度驗證
通常加強(qiáng)門板強(qiáng)度的措施是增加門板厚度，但是這樣的同時也會增加結(jié)構(gòu)整體的重量。因此，本設(shè)計結(jié)合拱形受力原理，將平板門面改為曲面。假設(shè)平面和曲面承受相同的沖擊力，曲面上的弧形結(jié)構(gòu)可以將該力分解2個分力，分別是垂直于弧形面的力和平行于切線方向的力，由于門扇是圓形對稱結(jié)構(gòu)，因此所有切線方向的力互相抵消，只剩下垂直弧形面的力，這樣便減小了對門結(jié)構(gòu)的沖擊。
4結(jié)語
提出了一種新型圓形煤礦救生艙艙門結(jié)構(gòu)，對其抗沖擊結(jié)構(gòu)及鎖緊機(jī)構(gòu)的組成與工作原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，利用有限元軟件對其抗沖擊結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，并基于結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化驗證結(jié)果表明，艙門的安全系數(shù)由優(yōu)化前的1.6提高到了3.1，滿足了救生艙的設(shè)計使用要求，對救生艙的應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實意義。
作者：方海峰1；高進(jìn)可1；李允旺2；吳群彪1；蔡李花1 單位：1.江蘇科技大學(xué)，中國礦業(yè)大學(xué)
煤礦井下論文:煤礦井下生產(chǎn)中監(jiān)控與通信技術(shù)的應(yīng)用
【摘要】
煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占的比重較大，然而煤礦井下安全問題仍然是社會關(guān)注的重點。伴隨著監(jiān)控與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信及監(jiān)控技術(shù)在煤礦井下安全生產(chǎn)中獲得了廣泛的應(yīng)用，有利于提高煤礦井下的安全性，而且一些新的監(jiān)控與通信技術(shù)也陸續(xù)得到開發(fā)與應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】
煤礦井下；安全生產(chǎn)；監(jiān)控與通信技術(shù)；應(yīng)用
煤炭是我國最主要的能源，而我國又是世界上的產(chǎn)煤大國，產(chǎn)煤量占世界比例已經(jīng)超過了40%。然而近些年來，我國煤礦安全生產(chǎn)問題較為突出，死亡人數(shù)、事故數(shù)量等雖然都有所下降，但是與國際上的其他國家相比仍然有較大的差距。因此為了促進(jìn)煤炭行業(yè)健康、可持續(xù)的發(fā)展，監(jiān)控與通信技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。
1當(dāng)前監(jiān)控與通信技術(shù)在煤礦井下安全生產(chǎn)的應(yīng)用
1.1煤礦井下移動通信系統(tǒng)實際上煤礦井下對于移動通信的需求還是存在的，但是在煤礦井下無限傳輸衰減會非常大，發(fā)射的功率也會受到一定的限制，基于煤礦井下的這種通信情況，可以設(shè)置多基站移動通信系統(tǒng)，根據(jù)煤礦井下移動通信網(wǎng)絡(luò)狀況以及相關(guān)的性能要求，開發(fā)和使用在WIFI環(huán)境下煤礦井下的移動通信系統(tǒng)。這使得煤礦井下安全生產(chǎn)調(diào)度、避險以及搶險救災(zāi)發(fā)揮了巨大的作用。
1.2煤礦井下人員定位系統(tǒng)由于GPS信號沒辦法覆蓋煤礦井下的巷道，針對這種情況在基于RSSI技術(shù)的基礎(chǔ)上，來對煤礦井下人員進(jìn)行實時、的定位。根據(jù)RSSI測距公式：RSSI=A-10nlg（d）（式中：P為當(dāng)前RSSI；A為主從機(jī)1m距離時的RSSI；n：傳播因子，與溫度、濕度等相關(guān)；r：當(dāng)前距離。）具體來說，RSSI技術(shù)是通過通信過程來實現(xiàn)的，所以需要主機(jī)傳送數(shù)據(jù)信息到從機(jī)，不斷的更新所測的距離。煤礦井下人員的定位系統(tǒng)是避免有外人進(jìn)入到煤礦井下，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)合理的定員生產(chǎn)；同時也能及時處理煤礦井下安全事故的應(yīng)急，降低事故發(fā)生率；另外還可以為考勤、調(diào)度工作提供系統(tǒng)支持，為安全生產(chǎn)提供了有力的保障。
1.3無人值班遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為了更好地控制煤礦井下定員，避免較多的人員在煤礦井下人員，從而避免或者減少一些安全事故的損失，研究和開發(fā)了無人值班遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦井下機(jī)電硐室、水泵房等進(jìn)行無需人員值守，直接進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)控。在工作面有工作人員巡視的情況下，回采巷道的遙控技術(shù)也得到了應(yīng)用，這對于煤礦井下的安全生產(chǎn)活動是非常重要的的，在一定程度上是對傳統(tǒng)監(jiān)控模式的突破，在遠(yuǎn)程的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了無人值班，即提高了煤礦生產(chǎn)的效率，又保障了煤礦井下安全生產(chǎn)活動的順利開展。
2監(jiān)控與通信技術(shù)在煤礦井下安全生產(chǎn)的應(yīng)用發(fā)展
（1）基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用無線通信技術(shù)。為了能夠更好地防止假冒機(jī)電設(shè)備被運(yùn)用到煤礦安全生產(chǎn)中，為煤礦井下安全生產(chǎn)活動提供穩(wěn)定有效的物資來源，可以考慮基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用無線通信技術(shù)。要知道在煤礦井下無限傳輸?shù)乃p會較大，而且誒地面物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用難以在煤礦井下得到實現(xiàn)，所以要根據(jù)煤礦井下的具體特性，對運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：①對相關(guān)的礦用物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、輸送和整理；②設(shè)計和研究煤礦用車、煤礦機(jī)械設(shè)備、人員等多個動態(tài)目標(biāo)和靜態(tài)目標(biāo)的管理控制系統(tǒng)；③針對部分工作人員和操作人員，例如瓦斯檢查員、放炮員、水泵操作工等設(shè)計人機(jī)環(huán)閉鎖系統(tǒng)；④關(guān)于礦用產(chǎn)品以及其他重大設(shè)備設(shè)計全程跟蹤系統(tǒng)。伴隨著現(xiàn)代科技和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤礦井下各類各類礦用產(chǎn)品、重大設(shè)備都需要借助基于物聯(lián)網(wǎng)的礦用無線通信技術(shù)來實現(xiàn)，從而提高煤礦井下安全生產(chǎn)的工作效率和質(zhì)量。
（2）煤礦井下人員定位技術(shù)。要知道煤礦井下是最易發(fā)生安全事故的場所，因此當(dāng)事故發(fā)生時需要對煤礦井下進(jìn)行定位，及時了解人員的狀況，從而正確更好的救援效果。然而GPS全球定位系統(tǒng)是沒辦法覆蓋到煤礦井下的各個巷道，而且當(dāng)前煤礦井下人員的定位技術(shù)仍然采取無線射頻識別技術(shù)、漏泄電欖技術(shù)等，能夠?qū)γ旱V井下人員進(jìn)行定位，從而更好地監(jiān)控和管理煤礦井下的人員情況，對于煤礦井下安全生產(chǎn)工作相當(dāng)重要。不過現(xiàn)行的這些系統(tǒng)還無法做到定位，難以滿足災(zāi)后的相關(guān)救援工作。所以，務(wù)必要根據(jù)煤礦井下各個巷道的具體特點，更加深入的研究煤礦井下定位的網(wǎng)絡(luò)狀況以及相關(guān)算法，從而開發(fā)和研究更加精準(zhǔn)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)，提高煤礦井下安全生產(chǎn)工作的效率。
（3）煤礦井下生命探測技術(shù)。煤礦井下發(fā)生安全事故或者險災(zāi)后，生命探測裝備能夠更快地實施搶險救災(zāi)，提高了搜救的進(jìn)度，從而盡可能地減少人員的傷亡率。煤礦井下的環(huán)境和條件較為復(fù)雜，一些關(guān)鍵的技術(shù)沒辦法在煤礦井下應(yīng)用。為了能夠更好地應(yīng)對煤礦井下的特殊環(huán)境，需要開發(fā)和研究煤礦井下相關(guān)的生命搜救技術(shù)與定位技術(shù)。這種技術(shù)能夠盡可能地穿透煤礦巖層，更好地了解和掌握煤礦井下人員的生命狀況，通過生命探測技術(shù)，能夠較大程度地降低煤礦井下事故傷亡率，真正地為煤礦井下安全生產(chǎn)提供人身保障。
（4）傳感器多方位分布技術(shù)。為了能夠?qū)γ旱V井下瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行實時的檢測，防止因為瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)而引起的重大事故。需要在煤礦井下分布大量的傳感器，這些針對瓦斯?jié)舛葯z測的傳感器并不會增多資金投入，反而分擔(dān)了系統(tǒng)的工作量。所以在實際的系統(tǒng)運(yùn)用中，可以依據(jù)煤礦井下煤礦采掘位置、通風(fēng)狀況、巷道風(fēng)速、瓦斯分布和變化具體狀況等，來設(shè)計和安置傳感器的位置，主要考慮是否有吊掛位置、斷電的具體濃度、警報臨界值、復(fù)電的濃度等等，從而實現(xiàn)傳感器多方位分布，確保煤礦井下工作的安全性，促使煤礦井下安全生產(chǎn)工作的順利開展。
3結(jié)束語
實際上煤礦井下監(jiān)控與通信技術(shù)是煤礦井下安全生產(chǎn)工作順利開展的關(guān)鍵保障，在進(jìn)行煤礦井下作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)合理運(yùn)用監(jiān)控與通信技術(shù)，減少一些煤礦井下人員，避免不必要的安全事故發(fā)生。只有合理的應(yīng)用監(jiān)控與通信技術(shù)，使其在搶險救災(zāi)、事故調(diào)查、環(huán)境與條件監(jiān)管方面發(fā)揮較大的效用。
作者：岑龍 單位：山西高河能源有限公司
煤礦井下論文:煤礦井下深孔破巖探討
《煤礦安全雜志》2016年及時期
摘要:
為克服煤礦井下現(xiàn)有深孔破巖技術(shù)不足，提出將靜力破巖技術(shù)應(yīng)運(yùn)于煤礦井下深孔破巖工作中。基于理論分析靜力破巖原理得出被破巖體發(fā)生拉伸破壞，提出實施深孔靜力破巖的技術(shù)要求。在某礦K8113工作面進(jìn)風(fēng)巷落山方向?qū)嵤┥羁嘴o力破巖技術(shù)以減小回采巷道采空區(qū)后方較大范圍懸頂問題的工程試驗，試驗后懸頂距離比未處理時縮短10m左右，減小約50%，表明深孔靜力破巖技術(shù)對解決兩巷落山頂板的懸頂問題可行有效。
關(guān)鍵詞:
脹裂劑;深孔破巖;鉆孔布置;落山懸頂;靜力破巖
在煤礦井下開采工作中，經(jīng)常需要深孔破巖。如深孔爆破弱化預(yù)裂工作面開切眼堅硬頂板，減少老頂初次來壓步距;深孔爆破松動工作面端頭回采巷道頂板使其及時垮落等。目前，煤礦井下使用的深孔破巖方法有鉆深孔裝炸藥爆破和注高壓水脹裂、軟化破巖。但這2種方法在一些具體應(yīng)用中存在安全隱患或達(dá)不到破巖要求等缺陷。為滿足煤礦井下安全高效的破巖需求，提出將安全、溫和、可控而又有效的靜力破巖技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下深孔破巖工作中［1］。
1深孔靜力破巖技術(shù)
1．1破巖原理靜力破巖技術(shù)使用脹裂劑的主要成分是氧化鈣，氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣，在放出熱量的同時，體積增大產(chǎn)生膨脹壓力，膨脹體積增長測定實驗表明脹裂劑自由狀態(tài)下反應(yīng)后體積為原體積的3～5倍。在鉆孔內(nèi)裝填脹裂劑，脹裂劑產(chǎn)生的膨脹壓力施加到鉆孔壁上，使孔壁徑向受到壓應(yīng)力作用，切向和軸向受到拉應(yīng)力作用，由于巖石的抗拉強(qiáng)度小于其抗壓強(qiáng)度，因此巖體發(fā)生拉伸破壞。實驗室采用電阻應(yīng)變片測量法測定得出脹裂劑產(chǎn)生膨脹壓力主要發(fā)生在前2h，隨時間呈現(xiàn)先緩慢增大，然后急劇增大，保持平穩(wěn)的變化趨勢，較大可達(dá)50～80MPa［2］，煤礦井下巖石的抗拉強(qiáng)度大約只有其抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，即小于20MPa，脹裂劑所產(chǎn)生的膨脹壓力遠(yuǎn)大于被破巖體的抗拉強(qiáng)度，滿足破巖所需力度。目前，靜力破巖技術(shù)主要用于鬧市區(qū)拆除破碎工程，廠房內(nèi)混凝土基礎(chǔ)拆除和建筑石材開采等，破碎對象是處于二維應(yīng)力狀態(tài)下有天然自由面的小范圍巖體，易于實施［3］。在煤礦井下實施深孔靜力破巖技術(shù)，鉆孔深度可達(dá)數(shù)十米甚至上百米，破巖對象是處于三軸應(yīng)力狀態(tài)下沒有自由面的天然巖體，需要在裝藥孔(主孔)周圍布設(shè)一些不裝藥的鉆孔(輔孔)，讓輔孔提供臨空面釋放膨脹壓力并控制膨脹壓力的作用方向，主孔受力狀態(tài)示意圖如圖1。在主孔內(nèi)裝入脹裂劑并封孔，脹裂劑與水發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，將膨脹壓力緩慢施加到主孔孔壁，使主孔徑向受壓應(yīng)力作用，切向受拉應(yīng)力作用，主孔周圍巖體在拉應(yīng)力作用下沿輔孔方向萌生裂紋，隨著主孔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)，膨脹壓力逐漸增大，主孔受到的切向拉應(yīng)力也逐漸增大，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展直至布孔范圍內(nèi)巖體產(chǎn)生較大裂紋松動破碎［4－5］，如圖2。
1．2技術(shù)要求1)根據(jù)被破巖體的硬度系數(shù)f，在被破巖體上按不同結(jié)構(gòu)的布設(shè)主孔和輔孔。當(dāng)被破巖體是軟巖f≤4時，按主輔直線結(jié)構(gòu)布孔，如圖3;當(dāng)被破巖體是中硬巖4＜f≤8時，按主輔菱形結(jié)構(gòu)布孔，如圖4;當(dāng)被破巖體是硬巖f＞8時，按主輔五花結(jié)構(gòu)布孔，如圖5。2)根據(jù)試驗得出較大膨脹壓力與孔徑呈線性關(guān)系，孔徑越大，較大膨脹壓力越大;直徑40mm的孔，可產(chǎn)生85MPa左右的膨脹壓力。3)在主孔內(nèi)裝填脹裂劑的方式有注漿法或藥卷法，由于脹裂劑的熱化學(xué)反應(yīng)較快，單孔裝填時間控制在30min內(nèi)。采用注漿法裝藥時，待鉆孔按給定參數(shù)鉆出后在主孔內(nèi)距孔口0．5m處安裝封孔器，通過封孔器利用注漿泵向主孔內(nèi)注漿;采用藥卷法裝藥時，將脹裂劑裝入長0．5m，直徑比主孔直徑小10mm的透水袋中制成藥卷，將藥卷浸水5min后用炮棍逐節(jié)裝入主孔，第1節(jié)藥卷必須到達(dá)孔底，藥卷與藥卷之間振搗密實，待裝至距孔口0．5m時停止裝藥并用封孔器封孔。
2工程應(yīng)用
某礦主采15號煤，為高瓦斯礦井，回采巷道采空區(qū)頂板在回采過程中不能按需垮落。回采巷道采空區(qū)后方有較大范圍懸頂，造成通風(fēng)死角和向采空區(qū)漏風(fēng)等嚴(yán)重安全隱患，同時還引起區(qū)段煤柱形成較大支承壓力，使煤柱的穩(wěn)定性減弱，并影響鄰近巷道圍巖的穩(wěn)定性和維護(hù)，惡化生產(chǎn)條件。針對該礦實際情況，以K8113工作面進(jìn)風(fēng)巷(寬×高為4．5m×3．1m)為例，鉆孔布置如圖6和圖7。按1．2中的技術(shù)要求在落山巷道采空側(cè)實施深孔靜力破巖工程試驗。試驗前頂板退錨、剪網(wǎng)，落山懸頂目測在20m以上。試驗測定頂板巖體硬度系數(shù)f=2．5，選擇直線布孔結(jié)構(gòu)在巷道頂板上沿工作面方向布設(shè)3排直線鉆孔，起始鉆孔與運(yùn)輸巷道外幫水平距離取0．5m，鉆至與實體煤幫之間的距離小于0．5m時，停止鉆孔;孔徑Φ取40mm，孔距a計算得0．5m，通過關(guān)鍵層理論結(jié)合冒落帶高度確定被破巖體深度為25m，孔深H取24m，鉆孔與水平面之間的夾角向采空側(cè)取45°;相鄰排鉆孔主、輔孔間隔布置，排距計算得0．8m。待主輔孔按給定參數(shù)鉆出且用壓風(fēng)將主孔吹洗干凈后，在距主孔口0．5m處安裝MAZF－22封孔器，將拌制好的脹裂劑利用ZBQS－12/10礦用氣動注漿泵通過封孔器注入主孔內(nèi)。注漿結(jié)束數(shù)小時內(nèi)，頂板有明顯脹裂聲響。工作面繼續(xù)向前推進(jìn)4刀，即3．2m后，目測落山巷道直接頂開始逐步冒落，增加了自由面后，加速了頂板的垮落，老頂在礦山壓力作用下也逐步塌落。又推進(jìn)12刀，即約10m后，目測試驗區(qū)域頂板基本塌落，試驗效果顯著。
3結(jié)論
1)通過在該礦K8113工作面進(jìn)風(fēng)巷落山方向?qū)嵤┥羁嘴o力破巖技術(shù)以減小回采巷道采空區(qū)后方較大范圍懸頂問題的工程試驗，試驗后目測懸頂距離比未處理的頂板縮短了10m左右，減小約50%，效果顯著，表明深孔靜力破巖技術(shù)對解決兩巷落山頂板的懸頂問題可行有效。2)通過工程試驗驗證了在煤礦井下實施深孔靜力破巖技術(shù)的破巖原理中提出主孔裝藥產(chǎn)生膨脹壓力作用，輔孔不裝藥充當(dāng)自由臨空面，釋放膨脹壓力以及引導(dǎo)裂紋發(fā)生發(fā)展方向和控制破碎范圍的主、輔孔結(jié)構(gòu)布置和裝藥方式合理。
作者：任興云 郝兵元 單位：太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院
煤礦井下論文:煤礦井下槽波地震勘探論文
1設(shè)計理念
礦用節(jié)點式地震儀的設(shè)計理念可以概括為“節(jié)點式設(shè)計、獨(dú)立型激發(fā)、分布式采集、三通道存儲、集中式回收”，這些設(shè)計理念較好地呼應(yīng)了煤礦井下地震儀器設(shè)計的客觀需求，其主要特點體現(xiàn)在［4－5］:1)節(jié)點式設(shè)計是指儀器無主機(jī)、無大線、無數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)點式地震儀集傳統(tǒng)的分布式儀器的主機(jī)、采集站、交叉站、電源站于一體，可以靈活布設(shè)、方便采集，但又遵守統(tǒng)一的時間約定。2)獨(dú)立型激發(fā)是指可以獨(dú)立同時激發(fā)(ISS，in-dependentsimultaneousshooting)方式采集，對震源激發(fā)時間不作任何制約，可在確保安全的情況下同時放炮，大幅提高了作業(yè)效率，縮短了采集時間。3)分布式采集是指以各個節(jié)點式地震儀為單元，按照設(shè)計的位置布設(shè)接收點，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集道數(shù)可以自由擴(kuò)展。4)三通道存儲是指每臺節(jié)點式地震儀設(shè)計為3個通道，可以滿足三分量采集的需求。5)集中式回收是指井下數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，全部數(shù)據(jù)在回到地面后利用高速以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中回收。綜上可知，基于“節(jié)點式設(shè)計、獨(dú)立型激發(fā)、分布式采集、三通道存儲、集中式回收”的儀器設(shè)計理念，礦用節(jié)點式地震儀實現(xiàn)了本安防爆、技術(shù)先進(jìn)、施工快捷的要求，每個采集通道的折合質(zhì)量約1kg，為煤礦井下槽波地震勘探技術(shù)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
2槽波地震的觀測系統(tǒng)設(shè)計
2.1槽波地震勘探原理在煤層與頂?shù)装宓?層地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，煤層的速度、密度相對較低，是一個“低速槽”，且煤層與頂、底板存在較大的波阻抗差異，屬于良好的地震反射界面。因此，在煤層中激發(fā)的地震波，遇到煤層頂?shù)装搴缶蜁l(fā)生反射、透射和折射，且在較短的距離內(nèi)地震反射波的入射角將會達(dá)到或超過臨界角，從而形成了全反射的條件，此后地震波的能量被“禁錮”在煤層的低速槽中而極少“逃逸”出去。因此，槽波是一種在煤層中激發(fā)、在煤層中接收、沿煤層傳播的制導(dǎo)波，其理論基礎(chǔ)完備，形成機(jī)理、傳播方式、波場特征等比較清楚。槽波地震探測就是利用煤層的這一導(dǎo)波特性，以探查煤層內(nèi)斷層、陷落柱、煤厚變薄區(qū)、巖漿巖侵入范圍等地質(zhì)異常的一種地球物理探測方法，它也是目前煤礦井下構(gòu)造探測精度較高的方法［6－8］。
2.2槽波地震勘探方法槽波地震勘探是利用在煤層中激發(fā)和傳播的導(dǎo)波，探查煤層不連續(xù)性的一種地球物理方法，是地震勘探的一個分支。槽波地震勘探可以探查小斷層、陷落柱、煤層分叉與變薄帶、采空區(qū)及廢棄巷道等地質(zhì)異常，具有探測距離大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、波形特征較易于識別以及最終探測結(jié)果直觀的優(yōu)點，在探測精度、探測距離上優(yōu)于其他煤礦井下物探方法，是目前最有效的煤礦井下探測方法之一。煤礦井下槽波地震勘探方法主要包括透射槽波地震勘探技術(shù)和反射槽波地震勘探技術(shù)，其中透射槽波地震勘探技術(shù)較為成熟、應(yīng)用廣泛。1)透射槽波的觀測系統(tǒng)。它是利用從震源透過煤層傳至接收點的槽波信號，以探測工作面內(nèi)斷層、陷落柱、煤層變薄區(qū)等地質(zhì)異常體。因此，透射槽波地震勘探時，炮點與檢波點布置在不同巷道內(nèi)，根據(jù)槽波的有無、強(qiáng)弱來判斷有無構(gòu)造異常，透射槽波的較大探測距離可達(dá)煤厚的300倍。考慮到基建礦井、生產(chǎn)礦井的巷道條件以及地質(zhì)需求，圖1給出了幾種典型的透射槽波地震勘探觀測系統(tǒng)設(shè)計示意［12］。圖1中的巷道以2條平行細(xì)線來代表，炮點與檢波點分別布置在巷道中，炮點距離、檢波點距離等依據(jù)設(shè)計要求確定;圖1中的陰影區(qū)域為透射槽波控制區(qū)域。可以看出:節(jié)點式地震儀能夠靈活適應(yīng)各種巷道的任意組合形式，這是集中式或分布式槽波地震儀所無法比擬的。2)反射槽波的觀測系統(tǒng)。對于反射槽波而言，炮點與檢波點布置在同一巷道內(nèi)，其較大優(yōu)點是可以開展巷道兩側(cè)或掘進(jìn)工作面前方的小構(gòu)造探測，反射槽波探測的距離可以達(dá)到煤厚的100倍。如果槽波在煤層中傳播時遇到了地震波的波阻抗差異界面，就會產(chǎn)生反射槽波信號，通過分析反射槽波信號就能判斷出煤層不連續(xù)體的位置，從而進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。但是，目前煤礦井下反射槽波地震探測技術(shù)尚不成熟
。
3探測實例分析
在過去的十年里，煤炭資源高效開采技術(shù)與裝備發(fā)展迅速，煤炭資源高效集約化開采成為未來的一種發(fā)展趨勢，其突出特征表現(xiàn)在“一井一面”、全煤巷掘進(jìn)、綜采放頂煤、超長超寬工作面以及快速掘進(jìn)等，這就要求煤礦地質(zhì)工作要能夠滿足大距離、超前探測的要求，透視槽波地震勘探技術(shù)可以實現(xiàn)采區(qū)、盤區(qū)范圍、多個工作面以及超長超寬工作面的超前探測。
3.1超大工作面槽波地震勘探某礦1904N工作面走向長1834m，傾向長317～330m，開采9號煤層(圖2)。掘進(jìn)過程中共發(fā)現(xiàn)斷層14條，其中落差大于1m的7條，未發(fā)現(xiàn)巖溶陷落柱。9號煤層厚度3.58m，分為上、下分層，其中夾矸厚0.05～0.27m;煤層上分層平均厚度1.20m。工作面內(nèi)煤層傾角在21°～36°，平均傾角26°。按照礦方要求，僅對1904N工作面中段1200m的范圍進(jìn)行探測(圖2虛線范圍)。如果采用煤礦井下有線地震儀施工，至少需要分別鋪設(shè)2000m的炮線、通信線和1200m的接收電纜，工作量較大;而采用基于節(jié)點式的無纜地震儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，無需布設(shè)炮線、通信線，施工效率可以提高3～4倍。經(jīng)過正演模擬，槽波地震勘探的觀測系統(tǒng)參數(shù)如下:回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷均采用10m接收道距，共布置檢波點258個;回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷均采用30m炮間距，共布設(shè)激發(fā)物理點94個。數(shù)據(jù)采集時，回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別獨(dú)立激發(fā)，布設(shè)在回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷的所有檢波器同時接收。圖3給出了回風(fēng)巷激發(fā)、運(yùn)輸巷接收的透射槽波記錄，透射槽波能量較強(qiáng);圖3左側(cè)虛線圈定的范圍內(nèi)，槽波透射能量較弱，這與運(yùn)輸巷實際揭露的落差2m是一致的;另外，槽波實際透射距離大于800m。
3.2盤區(qū)槽波地震勘探由于透射槽波的探測距離較大，因此利用透射槽波探測技術(shù)可以實現(xiàn)大距離的盤區(qū)探測，從而通過一次探測可以實現(xiàn)2～4個工作面的構(gòu)造探測，為盤區(qū)范圍工作面的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。圖4中某盤區(qū)包括2個工作面，每個工作面設(shè)計走向長度2800m、傾向?qū)挾?20m，其上部工作面巷道掘進(jìn)長度2800m，2個工作面中間的巷道掘進(jìn)長度500m，下部工作面巷道掘進(jìn)長度1300m(圖4)。采用節(jié)點式地震儀可以靈活布設(shè)的優(yōu)勢，在每條巷道均勻布設(shè)炮點與接收點，其中左側(cè)2個梯形區(qū)域為利用3條巷道聯(lián)合透視的控制范圍，而右側(cè)三角形區(qū)域為僅利用上、下2條巷道的控制范圍。因此，利用透射槽波探測技術(shù)可以實現(xiàn)采區(qū)、盤區(qū)工作面的大距離探測。在煤層埋藏較淺、地形崎嶇、工農(nóng)關(guān)系復(fù)雜地區(qū)，在地面開展三維地震難度較大，且效果不好。這時，如果借助煤礦井下大距離槽波透視技術(shù)，實現(xiàn)盤區(qū)構(gòu)造的精細(xì)探測，可以達(dá)到事半功倍的效果。
3.3跨層透射槽波地震勘探在高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井以及水害嚴(yán)重礦井，在采煤工作面布設(shè)前，為了確保安全生產(chǎn)，需要提前開拓瓦斯高抽巷或底板泄水巷，以掩護(hù)煤巷安全掘進(jìn)。在這種情況下，可以從瓦斯高抽巷或底板泄水巷向目標(biāo)煤層施工淺孔，利用鉆孔布設(shè)炮點/檢波點，并結(jié)合一條掘進(jìn)的煤巷，構(gòu)成跨越空間巖巷—煤巷的三維立體探測系統(tǒng)，實現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造的超前探測。
4結(jié)論
1)相對于常規(guī)的集中式地震儀、分布遙測式地震儀而言，節(jié)點式地震儀不需要主機(jī)、交叉站、電源站和大線，施工時不需要相互通信，無需布設(shè)炮線、電話線，且具備獨(dú)立同步施工的能力，是煤礦井下槽波地震勘探的理想儀器。2)節(jié)點式地震儀采用“節(jié)點式設(shè)計、獨(dú)立型激發(fā)、分布式采集、三通道存儲、集中式回收”的設(shè)計理念，較好地滿足煤礦井下地震儀器本安防爆、指標(biāo)先進(jìn)、施工快捷等基本要求。3)節(jié)點式地震儀靈活、無約束布設(shè)的優(yōu)勢，使得煤礦井下超長超寬工作面、互不貫通的巷道之間以及采區(qū)、盤區(qū)和煤巷－巖巷跨層條件下的槽波地震探測得以實現(xiàn)。為了更好地發(fā)揮煤礦井下槽波地震勘探技術(shù)的優(yōu)勢，今后應(yīng)該進(jìn)一步加大反射槽波地震勘探、鉆孔—巷道的透射槽波地震勘探技術(shù)與裝備研究。
作者：程建遠(yuǎn)江浩姬廣忠吳海單位：中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院有限公司
煤礦井下論文:煤礦井下無線通信傳播論文
1煤礦井下無線通信技術(shù)的現(xiàn)狀
1．1TD－SCDMA無線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀TD－SCDMA技術(shù)是ITU研發(fā)出的第三代移動通信空間接口技術(shù)。其特點為上下頻段統(tǒng)一，能通過對時隙配置提供無線承載。TD－SCDMA無線通信技術(shù)可以支持勻速為8kb／s～2Mb／s的所有3G業(yè)務(wù)。TD－SCDMA系統(tǒng)采用時分雙工模式，但是由于載波占用的寬帶為1．6MHz，TD－SCDMA系統(tǒng)提供的速率有一定的數(shù)據(jù)限制。目前，TD－SCDMA礦用通信系統(tǒng)采用BBU＋RRU方式，因沒有辦法直接使用太環(huán)網(wǎng)，當(dāng)某個中間RRU故障會導(dǎo)致整個鏈上的RRU無法工作，維修、擴(kuò)容比較困難。
1．2WCDMA無線通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀WCDMA技術(shù)與TD－SCDMA都是ITU正式的第三代移動通信空間接口技術(shù)規(guī)范之一，該無線通信技術(shù)集CDMA、FDMA技術(shù)優(yōu)勢于一體，是一種系統(tǒng)容量大、抗干擾能力較強(qiáng)的移動通信技術(shù)。WCDMA與TD－SCDMA相比，技術(shù)較為成熟，并且發(fā)展空間大，在擴(kuò)頻的基礎(chǔ)上能夠獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益，此外，還支持所有的3G業(yè)務(wù)。WCDMA作為產(chǎn)業(yè)鏈最為成熟的技術(shù)，不僅可實現(xiàn)語音通信功能，還能提供高速率數(shù)據(jù)和圖像傳輸功能。但其成本較高，使得多數(shù)煤礦企業(yè)望而止步。
2煤礦井下無線通信的技術(shù)難題
電磁波在礦井隧道中不能很好地進(jìn)行傳播這已是公認(rèn)的事實。一直以來，井下通信的技術(shù)難題是制約煤礦安全的重要因素之一，下面將從3個方面進(jìn)行論述。
2．1巷道的環(huán)境條件對電磁波的影響煤礦井下巷道一般比較狹窄，彎曲延伸，存在多個分支，且分布在不同的地下平面。巷道的截面寬度不同，且巷道四周為煤層，粗糙不平。這一特殊的傳播環(huán)境對電磁波的傳播特性產(chǎn)生重大影響。電磁波頻率對傳輸?shù)乃俣扔休^大的影響，巷道截面尺寸對電磁波傳輸也有影響，截面的尺寸與巷道內(nèi)電磁波頻率成正比。此外，礦井下有照明線、動力線、鋼軌等縱向?qū)w，這些線路的存在都會對電磁波的傳輸產(chǎn)生一定的影響。
2．2井下環(huán)境機(jī)電噪聲干擾嚴(yán)重如今，井下作業(yè)機(jī)械化與自動化設(shè)備的應(yīng)用，不可避免地會增加噪聲的強(qiáng)度，但是這一問題并未引起人們的重視。通信技術(shù)中，噪聲是衰減和損耗通信質(zhì)量的又一個重要因素。機(jī)械設(shè)備的作業(yè)一般是24h不停歇，因機(jī)械設(shè)備自身配置量大，啟動頻繁，所產(chǎn)生的電氣噪聲頻譜較寬。由于信號微弱會導(dǎo)致井下通信困難，噪聲問題是井下移動通信需解決的技術(shù)難題。
2．3接收點有用信號十分微弱無線電在井下的傳播可以被看作在一個特定的空間內(nèi)進(jìn)行，由于電磁波在傳輸?shù)倪^程中受到煤巖層及磁導(dǎo)率的影響，因而其傳播速度并不是恒定不變的。煤礦井下的管道由于表面比較粗糙，且分布不均，這些都會對電磁波的傳輸造成影響。對于某個接收點來說，接受機(jī)本身信號微弱，在干擾之后很可能接收不到信號，這種特性的存在破壞了有用信號的傳輸，最終導(dǎo)致電磁波傳輸距離減低為數(shù)百米，從而使得井下通信非常困難。
3無線通信技術(shù)的發(fā)展方向———Femtocell技術(shù)的運(yùn)用
Femtocell是根據(jù)3G技術(shù)發(fā)展和無線技術(shù)寬帶化發(fā)展方向而推出的一種低功率、超小型化的移動基站。它的運(yùn)用在一定程度上提高了煤礦井下的安全性。Femtocell通過IP協(xié)議將用戶具備的ADSL／LAN寬帶進(jìn)行線路連接，遠(yuǎn)端由專用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)從IP網(wǎng)到無線網(wǎng)的連接，具備安裝便捷、能夠自動配置、直接使用的優(yōu)點。
3．1Femtocell的技術(shù)優(yōu)勢Femtocell技術(shù)的運(yùn)用能夠較大范圍地覆蓋宏小區(qū)不能覆蓋的地方，可以減少來自宏小區(qū)基站的高功率開銷并提高宏小區(qū)基站的性能。此外，輻射更低，手機(jī)電池也更耐用，這些優(yōu)勢都優(yōu)于其他無線通信技術(shù)。當(dāng)前在煤礦企業(yè)中，設(shè)備供應(yīng)商主要是將NodeB和RNC功能集成于一個接入設(shè)備的扁平化架構(gòu)，由于Femtocell網(wǎng)關(guān)的接口是Iu接口，扁平化架構(gòu)可以將SGSN／GGSN功能集成于Femtocell接入設(shè)備，其技術(shù)優(yōu)勢在于符合下一代移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，并在減少節(jié)點時提高網(wǎng)絡(luò)的性。
3．2Femtocell的系統(tǒng)優(yōu)勢Femtocell技術(shù)采用的是小型化設(shè)備，可以隨時使用，并能夠維護(hù)系統(tǒng)安全，增強(qiáng)靈活性。系統(tǒng)內(nèi)部采用電信級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無線通信能夠共享技術(shù)的應(yīng)用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性及性大大提高，并能夠滿足設(shè)備的資源需求。Femtocell系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)營均衡，工作狀態(tài)較為穩(wěn)定。此外，F(xiàn)emtocell技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)用采用的是國際通用的通信標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)備可與終端設(shè)備兼容，并能夠與多家主流設(shè)備的制造商生產(chǎn)的用戶交換機(jī)進(jìn)行交換。
4結(jié)語
無線通信技術(shù)的應(yīng)用極大地實現(xiàn)了地面對井下作業(yè)的監(jiān)測和管理，能夠有效地保障井下作業(yè)的安全。就無線通信技術(shù)在井下使用的現(xiàn)狀而言，無線技術(shù)與自動化系統(tǒng)的深度融合還存在一定的發(fā)展空間，因而，應(yīng)當(dāng)不斷研究和實踐，使其更好地應(yīng)用在煤礦行業(yè)中。
作者：劉慶偉單位：中國神華神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦管理處
煤礦井下論文:煤礦井下控制測量技術(shù)運(yùn)用
《科技創(chuàng)業(yè)家雜志》2014年第九期
1井下平面控制測量的方法
在通常條件下,大型礦井的井下要全部采用7"級導(dǎo)線作為基本控制導(dǎo)線,導(dǎo)線全部采用閉合導(dǎo)線或復(fù)測支導(dǎo)線。為確保控制點的穩(wěn)定、,基本控制導(dǎo)線點通常采用2m錨桿打進(jìn)巷幫或巷道頂板,外露150mm～200mm,再把特制的測點安置在外露端。井下基本控制導(dǎo)線測量所用儀器全部采用2"級防爆經(jīng)緯儀(全站儀),采用測回方法實施測量。大型采區(qū),采用綜合機(jī)械化采煤的工作面走向長,如某礦走向超過3000m,采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。在此種礦井,采區(qū)控制導(dǎo)線全部按照7"級導(dǎo)線技術(shù)要求施測。爆破采煤工作面走向比較短,采區(qū)控制導(dǎo)線采用15"級導(dǎo)線技術(shù)要求施測。采區(qū)控制導(dǎo)線要隨巷道掘進(jìn)30-100m延長一次;安設(shè)激光指向儀的頭面視巷道情況要適當(dāng)延長距離,但最長不可超過200m。中型采區(qū)采用30"級導(dǎo)線作為采區(qū)控制。井下導(dǎo)線測量的外業(yè)是選點、埋點、測角、量邊和碎部采集。內(nèi)業(yè)包括計算與繪圖。井下導(dǎo)線點一般設(shè)在頂板上,導(dǎo)線點分長期點和臨時點。導(dǎo)線點要統(tǒng)一編號,并用油漆明顯地標(biāo)志在點的附近。測角用經(jīng)緯儀或全站儀,用測回方法。因測點通常設(shè)在頂板上,因此經(jīng)緯儀要有鏡上中心,以便在測點下對中。
量邊用檢定過的鋼尺進(jìn)行。以鋼尺測量井下基本控制導(dǎo)線的邊長時,實測的邊長要加入鋼尺比反改正、溫度改正、拉力改正、垂曲改正、傾斜改正,再導(dǎo)線邊長化算到投影水準(zhǔn)面和高斯投影面上。井下鋼尺量邊費(fèi)時費(fèi)力。在較長距離的直線巷道中采用光電測距儀測距,可以克服鋼尺量邊的困難,還能提高量邊的精度和效率。如果采用光電測距儀測距,測量的距離要加入溫度、氣壓、儀器常數(shù)、地球曲率、大氣折光等改正,也需要傾斜改正,將導(dǎo)線邊長化算到投影水準(zhǔn)面和高斯投影面上。經(jīng)緯儀導(dǎo)線要及時測量,計算,信息資料要妥善保管。應(yīng)該注意的是,在生產(chǎn)建設(shè)初期,因井下巷道都還未連通,此時平面控制導(dǎo)線的形式以復(fù)測支導(dǎo)線為主。隨著生產(chǎn)的推進(jìn),井下主要巷道已相互連通,按現(xiàn)代化礦山建設(shè)和安全生產(chǎn)的需要,要建立礦井井下平面控制測量網(wǎng),形成各種閉(附)合導(dǎo)線。
井下平面控制網(wǎng)的建立必須與生產(chǎn)限差的要求一致。礦井測量是直接為采礦工程服務(wù)的,所以,測量工作的精度要滿足采礦對測量的要求。按長期的實驗研究分析得出:滿足普通采礦工程的生產(chǎn)限差通常取M限=±3m;滿足礦山救護(hù)需要向井下某一個指定地點打鉆孔,這時井下測量的允許誤差M限=±1.2m;一些特殊采礦工程,如井巷貫通的生產(chǎn)限差,中線間的允許偏差值為0.3—0.5m,腰線間的允許偏差為0.2m。這些偏差都是測量的允許誤差。測繪新技術(shù)的不斷發(fā)展,陀螺經(jīng)緯儀的使用日趨廣泛,新型的自動陀螺經(jīng)緯儀確定井下一條邊的方位角如同測量一個水平角一樣容易,所以,在一些煤礦,已開始廣泛使用陀螺經(jīng)緯儀導(dǎo)線,在井下導(dǎo)線的絕大部分邊上均實施定向測量,極大地提高了井下導(dǎo)線的精度,滿足了煤礦生產(chǎn)的要求。
2井下水準(zhǔn)測量
如圖1所示,用水準(zhǔn)測量的方法測量相鄰兩測點1和2的高差,要在其間安置水準(zhǔn)儀,并在后視點1和前視點2的水準(zhǔn)尺上分別讀取讀數(shù)ai和bi。得1、2兩測點的高差h12為。井下水準(zhǔn)測量分為Ⅰ、Ⅱ兩級。Ⅰ級水準(zhǔn)測量的精度要求很高,是礦井的首級高程控制,從導(dǎo)入高程的井下已知水準(zhǔn)基點開始,沿著主要水平運(yùn)輸巷道向井田邊界敷設(shè)。Ⅱ級水準(zhǔn)測量精度較低,主要滿足礦井正常生產(chǎn)的需要,它敷設(shè)在Ⅰ級水準(zhǔn)點之間和采區(qū)次要巷道內(nèi)。
水準(zhǔn)點要埋設(shè)在方便使用并能長期保存的地點。長期導(dǎo)線點可作為水準(zhǔn)點使用。要統(tǒng)一編號,并把編號明顯地標(biāo)記在點的附近。水準(zhǔn)測量高程允許閉合差不可超過表2的限差要求。表中R為單程水準(zhǔn)路線長度,L為閉、附合路線長度,均以km為單位。在一段水準(zhǔn)路線施測完成后,要馬上在現(xiàn)場檢查外業(yè)手簿。檢查的內(nèi)容主要有:表頭的注記齊全狀況;兩次儀器觀測的高差超限與否;高差的計算正確與否;頂、底板的水準(zhǔn)點注明與否。在求得各點間的高差及各項限差均可滿足規(guī)定后,把高程閉合差進(jìn)行平差,計算出各測點的高程。
煤礦井下高程控制測量是確定井下高程控制點的高程,這是解決各種采掘巷道、硐室等在豎直方向上的位置及相互關(guān)系的基礎(chǔ)。煤礦井下高程控制網(wǎng),應(yīng)采用水準(zhǔn)測量和三角高程測量的方法敷設(shè)。在傾角小于8°的巷道中用水準(zhǔn)測量,在傾角大于8°時采用三角高程測量。
作者：張金寶單位：七臺河市茄子河區(qū)煤炭局
煤礦井下論文:煤礦井下瓦斯防治技術(shù)探討
《能源與節(jié)能雜志》2014年第八期
1預(yù)防瓦斯爆炸的措施
瓦斯爆炸必須同時具備三個條件：即瓦斯?jié)舛仍诒ń缦迌?nèi)；高溫?zé)嵩创嬖跁r間大于瓦斯的引火感應(yīng)區(qū)；瓦斯與空氣混合氣體中的O2濃度大于12%。在正常生產(chǎn)的礦井，所有工作的地點和井巷中O2濃度始終大于12%，所以預(yù)防瓦斯爆炸的措施，主要就是防止瓦斯?jié)舛鹊姆e聚和杜絕、限制高溫?zé)嵩吹某霈F(xiàn)。瓦斯積聚是指局部空間的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2%，體積超過0.5m3的現(xiàn)象[3]。防止瓦斯積聚的基本方法如下。
1.1保障工作面的供風(fēng)量用適量的風(fēng)量將井下涌出的瓦斯及時沖淡并排至地面，是預(yù)防瓦斯積聚的基本措施。為此應(yīng)該做到：a)合理選擇通風(fēng)系統(tǒng)，正確確定礦井風(fēng)量，并進(jìn)行合理分配，使井下所有工作地點都有足夠的風(fēng)量；b)礦井必須采用機(jī)械通風(fēng)，主要通風(fēng)機(jī)的使用，必須符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，以確保主要通風(fēng)機(jī)正常連續(xù)運(yùn)行；c)每一生產(chǎn)水平和每一采區(qū)，都必須布置單獨(dú)的回風(fēng)巷，實行分區(qū)通風(fēng)。在準(zhǔn)備采區(qū)時，必須在采區(qū)構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)后，方可開掘其它巷道。采煤工作面必須構(gòu)成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)后，方可回采；d)采煤工作面和掘進(jìn)工作面都應(yīng)采用獨(dú)立通風(fēng)；e)掘進(jìn)巷道應(yīng)采用礦井全風(fēng)壓通風(fēng)或局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)，不得采用擴(kuò)散通風(fēng)；f)正確選擇構(gòu)筑物的位置，并加強(qiáng)維護(hù)與管理，防止大量漏風(fēng)。
1.2認(rèn)真進(jìn)行瓦斯檢查與檢測嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定進(jìn)行瓦斯檢查與檢測是發(fā)現(xiàn)和處理瓦斯積聚的主要舉措。瓦斯燃燒和爆炸事故統(tǒng)計資料表明，大多數(shù)這類事故都是由于瓦斯檢查員不負(fù)責(zé)任，玩忽職守，沒有認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)瓦斯檢查制度造成的。《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，礦井必須建立瓦斯檢查制度。瓦斯礦井的采掘工作面，每班至少檢查2次；高瓦斯礦井中每班至少檢查3次。有煤（巖）與瓦斯（CO2）突出危險的采掘工作面，有瓦斯噴出危險的采掘工作面和瓦斯涌出較大、變化異常的采掘工作面，必須有專人經(jīng)常檢查。
1.3按規(guī)定安設(shè)瓦斯監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是防止煤礦瓦斯事故的重要科技手段，是煤礦安全生產(chǎn)的“電子警察”，它通過超限報警，超限斷電等功能提高了安全監(jiān)管的技術(shù)水平，在預(yù)防瓦斯事故的發(fā)生中起到了積極作用。我們必須按照規(guī)定在井下安設(shè)瓦斯傳感器、斷電器等監(jiān)測設(shè)備。
2礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全管理要點
a)是否至少有一個進(jìn)風(fēng)井和一個出風(fēng)井；b)無主要通風(fēng)機(jī)或不啟動主要通風(fēng)機(jī)，采用自然通風(fēng)；c)無獨(dú)立的進(jìn)、回風(fēng)系統(tǒng)，與其他礦井聯(lián)合通風(fēng)；d)主要通風(fēng)機(jī)無管理制度，經(jīng)常停開；e)主要通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量小于井下實際需要的風(fēng)量；f)主要通風(fēng)機(jī)是否在不穩(wěn)定區(qū)或其附近工作；g)是否存在有害的角聯(lián)巷道；若存在，是否采取了有效避免風(fēng)流反向或停滯的安全措施；h)風(fēng)流不穩(wěn)定、無風(fēng)、微風(fēng)；i)不符合規(guī)定的串聯(lián)通風(fēng)；j)通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置的位置和質(zhì)量是否符合有關(guān)規(guī)定。
3結(jié)合實例探討煤礦井下通風(fēng)瓦斯防治的措施
現(xiàn)對霍州煤電李雅莊煤礦的生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)查，其年生產(chǎn)量約為160×104t，瓦斯涌出量約為35m3/min，屬于瓦斯?jié)舛容^高的礦井，通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)方式。同時，此礦井安裝了監(jiān)控系統(tǒng)，各個作業(yè)點加裝了傳感設(shè)備，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗^高時，能夠發(fā)出警報，自行斷電，從而確保安全生產(chǎn)。現(xiàn)將利用通風(fēng)系統(tǒng)的方法來預(yù)防礦內(nèi)瓦斯的具體措施報告如下。
3.1利用礦井通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)防瓦斯對礦井瓦斯的防治，利用合理的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯防治是高效的措施。本文中提到的煤礦采用中央并列式的通風(fēng)方式，在井下，按配風(fēng)要求構(gòu)筑了相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施，進(jìn)而確保煤礦采掘工作面及巷道具有合適的風(fēng)量及風(fēng)速。在管理風(fēng)機(jī)方面，利用雙風(fēng)機(jī)自行切換的方法，如果主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)了問題，則備用風(fēng)機(jī)可以自行切換到使用狀態(tài)。采取專用電源、專用線路及專用開關(guān)，進(jìn)而較大程度保障了風(fēng)機(jī)設(shè)備的正常工作。同時加裝CH4斷電裝置，如果巷道中的CH4濃度超過一定限值，則傳感設(shè)備能夠自行切斷礦井內(nèi)采掘面供電，同時發(fā)出警報，確保礦井安全生產(chǎn)。
3.2對礦井內(nèi)的瓦斯積聚進(jìn)行通風(fēng)處理在控制、預(yù)防煤礦井下的瓦斯期間，不但需要保障整體通風(fēng)系統(tǒng)的工作正常，還需要對局部瓦斯積聚予以關(guān)注。具體可以從以下幾方面入手：對于礦井下回采工作面來講，其隅角處極容易積聚瓦斯，那么，相關(guān)工作人員就需要在工作面的隅角位置相應(yīng)地設(shè)置擋風(fēng)板等裝置，進(jìn)而確保風(fēng)量能夠吹到隅角，帶走瓦斯，確保巷道安全。針對開采設(shè)備四周的瓦斯，可以利用增加工作面的風(fēng)量及風(fēng)速來減少該處瓦斯的積聚。在對礦井巷道進(jìn)行封閉處理瓦斯時，需要加大閉的封閉質(zhì)量，確保密閉不漏風(fēng)，防止瓦斯溢出。在礦井內(nèi)，巷道頂板位置也很容易積聚瓦斯，形成瓦斯層，需要利用導(dǎo)風(fēng)筒或?qū)эL(fēng)板將瓦斯稀釋，或者利用封閉冒頂區(qū)的方法消除瓦斯。
4結(jié)語
伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，煤礦開采事故的不斷發(fā)生，人們越來越重視井下通風(fēng)瓦斯防治技術(shù)。瓦斯爆炸的問題十分嚴(yán)重，對從業(yè)者的生命安全造成危害，相關(guān)工作人員應(yīng)深入對瓦斯預(yù)防的方法進(jìn)行研究，并且提高工作人員的專業(yè)技能及綜合素養(yǎng)，使員工樹立“瓦斯及時，預(yù)防為主”的觀念，定期對員工進(jìn)行培訓(xùn)，從而降低瓦斯爆炸的幾率，確保人們工作的安全。
作者：張林斌單位：霍州煤電集團(tuán)汾河焦煤股份有限公司
煤礦井下論文:煤礦井下定位技術(shù)比較
1AT86RF233
AT86RF233芯片生產(chǎn)廠家為Atmel，采用Zigbee協(xié)議，基于相位差的測距方式，通過計算收發(fā)無線信號的相位差來獲取節(jié)點之間的距離。該芯片工作電壓1.8V~3.6V，輸出較大射頻功率4dBm，工作頻率為2405MHz~2480MHz，最小休眠電流0.2uA，較大工作電流13.8mA。該芯片只能與Atmel系列的MCU共同組成定位系統(tǒng)，如ATmega644、ATmega128L、ATxmega256等。
2三類定位技術(shù)性能比較
為了比較上述3類定位技術(shù)的測距性能，在部級煤礦井下實驗巷道中按圖1所示的測試系統(tǒng)分別測試了由這3種定位技術(shù)的定位精度和軌跡跟蹤性能。定位測試系統(tǒng)由一個中心節(jié)點和一個目標(biāo)節(jié)點構(gòu)成。中心節(jié)點固定在距離地面2m的支架上，目標(biāo)節(jié)點在距中心節(jié)點0m~150m的范圍內(nèi)移動，并從中心節(jié)點實時觀察目標(biāo)節(jié)點的距離信息。從圖2可以看出，采用NA5TR1芯片的定位技術(shù)在其目標(biāo)節(jié)點以1m/s的速度從距離中心節(jié)點0m處移動到100m（由于NA5TR1較大射頻功率僅為0dBm，因此其較大覆蓋距離僅為100m），然后再從100m移動到0m的過程中，中心節(jié)點能實時跟蹤其移動軌跡，平均測距誤差在5m之內(nèi)。從圖3可以看出，采用JN5168芯片的定位技術(shù)在其目標(biāo)節(jié)點以1m/s的速度從距離中心節(jié)點0米處移動到150m，然后再從150m移動到0m的過程中，中心節(jié)點能實時跟蹤其移動軌跡，但平均測距誤差在15m左右。從圖4可以看出，采用AT86RF233芯片的定位技術(shù)在其目標(biāo)節(jié)點以1m/s的速度從距離中心節(jié)點150m處移動到0m的過程中，中心節(jié)點能實時跟蹤其移動軌跡，平均測距誤差在3m之內(nèi)。
3結(jié)論
本文對現(xiàn)有主流的定位技術(shù)中使用的核心定位芯片的主要參數(shù)、系統(tǒng)復(fù)雜度、定位性能等指標(biāo)進(jìn)行了對比。采用NA5TR1芯片的定位技術(shù)的特點在于定位精度較高，定位誤差在5m之內(nèi)；系統(tǒng)復(fù)雜度一般，可與任意類型的MCU構(gòu)成定位系統(tǒng)；系統(tǒng)功耗高，芯片休眠電流和工作電流均偏高。采用JN5168芯片的定位技術(shù)的特點在于定位精度低，定位誤差在15m左右；系統(tǒng)復(fù)雜度低，可單芯片構(gòu)成定位系統(tǒng)；系統(tǒng)功耗低，芯片休眠電流和工作電流不高，同時無外部MCU的功耗。
采用AT86RF233芯片的定位技術(shù)的特點在于定位精度高，定位誤差在3米之內(nèi)；系統(tǒng)復(fù)雜度高，只能與Atmel的MCU構(gòu)成定位系統(tǒng)；系統(tǒng)功耗較高，芯片休眠電流和工作電流均低，但是需要考慮外部MCU的功耗。綜上所述，這三種主流的定位技術(shù)各有其優(yōu)缺點，因此設(shè)計者在實際使用中需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇適合的定位技術(shù)。
作者：唐麗均楊智勇單位：重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院
煤礦井下煤層密閉取心技術(shù)
《陜西煤炭雜志》2014年第二期
1密閉取心裝置設(shè)計及工作原理
1．1密閉取心裝置設(shè)計為滿足煤礦井下煤層氣含量測定的技術(shù)要求，達(dá)到快速、測定煤層氣含量的目的，設(shè)計完成的密閉取心裝置如圖1所示，主要由取心內(nèi)筒、液壓驅(qū)動筒、外筒、割心球閥、解吸球閥、角接觸軸承組懸掛總成、液壓推動機(jī)構(gòu)、取心鉆頭等組成。。該裝置采用模塊化設(shè)計、雙筒單動結(jié)構(gòu)，解體性好、便于拆卸和維護(hù)，與各種鉆機(jī)、鉆具、泥漿泵、瓦斯解吸儀等設(shè)備的配套和銜接十分方便，取心過程操作簡單，能夠、完整、快速地提取高質(zhì)量煤心樣品。通過角接觸軸承組構(gòu)成的懸掛總成實現(xiàn)了取心過程中的雙筒單動的目標(biāo)，即取心內(nèi)筒和液壓推動筒不旋轉(zhuǎn)，外筒帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)，這樣避免了取心內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的煤心破壞，保持了樣品的完整性。角接觸軸承組既保障了徑向的滾動摩擦運(yùn)動，同時還能提供軸向力，這一軸向力既要承受取心內(nèi)筒和液壓推動總成的重力，又要承受割斷煤心時產(chǎn)生的軸向力。另外通過取心內(nèi)筒上側(cè)的關(guān)閉閥與下側(cè)割心球閥的聯(lián)動來保障取心后取心筒的及時密封，并且采用硬密封的形式來達(dá)到長時間高壓密封的目的。取心外筒:前端與取心鉆頭連接，末端通過轉(zhuǎn)接頭與鉆桿連接，取心外筒一方面保護(hù)內(nèi)置的取心內(nèi)筒、液壓推動筒及液壓推動機(jī)構(gòu)，另一方面連接鉆桿并傳遞扭矩，帶動鉆頭取心鉆進(jìn)。取心內(nèi)筒:主要由取心筒管、割心密閉球閥、球閥轉(zhuǎn)接頭、解吸球閥及安全定位銅套等組成。在取心過程中，取心內(nèi)筒主要作用是收集煤心，取心鉆進(jìn)結(jié)束后，將煤心密閉在其筒內(nèi)。取心內(nèi)筒末端安裝有解吸閥門，因此可兼作瓦斯解吸罐，煤樣無需裝罐即可連接氣含量測試設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場解吸和脫氣。這樣在很大程度上降低了氣含量的損失。底部的割心密閉球閥采用硬密封技術(shù)，具有剪切煤心、密閉取心內(nèi)筒的作用。其密封壓力可達(dá)4MPa以上，并且持續(xù)密封保壓時間大于24h。液壓推動筒、推動機(jī)構(gòu)、投球裝置及懸掛機(jī)構(gòu):①液壓推動筒位于取心內(nèi)筒和取心外筒之間，由液壓筒和相關(guān)軸承、銷釘組成;②液壓推動機(jī)構(gòu)末端由銷釘固定在投球裝置的管路卡槽中，前端與推桿相連，在泥漿泵傳遞的壓力作用下，液壓推動機(jī)構(gòu)剪斷銷釘推動推桿將割心球閥關(guān)閉，在此過程中割斷煤心并將煤心密閉在取心內(nèi)筒內(nèi)。與此同時聯(lián)動機(jī)構(gòu)保障了密閉剪切球閥與解吸球閥起關(guān)閉及鉆井液的排出。可以根據(jù)煤的硬度確定需要安裝的剪切銷釘和密封圈的數(shù)量，以控制液壓筒關(guān)閉密閉剪切球閥所需的壓力;③投球裝置位于液壓推動筒上部，由球座、投球管路和投球組成，取心鉆進(jìn)過程中不隨外筒一起轉(zhuǎn)動，主要作用是在取心鉆進(jìn)結(jié)束后，通過鉆桿投球和泥漿泵增壓，為液壓推動機(jī)構(gòu)推動推桿關(guān)閉割心球閥提供動力。
1．2密閉取心裝置工作原理工作原理:①取心過程中，取心外筒帶動取心鉆頭鉆取煤樣，取心內(nèi)筒收集煤樣，達(dá)到取心長度要求后停鉆;②在孔外鉆桿處投入橡膠球，泥漿泵加壓將橡膠球送至投球裝置的球座中，球座底部的導(dǎo)水孔被堵塞;③在泥漿泵的持續(xù)供壓下，泥漿液的壓力逐步升高，當(dāng)由液體壓力產(chǎn)生的力足夠大并將液壓推動筒的頂部的銷釘剪斷后，液壓推動筒獲得足夠的動量向前運(yùn)動，帶動推動桿將球閥關(guān)閉，割斷煤心，完成整個密閉取心過程。
2密閉取心工藝流程
2．1非取心鉆進(jìn)及密閉取心鉆進(jìn)非取心鉆進(jìn):架設(shè)鉆機(jī)并安裝破碎鉆頭對巖層進(jìn)行非取心鉆進(jìn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)計孔深后停鉆并快速退出鉆具，必要時進(jìn)行擴(kuò)孔鉆進(jìn)。密閉取心鉆進(jìn):換裝密閉取心裝置并快速送至孔底待取心部位，進(jìn)行取心鉆進(jìn)，這時主要是外筒帶動底噴式PDC取心鉆頭進(jìn)行破碎煤層，煤心順著球閥內(nèi)徑口進(jìn)入取心內(nèi)筒，當(dāng)達(dá)到取心長度后停止鉆進(jìn)，獲得設(shè)計長度的煤心。
2．2取心筒密閉及內(nèi)筒密閉效果檢驗取心筒密閉:在鉆桿接口處投入封堵球，封堵球沿著管路到達(dá)球座，開動泥漿泵，并加壓至足夠壓強(qiáng)(4～6MPa左右)，這時在泥漿泵加壓的作用下推動液壓推動筒剪斷銷釘，并獲得足夠的動量迅速向前推動，通過推動桿關(guān)閉球閥，割斷煤心，并密閉取心內(nèi)筒。取心內(nèi)筒密閉效果檢測:提鉆至孔口，取出取心內(nèi)筒，檢查球閥的關(guān)閉情況，若關(guān)閉良好，無漏氣泄壓，則試驗成功，可進(jìn)行解吸。
3密閉取心裝置井下應(yīng)用
為了檢驗密閉取心裝置及技術(shù)與傳統(tǒng)取心方法在煤礦井下煤層氣(瓦斯)含量測試中的優(yōu)勢，在晉煤集團(tuán)寺河煤礦進(jìn)行了密閉取心裝置的井下試驗，為進(jìn)行對比同時進(jìn)行了傳統(tǒng)的普通取心試驗。表1為煤礦井下傳統(tǒng)取心方法與密閉取心方法的對比結(jié)果，由表1可以看出采用本文研制的密閉取心裝置進(jìn)行取心具有明顯的優(yōu)勢:煤樣暴露時間只有傳統(tǒng)取心暴露時間的26%左右，減小了傳統(tǒng)取心損失氣計算誤差，另外煤樣的采取率也大于傳統(tǒng)的取心方法。表2為密閉取心方法獲得的煤樣的氣含量值與傳統(tǒng)普通取心方法的對比結(jié)果。寺河煤礦煤層密閉取心測試獲得的氣含量為7．61cm3/g，普通取心方法獲得的三個樣品氣含量較大為7．05cm3/g，最小為3．84cm3/g，平均5．97cm3/g，前者比后者平均值高出27．5%左右。表明密閉取心方法的煤層氣含量的損失量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的取心方法。為了進(jìn)一步驗證密閉取心方法煤層氣(瓦斯)含量測試的性，分別在陜西彬長胡家河煤礦、晉煤寺河煤礦等試驗點開展了井下煤層密閉取心和傳統(tǒng)取心瓦斯含量測試試驗，并將測試結(jié)果進(jìn)行了對比，如表3所示。由表3可以看出，密閉取心方法測得的瓦斯含量大于傳統(tǒng)普通取心方法，測試結(jié)果提高了20%～27%，表明井下試驗的密閉取心測試法能大幅度減少取心過程中的煤層瓦斯的損失，更加的獲取煤礦瓦斯含量數(shù)據(jù)。
4結(jié)語
本文研制的密閉取心裝置采用模塊化設(shè)計、鍵槽插接，解體性好、操作簡單，密封壓力可達(dá)4MPa以上，保壓密封時間大于24h，取心率大于80%。能夠快速、的測定煤層氣的含量，較大限度的縮短煤樣的暴露時間、降低損失氣的逸散。與傳統(tǒng)取心方法相比，瓦斯含量測試結(jié)果提高了20%～30%，提高了煤礦瓦斯含量測試精度，為煤礦瓦斯治理提供了扎實的基礎(chǔ)參數(shù)，對煤礦井下瓦斯抽采設(shè)計及治理方案、工程實施等具有重要支撐作用。雖然該密閉取心裝置能夠較為的測得煤層氣含量相關(guān)數(shù)據(jù)，但是裝置的輕型化、密閉方式仍然是一個可以進(jìn)一步改進(jìn)的方向。另外，密閉取心技術(shù)已經(jīng)較為成熟地應(yīng)用于井下取心，而地面直接取心技術(shù)仍然是一個研究難點問題。
作者：黑磊單位：中煤科工集團(tuán)西安研究院
煤礦井下論文:WIFI通訊技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用分析
【摘要】煤礦井下工作環(huán)境復(fù)雜且危險系數(shù)較大，井下工作人員人身安全及解決井下通信和監(jiān)測等問題是使煤礦井下作業(yè)正常進(jìn)行的前提。WIFI技術(shù)的出現(xiàn)及應(yīng)用，為改善井下工作人員的人身安全問題、實現(xiàn)了井下正常通信、構(gòu)建新型井下監(jiān)測系統(tǒng)，提供了一種新的技術(shù)手段。WIFI技術(shù)作為一種新的無線通訊方式，是一種成本較低的無線網(wǎng)絡(luò)，在煤礦領(lǐng)域中有較好的發(fā)展前景。本文重點分析了WIFI通訊技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】WIFI通訊技術(shù);煤礦井下;應(yīng)用
引言
隨著“數(shù)字化”礦山建設(shè)的不斷發(fā)展，對煤礦的自動化、信息化要求越來越高，傳統(tǒng)的有線通訊及網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式已不能滿足煤礦的建設(shè)要求。因此，采用WIFI通訊技術(shù)的井下新型通訊系統(tǒng)的開發(fā)、特別是應(yīng)用，對煤礦安全防護(hù)及生產(chǎn)調(diào)度具有重要意義。
1.WIFI技術(shù)
WIFI（Wireless Fidlity）俗稱無線寬帶，是一種能夠?qū)€人計算機(jī)等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，具有無線接入、高速傳輸、成本低等特點。由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、無線站點及AP節(jié)點三部分構(gòu)成組網(wǎng)系統(tǒng)。站點和節(jié)點間可以實現(xiàn)級聯(lián)連接或組建局域網(wǎng)。WIFI技術(shù)應(yīng)用于地面短距離無線通訊已有多年，較其他無線通訊技術(shù)有其突出的特點。
2.WIFI技術(shù)應(yīng)用于井下通訊的優(yōu)勢
2.1 WIFI傳輸速度非常快，網(wǎng)絡(luò)安全性高。通用型帶寬54M，增強(qiáng)型帶寬可達(dá)100-200M，是井下無線視頻傳輸?shù)倪x擇。在信號弱或遇干擾時，可以根據(jù)實際情況調(diào)整傳輸速度，可保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時滿足了人個及社會的需求;
2.2 價格低廉。較傳統(tǒng)局域網(wǎng)布線，用戶可用較低的成本進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線接入;地面通訊主機(jī)設(shè)備簡單，相比其他3G無線通信系統(tǒng)主機(jī)價格便宜。
2.3 無線信號的覆蓋范圍較廣。一般井下WIFI基站信號覆蓋的半徑達(dá)200m左右，增強(qiáng)型WIFI基站信號覆蓋半徑可達(dá)400m左右，基本上與井下3G基站信號覆蓋的半徑相當(dāng)，可滿足現(xiàn)場無線信號覆蓋的需要;
2.4 接口開放。WIFI通訊系統(tǒng)采用開放的、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，提供通用的無線傳輸平臺，其他系統(tǒng)可方便接入;
2.5 組建簡單快捷，可避免固定局域網(wǎng)繁瑣的布線工程;
3.井下無線通信系統(tǒng)工作原理
WIFI無線網(wǎng)絡(luò)及TCP/IP協(xié)議是井下無線通信系統(tǒng)的基本構(gòu)架，并以礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為主干傳輸平臺，形成有線主干與無線終端相結(jié)合的方式覆蓋礦井特定區(qū)域進(jìn)行無線信號傳輸。簡單的說，即：地面上的主機(jī)通過交換機(jī)，為礦區(qū)內(nèi)信號覆蓋的手機(jī)分配相應(yīng)IP地址并為其在管理軟件中注冊，注冊后的手機(jī)數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，只要是無線覆蓋的區(qū)域，手機(jī)都可進(jìn)行無線通話。
4.WIFI無線通信系統(tǒng)在井下的應(yīng)用
4.1 工業(yè)以太網(wǎng)中WIFI的應(yīng)用
科技的發(fā)展，為煤礦井下工作環(huán)境的改善及井下作業(yè)效率的提升提供了有利條件，使井下監(jiān)測及通訊成為現(xiàn)實，而井下工業(yè)以太網(wǎng)的建立也為構(gòu)建WIFI井下網(wǎng)絡(luò)無線通訊奠定了基礎(chǔ)。
WIFI井下無線通訊系統(tǒng)一般建立在工業(yè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上的。工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE802.3的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)的性能優(yōu)越，功能強(qiáng)大。雖然工業(yè)以太網(wǎng)和商用以太網(wǎng)在技術(shù)上幾乎兼容，但在設(shè)計上，工業(yè)以太網(wǎng)更勝任嚴(yán)酷的工作環(huán)境的要求，因此更適用于煤礦井下作業(yè)。加之工業(yè)以太網(wǎng)價格低廉網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，更加能確保工業(yè)應(yīng)用的安全。
工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，大部分的編程語言都可以進(jìn)行其應(yīng)用開發(fā)，工業(yè)以太網(wǎng)也有很高的通訊率，應(yīng)用較多的有100Mb/S和1000Mb/S的快速以太網(wǎng)，1Gb/S的技術(shù)也慢慢成熟。工業(yè)以太網(wǎng)的資源共享能力較強(qiáng)，只要接連任何一臺互聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)都能對工業(yè)控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽，擁有很大的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿ΑＴ诿旱V現(xiàn)場中，可現(xiàn)實對井下現(xiàn)場的數(shù)據(jù)及工程進(jìn)度監(jiān)測，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。
工業(yè)以太網(wǎng)（光纖網(wǎng)絡(luò)）建立的井下骨干網(wǎng)絡(luò)，采用WIFI通訊建立無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)整個區(qū)域的無縫信號覆蓋。無線便攜終端、無線傳感器、無線視頻等無線設(shè)備無縫接入系統(tǒng)平臺。WIFI通訊是工業(yè)以太網(wǎng)的延伸和補(bǔ)充。
4.2 WIFI在井下人員定位系統(tǒng)中的應(yīng)用
位置指紋識別算法是WIFI定位系統(tǒng)用于煤礦井下定位的一種算法，實際上，即是根據(jù)表征目標(biāo)特征的數(shù)據(jù)庫來識別。無線傳輸系統(tǒng)、WIFI終端及定位服務(wù)等是煤礦井下WIFI定位系統(tǒng)的主要部分。其中，WIFI定位系統(tǒng)的WIFI終端主要是WIFI通信系統(tǒng)中的WIFI手機(jī)，當(dāng)WIFI在井下處于定位工作狀態(tài)時，一般需要重復(fù)測量參數(shù)以選擇平均值，以提高率。
4.3 基于WIFI的無線網(wǎng)狀（Mesh）組網(wǎng)應(yīng)用
當(dāng)?shù)V井出現(xiàn)緊急情況，井下既有的通信網(wǎng)絡(luò)不能正常工作，此時可采用基于WIFI的無線網(wǎng)狀（Mesh）組網(wǎng)技術(shù)建立應(yīng)急救援系統(tǒng)，實現(xiàn)井下救援現(xiàn)場和指揮中心之間無線通信網(wǎng)絡(luò)的快速部署與組網(wǎng)，提供包括語音、視頻、數(shù)據(jù)在內(nèi)的移動多媒體通信聯(lián)絡(luò)與調(diào)度指揮通道。
系統(tǒng)可采取有線/無線相結(jié)合方式進(jìn)行信號中繼與傳輸。無線通信網(wǎng)絡(luò)采用自組織、自愈合方式快速形成多跳鏈狀或網(wǎng)狀網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無線通信距離不小于2000 米，具有快速部署、高帶寬、低時延、性強(qiáng)等特點。井下救援人員，通過佩戴礦用無線終端，將現(xiàn)場的實時圖像、語音、環(huán)境參數(shù)等信息實時回傳到指揮平臺，調(diào)度指揮人員可以實時了解現(xiàn)場情況并對現(xiàn)場人員進(jìn)行調(diào)度指揮。
4.4 系統(tǒng)功能應(yīng)用
WIFI井下無線通訊系統(tǒng)具有較好的性和穩(wěn)定性，內(nèi)有系統(tǒng)狀態(tài)顯示、開關(guān)控制、號碼注冊管理、撥號權(quán)限設(shè)置、通話日志記錄、參數(shù)設(shè)置等多項操作功能。系統(tǒng)管理員可以利用系統(tǒng)的狀態(tài)顯示和開關(guān)控制進(jìn)行系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，通過號碼注冊管理進(jìn)行用戶的注冊和刪除;可以通過撥號權(quán)設(shè)置和通話日志等功能進(jìn)行呼叫權(quán)限和優(yōu)先通話設(shè)置等，記錄通話號碼、時間、時長等數(shù)據(jù);在管理員登陸主系統(tǒng)后，可以將系統(tǒng)的基本參數(shù)和系統(tǒng)配置進(jìn)行修改和設(shè)定。除了上述語音功能外，WIFI網(wǎng)絡(luò)作為煤礦井下的數(shù)據(jù)傳輸通道，還可以將無線視頻、無線檢測、監(jiān)管、控制等多種終端接入，給數(shù)字化礦山建設(shè)提供了良好的基礎(chǔ)設(shè)施。
5.基于WIFI技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的發(fā)展前景
無線網(wǎng)絡(luò)具有多種優(yōu)點，尤其是方便快捷和高效率最為突出，使得幾年來無線AP的應(yīng)用越發(fā)廣泛。WIFI 技術(shù)價格低廉，有較強(qiáng)的可移動性，此外還有很多優(yōu)勢讓其成為高速有線接入技術(shù)中必不可少的補(bǔ)充部分，在有線接入需無線延伸的領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。WIFI 技術(shù)在寬帶應(yīng)用上作為高速有線接入技術(shù)的補(bǔ)充，因各方面因素存在一定差異。WIFI通信技術(shù)雖然在漫游、切換、安全、干擾等方面與3G通信技術(shù)有差距，但是從覆蓋范圍、傳輸速率、基本業(yè)務(wù)類別、可移動速率、前向擴(kuò)展等多方面綜合分析，WIFI與3G兩者相互補(bǔ)充、有效結(jié)合，將會是未來的發(fā)展趨勢。由于WIFI具有寬帶數(shù)據(jù)接入和以太網(wǎng)傳輸?shù)膹?qiáng)大功能，所以，煤礦綜合自動化數(shù)據(jù)傳輸、光纖環(huán)網(wǎng)對接以及多網(wǎng)合一的網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，都可以使用WIFI技術(shù)。在目前解決煤礦寬帶數(shù)據(jù)通信的問題上，WIFI通訊是最為可行的方法之一。
6.結(jié)束語
煤礦井下工作環(huán)境惡劣，要保持信號正常接收比較難，長期使井下無線通訊處于窄頻范圍內(nèi)，嚴(yán)重阻礙了煤礦井下作業(yè)的開展。WIFI無線通訊的應(yīng)用，解決了井下通信、監(jiān)測等問題，更好的實現(xiàn)了煤礦井下的無線通信及煤礦作業(yè)安全。
煤礦井下論文:煤礦井下供電自動化改造過程中暴露的問題及對策
摘要：雖然自動化給煤礦井下供電系統(tǒng)帶來了不少便利，但是由于煤礦本身井下的特殊環(huán)境影響，再加上員工技術(shù)水平有限、資金不足等因素，自動化在煤礦的實際運(yùn)用中還是非常有限的。文章對自動化在煤礦中遇到的各方面阻礙加以分析和解決，使自動化更廣泛地運(yùn)用于煤礦井下供電系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：煤礦；井下供電系統(tǒng)；自動化改造；越級跳閘；供電性
本文主要對煤礦井下供電系統(tǒng)的實際情況加以分析，針對其現(xiàn)有的應(yīng)用情況和實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題加以研究，并對其優(yōu)化和改造情況，著重闡述怎樣使自動化更廣泛地為煤礦井下供電系統(tǒng)服務(wù)。經(jīng)過對現(xiàn)有狀況和問題的分析，歸納解決，總結(jié)下一步如何做，才能使自動化在煤礦井下得到合理應(yīng)用。
1 過去煤礦井下供電系統(tǒng)存在的問題
煤礦供電系統(tǒng)是一個非常巨大的系統(tǒng)，并且煤礦采掘工作也是持續(xù)性的，礦井面積不斷多方向延伸，供電系統(tǒng)也要隨之而擴(kuò)大，系統(tǒng)中各枝節(jié)越來越多而復(fù)雜，供電系統(tǒng)暴露的問題也越來越多。
1.1 大規(guī)模掉電導(dǎo)致的問題
掉電在電力系統(tǒng)中屬于常見問題，但是如果出現(xiàn)大規(guī)模掉電，那問題就嚴(yán)重了，不僅耽誤工程進(jìn)度，還可能導(dǎo)致設(shè)備被淹或者瓦斯積存。但是傳統(tǒng)的煤礦供電系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)大面積掉電，工作人員往往措手不及，由于煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，供電系統(tǒng)分支又比較多，且相離都比較遠(yuǎn)，即便有應(yīng)急預(yù)案，等待專業(yè)電工去各配電室一臺一臺送電，才能使采掘工作繼續(xù)運(yùn)作，既費(fèi)時又費(fèi)力。在停電期間，風(fēng)車、水泵等設(shè)備都處于停止工作狀態(tài)，采掘工作面很容易出現(xiàn)設(shè)備被淹、瓦斯積存等重大事故。
1.2 越級跳閘
以往的煤礦供電系統(tǒng)上下級的配電室的保護(hù)器相互之間不夠匹配，保護(hù)器設(shè)置不夠完善，反應(yīng)遲鈍，一旦出現(xiàn)問題，上下級配電室的保護(hù)器會由于短路導(dǎo)致電流一塊達(dá)到速斷整定值，是上下級保護(hù)器在還沒有辨別到底是哪里出現(xiàn)了短路故障的時候，就全線動作，造成更大規(guī)模范圍的停電現(xiàn)象，出現(xiàn)更大的事故后果。
1.3 開關(guān)不能區(qū)分故障原因
電壓波動和母線失壓，是兩種區(qū)別很大的線路故障，像因為某種故障或者雷電而發(fā)生的電壓波動，導(dǎo)致失壓脫扣，這種情況開關(guān)本身區(qū)分不了是母線失壓還是電壓波動，從而該停電的地方停了，不該停電的地方也停了，加大了停電范圍，事故的影響范圍也更大了。
1.4 漏電保護(hù)力度不足
過去的保護(hù)器的漏電保護(hù)采取的方案比較少而且單一，對于定制調(diào)整也很粗劣，一旦出現(xiàn)漏電，漏電保護(hù)就沒辦法對其進(jìn)行精密的整定，這樣一來高壓漏電保護(hù)起不到任何作用，就像不存在一樣，沒有實際意義。
2 優(yōu)化改造煤礦井下供電自動化的目的
（1）越級跳閘產(chǎn)生的后果極其嚴(yán)重，所以要徹底避免這種情況的發(fā)生，利用供電自動化技術(shù)建立電力監(jiān)控系統(tǒng)，防止越級跳閘的發(fā)生。有了電力監(jiān)控系統(tǒng)，井下的配電室和配電點都可以同時得到監(jiān)控，而且還能利用高科技基因圖譜識別模式光纖差動原理，對因為短路故障而導(dǎo)致的越級跳閘現(xiàn)象能夠有效的控制并從根本上解決。我們主要采取的手段就是改進(jìn)優(yōu)化上下級配電室之間相互連接彼此的聯(lián)機(jī)開關(guān)的綜合保護(hù)器，對保護(hù)器在技術(shù)層面加進(jìn)改造后，可以讓保護(hù)器擁有聯(lián)絡(luò)線縱差的功能。這樣一來從根本上解決越級跳閘問題的方式就是堅決保護(hù)級聯(lián)開關(guān)，并且保護(hù)的方式以縱差保護(hù)為主、過流保護(hù)為輔；（2）提高供電性，高壓防爆開關(guān)要更加精準(zhǔn)和穩(wěn)定，從根本上解決由于電壓的不穩(wěn)定來回波動而造成大范圍的停電現(xiàn)象問題，從而避免發(fā)生人力與財力的浪費(fèi)；（3）高壓配電室歸納選漏；（4）電度計量，以利于以后的管理和考核；（5）建立遠(yuǎn)程監(jiān)督監(jiān)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)故障，地面調(diào)度中心就能遠(yuǎn)程操作，不需要人工一一送電。同時也要保障井下線路系統(tǒng)要多方位保護(hù)到位，提高性，這樣就有效地節(jié)省了人力浪費(fèi)和時間資源；（6）電網(wǎng)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)與礦井綜合自動化平臺數(shù)據(jù)共有。
3 井下供電自動化現(xiàn)有的問題
及時，以往的井下供電系統(tǒng)，如果出現(xiàn)低電壓，也只是讓代風(fēng)車電壓器跳閘，停電面積也小，比較好處理。但是供電自動化改造之后，廠家的保護(hù)器技術(shù)不過關(guān)，不止代風(fēng)車電壓器跳閘，進(jìn)線、饋出線、換線都跳閘，停電面積加大了不少，處理起來也費(fèi)時費(fèi)力。
第二，供電自動化改造后，由于廠家技術(shù)能力有限，保護(hù)器整定設(shè)置不完善，如果出現(xiàn)系統(tǒng)接地，不僅造成代移變的高壓開關(guān)漏電保護(hù)動作跳閘，還會造成部分進(jìn)線、環(huán)線也跳閘，停電面積加大，事故原因調(diào)查和處理都更難。
第三，自動化雖然比較節(jié)省人力物力，但是畢竟跟人的智能比起來還是有差距，由于供電自動化保護(hù)器設(shè)計存在弊端，在使用過程中曾很多次都發(fā)現(xiàn)，開關(guān)一直不停的進(jìn)行合閘，若是沒有工人對其處理，合閘動作就會一直持續(xù)，直至開關(guān)損壞，甚至發(fā)生火情，對井下環(huán)境構(gòu)成一定的危險。
第四，一旦供電保護(hù)器發(fā)生死機(jī)，那么這個保護(hù)開關(guān)就形同虛設(shè)，遠(yuǎn)程也無法進(jìn)行操作處理，就會埋下事故隱患。
第五，井下還有反送電的高壓開關(guān)，這個沒有操作電源，一旦發(fā)生大范圍的停電，不能對其遠(yuǎn)程操作，需要人工送電，處理時間增加，勢必增加了停電帶來的影響。
第六，供電自動化的監(jiān)測分站電源與供電系統(tǒng)不同，掉電了卻還可以運(yùn)行，電池用完才知道掉電，而此時通訊也會斷掉，極大地影響了供電自動化的正常順利運(yùn)行。
第七，在供電自動化系統(tǒng)中，低壓饋電由于種類太多，并且大多數(shù)低壓饋電的低壓防爆總開關(guān)由于缺失通訊接口，沒有可以正常使用的通訊接口，那么就不能及時連入監(jiān)控系統(tǒng)，從而不能實現(xiàn)自動化。
第八，煤礦對于自動化資金投入較少，并且投入使用后不及時檢查更換，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)問題。（1）由于人們對于新技術(shù)的認(rèn)識不足，對自動化不夠看中，所以對自動化的資金投資就比較少，這樣一來不僅影響正常自動化帶給人們的便利，不能使自動化實現(xiàn)其價值，導(dǎo)致資源的再次浪費(fèi)。由于資金不足使自動化設(shè)備不夠完善，這樣就導(dǎo)致像有些配電室完成了自動化而有些配電室沒有完成自動化，如果下級配電室沒有完成自動化，那么上級配電室就無法對其遠(yuǎn)程操控，如果上級配電室沒有完成自動化，就導(dǎo)致它的下級都無法自動化操作，這樣一來還是需要人工操作分合閘，對已經(jīng)實現(xiàn)自動化的配電室造成一些浪費(fèi)；（2）煤礦的投入資金由于配比不合理以及一些電路管理部門的管理不當(dāng)，對配電室的各項設(shè)備不能及時檢查維護(hù)及更新，導(dǎo)致配電室各項設(shè)備及配件年久失修而老化，不僅極大的影響了配電室的正常運(yùn)作，還導(dǎo)致配電室設(shè)備較差而不能滿足自動化的要求；（3）煤礦井上和井下之間的網(wǎng)絡(luò)連接不夠緊密，一旦出現(xiàn)斷電情況，井上的地面調(diào)度中心就與井下的供電自動化后臺失去了聯(lián)系，導(dǎo)致通訊中斷，從而使自動化失去可操作性，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作送電，還得人工進(jìn)行恢復(fù)送電。
第九，日常維修人員技術(shù)能力和素質(zhì)都比較差。原有的煤礦井下供電系統(tǒng)的管理和工作人員，大部分都是老員工，思維和知識都比較傳統(tǒng)，對于自踴高科技的認(rèn)識和運(yùn)用都有非常大的欠缺，甚至供電自動化改造后也不會使用和維護(hù)，對于自動化系統(tǒng)的突發(fā)性事故沒有足夠的應(yīng)變能力，也沒有能力對自動化設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù)。
4 怎樣解決煤礦井下自動化存在的問題并更好地利用自動化
（1）保護(hù)器是常出現(xiàn)問題的關(guān)節(jié)，對保護(hù)器的技術(shù)加以改進(jìn)，解決頻繁合閘等問題，降低供電事故發(fā)生率；（2）自動化作用強(qiáng)大，加大資金與人力力度來維護(hù)系統(tǒng)，“兩化”項目也要加強(qiáng)完善；（3）對自動化工作人員加強(qiáng)培訓(xùn)；（4）自動化系統(tǒng)中管理制度要加強(qiáng)，規(guī)范操作，及時檢修。
5 結(jié)語
自動化為煤礦產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展帶來巨大的便利與進(jìn)步，對于傳統(tǒng)煤礦供電系統(tǒng)也帶來跨越性的發(fā)展，一定要正視現(xiàn)在應(yīng)用中存在的問題，研究解決才能讓自動化為其發(fā)展帶來更大的便利。
作者簡介：付勇（1983-），男，河北唐山人，神華神東煤炭集團(tuán)公司柳塔煤礦助理工程師，研究方向：煤礦井下供電、供排水。
煤礦井下論文:煤礦井下電網(wǎng)提高功率因數(shù)措施的可行性
摘 要煤炭是一種不可再生的能源礦產(chǎn)，其是由幾千萬年前的樹木沉淀在泥土之中，經(jīng)過各種形式的分解以及重組而形成的一種礦產(chǎn)資源，因為煤炭利用容易以及儲存量大等特點被廣泛的應(yīng)用與人們的日常生產(chǎn)與生活之中。煤礦開采作為煤炭能源的來源，因為煤炭儲存地點往往處于地下較深的位置，開采具有一定的難度，需要地下作業(yè)，在開采之中，僅憑人力是不可能的，需要各種先進(jìn)設(shè)備的輔助與幫忙，這些先進(jìn)設(shè)備往往又需要著電力作為能源驅(qū)動。而在地下深處，電力運(yùn)輸較為困難，就存在著電力功率不足等問題，阻礙著煤炭開采的順利以及高效進(jìn)行，為了提高煤礦井下的開采效率，就需要提高井下電網(wǎng)的功率因數(shù)。
【關(guān)鍵詞】功率因數(shù) 視在功率 無功功率
1 功率因數(shù)的定義
對于功率因數(shù)這個定義來講，通常被應(yīng)用與計算電力損耗之中，在井下的供電系統(tǒng)之中，存在多種計算參數(shù)，其中最為主要的計算參數(shù)包括了有功功率、無功功率以及視在功率，而所謂功率因數(shù)就是有功功率與視在功率所形成的比值。
因為直接形容這個功率因數(shù)太過抽象，讓人十分難以深刻理解，所以采用一個相對而言比較簡單的線路模型圖來對線路之中的幾個重要參數(shù)進(jìn)行描述，從而表現(xiàn)功率因數(shù)的存在。在這個線路模型圖之中，一共存在三個指數(shù)為R、L、C，其中R為總負(fù)載，L則為總電感，C是總電容，所表現(xiàn)的如下圖1中的內(nèi)容。
通常而言其中的電感電壓超前電流為90°，電容電壓滯后為90°，i則代表了線路之中的電流，那么有如下方程式。
i=Im sin wt
uR=URm sin wt=RIm sin wt
uL=ULm sin（wt+90°）=XLIm sin（wt+90°）
uC=UCm sin（wt-90°）=XCIm sin（wt-90°）
在基于霍爾電壓定律的基礎(chǔ)之上，形成了這樣一個公式：
u=uR+uC+uL=Um sin（wt+φ）
最終我們可以得出：瞬時功率為P、平均功率代表為P、無功功率表示為Q、視在功率表示是S，則最終可以用一個三角形來表達(dá)他們之間的功率關(guān)系。
2 提高供電網(wǎng)功率因數(shù)的意義
2.1 提高設(shè)備的利用率
在煤礦井下的開采工作之中，所要利用到的很多設(shè)備因為電網(wǎng)功率因數(shù)的原因，沒有處于的利用效率之上，如果能夠有效的提高供電網(wǎng)的功率因數(shù)，則能夠有效的提高設(shè)備利用率，此舉不僅僅減少了電力資源的損耗，同時也提高了煤礦開采的效率與質(zhì)量。開采設(shè)備在工作之中所提供的動力是由發(fā)動機(jī)所提供的，發(fā)動機(jī)作為開采設(shè)備的主要動力設(shè)備，其決定了開采設(shè)備的利用率，通常情況下，在發(fā)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計時，會將發(fā)動機(jī)按照視在功率S來進(jìn)行設(shè)計，因此如果實在額定的電流以及電壓之下，在開采設(shè)備正常運(yùn)行之中，如上述所得公式表達(dá)，發(fā)動機(jī)所輸出的有功功率與所接負(fù)載的功率因數(shù)有著非常直接的關(guān)系，那么就可以有效的得出，如果功率因數(shù)為1，其所接的負(fù)載為電阻性負(fù)載之時，發(fā)動機(jī)所輸出的有功功率是與其設(shè)計時的視在功率相同的，但是如果其所接的負(fù)載為感性負(fù)載之時，那么此時的功率因數(shù)就低于1，那么此時的發(fā)動機(jī)所輸出的有功功率是低于設(shè)計時的視在功率的，就造成了利用率的降低，因此提高供電網(wǎng)功率因數(shù)，能夠有效的提高設(shè)備的利用率。
2.2 降低供電網(wǎng)損耗
在談及煤礦井下電網(wǎng)損耗時，通常情況下，電網(wǎng)損耗的較大影響因素就是線路損耗，這是由于電力所要經(jīng)過線路的傳輸?shù)侥繕?biāo)地點，其線材是具有導(dǎo)電性能的，只要是具有導(dǎo)電性能的物品就具有電阻，因為電阻的存在會出現(xiàn)線路上電能的損耗。當(dāng)功率因數(shù)較低時，其線路損耗會隨之增加，在這種情況之下，加大功率因數(shù)，就能降低線路損耗，從而提高發(fā)電設(shè)備的電力壓力，使更多設(shè)備得到充足的電力供應(yīng)，與此同時又能提高電能的利用效率，從而降低煤礦井下開采的電能成本，幫助煤礦節(jié)約資源，促進(jìn)煤礦的良性發(fā)展。
3 無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)
3.1 并聯(lián)移相電容器組方法
通過上述對于功率因數(shù)的介紹可以了解到功率因數(shù)是有功功率與視在功率形成的比值，因此如果可以采取一定的方法降低無功功率那么將在側(cè)面提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。在并聯(lián)移相電容器組這個無功補(bǔ)償方法之中，可以采用電容器所產(chǎn)生的無功功率去彌補(bǔ)電感負(fù)載所需要的無功功率，從而能夠充分降低低電網(wǎng)所需要的無功功率，由此來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)。
在這種方法之下有優(yōu)點也有其缺點，優(yōu)點在于因為是采用了電容器來進(jìn)行無功功率的降低，因此其相對而言沒有震動與噪音，并且資金投入規(guī)模并不大，所需要的維護(hù)措施比較單，在整個方法的進(jìn)行步驟較少，方法進(jìn)行的也比較簡潔，被很多煤礦井下電網(wǎng)工作者所廣泛使用。但是也存在著其缺點，就是其降低無功功率有著明顯的刻度劃分，因此很難根據(jù)現(xiàn)實情況進(jìn)行的無功功率調(diào)節(jié)，導(dǎo)致的功率因數(shù)沒有辦法形成的數(shù)據(jù)，而且電容器需要一個相對穩(wěn)定的工作環(huán)境，所以在煤礦井下的環(huán)境中，容易受到干擾，從而發(fā)生電容器不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致功率因數(shù)提升出現(xiàn)問題。
3.2 同步調(diào)相機(jī)方法
同步調(diào)相機(jī)不僅僅能夠產(chǎn)生無功功率，并且在其工作之中也會消耗無功功率，從而提高井下電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機(jī)可以視為是一個容量大的空載運(yùn)行發(fā)電機(jī)，其在工作之中，會根據(jù)其容量大小，產(chǎn)生相應(yīng)程度上的無功功率，而又在欠勵磁的時候，對無功功率進(jìn)行消耗，可以說是一個自產(chǎn)自銷的方法。
同步調(diào)相機(jī)方法的優(yōu)點在于因為其是根據(jù)自身來產(chǎn)生無功功率并且消耗無功功率，可以對產(chǎn)生的無功功率進(jìn)行相當(dāng)精細(xì)的調(diào)整，從而實現(xiàn)功率因數(shù)的細(xì)微調(diào)整，實現(xiàn)化的一種的功率因數(shù)，在設(shè)定好程序之后，甚至可以在一定程度上自動進(jìn)行調(diào)整。其缺點在于，同步調(diào)相機(jī)是一種相當(dāng)巨大的設(shè)備，在一般的煤礦井下都難以施展，因此其所使用的環(huán)境受到了嚴(yán)格的限制，通常實在大型變電所之中進(jìn)行工作運(yùn)轉(zhuǎn)。
4 結(jié)語
對于煤礦井下工作而言，在保障安全的前提下，要進(jìn)行成本以及效率的提升，從而才能在市場競爭激烈的情況下，占據(jù)有利地位，實現(xiàn)煤礦開采與勘探企業(yè)的良性發(fā)展，促進(jìn)整個行業(yè)前進(jìn)。
作者單位
邯鄲市孫莊采礦有限公司 河北省邯鄲市 056200
煤礦井下論文:煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)探析
摘 要：在工業(yè)化持續(xù)發(fā)展的過程中，煤礦能源發(fā)揮了重要的作用，如何確保煤礦開采的安全性是困擾煤礦企業(yè)的重要問題。在分析煤礦井下巷道具體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)提高巷道的承載力，其主要是通過井下開拓、掘進(jìn)巷道途徑來實現(xiàn)提高巷道的抗壓能力。文章將煤礦巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)分為可伸縮性支架支護(hù)、錨桿支護(hù)、礦用支護(hù)型鋼、礦用錨索支護(hù)等技術(shù)類型。
關(guān)鍵詞：井下巷道；煤礦；頂板支護(hù)技術(shù)；掘進(jìn)
安全是煤礦生產(chǎn)開采過程中的重中之重，近年來，煤礦巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了煤礦巷道的抗壓能力及承載負(fù)荷，同時該技術(shù)還能夠降低采空區(qū)的壓力，進(jìn)而降低了事故的發(fā)生概率。下文就煤礦井下巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的類型做了簡單分析，在煤礦開采環(huán)境越來越惡劣、開采難度不斷增加的情況下，提出了對煤礦井下巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)的管理意見，大力引進(jìn)新技術(shù)，保障煤礦開采過程的安全，進(jìn)而推動煤礦企業(yè)的健康發(fā)展。
一、煤礦井下巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)分析
（一）錨桿支護(hù)技術(shù)
錨桿是支護(hù)的一種形式構(gòu)造，錨桿支護(hù)由托板、錨桿桿體、鋼帶、網(wǎng)等部件構(gòu)成，在礦井巷道支護(hù)中發(fā)揮著抗剪與抗拉的作用。錨桿支護(hù)的原理是通過緊固螺將錨桿的承載壓力分散到構(gòu)件體上，以便擴(kuò)散到整個巖層，提高了錨桿的承載能力，而且?guī)r層在托板的作用下變形程度減小，有效防止巖層的破裂、垮塌，確保開采人員的生命及財產(chǎn)安全。
（二）礦用支護(hù)型鋼
在惡劣的煤礦井下環(huán)境中，工作人員需要借助礦用支護(hù)型鋼對煤礦井下巷道進(jìn)行支護(hù)，此時需要保障支護(hù)型鋼良好的抗拉、抗壓、抗剪切性能。在使用煤礦井下巷道的具體過程中，一般情況下，巷道的位移較大，這是由于礦層地質(zhì)構(gòu)造及掘進(jìn)切面兩方面發(fā)生了變化，導(dǎo)致兩個方向發(fā)生位移，由此可見，該現(xiàn)狀對支架本身的承載力有較高的要求。另外，要將巷道支護(hù)滑移及定位要求考慮在內(nèi)，礦用鋼的抗彎截面模量必須滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)及要求。
（三）礦用錨索支護(hù)技術(shù)
錨索作為錨桿的一種，從加固拱理論上講，它能使直徑更大的巷道圍巖成為整體，從而增強(qiáng)其自身的承載能力。從懸吊理論上分析，它更適合圍巖懸吊于穩(wěn)定的老頂中，以確保巷道支護(hù)的性。錨索的作用主要有兩點：及時，將錨桿支護(hù)形成的次生承載結(jié)構(gòu)與深部圍巖相連，提高次生承載結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時充分調(diào)動深部圍巖的承載能力，使更大范圍內(nèi)的巖體共同承載；第二，錨索施加較大的預(yù)緊力，可擠緊和壓密巖層中的層理、節(jié)理裂隙等不連續(xù)面，增加不連續(xù)面之間的抗剪力，進(jìn)一步提高圍巖的整體強(qiáng)度。
（四）伸縮性能良好的支架
金屬支架的承載能力較其他材料更強(qiáng)，主要體現(xiàn)在工作承載及極限承載方面。煤礦井下可縮性支架在收縮過程中表現(xiàn)出的是實際承載能力，影響其實際負(fù)載能力的主要原因有器件連接狀況、支架的整體構(gòu)造。兩種承載力中極限承載能力的剛性過程會影響煤礦伸縮性支架的可變性，所以，判斷伸縮性支架的狀態(tài)，就是實際承載能力與極限承載能力的差異，當(dāng)極限承載能力高于實際承載能力時，兩者間的差異最小。
二、強(qiáng)化對煤礦巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)的管理措施
（一）提高從業(yè)人員的素質(zhì)
煤礦開采過程中，從業(yè)人員是主體也是安全管理中的重要因素，從業(yè)人員的的綜合素質(zhì)對工作進(jìn)程的影響較大。在掘進(jìn)工程施工前，要對相關(guān)人員做好技術(shù)培訓(xùn)工作，在理論及技術(shù)知識的學(xué)習(xí)中，積累工作經(jīng)驗，理解操作行為，熟悉頂板支護(hù)技術(shù)管理常識，同時認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)的規(guī)章制度，開展崗前訓(xùn)練，組織實際演練，實行輪訓(xùn)制度，舉辦特訓(xùn)活動，增強(qiáng)從業(yè)人員的實際操作能力，同時加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)，在進(jìn)入掘進(jìn)工程施工現(xiàn)場前，要召開安全動員大會。
（二）提高支護(hù)技術(shù)水平
煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)施工前，針對頂板支護(hù)施工，提出具體的支護(hù)方案、掘進(jìn)配套方案、巷道開工預(yù)留方案以供選擇，將煤礦巷道支護(hù)所需要的材料、材料數(shù)量以及具體的尺寸等提前計劃清楚，將支護(hù)操作規(guī)范加以明確。在遇到巷道重疊地應(yīng)力大及地質(zhì)復(fù)雜的巷道，采用錨網(wǎng)、錨索及噴漿之后再架設(shè)鋼梁棚支護(hù)。在安裝支護(hù)層的時候，將確保支護(hù)層的承載能力作為核心要求，盡可能保障架棚鋼梁與巷道頂板及巷壁之間能夠擁有較大的接觸面積，保持接觸面的平整，使支護(hù)體的支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到較大值。
（三）積極引進(jìn)新技術(shù)、新工藝
隨著我國科技水平的不斷提高，自動化技術(shù)在工程建設(shè)及工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，因此煤礦井下巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)也要有相應(yīng)的改進(jìn)，今后巷道掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)將朝著機(jī)械化與自動化的方向發(fā)展，煤礦企業(yè)針對當(dāng)前支護(hù)技術(shù)發(fā)展的實際情況與發(fā)展趨勢，以及井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)工藝鋪設(shè)的發(fā)展情況，組織工程技術(shù)人員成立頂板支護(hù)研究小組，積極吸納新技術(shù)、新工藝，進(jìn)一步擴(kuò)大以綜合掘進(jìn)系統(tǒng)為代表的新設(shè)備、新工藝的應(yīng)用范圍。
三、結(jié)語
綜上所述，煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)是煤礦開采工作順利進(jìn)行的保障，在煤礦巷道中，動載荷沖擊及疲勞磨損等都是由頂板支護(hù)來承受的，為了促進(jìn)煤礦井下巷道掘進(jìn)頂板支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，還需進(jìn)一步提高支護(hù)技術(shù)水平，提高頂板支護(hù)的抗壓能力、承載能力，同時要對工作人員做好相應(yīng)的培訓(xùn)及安全教育工作，大力引進(jìn)先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)，確保煤礦開采人員的人身及財產(chǎn)安全，促進(jìn)煤礦企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
