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煤矿井下论文:煤矿井下无线通信论文
1矿用无线通信技术现状
1．1WiFi无线通信技术
WiFi无线通信技术采用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）正交频分复用技术，其优势在于具有较高的数据带宽，低廉的设备成本，同时使用2．4GHz的公共频段，不需要复杂的审批手续。但WiFi技术不属于国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）规定的移动语音通信标准，不具备规模组网通信的理论基础与技术标准，其定位就是短距异步宽带数据无线接入。由于WiFi采用的是短码扩频技术，只适合视距无遮挡点对点直线通信，而对矿井这种遮挡严重，多径反射剧烈，场强衰落快速变化的现场，将直接导致WiFi的通信距离大大缩短。WiFi通信技术所使用的通信体制、占用带宽、调制方式与目前煤矿井下人员定位系统的RFID和ZigBee相同或近似，使得系统之间会产生严重的电磁干扰，严重的还会使系统瘫痪。
1．2TD－SCDMA无线通信技术
TD－SCDMA技术是ITU的第三代移动通信空间接口技术规范之一。TD－SCDMA的特点是上下行同频段，通过时隙配置为上下行信道提供无线承载。TD－SCDMA可支持速率为8kbit／s～2Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。TD－SCDMA系统采用时分双工模式，它的一个载波占用1．6MHz的带宽，仅能提供速率为2Mbit／s的3G数据业务。并且在产业链方面TD－SCDMA不够成熟，终端数量较少。目前，TD－SCDMA矿用通信系统采用BBU（BuildingBasebandUnit）＋RRU（RadioRemoteUnit）拉远方式，BBU部署在地面，RRU作为井下无线站点部署在井下，地面与井下采用私有的IR接口，必须使用裸光纤，无法直接使用井下工业以太环网，且当BBU出现故障时，会导致全网无法工作。某个中间RRU故障会导致整个链上的RRU无法工作，维护、扩容较为困难。
1．3WCDMA无线通信技术
WCDMA技术是ITU正式的第三代移动通信空间接口技术规范之一，是集CDMA、FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分多址）技术优势于一体、系统容量大、抗干扰能力强的移动通信技术［4］。WCDMA发展空间较大，技术成熟性，有较高的扩频增益，可支持速率为8kbit／s～5．76Mbit／s的语音、互联网等所有的3G业务。WCDMA作为产业链最为成熟、网络部署最为广泛、终端最为丰富的3G技术，其网络除能实现语音通信功能外，还可提供高速率数据和图像传输功能。但是，传统WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难大。
1．4Femtocell无线通信技术
1．4．1Femtocell技术简介Femtocell又可称为毫微微小区、家庭基站［5］，是近年来根据3G发展和移动宽带化趋势推出的低功率、超小型化移动基站。Femtocell使用IP协议，通过用户已有的ADSL、LAN等宽带电路连接，远端由专用网关实现从IP网到移动网的联通。它的大小与ADSL调制解调器相似，具有安装方便、自动配置、自动网规、即插即用的特点。1．4．2Femtocell技术优势（1）可覆盖宏小区不能覆盖的地方。（2）可以减少来自于宏小区基站的高功率开销并提高宏小区基站的性能。（3）辐射更低，手机电池也更耐用。（4）为固网与移动网融合提供了一个理想的解决方案。Femtocell的网络架构。目前业界主流的设备商主要采用的是把NodeB和RNC（RadioNetworkController，无线网络控制器）功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由Femtocell网关提供标准的Iu接口。更进一步的扁平化架构可以把SGSN（ServingGPRSSupportNode，GPRS服务支持节点）／GGSN（GatewayGPRSSupportNode，网关GPRS支持节点）等功能集成于Femtocell接入设备。扁平化架构的优势是它符合下一代移动网络的发展趋势。由于独立节点的减少，使得网络端到端时延大大降低（降低40％左右），从而大大增强用户在使用高速数据业务和实时业务时的体验。同时，节点的减少也大大提高了网络的性。
2基于Femtocell的矿用
WCDMA无线通信系统传统的矿用CDMA－2000，TDS－CDMA以及WCDMA系统总体造价相对较高，不利于大规模推广，而且井下巷道错综复杂，其无线信号的全矿井无缝覆盖困难极大；但随着Femtocell技术的应用，使得WCDMA无线技术应用到煤矿井下变得简单。针对煤矿井下的环境特点，提出了一种基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统。从图2可看出，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统采用现有的IP网络传输，Femtocell通过工业以太网与地面主系统相连，井下通信的网络架构可采用标准的Femto网络架构，实现井下、井上通信的结合，传输使用矿区已经部署的井下工业以太环网。Femtocell基站集成了NodeB（即移动基站，一般由控制子系统、传输子系统、射频子系统、中频／基带子系统、天馈子系统等部分组成）和RNC的功能，它通过SIP（SessionInitiationProtocol，会话初始协议）／IMS（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体系统）连接到地面核心网络（核心网包括移动交换中心MSC和用户归属位置寄存器HLR等），核心网络采用WCDMA专网的自建核心网。
2．1系统的关键技术
2．1．1即插即用Femtocell所扮演的角色类似于终端设备，因此，其使用方法必须简单明确，安装好Femtocell基站后，只要接通电源和网络就可以使用。Femtocell和服务器之间必须能自动完成IP连接和IP分配，能够进行远程的自动软件升级、自动网络规划（包括最小干扰频点的选择、扰码的自动分配、邻区列表的自动创建及发射功率的自动调整）。2．1．2接入控制接入控制主要有3个层面：①接入层的UE（UserExperience）接入鉴权。用户必须可以设置Femtocell的接入模式，如是否允许所有用户接入、能否设置不同的接入用户、Femtocell信号是否可以独享等。因此，Femtocell必须设置一个白名单编辑功能，以满足对Femtocell接入终端的控制。②Femtocell基站设备的接入控制。服务器要能够监控Femtocell基站的使用，并控制其IP接入。目前主要采用在Femtocell基站内置一张类似于SIM卡的信息鉴权设备，运营商可以在SIM卡上烧制相应的鉴权信息。③核心网3GPP标准的UE接入鉴权。Femtocell对用户的接入必须满足3GPP对3G的各项标准规定［6］。2．1．3IP传输网络质量要求因为Femtocell是通过IP网络实现与核心网的连接，因此，如何保障业务的QoS服务等级，特别是语音业务的QoS要求非常关键。因此，对于IP传输网络需要有一定的性能要求，如对满足语音业务、满足视频电话及PS384K业务在时延、抖动、丢包率、带宽等方面的指标均有低要求。2．1．4时钟同步技术Femtocell基站主要通过接收周围宏基站信号来提取同步时钟信号，如果Femtocell处于孤岛环境，就需要通过自身的时钟振荡器来获取时钟。
2．2系统优势分析
综合了Femtocell技术与WCDMA技术的特点，基于Femtocell的矿用WCDMA无线通信系统主要有以下优势。（1）组网灵活。由于系统采用Femtocell技术和小型化设备，且可即插即用，系统安装维护方便，组网更加灵活。（2）稳定。系统内设备采用电信级标准设计，确保系统性。无线资源池共享技术的应用使得系统稳定性和性大大提高，且满足突发情况下设备的资源需求；在正常情况下，设备运行负荷均衡，工作状态稳定。（3）业务丰富。系统不仅支持基本的高质量语音通信和短信业务，而且基于WCDMA的高带宽特性，可灵活承载移动办公、无线监控、生产巡检等各种数据业务。另外，可根据数字化矿山的特点，灵活定制适应于矿山安全生产的多种移动业务。（4）兼容性高。基于Femtocell的矿用WCDMA矿用无线通信系统设备采用国际通用通信标准设计，设备可以和不同制造商生产的公网模式的WCDMA制式终端兼容；可以和多家主流设备制造商生产的用户级交换机和局用交换机互通。
3结语
随着社会的进步和科学技术的发展，我国煤炭的信息化水平已经大幅提高，矿用无线通信技术也在不断的发展以适应煤矿信息化进程，从PHS技术，WiFi技术到现在的3G技术及今后的4G技术。下一代矿用无线通信系统中，高质量的语音通信必不可少，但是其只是煤矿信息处理的小部分。随着4G网络到来，井下高清无线视频监控、无线传感器、无线数据采集、视频会议等无线业务将会是今后数字化矿山的重要标志。4G技术的引进也是下一代矿用无线通信系统的必然趋势，其将会是未来煤矿信息化的一个重要平台。
作者：徐寿泉 徐宝平 张阳太 武钰 单位：天地（常州）自动化股份有限公司 重庆邮电大学 潞安新疆煤化工（集团）有限公司
煤矿井下论文:煤矿井下随钻测量技术论文
1一般水平定向钻进钻孔轨迹
媒矿井下水平定向钻孔轨迹空间坐标作为基础，逐步实现钻孔轨迹描述与绘制作业。其操作步骤主要为：及时，依据区域特征及实际，建立钻孔轨迹空间坐标系，对钻孔轨迹所处于的实际空间位置进行确定。传统方式的地面钻孔，多会选择以地面作为参照，依据钻孔表现的方向，多将向下方向作为垂直轴，设置为Z，表示正方向，然而井下钻孔作业，不仅仅存在着垂直孔与下斜孔，还存在着近水平孔，钻有上仰孔，且其钻孔地点均位于地面以下，为方便研究与描述其钻孔钻进状态，其基本参照物多选择井下钻场，依据其参照体系，构建出垂直于轴向上为正方向的煤矿井下钻孔坐标系。第二，地面钻井作业中，其关于井斜的描述，多是选择钻孔垂直轴及轴线之间所存在的夹角作为重要参数来表示。然而煤矿井下钻孔，多选择水平面与钻孔轴线之间的仰角作为重要参数值，且考虑到地面情况与井下条件下，其X，Y轴在正反向取向上保持着一致性，然而在坐标系中，Z轴方向却存在着相反性。地面坐标系中，多将Z轴向下作为坐标系正方向，其坐标系统满足右手螺旋法则。在井下坐标系统中，则多将Z轴向上作为坐标系正方向，此时坐标系则满足左手螺旋法则。
2水平定向钻孔轨迹的基本要素
在实际开展水平定位钻孔轨迹设计操作、测量操作及数据信息处理的过程中，一般多选择钻孔轨迹L中的某一个测点作为研究的基础对象，其选择测点所相应的孔深、倾角与方位角，则被称之为水平定向钻孔轨迹的基本要素。依据相关理论，则测点数据信息仅表现了该点位置的空间位置，测点位置的切线则表示为钻进过程中的前进方向线，亦被称之为钻孔当前轴线，可以通过钻孔当前轴线、来表述测点附近一段钻孔轨迹。测量数据的处理操作与钻孔孔迹绘制，其对钻孔轴线的绘制，均是依据钻孔轴线进行操作的。为确保钻孔轨迹绘制及描述的性，要求对钻孔孔迹中存在的测点相应的孔深、倾角与方位角基本要素进行处理。在其基本要素中，理论孔深定义为：测点位置所具备的实际钻孔深度值，在近水平钻孔中，多指的是孔口位置到测点钻孔曲线之间的实际长度值，多采取钻杆进行测量，一般用L进行孔深记录；倾角：是指钻孔当前点的切线与水平面之间的最小夹角；方位角：是指钻扎当前点的切线在水平面的投影与北向(N轴)之间的夹角；设计方位钱：开孔方位线在水平面上的投影，代表钻孔深度廷伸主方向。
3煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法
本煤层预抽钻孔的布且形式预抽钻孔一般情况都布宜在煤层厚度大、透气性好、瓦斯含且高、煤层硬度较大的称定煤层中，这样不但有利于成孔和后期钻孔橡定，同时能够保障钻孔的高渗透性。有利于瓦斯的逸出。报据钻有利于瓦斯的逸出。报据钻孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布龙形式主分为走向和倾向布置两种形式。为了保障良好的抽放效果，不能使钻孔穿透工作面或从巷道穿出帆，在实施定向拐商钻孔前，孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布置戳主钻孔布t形式一般以走向或倾向平行布皿为主。在实施向拐夸钻孔后，可采用“一孔多分支”的钻孔布1形式。这样可在顺槽直接开孔，减少钻机椒运次数，提高钻进效率，同时起到“一孔多用”的效果。
4煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理方法
在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中，提出应用平均角法进行轨迹计算。为确保钻进轨迹描述的性，可以进行多点测量，降低两侧点间距，提高计算精度，这种方法计算简单，在实践应用中应用较为广泛。此外，在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中还可以采取平衡正切法。然而其方法应用精度偏低，为满足现场实际需求，本文提出应用Excel进行钻孔孔迹测量参数计算，并绘制钻孔轨迹图。Excel工具具备着强大的数据处理功能，通过测量仪器，收集测点深度、倾角与方位角等信息，通过Excel形式进行保存，采取相应的计算方式进行孔迹坐标计算，选择图表导出方式，直观获得钻孔轨迹水平及垂直投影。
5结束语
随着煤矿开采深度增加，为确保煤矿生产安全性，实现生产效率，在煤矿开采中多采取定向钻进技术，以实现对煤矿钻进工作的有效控制。在分析钻孔孔迹一般水平定向钻进、水平定向钻孔轨迹的基本要素、煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法等基础上，探究钻孔孔迹数据处理方法，典型的钻孔孔迹数据处理方法包括平均三角法、平衡正切法等，本文提出Excel法进行钻孔孔迹测量参数计算，实践证明其可行性，且效果良好。
作者：徐冠男 单位：中煤科工集团西安研究院有限公司
煤矿井下论文:绞车在煤矿井下的实用性
1防爆液压绞车技术特点
1.1其防爆性能极佳，控制系统简单，从而可以将调速电气省略。使用防爆笼式电机是最为适应煤矿井的运行环境，隔爆电器是操作电气中性能最为优良的型号，在煤矿井的易燃易爆环境下，能够有极好的适应能力。
1.2无级调速性能极其稳定，也有很好的低速运转性能。液压无级的调速技术使用之后，可以在额定范围内，随意选择其提升速度。普通绞车无法达到长时间在较大力矩的情况下稳定运行，而防爆液压绞车却可以做到。
1.3工作效率高，使用液压马达，可以直接驱动运转，减少传统工作运转中所存在的电阻箱，能够将整机的效率较大幅度提升。
1.4机械的参数可以灵活变化，得以合理匹配，根据实际使用情况，可以有更多的选择空间。例如，液压机械绞车的减速器参数能够根据其速度、载荷等因素来选择最适合的型号，可以让全液压、液压机械绞车，都可以自由选择液压马达和液压泵，从而达到的匹配效果，符合生产中重载低速、轻载高速的各种要求，将设备发挥好的效果。防爆液压绞车与传统绞车不同，它可以在功率相同的状态下，速度和拉力都有效提升，在拉力较大、速度较大的情况下，装机功率能够得以减小。
1.5体积小，结构紧密，能够节约开拓成本。马达与卷筒之间采用直联的方式，主机的轴向尺寸较短，液压系统紧凑布置，从而让整机体积缩小，减少控制接触器和电阻器的成本支出，较大限度节约了煤矿井生产的成本投入。
1.6有极好的节能效果，在煤矿井下使用的绞车为单滚筒。液压绞车使用液压的回路传动方式，在工况下放之时，系统为发电制动的状态，可以有效帮助重力势能，得以转换成电能，从而回馈给电网，以这样的方式进行操作，解决液压系统的发热情况，也可以节约电能的使用，一举多得。
1.7操作简单，且灵敏，只需要用一个手柄就可以将整个绞车的操作完成。可以选择远方操作、手动操作两种，能够让绞车的操作简单、，并且操作反应灵敏。
1.8极佳的安全保护装置，使得绞车安全。在防爆液压绞车中，安全装置有：超速、欠电压、超负荷、过卷、闸瓦间隙等，与国家相关安全规定符合。
2使用注意事项
2.1防爆液压绞车对部件的精准度要求极高，因此，在使用过程中，一定要对部件和安装情况进行检查。
2.2液压油必须要保持清洁，存放之时需要进行良好的密封，以免在使用中出现堵塞阀件，对工作运转造成影响。
2.3绞车必须有良好的冷却条件，一旦油温升高，系统泄漏会加大，导致运作异常。
2.4必须要对绞车进行每日检查，对于安全部件和其他系统组成部分都必须要确保是正常状态。定期进行保养，将所有设备组成部分都保持在运行状态。
3结语
煤矿井是一个极度危险的环境，为了避免出现电力机械爆炸事故，使用防爆液压绞车是最为明智的选择。其优良的操作性能和安全性能，必将是我国未来煤矿井生产设备的发展方向。
作者：周成远 王志强 单位：河南能源焦煤集团冯营公司
煤矿井下论文:煤矿井下避险技术与发展综述
1应急逃生技术装备
为保障在突发紧急情况下遇险人员安全逃生的需要，近年开发应用了长时自救器、补给站、应急广播、避灾路线指引系统等设施设备。长时压缩氧自救器采用循环式气路设计，呼吸阻力小，佩戴舒适，维护简单;前后封口带封装方式，安全，开启方便快捷;质量不超过4.5kg，最长防护时间120min;可随身携带或固定放置。补给站布置在避灾路线上，采用硐室或可移动舱式结构，接入矿井压风、供水管路及通信系统，内部储存一定量氧气、长时自救器、饮用水及急救用品等，具备正压维持能力，为人员逃生过程中更换自救器、补给水及伤情临时处置等提供安全空间或临时避险场所。为保障突发紧急情况下能以最简捷、快速途径通知、指导人员安全撤离，应急广播系统得到推广，并在江苏等省作为强制性要求。一些单位开发了矿井避灾指引系统，利用现有监控系统平台，通过应急通信、广播、指示牌等方式，在灾变情况下为遇险人员提供声光信号、路标指示及避险路线指引，已用于上百处矿井。
2紧急避险技术与装备
为了在突发紧急情况下为无法及时撤离的遇险人员提供一个安全的避险空间，紧急避险设施得到建设和发展，以避难硐室和可移动式救生舱为主体。由于我国确立了优先建设避难硐室的基本思路，救生舱在井下应用较少，总台数不超过1300台。为紧急避险设施的安全保障开发应用了一系列技术和装备。
2.1供氧技术与装备
在接入矿井压风管路的基础上，紧急避险设施的氧气供给主要有地面(或井下)专用钻孔、专用管路、自备氧等方式。长期避难硐室优先选择专用钻孔、专用管路供氧。随着钻进技术的发展，专用钻孔直径有逐步扩大趋势，较大680mm，可以利用该钻孔提升人员。为提高地面钻孔支持保障的及时性、有效性，应急救援车研究成功，具备空气及饮用水供给、应急电力供应、通信等功能，机动性能强、安装快捷方便。专用管路既可利用矿井现有压风系统，也可根据需要相对独立建造，但应保障抗灾变事故破坏能力，可以采用管路埋地、管路敷设保护或使用抗爆管材。有的矿井将供气、供水、通信、灾害感知管线功能集成，沿避灾路线敷设，既服务紧急避险设施，也支撑沿途设置的自救站、自救点。管线具备不低于0.5MPa的抗爆炸冲击能力，且与日常生产用系统相对独立，具有较高的安全性。避险设施自备氧源最初多采用高压氧气瓶。越来越多的矿井认识到其潜在危险性及维护管理诸多问题，化学氧源得到重视和应用，目前主要有再生氧和氧烛2种方式。再生氧装置在国外应用广泛，我国自20世纪90年代起在军事和人防工程中装备，利用超氧化物(NaO2、KO2等)药板与空气中CO2和水反应产生氧气，借助自然对流促进空气循环。由于其反应熵与人体呼吸熵基本一致，能够满足封闭环境中人体的生存需要。突出特点是:无需外加动力，药板不燃不爆，安全;存储时间长(不小于5a)，免维护，使用简单;空气质量高，具有杀菌清洁作用。中煤能源集团大屯孔庄矿和山西阳煤集团新元矿分别利用再生氧装置，在长期避难硐室进行了100人、19h和100人、48h载人试验，取得理想效果。氧烛自二次世界大战以来在美欧国家作为应急氧源得到普遍应用，在南非煤矿及我国人防工程中也有较长使用历史。其以氯酸盐(如MClO3等)为主体，添加少量催化剂、除氯剂和粘结剂，经机械混合加压成型，制成药柱，形似蜡烛。药柱上端中心装有启动剂，利用瞬间高温与启动剂接触引发分解产氧反应。随着产氧反应进行，反应面沿柱体轴向缓慢下移。由于分解产氧属放热反应，传统氧烛会产生超过300℃的表面高温，限制了其在井下的使用。新一代氧烛使用超级复合绝热技术，可将装置表面温度控制在50℃以下，为在井下使用创造了条件。具有产氧能力大，产氧平衡，不受环境温湿度影响;安全性好，无需安装，免维护;储存时限长(不小于5a)等显著特点。
2.2有害气体处理技术装备
避险设施有害气体处理可以采用通风排出或化学处理的方式。在利用钻孔、专用管路或矿井压风系统供风能够有效排出有害气体时可不另设有害处理设施。去除CO主要有贵金属催化剂、陶瓷金属整体催化剂等，低温纳米金催化剂、常温纳米金属钯催化剂的催化转化率可达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处理的方式。分散去除是将装有化学药剂的幕帘分散悬挂在避险设施内人员集中的地点，自动高效地吸收CO2，无需动力，过滤效率高，环保效果好。使用时只需将幕帘从真空袋中取出，挂在挂架上，简单方便。集中处理是利用通风机强制空气流经装有药剂的净化箱而进行空气净化。目前开发的通风机有电动、气动或人工方式，相应需要电力、高压气源或利用人力，功率30～115W，风量55～580m3/h。
2.3温湿度调节技术装备
避险时人体、设备运行、有害气体去除等都会产生热量，外界也可能有热量导入，避险设施温湿度调节措施必不可少。需要以隔热设计为基础，与热负荷计算相匹配，对温湿度调节系统进行具体设计。在围岩温度不高，采用钻孔供风、专用管路供风能有效控制环境条件的情况下可不另配降温系统及装备。近年紧急避险降温技术装备得到发展，蓄冰制冷、液态CO2制冷得到应用，相变制冷、压风制冷、化学制冷等也有试验、试用。蓄冰制冷是利用蓄冰融化吸热而降温。制冰设备主要采用电动方式，也有矿井采用压风系统驱动气动制冷机的方法。冷气排放多利用电动或气动风机强制风流通过冰柜中风道带走冷气;也有设备采用温差动力超导环流技术实现冰柜冷量与外界高效无动力循环，当外界需要冷量时打开控制装置，在超导作用下冰柜中冷量自动循环到超导散热器上，带动冷热交换。蓄冰制冷的优点是冰或水相对安全，不会带来次生灾害;缺点是冰柜体积大，平时耗能多，维护成本高。液态CO2制冷是利用CO2从液态变气态过程中大量吸热(1kg液态CO2汽化可吸收292kJ热量)而降温的方法。设备简单，工作时不需能源，防爆安全性较好，在国外煤矿井下得到较多应用。但需要储存的液态CO2量很大(1台10人救生舱需40L的CO2气瓶70个以上)，可能发生泄露、次生灾害等问题，且当温度高于31.9℃时会失去制冷作用，限制其使用范围。相变制冷是一种新型的制冷技术，利用材料相变过程中吸热实现降温。近年研究的井下相变材料主要为无机材料，相变温度24～27℃可调，相变压力为常压，相变潜热大多为160～190kJ，个别达到240kJ。相变制冷的优点是设备简单，基本不需维护，工作不耗能;缺点是占用体积及需要的散热面积大，相变材料的时间特性需进一步克服，以防止长时间存储时相关性能衰减、丧失。压风制冷是使压缩空气在涡流管中高速旋转，分离出2股不同温度的空气，一股是冷空气(低－20℃)，另一股是热空气(较高110℃)。将冷空气引入井下紧急避险设施而降温。流量为15m3/min的压风经过涡流管后可产生10kW的冷量，相当于几台立式空调。压风制冷在中煤能源集团平朔井工一矿的避难硐室中已有成功应用，但要求矿井压风系统在灾变时期必须保持完好;耗气量较高。化学制冷是利用盐类物质溶解时吸热的特性。使用时需要不断更换新水，给灾变时期的使用带来困难;使用铵基材料的制冷剂时会不同程度地释放出氨气，给使用带来影响;长期存放会结块。化学制冷方式在井下应用还有待大量研究。
2.4大容量防爆后备电源
避险设施对能源的需求促进了大容量防爆后备电源的研究开发。GB3836—2010防爆标准明确规定:存在析氢危险的蓄电池不得在隔爆外壳内使用，目前开发的大容量防爆后备电源主要为锂离子蓄电池电源、锂－二氧化锰原电池电源和铅酸贮备电池电源。锂离子蓄电池具有比能量大、无记忆效应、放电电压高、使用寿命长等特点而受到关注，但在一些条件下可能发生内部爆炸、使用维护要求较高等特性制约其在井下使用。目前规定井下使用的大容量防爆锂离子蓄电池电源的单体电池较大容量不超过60A•h，采用串联方式联接，隔爆外壳可承受不小于1.5MPa的静压试验;电池管理系统应对电池电压、电流、表面温度、容量等进行监测和保护。锂－二氧化锰原电池无需在井下反复充电，安全性较高，存储寿命长(不低于3a)、维护工作量小等特点适于避险设施的工况要求。目前对大容量防爆锂－二氧化锰原电池电源的管理基本同于锂离子蓄电池电源，但由于无需充电，电池管理系统相对简单。铅酸贮备电池是将充好电的铅酸电池电解液抽出，存放在电池槽上方，待用时电池处于干荷状态。需要用电时通过启动装置将电解液重新输送到电池槽中而形成可使用的电池。由于无需在井下充电而不会析氢，可以制造成矿用隔爆型。其特点是安全性高，容量可达数百甚至上千安时，存储寿命长(不低于3a)、免维护，适于避险设施的工况要求。缺点是放电电压低、体积较大。
3紧急避险系统发展趋势分析
井下紧急避险技术与装备尚处于起步和开创阶段，许多方面尚需进一步发展、完善和提高。发展的重点是提高技术装备对避险设施的适应性、安全性、使用维护方便性及智能化与低功耗，并力求在误操作下也不致发生事故。1)优化设计技术。根据矿井地质、生产技术条件和可能发生的灾害事故类型，在风险分析的基础上进行紧急避险系统优化布局，避险设施类型与位置挑选，与其他安全系统有机结合。在风流场、温度场模拟分析的基础上进行避险设施供氧、有害气体去除、温湿度调节等系统的优化布局设计与设备选型。2)安全保障技术。发展新型氧源，提高储氧能力及供氧性，降低产氧过程中的热量及温度，逐步取代压缩氧源;发展压风管路安全保障与应急处置技术，在管路因故受损后能自动阻断漏风而保障其他地点的供风需要;发展新型高效低功耗气、电动空调技术，并实现降温、除湿、空气净化等功能集成;提高相变制冷技术性，控制或消除功效时间效应;发展适合井下环境的新型有害气体处理药剂及设备;发展新型大容量防爆电源，提高安全性及抗灾能力;研究避险环境智能化监测与控制技术，实现“一键”全启动和“傻瓜式”操作;发展避灾路线自动生成与指示系统，自动根据灾情发展生成、指引优化的避灾路线;进行透地通信系统的实用化研究。3)试验验证与维护管理技术。目前避险设施建成后的功效验证大多通过载人试验方法，救生舱及中煤能源集团平朔井工一矿等的长期避难硐室建成后进行了载人试验，应进一步发展模拟验证技术方法。此外，避险技术装备平时处于应急备用状态，其性及完好程度通常难以掌握，应发展设备监测与自诊断技术、药剂失效指示、后备电源容量自评估系统等;进一步研究适应井下环境条件和配套设备特点的维护管理和检测检验技术，以保障在线设备时刻处于安全可用状态。4)培训与应急演练。将动画演示、虚拟现实技术等用于紧急避险培训，开发相应的培训系统，实现参与式培训;与矿井应急演练有机结合，保障人人具备安全避险技能，对避险设施人皆会用。
作者：杨大明 单位：安标国家矿用产品安全标志中心
煤矿井下论文:煤矿井下通信系统的建立释解
分站模块的建立
移动通信系统具有良好的信息传输性能，不但高带宽，而且通讯质量好、可承载话音、数据、视频的多业务，在一个平台之下处理各种数据信息，满足目前井下人员定位、视频监控、工业以太网与工业控制网络互联的生产、管理与应急救援需求。分站的冗余以太网模块是千兆以太网模块，具有多环冗余功能，无线数据传输中的工作频段为2.4GHz，使用Wi-Fi接入点模块。分站还包括有同样工作频段的射频识别读卡器模块，双串口服务器模块和IP-PBX模块，即使整个数据网络出现问题依然可以实现信息通信功能。井下传输分站安装有不间断电源模块，在停电或临时断电突发事件情况下依旧可以正常工作。井下无线传输分站是移动通信系统的技术核心部分，负责所有音频视频等一系列的信号传输。在井下设置这些分站进行工作必须综合考虑各方面的因素，例如体积、重量、防爆性能等等一系列因素。每个分站当中都包含很多的功能模块，全部安装在隔爆壳内，采用隔爆兼本质安全的形式。信号传输分站能够显示整个分站各个设备的工作状态，包括电源、端口、各模块功能等等。主要是为了所有数据信号的传输，主要实现手机和井上调度台之间、手机与手机之间的信息通信。独特的IP语音交换功能，即便整个移动通信系统在脱网情况，分站也可以继续工作，保障接入的手机之间的语音交换功能。在系统通信发生故障时，分站能够对所有的数据进行存储，这里面最主要的是人员定位信息，待系统恢复正常时能及时上传回主机。每个分站都设置不间断备用电源，保障移动通信系统即使在发生电源故障时的仍能稳定工作。
调度台模块的建立矿井生产调度
通信是实现煤矿井下安全生产调度的主要工具。实现调度通信的载体--调度台应集调度、人员定位、存储查询、显示、录音和电源保护及自动切换等多种功能于一身，实现矿井生产调度员多方位监控通信系统内的任何一部电话（包括扩音电话、移动电话等），不受被叫摘机、占线等限制，有利于保障生产的顺利进行。矿井的开采是在环境极其恶劣的情况下进行的，工作区域小，湿度大，照明很多时候都不足，另外还有很多的不安全因素，例如瓦斯、顶板事故等等。这就要求开采人员之间必须紧密配合，团结合作，信息传递也要及时。在地面上的生产调度人员及时协调好生产中出现的问题，既要满足生产，又要保障人身安全，做好生产、指挥、管理等方面的通信工作。调度模块能够实现无阻塞呼叫保障调度通信畅通无阻；能接收内部用户的紧急呼叫，优先处理并自动录音；处理多路呼叫，而互不干扰；地面用户通过调度台可以呼叫井下的用户；反之，井下用户可以通过调度台呼叫地面的电话。调度时调度员可退出或插入；可通过设置值班话机（有线电话或移动电话），由值班话机应答呼叫调度的电话并完成转接。
通信终端模块的建立
作为井下的移动通信终端，手机应具有拨号、通话、显示、查询、存储和定位等主要功能，目前井下移动通讯终端功能单一、信道窄、传输距离短、抗干扰能力差。终端手机的设计可解决这一系列问题。通讯模式具有无线以太网单模或GSM与无线以太网双模，集话音、短信、网络浏览与下载、图片与视频播放、拍照与摄像功能于一身。终端定位的本质安全型无线以太网移动通信终端，为在井下工作移动通讯、人员定位、应急救援提供良好的条件。本安全型无线以太网移动通信终端满足井下爆炸性气体环境用电气设备安全技术要求，按相应的通信模式进行I/O编码输入到射频前端电路最终馈入到天线，由天线将信号向空间辐射输出；最终通过模拟电路部分转换出话音信号，传递给收听者。终端采用多模式处理器实现GSM与无线以太网的双模通讯，工作频段为2.4GHz，终端的中央处理器采用OMPA730处理器芯片实现。基带处理器采用TWL3016处理器芯片实现。采用锰酸锂材料做电池芯，采用电阻或恒流二极管串联作为保护电路。井下移动通信系统的模块化建立为井下的实时通信提供了便利，较大程度上满足了井下生产的实际需求。该通信系统模块具有端口丰富、信号稳定、覆盖面广等特点，适合在全国各大煤矿企业推广。
作者：钱彬 韩凌玲 单位：河北能源职业技术学院
煤矿井下论文:煤矿井下通信体系研究
煤矿井下通信系统是矿井安全防护及生产调度必不可少的设施，是矿井信息化和安全生产管理的重要组成部分。将无线通信系统技术应用于煤矿企业，提高井下无线通信水平，加快井下通信发展步伐，为煤矿安全生产、提高生产效率、提高企业的管理水平搭建起有效的信息平台，成为煤矿无线通信发展的重要任务。由于井下环境差，巷道分布多，干扰信号源多，对无线的发展障碍比较大，早期我国井下通信主要为有线方式。随着无线通信技术的日新月异，煤矿井下无线通信技术也得到了迅速发展。煤矿无线通信主要有以下方式：
1 超低频透地通信
超低频透地通信系统是以大地为电磁波传播媒介、无线电波穿透大地的无线电通信方式。主要产品是澳大利亚开发的PED 井下无线通信与急救系统，90 年代进入我国煤炭领域。该系统主要应用于井下急救，即在紧急情况发生、其它通信方式中断时，通过 PED 系统发射系统，使其超低频信号穿透岩层到达井下任何位置，迅速有效地与井下人员通信。该系统性高，但缺点是信道容量小，不能用于语音等需要较大信道容量的通信，只能用于传呼、简单遥控等，而且电磁干扰大，特别是 50 Hz 工频干扰对特低频透地通信干扰严重。另外，透地通信系统需要在地面架设长达数千米的天线，限制了该方法的应用。
2 中频感应通信
中频感应通信系统借助专用感应线，利用无线电波感应场引导电磁波传输，频率选择在中低频。主要产品是南非的 RB2000，90 年代末进入我国煤炭领域。该系统投资费用低，小范围内信道稳定，设备携带方便，采用中低频感应操作，可在井下恶劣环境中锁定的通信波段，输出高强度信号；系统采用导频抑噪技术，在噪音较高的电磁环境中使用且通话效果十分清晰。但缺点是靠近感应体通信效果好，稍远离感应体信道不稳定，感应通信受受巷道内导体影响较大，信道性能不稳定，通信距离一般不大于2m ，信道容量小，电磁干扰强。
3 漏泄通信
漏泄通信系统利用漏泄电缆的漏泄原理实现矿井无线电通信，系统采用超高频进行无线通信。漏泄通信主要应用于90 年代，主要产品为加拿大的 FLEXCOM。该系统具有信道较稳定、电磁干扰较小等优点。但缺点是漏泄电缆上每隔350 m 需加 1 个中继器，使系统的性变差，任一中继器和电缆故障将会造成该中继器以下的部分系统瘫痪。并且随着中继器的增加，噪音易累加，信号容易失真。系统的各个通道指定用于固定的设备，信道利用率不高。
4 PHS 通信
PHS又名无线市话 PAS，它基于成熟的城市无线PHS（小灵通）技术之上，采用微蜂窝技术，利用定向天线及全向天线，以无线方式接入固定电话网，依托固定电话网提供通信服务。矿井 PHS 通信系统由基站控制器、基站、局端设备、本安型手机、网管计算机等组成。PHS 通信系统从 2003 年进入煤炭领域，主要用于煤矿井上、井下语音通信及人员定位，具有安装简单，维护成本低，通话质量好的优点。但其无线信号的发射和接收受基站无线信号的传输距离及井下巷道状况的限制。随着公网小灵通的退市，PHS 通信系统的发展已停滞。
5 CDMA 通信
矿用 CDMA（大灵通） 通信系统是基于地面成熟的CDMA技术的产品，它属于大蜂窝通信体制，采用定向天线、全向天线及泄漏电缆 3 种井下覆盖方式，主要由地面机柜、基站控制器、基站、无线耦合器、无线功分器、漏泄电缆、本安手机等组成。矿用 CDMA（大灵通）通信系统从2008 年进入煤炭领域，系统单基站业务信道多、语音通话质量好、组网通信规范严格、移动切换呼通率高，具有信号稳定，移动性好，抗干扰能力强，支持无线高速分组数据业务，对巷道状况要求低等优点。但缺点是系统占用设备较多，安装、维护繁琐，造假较高，但是它存在着功能单一、协议标准化差、抗灾变能力差的缺点。
6 WIFI 通信
矿用 WIFI无线通信系统采用无线微蜂窝覆盖技术和WIFI移动通信技术，实现了基于千兆环网的定位、语音通信及监测信息的无线综合传输。该系统由 IP PBX软交换设备、网关设备、矿用无线通信基站、WIFI 手机、直流稳压电源组成。WIFI无线通信系统采用集中式管理，分布式组网架构，造价低，具有强大的移动性，能够适应各类调度终端，语音系统容量大，可以实现综合数据业务的扩展。但其缺点是WIFI 手机跨基站断话和大规模组网能力差，多用户同时通话时语音严重滞后，甚至影响呼叫，语音传输技术采用有损压缩算法，通话质量失真，快速移动通信时会严重影响通信距离。所以，该技术作为矿井无线通信与生产调度应用，其市场狭窄。但由于 WIFI具有宽带数据接入和以太网传输的强大功能，因此，把它作为煤矿综合自动化监控数据传输、光纤环网对接和多网合一的网关设备应用，是较好的宽带数据通讯解决方案，是当前煤矿无线通信的主流技术。
7 XGP（新一代 PHS）
XGP是全球第四代移动通信的技术平台之一，XGP技术综合了传统矿井小灵通移动语音组网通信质量好和WIFI宽带数据接入传输能力强的优势，实现了语音视频数据的并网传输。XGP 系统中的基站、基站控制器和移动交换机全部依赖以太网平台传输，可直接与井下光纤环网无缝对接，实现了全网一体化统一通信，组网能力强，语音通话质量好，支持手机主动定位，定位精度可达20米。XGP 技术较大的亮点是国内首创支持基于手机平台操作的移动指挥调度，是真正意义上的移动生产调度系统。从矿井无线通讯技术与市场长期发展演变的角度看，XGP无论从技术标准性、开放性、继承性，产品成熟性、性、实用性等方面综合分析，应成为时下煤矿无线通信领域的最主流解决方案选择。
总之，当前煤矿无线通信系统基本能满足矿井无线通信的要求，但是，随着煤矿生产自动化和信息化程度的提高，传统的数据和语音通信，必将不能满足煤矿安全生产和无线可视多媒体服务的需要。这就需要采用全新的网络结构及全新的无线传输理论与技术，构建矿井宽带化综合通信系统，实现井下各种有线和无线监视、监测、语音信息的传输。
煤矿井下论文:煤矿井下救生舱舱门设计与结构优化
《舰船防化》2014年第4期
摘要：针对救生舱舱门在煤矿救生系统工作中的重要性以及存在的不完善之处，提出了一种新型圆形煤矿救生舱舱门结构，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行了详细阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，优化验证结果表明，舱门的安全系数由优化前的1.6提高到了3.1，满足了救生舱的设计使用要求，对救生舱的应用有着重要的现实意义。
关键词：救生舱；舱门；优化；抗冲击
0引言
针对矿用救生舱舱门在煤矿救生系统工作中的重要性以及存在的不完善之处，比如抗冲击能力未达到，开闭不够轻松便捷，锁紧机构时间久了不够牢固，隔热效果差等，设计一种新的矿用救生舱舱门就显得尤为重要。本文针对圆形矿用救生舱舱门，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，以期提高救生舱的安全性，从而尽可能地减少二次灾害所造成的人员损失。
1舱门结构设计
1.1抗冲击结构设计
在对救生舱舱门进行整体的结构设计时，最应充分考虑的就是其抵抗冲击性。对现有救生舱门设计成品的参考，并依据相关设计准则与建设基本要求中的设计规范。煤矿井下救生舱圆形舱门上设有观察窗，让进入其中的工作人员在进入舱体并关闭舱门之后方便观察舱体外部情况；门扇内外各有一个转动手轮，两转轮通过细长销钉联接，实现在舱内外都能方便开闭的功能，除此之外，转动手轮采用了相对较大的直径，利用杠杆原理，减小了开启和关闭舱门的阻力，方便且灵活；传动机构采用平面连杆的工作原理，制作了两杆一轮的传动组，高效灵活；门扇与门框通过最原始但是最简便易行的铰链合页来连接，减小开启和关闭时的阻力，且制作相对较方便和经济；门扇内部设置有加强肋，抵抗瓦斯爆炸产生的强大冲击载荷；门框上制作有坡度一定的楔形块，关闭舱门时锁紧连杆锁紧在楔形块处，保障内部人员的安全。设置合理密度的加强肋可以有效提高板壳结构的抗冲击能力，且加强肋截面高宽比1.25∶1时板壳结构的抗冲击能力较佳，因此设定加强肋的高和宽分别50mm和30mm。
1.2锁紧机构设计
该圆形舱门的锁紧机构主要由门框楔形块结构组、转盘连杆机构组和转轮组构成。门扇的内外均设置有大转轮，实现救生舱内外都可开闭的功能；楔形结构直接加工在门框周边，不用另外加工，节省制作成本；转盘连杆结构组通过转盘与转轮之间的销钉来传递动力。
2舱门结构强度分析
首先对舱门施加约束，现将约束施加在门扇与门框接触处，在门扇面上施加垂直于门的0.6MPa的冲击载荷，设定材料Q345。之后进行网格划分，由软件进行运算。
3舱门结构优化及强度验证
通常加强门板强度的措施是增加门板厚度，但是这样的同时也会增加结构整体的重量。因此，本设计结合拱形受力原理，将平板门面改为曲面。假设平面和曲面承受相同的冲击力，曲面上的弧形结构可以将该力分解2个分力，分别是垂直于弧形面的力和平行于切线方向的力，由于门扇是圆形对称结构，因此所有切线方向的力互相抵消，只剩下垂直弧形面的力，这样便减小了对门结构的冲击。
4结语
提出了一种新型圆形煤矿救生舱舱门结构，对其抗冲击结构及锁紧机构的组成与工作原理进行了详细阐述，利用有限元软件对其抗冲击结构进行强度分析，并基于结果对结构进行优化，优化验证结果表明，舱门的安全系数由优化前的1.6提高到了3.1，满足了救生舱的设计使用要求，对救生舱的应用有着重要的现实意义。
作者：方海峰1；高进可1；李允旺2；吴群彪1；蔡李花1 单位：1.江苏科技大学，中国矿业大学
煤矿井下论文:煤矿井下生产中监控与通信技术的应用
【摘要】
煤炭在能源消费结构中所占的比重较大，然而煤矿井下安全问题仍然是社会关注的重点。伴随着监控与通信技术的不断发展，通信及监控技术在煤矿井下安全生产中获得了广泛的应用，有利于提高煤矿井下的安全性，而且一些新的监控与通信技术也陆续得到开发与应用。
【关键词】
煤矿井下；安全生产；监控与通信技术；应用
煤炭是我国最主要的能源，而我国又是世界上的产煤大国，产煤量占世界比例已经超过了40%。然而近些年来，我国煤矿安全生产问题较为突出，死亡人数、事故数量等虽然都有所下降，但是与国际上的其他国家相比仍然有较大的差距。因此为了促进煤炭行业健康、可持续的发展，监控与通信技术发挥着不可替代的作用。
1当前监控与通信技术在煤矿井下安全生产的应用
1.1煤矿井下移动通信系统实际上煤矿井下对于移动通信的需求还是存在的，但是在煤矿井下无限传输衰减会非常大，发射的功率也会受到一定的限制，基于煤矿井下的这种通信情况，可以设置多基站移动通信系统，根据煤矿井下移动通信网络状况以及相关的性能要求，开发和使用在WIFI环境下煤矿井下的移动通信系统。这使得煤矿井下安全生产调度、避险以及抢险救灾发挥了巨大的作用。
1.2煤矿井下人员定位系统由于GPS信号没办法覆盖煤矿井下的巷道，针对这种情况在基于RSSI技术的基础上，来对煤矿井下人员进行实时、的定位。根据RSSI测距公式：RSSI=A-10nlg（d）（式中：P为当前RSSI；A为主从机1m距离时的RSSI；n：传播因子，与温度、湿度等相关；r：当前距离。）具体来说，RSSI技术是通过通信过程来实现的，所以需要主机传送数据信息到从机，不断的更新所测的距离。煤矿井下人员的定位系统是避免有外人进入到煤矿井下，在一定程度上能够实现合理的定员生产；同时也能及时处理煤矿井下安全事故的应急，降低事故发生率；另外还可以为考勤、调度工作提供系统支持，为安全生产提供了有力的保障。
1.3无人值班远程监控系统为了更好地控制煤矿井下定员，避免较多的人员在煤矿井下人员，从而避免或者减少一些安全事故的损失，研究和开发了无人值班远程监控系统，这种系统能够实现对煤矿井下机电硐室、水泵房等进行无需人员值守，直接进行远程的监控。在工作面有工作人员巡视的情况下，回采巷道的遥控技术也得到了应用，这对于煤矿井下的安全生产活动是非常重要的的，在一定程度上是对传统监控模式的突破，在远程的基础上实现了无人值班，即提高了煤矿生产的效率，又保障了煤矿井下安全生产活动的顺利开展。
2监控与通信技术在煤矿井下安全生产的应用发展
（1）基于物联网的矿用无线通信技术。为了能够更好地防止假冒机电设备被运用到煤矿安全生产中，为煤矿井下安全生产活动提供稳定有效的物资来源，可以考虑基于物联网的矿用无线通信技术。要知道在煤矿井下无限传输的衰减会较大，而且诶地面物联网技术的运用难以在煤矿井下得到实现，所以要根据煤矿井下的具体特性，对运用物联网技术：①对相关的矿用物联网信息数据进行编码、输送和整理；②设计和研究煤矿用车、煤矿机械设备、人员等多个动态目标和静态目标的管理控制系统；③针对部分工作人员和操作人员，例如瓦斯检查员、放炮员、水泵操作工等设计人机环闭锁系统；④关于矿用产品以及其他重大设备设计全程跟踪系统。伴随着现代科技和网络技术的不断创新，煤矿井下各类各类矿用产品、重大设备都需要借助基于物联网的矿用无线通信技术来实现，从而提高煤矿井下安全生产的工作效率和质量。
（2）煤矿井下人员定位技术。要知道煤矿井下是最易发生安全事故的场所，因此当事故发生时需要对煤矿井下进行定位，及时了解人员的状况，从而正确更好的救援效果。然而GPS全球定位系统是没办法覆盖到煤矿井下的各个巷道，而且当前煤矿井下人员的定位技术仍然采取无线射频识别技术、漏泄电榄技术等，能够对煤矿井下人员进行定位，从而更好地监控和管理煤矿井下的人员情况，对于煤矿井下安全生产工作相当重要。不过现行的这些系统还无法做到定位，难以满足灾后的相关救援工作。所以，务必要根据煤矿井下各个巷道的具体特点，更加深入的研究煤矿井下定位的网络状况以及相关算法，从而开发和研究更加精准的煤矿井下人员定位系统，提高煤矿井下安全生产工作的效率。
（3）煤矿井下生命探测技术。煤矿井下发生安全事故或者险灾后，生命探测装备能够更快地实施抢险救灾，提高了搜救的进度，从而尽可能地减少人员的伤亡率。煤矿井下的环境和条件较为复杂，一些关键的技术没办法在煤矿井下应用。为了能够更好地应对煤矿井下的特殊环境，需要开发和研究煤矿井下相关的生命搜救技术与定位技术。这种技术能够尽可能地穿透煤矿岩层，更好地了解和掌握煤矿井下人员的生命状况，通过生命探测技术，能够较大程度地降低煤矿井下事故伤亡率，真正地为煤矿井下安全生产提供人身保障。
（4）传感器多方位分布技术。为了能够对煤矿井下瓦斯浓度进行实时的检测，防止因为瓦斯浓度超标而引起的重大事故。需要在煤矿井下分布大量的传感器，这些针对瓦斯浓度检测的传感器并不会增多资金投入，反而分担了系统的工作量。所以在实际的系统运用中，可以依据煤矿井下煤矿采掘位置、通风状况、巷道风速、瓦斯分布和变化具体状况等，来设计和安置传感器的位置，主要考虑是否有吊挂位置、断电的具体浓度、警报临界值、复电的浓度等等，从而实现传感器多方位分布，确保煤矿井下工作的安全性，促使煤矿井下安全生产工作的顺利开展。
3结束语
实际上煤矿井下监控与通信技术是煤矿井下安全生产工作顺利开展的关键保障，在进行煤矿井下作业时，应当合理运用监控与通信技术，减少一些煤矿井下人员，避免不必要的安全事故发生。只有合理的应用监控与通信技术，使其在抢险救灾、事故调查、环境与条件监管方面发挥较大的效用。
作者：岑龙 单位：山西高河能源有限公司
煤矿井下论文:煤矿井下深孔破岩探讨
《煤矿安全杂志》2016年及时期
摘要:
为克服煤矿井下现有深孔破岩技术不足，提出将静力破岩技术应运于煤矿井下深孔破岩工作中。基于理论分析静力破岩原理得出被破岩体发生拉伸破坏，提出实施深孔静力破岩的技术要求。在某矿K8113工作面进风巷落山方向实施深孔静力破岩技术以减小回采巷道采空区后方较大范围悬顶问题的工程试验，试验后悬顶距离比未处理时缩短10m左右，减小约50%，表明深孔静力破岩技术对解决两巷落山顶板的悬顶问题可行有效。
关键词:
胀裂剂;深孔破岩;钻孔布置;落山悬顶;静力破岩
在煤矿井下开采工作中，经常需要深孔破岩。如深孔爆破弱化预裂工作面开切眼坚硬顶板，减少老顶初次来压步距;深孔爆破松动工作面端头回采巷道顶板使其及时垮落等。目前，煤矿井下使用的深孔破岩方法有钻深孔装炸药爆破和注高压水胀裂、软化破岩。但这2种方法在一些具体应用中存在安全隐患或达不到破岩要求等缺陷。为满足煤矿井下安全高效的破岩需求，提出将安全、温和、可控而又有效的静力破岩技术应用于煤矿井下深孔破岩工作中［1］。
1深孔静力破岩技术
1．1破岩原理静力破岩技术使用胀裂剂的主要成分是氧化钙，氧化钙和水反应生成氢氧化钙，在放出热量的同时，体积增大产生膨胀压力，膨胀体积增长测定实验表明胀裂剂自由状态下反应后体积为原体积的3～5倍。在钻孔内装填胀裂剂，胀裂剂产生的膨胀压力施加到钻孔壁上，使孔壁径向受到压应力作用，切向和轴向受到拉应力作用，由于岩石的抗拉强度小于其抗压强度，因此岩体发生拉伸破坏。实验室采用电阻应变片测量法测定得出胀裂剂产生膨胀压力主要发生在前2h，随时间呈现先缓慢增大，然后急剧增大，保持平稳的变化趋势，较大可达50～80MPa［2］，煤矿井下岩石的抗拉强度大约只有其抗压强度的1/10～1/20，即小于20MPa，胀裂剂所产生的膨胀压力远大于被破岩体的抗拉强度，满足破岩所需力度。目前，静力破岩技术主要用于闹市区拆除破碎工程，厂房内混凝土基础拆除和建筑石材开采等，破碎对象是处于二维应力状态下有天然自由面的小范围岩体，易于实施［3］。在煤矿井下实施深孔静力破岩技术，钻孔深度可达数十米甚至上百米，破岩对象是处于三轴应力状态下没有自由面的天然岩体，需要在装药孔(主孔)周围布设一些不装药的钻孔(辅孔)，让辅孔提供临空面释放膨胀压力并控制膨胀压力的作用方向，主孔受力状态示意图如图1。在主孔内装入胀裂剂并封孔，胀裂剂与水发生热化学反应，将膨胀压力缓慢施加到主孔孔壁，使主孔径向受压应力作用，切向受拉应力作用，主孔周围岩体在拉应力作用下沿辅孔方向萌生裂纹，随着主孔内化学反应继续，膨胀压力逐渐增大，主孔受到的切向拉应力也逐渐增大，裂纹继续扩展直至布孔范围内岩体产生较大裂纹松动破碎［4－5］，如图2。
1．2技术要求1)根据被破岩体的硬度系数f，在被破岩体上按不同结构的布设主孔和辅孔。当被破岩体是软岩f≤4时，按主辅直线结构布孔，如图3;当被破岩体是中硬岩4＜f≤8时，按主辅菱形结构布孔，如图4;当被破岩体是硬岩f＞8时，按主辅五花结构布孔，如图5。2)根据试验得出较大膨胀压力与孔径呈线性关系，孔径越大，较大膨胀压力越大;直径40mm的孔，可产生85MPa左右的膨胀压力。3)在主孔内装填胀裂剂的方式有注浆法或药卷法，由于胀裂剂的热化学反应较快，单孔装填时间控制在30min内。采用注浆法装药时，待钻孔按给定参数钻出后在主孔内距孔口0．5m处安装封孔器，通过封孔器利用注浆泵向主孔内注浆;采用药卷法装药时，将胀裂剂装入长0．5m，直径比主孔直径小10mm的透水袋中制成药卷，将药卷浸水5min后用炮棍逐节装入主孔，第1节药卷必须到达孔底，药卷与药卷之间振捣密实，待装至距孔口0．5m时停止装药并用封孔器封孔。
2工程应用
某矿主采15号煤，为高瓦斯矿井，回采巷道采空区顶板在回采过程中不能按需垮落。回采巷道采空区后方有较大范围悬顶，造成通风死角和向采空区漏风等严重安全隐患，同时还引起区段煤柱形成较大支承压力，使煤柱的稳定性减弱，并影响邻近巷道围岩的稳定性和维护，恶化生产条件。针对该矿实际情况，以K8113工作面进风巷(宽×高为4．5m×3．1m)为例，钻孔布置如图6和图7。按1．2中的技术要求在落山巷道采空侧实施深孔静力破岩工程试验。试验前顶板退锚、剪网，落山悬顶目测在20m以上。试验测定顶板岩体硬度系数f=2．5，选择直线布孔结构在巷道顶板上沿工作面方向布设3排直线钻孔，起始钻孔与运输巷道外帮水平距离取0．5m，钻至与实体煤帮之间的距离小于0．5m时，停止钻孔;孔径Φ取40mm，孔距a计算得0．5m，通过关键层理论结合冒落带高度确定被破岩体深度为25m，孔深H取24m，钻孔与水平面之间的夹角向采空侧取45°;相邻排钻孔主、辅孔间隔布置，排距计算得0．8m。待主辅孔按给定参数钻出且用压风将主孔吹洗干净后，在距主孔口0．5m处安装MAZF－22封孔器，将拌制好的胀裂剂利用ZBQS－12/10矿用气动注浆泵通过封孔器注入主孔内。注浆结束数小时内，顶板有明显胀裂声响。工作面继续向前推进4刀，即3．2m后，目测落山巷道直接顶开始逐步冒落，增加了自由面后，加速了顶板的垮落，老顶在矿山压力作用下也逐步塌落。又推进12刀，即约10m后，目测试验区域顶板基本塌落，试验效果显著。
3结论
1)通过在该矿K8113工作面进风巷落山方向实施深孔静力破岩技术以减小回采巷道采空区后方较大范围悬顶问题的工程试验，试验后目测悬顶距离比未处理的顶板缩短了10m左右，减小约50%，效果显著，表明深孔静力破岩技术对解决两巷落山顶板的悬顶问题可行有效。2)通过工程试验验证了在煤矿井下实施深孔静力破岩技术的破岩原理中提出主孔装药产生膨胀压力作用，辅孔不装药充当自由临空面，释放膨胀压力以及引导裂纹发生发展方向和控制破碎范围的主、辅孔结构布置和装药方式合理。
作者：任兴云 郝兵元 单位：太原理工大学 矿业工程学院
煤矿井下论文:煤矿井下槽波地震勘探论文
1设计理念
矿用节点式地震仪的设计理念可以概括为“节点式设计、独立型激发、分布式采集、三通道存储、集中式回收”，这些设计理念较好地呼应了煤矿井下地震仪器设计的客观需求，其主要特点体现在［4－5］:1)节点式设计是指仪器无主机、无大线、无数据传输，节点式地震仪集传统的分布式仪器的主机、采集站、交叉站、电源站于一体，可以灵活布设、方便采集，但又遵守统一的时间约定。2)独立型激发是指可以独立同时激发(ISS，in-dependentsimultaneousshooting)方式采集，对震源激发时间不作任何制约，可在确保安全的情况下同时放炮，大幅提高了作业效率，缩短了采集时间。3)分布式采集是指以各个节点式地震仪为单元，按照设计的位置布设接收点，独立进行数据采集，采集道数可以自由扩展。4)三通道存储是指每台节点式地震仪设计为3个通道，可以满足三分量采集的需求。5)集中式回收是指井下数据采集结束后，全部数据在回到地面后利用高速以太网实现数据集中回收。综上可知，基于“节点式设计、独立型激发、分布式采集、三通道存储、集中式回收”的仪器设计理念，矿用节点式地震仪实现了本安防爆、技术先进、施工快捷的要求，每个采集通道的折合质量约1kg，为煤矿井下槽波地震勘探技术的应用奠定了基础。
2槽波地震的观测系统设计
2.1槽波地震勘探原理在煤层与顶底板的3层地质结构中，煤层的速度、密度相对较低，是一个“低速槽”，且煤层与顶、底板存在较大的波阻抗差异，属于良好的地震反射界面。因此，在煤层中激发的地震波，遇到煤层顶底板后就会发生反射、透射和折射，且在较短的距离内地震反射波的入射角将会达到或超过临界角，从而形成了全反射的条件，此后地震波的能量被“禁锢”在煤层的低速槽中而极少“逃逸”出去。因此，槽波是一种在煤层中激发、在煤层中接收、沿煤层传播的制导波，其理论基础完备，形成机理、传播方式、波场特征等比较清楚。槽波地震探测就是利用煤层的这一导波特性，以探查煤层内断层、陷落柱、煤厚变薄区、岩浆岩侵入范围等地质异常的一种地球物理探测方法，它也是目前煤矿井下构造探测精度较高的方法［6－8］。
2.2槽波地震勘探方法槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤层不连续性的一种地球物理方法，是地震勘探的一个分支。槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带、采空区及废弃巷道等地质异常，具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易于识别以及最终探测结果直观的优点，在探测精度、探测距离上优于其他煤矿井下物探方法，是目前最有效的煤矿井下探测方法之一。煤矿井下槽波地震勘探方法主要包括透射槽波地震勘探技术和反射槽波地震勘探技术，其中透射槽波地震勘探技术较为成熟、应用广泛。1)透射槽波的观测系统。它是利用从震源透过煤层传至接收点的槽波信号，以探测工作面内断层、陷落柱、煤层变薄区等地质异常体。因此，透射槽波地震勘探时，炮点与检波点布置在不同巷道内，根据槽波的有无、强弱来判断有无构造异常，透射槽波的较大探测距离可达煤厚的300倍。考虑到基建矿井、生产矿井的巷道条件以及地质需求，图1给出了几种典型的透射槽波地震勘探观测系统设计示意［12］。图1中的巷道以2条平行细线来代表，炮点与检波点分别布置在巷道中，炮点距离、检波点距离等依据设计要求确定;图1中的阴影区域为透射槽波控制区域。可以看出:节点式地震仪能够灵活适应各种巷道的任意组合形式，这是集中式或分布式槽波地震仪所无法比拟的。2)反射槽波的观测系统。对于反射槽波而言，炮点与检波点布置在同一巷道内，其较大优点是可以开展巷道两侧或掘进工作面前方的小构造探测，反射槽波探测的距离可以达到煤厚的100倍。如果槽波在煤层中传播时遇到了地震波的波阻抗差异界面，就会产生反射槽波信号，通过分析反射槽波信号就能判断出煤层不连续体的位置，从而进行地质推断解释。但是，目前煤矿井下反射槽波地震探测技术尚不成熟
。
3探测实例分析
在过去的十年里，煤炭资源高效开采技术与装备发展迅速，煤炭资源高效集约化开采成为未来的一种发展趋势，其突出特征表现在“一井一面”、全煤巷掘进、综采放顶煤、超长超宽工作面以及快速掘进等，这就要求煤矿地质工作要能够满足大距离、超前探测的要求，透视槽波地震勘探技术可以实现采区、盘区范围、多个工作面以及超长超宽工作面的超前探测。
3.1超大工作面槽波地震勘探某矿1904N工作面走向长1834m，倾向长317～330m，开采9号煤层(图2)。掘进过程中共发现断层14条，其中落差大于1m的7条，未发现岩溶陷落柱。9号煤层厚度3.58m，分为上、下分层，其中夹矸厚0.05～0.27m;煤层上分层平均厚度1.20m。工作面内煤层倾角在21°～36°，平均倾角26°。按照矿方要求，仅对1904N工作面中段1200m的范围进行探测(图2虚线范围)。如果采用煤矿井下有线地震仪施工，至少需要分别铺设2000m的炮线、通信线和1200m的接收电缆，工作量较大;而采用基于节点式的无缆地震仪进行数据采集，无需布设炮线、通信线，施工效率可以提高3～4倍。经过正演模拟，槽波地震勘探的观测系统参数如下:回风巷、运输巷均采用10m接收道距，共布置检波点258个;回风巷、运输巷均采用30m炮间距，共布设激发物理点94个。数据采集时，回风巷、运输巷分别独立激发，布设在回风巷、运输巷的所有检波器同时接收。图3给出了回风巷激发、运输巷接收的透射槽波记录，透射槽波能量较强;图3左侧虚线圈定的范围内，槽波透射能量较弱，这与运输巷实际揭露的落差2m是一致的;另外，槽波实际透射距离大于800m。
3.2盘区槽波地震勘探由于透射槽波的探测距离较大，因此利用透射槽波探测技术可以实现大距离的盘区探测，从而通过一次探测可以实现2～4个工作面的构造探测，为盘区范围工作面的优化设计提供依据。图4中某盘区包括2个工作面，每个工作面设计走向长度2800m、倾向宽度220m，其上部工作面巷道掘进长度2800m，2个工作面中间的巷道掘进长度500m，下部工作面巷道掘进长度1300m(图4)。采用节点式地震仪可以灵活布设的优势，在每条巷道均匀布设炮点与接收点，其中左侧2个梯形区域为利用3条巷道联合透视的控制范围，而右侧三角形区域为仅利用上、下2条巷道的控制范围。因此，利用透射槽波探测技术可以实现采区、盘区工作面的大距离探测。在煤层埋藏较浅、地形崎岖、工农关系复杂地区，在地面开展三维地震难度较大，且效果不好。这时，如果借助煤矿井下大距离槽波透视技术，实现盘区构造的精细探测，可以达到事半功倍的效果。
3.3跨层透射槽波地震勘探在高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井以及水害严重矿井，在采煤工作面布设前，为了确保安全生产，需要提前开拓瓦斯高抽巷或底板泄水巷，以掩护煤巷安全掘进。在这种情况下，可以从瓦斯高抽巷或底板泄水巷向目标煤层施工浅孔，利用钻孔布设炮点/检波点，并结合一条掘进的煤巷，构成跨越空间岩巷—煤巷的三维立体探测系统，实现地质构造的超前探测。
4结论
1)相对于常规的集中式地震仪、分布遥测式地震仪而言，节点式地震仪不需要主机、交叉站、电源站和大线，施工时不需要相互通信，无需布设炮线、电话线，且具备独立同步施工的能力，是煤矿井下槽波地震勘探的理想仪器。2)节点式地震仪采用“节点式设计、独立型激发、分布式采集、三通道存储、集中式回收”的设计理念，较好地满足煤矿井下地震仪器本安防爆、指标先进、施工快捷等基本要求。3)节点式地震仪灵活、无约束布设的优势，使得煤矿井下超长超宽工作面、互不贯通的巷道之间以及采区、盘区和煤巷－岩巷跨层条件下的槽波地震探测得以实现。为了更好地发挥煤矿井下槽波地震勘探技术的优势，今后应该进一步加大反射槽波地震勘探、钻孔—巷道的透射槽波地震勘探技术与装备研究。
作者：程建远江浩姬广忠吴海单位：中国煤炭科工集团西安研究院有限公司
煤矿井下论文:煤矿井下无线通信传播论文
1煤矿井下无线通信技术的现状
1．1TD－SCDMA无线通信技术的应用现状TD－SCDMA技术是ITU研发出的第三代移动通信空间接口技术。其特点为上下频段统一，能通过对时隙配置提供无线承载。TD－SCDMA无线通信技术可以支持匀速为8kb／s～2Mb／s的所有3G业务。TD－SCDMA系统采用时分双工模式，但是由于载波占用的宽带为1．6MHz，TD－SCDMA系统提供的速率有一定的数据限制。目前，TD－SCDMA矿用通信系统采用BBU＋RRU方式，因没有办法直接使用太环网，当某个中间RRU故障会导致整个链上的RRU无法工作，维修、扩容比较困难。
1．2WCDMA无线通信技术的应用现状WCDMA技术与TD－SCDMA都是ITU正式的第三代移动通信空间接口技术规范之一，该无线通信技术集CDMA、FDMA技术优势于一体，是一种系统容量大、抗干扰能力较强的移动通信技术。WCDMA与TD－SCDMA相比，技术较为成熟，并且发展空间大，在扩频的基础上能够获得巨大的经济效益，此外，还支持所有的3G业务。WCDMA作为产业链最为成熟的技术，不仅可实现语音通信功能，还能提供高速率数据和图像传输功能。但其成本较高，使得多数煤矿企业望而止步。
2煤矿井下无线通信的技术难题
电磁波在矿井隧道中不能很好地进行传播这已是公认的事实。一直以来，井下通信的技术难题是制约煤矿安全的重要因素之一，下面将从3个方面进行论述。
2．1巷道的环境条件对电磁波的影响煤矿井下巷道一般比较狭窄，弯曲延伸，存在多个分支，且分布在不同的地下平面。巷道的截面宽度不同，且巷道四周为煤层，粗糙不平。这一特殊的传播环境对电磁波的传播特性产生重大影响。电磁波频率对传输的速度有较大的影响，巷道截面尺寸对电磁波传输也有影响，截面的尺寸与巷道内电磁波频率成正比。此外，矿井下有照明线、动力线、钢轨等纵向导体，这些线路的存在都会对电磁波的传输产生一定的影响。
2．2井下环境机电噪声干扰严重如今，井下作业机械化与自动化设备的应用，不可避免地会增加噪声的强度，但是这一问题并未引起人们的重视。通信技术中，噪声是衰减和损耗通信质量的又一个重要因素。机械设备的作业一般是24h不停歇，因机械设备自身配置量大，启动频繁，所产生的电气噪声频谱较宽。由于信号微弱会导致井下通信困难，噪声问题是井下移动通信需解决的技术难题。
2．3接收点有用信号十分微弱无线电在井下的传播可以被看作在一个特定的空间内进行，由于电磁波在传输的过程中受到煤岩层及磁导率的影响，因而其传播速度并不是恒定不变的。煤矿井下的管道由于表面比较粗糙，且分布不均，这些都会对电磁波的传输造成影响。对于某个接收点来说，接受机本身信号微弱，在干扰之后很可能接收不到信号，这种特性的存在破坏了有用信号的传输，最终导致电磁波传输距离减低为数百米，从而使得井下通信非常困难。
3无线通信技术的发展方向———Femtocell技术的运用
Femtocell是根据3G技术发展和无线技术宽带化发展方向而推出的一种低功率、超小型化的移动基站。它的运用在一定程度上提高了煤矿井下的安全性。Femtocell通过IP协议将用户具备的ADSL／LAN宽带进行线路连接，远端由专用网关实现从IP网到无线网的连接，具备安装便捷、能够自动配置、直接使用的优点。
3．1Femtocell的技术优势Femtocell技术的运用能够较大范围地覆盖宏小区不能覆盖的地方，可以减少来自宏小区基站的高功率开销并提高宏小区基站的性能。此外，辐射更低，手机电池也更耐用，这些优势都优于其他无线通信技术。当前在煤矿企业中，设备供应商主要是将NodeB和RNC功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由于Femtocell网关的接口是Iu接口，扁平化架构可以将SGSN／GGSN功能集成于Femtocell接入设备，其技术优势在于符合下一代移动网络的发展趋势，并在减少节点时提高网络的性。
3．2Femtocell的系统优势Femtocell技术采用的是小型化设备，可以随时使用，并能够维护系统安全，增强灵活性。系统内部采用电信级标准设计，确保系统的稳定性，无线通信能够共享技术的应用，使系统的稳定性及性大大提高，并能够满足设备的资源需求。Femtocell系统设备运营均衡，工作状态较为稳定。此外，Femtocell技术系统的运用采用的是国际通用的通信标准设计，设备可与终端设备兼容，并能够与多家主流设备的制造商生产的用户交换机进行交换。
4结语
无线通信技术的应用极大地实现了地面对井下作业的监测和管理，能够有效地保障井下作业的安全。就无线通信技术在井下使用的现状而言，无线技术与自动化系统的深度融合还存在一定的发展空间，因而，应当不断研究和实践，使其更好地应用在煤矿行业中。
作者：刘庆伟单位：中国神华神东煤炭集团锦界煤矿管理处
煤矿井下论文:煤矿井下控制测量技术运用
《科技创业家杂志》2014年第九期
1井下平面控制测量的方法
在通常条件下,大型矿井的井下要全部采用7"级导线作为基本控制导线,导线全部采用闭合导线或复测支导线。为确保控制点的稳定、,基本控制导线点通常采用2m锚杆打进巷帮或巷道顶板,外露150mm～200mm,再把特制的测点安置在外露端。井下基本控制导线测量所用仪器全部采用2"级防爆经纬仪(全站仪),采用测回方法实施测量。大型采区,采用综合机械化采煤的工作面走向长,如某矿走向超过3000m,采用带式输送机运输。在此种矿井,采区控制导线全部按照7"级导线技术要求施测。爆破采煤工作面走向比较短,采区控制导线采用15"级导线技术要求施测。采区控制导线要随巷道掘进30-100m延长一次;安设激光指向仪的头面视巷道情况要适当延长距离,但最长不可超过200m。中型采区采用30"级导线作为采区控制。井下导线测量的外业是选点、埋点、测角、量边和碎部采集。内业包括计算与绘图。井下导线点一般设在顶板上,导线点分长期点和临时点。导线点要统一编号,并用油漆明显地标志在点的附近。测角用经纬仪或全站仪,用测回方法。因测点通常设在顶板上,因此经纬仪要有镜上中心,以便在测点下对中。
量边用检定过的钢尺进行。以钢尺测量井下基本控制导线的边长时,实测的边长要加入钢尺比反改正、温度改正、拉力改正、垂曲改正、倾斜改正,再导线边长化算到投影水准面和高斯投影面上。井下钢尺量边费时费力。在较长距离的直线巷道中采用光电测距仪测距,可以克服钢尺量边的困难,还能提高量边的精度和效率。如果采用光电测距仪测距,测量的距离要加入温度、气压、仪器常数、地球曲率、大气折光等改正,也需要倾斜改正,将导线边长化算到投影水准面和高斯投影面上。经纬仪导线要及时测量,计算,信息资料要妥善保管。应该注意的是,在生产建设初期,因井下巷道都还未连通,此时平面控制导线的形式以复测支导线为主。随着生产的推进,井下主要巷道已相互连通,按现代化矿山建设和安全生产的需要,要建立矿井井下平面控制测量网,形成各种闭(附)合导线。
井下平面控制网的建立必须与生产限差的要求一致。矿井测量是直接为采矿工程服务的,所以,测量工作的精度要满足采矿对测量的要求。按长期的实验研究分析得出:满足普通采矿工程的生产限差通常取M限=±3m;满足矿山救护需要向井下某一个指定地点打钻孔,这时井下测量的允许误差M限=±1.2m;一些特殊采矿工程,如井巷贯通的生产限差,中线间的允许偏差值为0.3—0.5m,腰线间的允许偏差为0.2m。这些偏差都是测量的允许误差。测绘新技术的不断发展,陀螺经纬仪的使用日趋广泛,新型的自动陀螺经纬仪确定井下一条边的方位角如同测量一个水平角一样容易,所以,在一些煤矿,已开始广泛使用陀螺经纬仪导线,在井下导线的绝大部分边上均实施定向测量,极大地提高了井下导线的精度,满足了煤矿生产的要求。
2井下水准测量
如图1所示,用水准测量的方法测量相邻两测点1和2的高差,要在其间安置水准仪,并在后视点1和前视点2的水准尺上分别读取读数ai和bi。得1、2两测点的高差h12为。井下水准测量分为Ⅰ、Ⅱ两级。Ⅰ级水准测量的精度要求很高,是矿井的首级高程控制,从导入高程的井下已知水准基点开始,沿着主要水平运输巷道向井田边界敷设。Ⅱ级水准测量精度较低,主要满足矿井正常生产的需要,它敷设在Ⅰ级水准点之间和采区次要巷道内。
水准点要埋设在方便使用并能长期保存的地点。长期导线点可作为水准点使用。要统一编号,并把编号明显地标记在点的附近。水准测量高程允许闭合差不可超过表2的限差要求。表中R为单程水准路线长度,L为闭、附合路线长度,均以km为单位。在一段水准路线施测完成后,要马上在现场检查外业手簿。检查的内容主要有:表头的注记齐全状况;两次仪器观测的高差超限与否;高差的计算正确与否;顶、底板的水准点注明与否。在求得各点间的高差及各项限差均可满足规定后,把高程闭合差进行平差,计算出各测点的高程。
煤矿井下高程控制测量是确定井下高程控制点的高程,这是解决各种采掘巷道、硐室等在竖直方向上的位置及相互关系的基础。煤矿井下高程控制网,应采用水准测量和三角高程测量的方法敷设。在倾角小于8°的巷道中用水准测量,在倾角大于8°时采用三角高程测量。
作者：张金宝单位：七台河市茄子河区煤炭局
煤矿井下论文:煤矿井下瓦斯防治技术探讨
《能源与节能杂志》2014年第八期
1预防瓦斯爆炸的措施
瓦斯爆炸必须同时具备三个条件：即瓦斯浓度在爆炸界限内；高温热源存在时间大于瓦斯的引火感应区；瓦斯与空气混合气体中的O2浓度大于12%。在正常生产的矿井，所有工作的地点和井巷中O2浓度始终大于12%，所以预防瓦斯爆炸的措施，主要就是防止瓦斯浓度的积聚和杜绝、限制高温热源的出现。瓦斯积聚是指局部空间的瓦斯浓度达到2%，体积超过0.5m3的现象[3]。防止瓦斯积聚的基本方法如下。
1.1保障工作面的供风量用适量的风量将井下涌出的瓦斯及时冲淡并排至地面，是预防瓦斯积聚的基本措施。为此应该做到：a)合理选择通风系统，正确确定矿井风量，并进行合理分配，使井下所有工作地点都有足够的风量；b)矿井必须采用机械通风，主要通风机的使用，必须符合《煤矿安全规程》规定，以确保主要通风机正常连续运行；c)每一生产水平和每一采区，都必须布置单独的回风巷，实行分区通风。在准备采区时，必须在采区构成通风系统后，方可开掘其它巷道。采煤工作面必须构成全风压通风系统后，方可回采；d)采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风；e)掘进巷道应采用矿井全风压通风或局部通风机通风，不得采用扩散通风；f)正确选择构筑物的位置，并加强维护与管理，防止大量漏风。
1.2认真进行瓦斯检查与检测严格按照《煤矿安全规程》规定进行瓦斯检查与检测是发现和处理瓦斯积聚的主要举措。瓦斯燃烧和爆炸事故统计资料表明，大多数这类事故都是由于瓦斯检查员不负责任，玩忽职守，没有认真执行有关瓦斯检查制度造成的。《煤矿安全规程》规定，矿井必须建立瓦斯检查制度。瓦斯矿井的采掘工作面，每班至少检查2次；高瓦斯矿井中每班至少检查3次。有煤（岩）与瓦斯（CO2）突出危险的采掘工作面，有瓦斯喷出危险的采掘工作面和瓦斯涌出较大、变化异常的采掘工作面，必须有专人经常检查。
1.3按规定安设瓦斯监测监控设备煤矿瓦斯监测监控系统是防止煤矿瓦斯事故的重要科技手段，是煤矿安全生产的“电子警察”，它通过超限报警，超限断电等功能提高了安全监管的技术水平，在预防瓦斯事故的发生中起到了积极作用。我们必须按照规定在井下安设瓦斯传感器、断电器等监测设备。
2矿井通风系统安全管理要点
a)是否至少有一个进风井和一个出风井；b)无主要通风机或不启动主要通风机，采用自然通风；c)无独立的进、回风系统，与其他矿井联合通风；d)主要通风机无管理制度，经常停开；e)主要通风机供风量小于井下实际需要的风量；f)主要通风机是否在不稳定区或其附近工作；g)是否存在有害的角联巷道；若存在，是否采取了有效避免风流反向或停滞的安全措施；h)风流不稳定、无风、微风；i)不符合规定的串联通风；j)通风构筑物设置的位置和质量是否符合有关规定。
3结合实例探讨煤矿井下通风瓦斯防治的措施
现对霍州煤电李雅庄煤矿的生产情况进行调查，其年生产量约为160×104t，瓦斯涌出量约为35m3/min，属于瓦斯浓度较高的矿井，通风方式采用中央并列式通风方式。同时，此矿井安装了监控系统，各个作业点加装了传感设备，当瓦斯浓度过高时，能够发出警报，自行断电，从而确保安全生产。现将利用通风系统的方法来预防矿内瓦斯的具体措施报告如下。
3.1利用矿井通风系统预防瓦斯对矿井瓦斯的防治，利用合理的通风系统进行瓦斯防治是高效的措施。本文中提到的煤矿采用中央并列式的通风方式，在井下，按配风要求构筑了相应的通风设施，进而确保煤矿采掘工作面及巷道具有合适的风量及风速。在管理风机方面，利用双风机自行切换的方法，如果主风机出现了问题，则备用风机可以自行切换到使用状态。采取专用电源、专用线路及专用开关，进而较大程度保障了风机设备的正常工作。同时加装CH4断电装置，如果巷道中的CH4浓度超过一定限值，则传感设备能够自行切断矿井内采掘面供电，同时发出警报，确保矿井安全生产。
3.2对矿井内的瓦斯积聚进行通风处理在控制、预防煤矿井下的瓦斯期间，不但需要保障整体通风系统的工作正常，还需要对局部瓦斯积聚予以关注。具体可以从以下几方面入手：对于矿井下回采工作面来讲，其隅角处极容易积聚瓦斯，那么，相关工作人员就需要在工作面的隅角位置相应地设置挡风板等装置，进而确保风量能够吹到隅角，带走瓦斯，确保巷道安全。针对开采设备四周的瓦斯，可以利用增加工作面的风量及风速来减少该处瓦斯的积聚。在对矿井巷道进行封闭处理瓦斯时，需要加大闭的封闭质量，确保密闭不漏风，防止瓦斯溢出。在矿井内，巷道顶板位置也很容易积聚瓦斯，形成瓦斯层，需要利用导风筒或导风板将瓦斯稀释，或者利用封闭冒顶区的方法消除瓦斯。
4结语
伴随着社会经济的不断发展，煤矿开采事故的不断发生，人们越来越重视井下通风瓦斯防治技术。瓦斯爆炸的问题十分严重，对从业者的生命安全造成危害，相关工作人员应深入对瓦斯预防的方法进行研究，并且提高工作人员的专业技能及综合素养，使员工树立“瓦斯及时，预防为主”的观念，定期对员工进行培训，从而降低瓦斯爆炸的几率，确保人们工作的安全。
作者：张林斌单位：霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司
煤矿井下论文:煤矿井下定位技术比较
1AT86RF233
AT86RF233芯片生产厂家为Atmel，采用Zigbee协议，基于相位差的测距方式，通过计算收发无线信号的相位差来获取节点之间的距离。该芯片工作电压1.8V~3.6V，输出较大射频功率4dBm，工作频率为2405MHz~2480MHz，最小休眠电流0.2uA，较大工作电流13.8mA。该芯片只能与Atmel系列的MCU共同组成定位系统，如ATmega644、ATmega128L、ATxmega256等。
2三类定位技术性能比较
为了比较上述3类定位技术的测距性能，在部级煤矿井下实验巷道中按图1所示的测试系统分别测试了由这3种定位技术的定位精度和轨迹跟踪性能。定位测试系统由一个中心节点和一个目标节点构成。中心节点固定在距离地面2m的支架上，目标节点在距中心节点0m~150m的范围内移动，并从中心节点实时观察目标节点的距离信息。从图2可以看出，采用NA5TR1芯片的定位技术在其目标节点以1m/s的速度从距离中心节点0m处移动到100m（由于NA5TR1较大射频功率仅为0dBm，因此其较大覆盖距离仅为100m），然后再从100m移动到0m的过程中，中心节点能实时跟踪其移动轨迹，平均测距误差在5m之内。从图3可以看出，采用JN5168芯片的定位技术在其目标节点以1m/s的速度从距离中心节点0米处移动到150m，然后再从150m移动到0m的过程中，中心节点能实时跟踪其移动轨迹，但平均测距误差在15m左右。从图4可以看出，采用AT86RF233芯片的定位技术在其目标节点以1m/s的速度从距离中心节点150m处移动到0m的过程中，中心节点能实时跟踪其移动轨迹，平均测距误差在3m之内。
3结论
本文对现有主流的定位技术中使用的核心定位芯片的主要参数、系统复杂度、定位性能等指标进行了对比。采用NA5TR1芯片的定位技术的特点在于定位精度较高，定位误差在5m之内；系统复杂度一般，可与任意类型的MCU构成定位系统；系统功耗高，芯片休眠电流和工作电流均偏高。采用JN5168芯片的定位技术的特点在于定位精度低，定位误差在15m左右；系统复杂度低，可单芯片构成定位系统；系统功耗低，芯片休眠电流和工作电流不高，同时无外部MCU的功耗。
采用AT86RF233芯片的定位技术的特点在于定位精度高，定位误差在3米之内；系统复杂度高，只能与Atmel的MCU构成定位系统；系统功耗较高，芯片休眠电流和工作电流均低，但是需要考虑外部MCU的功耗。综上所述，这三种主流的定位技术各有其优缺点，因此设计者在实际使用中需要根据具体需求进行选择适合的定位技术。
作者：唐丽均杨智勇单位：重庆工程职业技术学院信息工程学院
煤矿井下煤层密闭取心技术
《陕西煤炭杂志》2014年第二期
1密闭取心装置设计及工作原理
1．1密闭取心装置设计为满足煤矿井下煤层气含量测定的技术要求，达到快速、测定煤层气含量的目的，设计完成的密闭取心装置如图1所示，主要由取心内筒、液压驱动筒、外筒、割心球阀、解吸球阀、角接触轴承组悬挂总成、液压推动机构、取心钻头等组成。。该装置采用模块化设计、双筒单动结构，解体性好、便于拆卸和维护，与各种钻机、钻具、泥浆泵、瓦斯解吸仪等设备的配套和衔接十分方便，取心过程操作简单，能够、完整、快速地提取高质量煤心样品。通过角接触轴承组构成的悬挂总成实现了取心过程中的双筒单动的目标，即取心内筒和液压推动筒不旋转，外筒带动钻头旋转，这样避免了取心内筒旋转而导致的煤心破坏，保持了样品的完整性。角接触轴承组既保障了径向的滚动摩擦运动，同时还能提供轴向力，这一轴向力既要承受取心内筒和液压推动总成的重力，又要承受割断煤心时产生的轴向力。另外通过取心内筒上侧的关闭阀与下侧割心球阀的联动来保障取心后取心筒的及时密封，并且采用硬密封的形式来达到长时间高压密封的目的。取心外筒:前端与取心钻头连接，末端通过转接头与钻杆连接，取心外筒一方面保护内置的取心内筒、液压推动筒及液压推动机构，另一方面连接钻杆并传递扭矩，带动钻头取心钻进。取心内筒:主要由取心筒管、割心密闭球阀、球阀转接头、解吸球阀及安全定位铜套等组成。在取心过程中，取心内筒主要作用是收集煤心，取心钻进结束后，将煤心密闭在其筒内。取心内筒末端安装有解吸阀门，因此可兼作瓦斯解吸罐，煤样无需装罐即可连接气含量测试设备进行现场解吸和脱气。这样在很大程度上降低了气含量的损失。底部的割心密闭球阀采用硬密封技术，具有剪切煤心、密闭取心内筒的作用。其密封压力可达4MPa以上，并且持续密封保压时间大于24h。液压推动筒、推动机构、投球装置及悬挂机构:①液压推动筒位于取心内筒和取心外筒之间，由液压筒和相关轴承、销钉组成;②液压推动机构末端由销钉固定在投球装置的管路卡槽中，前端与推杆相连，在泥浆泵传递的压力作用下，液压推动机构剪断销钉推动推杆将割心球阀关闭，在此过程中割断煤心并将煤心密闭在取心内筒内。与此同时联动机构保障了密闭剪切球阀与解吸球阀起关闭及钻井液的排出。可以根据煤的硬度确定需要安装的剪切销钉和密封圈的数量，以控制液压筒关闭密闭剪切球阀所需的压力;③投球装置位于液压推动筒上部，由球座、投球管路和投球组成，取心钻进过程中不随外筒一起转动，主要作用是在取心钻进结束后，通过钻杆投球和泥浆泵增压，为液压推动机构推动推杆关闭割心球阀提供动力。
1．2密闭取心装置工作原理工作原理:①取心过程中，取心外筒带动取心钻头钻取煤样，取心内筒收集煤样，达到取心长度要求后停钻;②在孔外钻杆处投入橡胶球，泥浆泵加压将橡胶球送至投球装置的球座中，球座底部的导水孔被堵塞;③在泥浆泵的持续供压下，泥浆液的压力逐步升高，当由液体压力产生的力足够大并将液压推动筒的顶部的销钉剪断后，液压推动筒获得足够的动量向前运动，带动推动杆将球阀关闭，割断煤心，完成整个密闭取心过程。
2密闭取心工艺流程
2．1非取心钻进及密闭取心钻进非取心钻进:架设钻机并安装破碎钻头对岩层进行非取心钻进，当达到设计孔深后停钻并快速退出钻具，必要时进行扩孔钻进。密闭取心钻进:换装密闭取心装置并快速送至孔底待取心部位，进行取心钻进，这时主要是外筒带动底喷式PDC取心钻头进行破碎煤层，煤心顺着球阀内径口进入取心内筒，当达到取心长度后停止钻进，获得设计长度的煤心。
2．2取心筒密闭及内筒密闭效果检验取心筒密闭:在钻杆接口处投入封堵球，封堵球沿着管路到达球座，开动泥浆泵，并加压至足够压强(4～6MPa左右)，这时在泥浆泵加压的作用下推动液压推动筒剪断销钉，并获得足够的动量迅速向前推动，通过推动杆关闭球阀，割断煤心，并密闭取心内筒。取心内筒密闭效果检测:提钻至孔口，取出取心内筒，检查球阀的关闭情况，若关闭良好，无漏气泄压，则试验成功，可进行解吸。
3密闭取心装置井下应用
为了检验密闭取心装置及技术与传统取心方法在煤矿井下煤层气(瓦斯)含量测试中的优势，在晋煤集团寺河煤矿进行了密闭取心装置的井下试验，为进行对比同时进行了传统的普通取心试验。表1为煤矿井下传统取心方法与密闭取心方法的对比结果，由表1可以看出采用本文研制的密闭取心装置进行取心具有明显的优势:煤样暴露时间只有传统取心暴露时间的26%左右，减小了传统取心损失气计算误差，另外煤样的采取率也大于传统的取心方法。表2为密闭取心方法获得的煤样的气含量值与传统普通取心方法的对比结果。寺河煤矿煤层密闭取心测试获得的气含量为7．61cm3/g，普通取心方法获得的三个样品气含量较大为7．05cm3/g，最小为3．84cm3/g，平均5．97cm3/g，前者比后者平均值高出27．5%左右。表明密闭取心方法的煤层气含量的损失量远小于传统的取心方法。为了进一步验证密闭取心方法煤层气(瓦斯)含量测试的性，分别在陕西彬长胡家河煤矿、晋煤寺河煤矿等试验点开展了井下煤层密闭取心和传统取心瓦斯含量测试试验，并将测试结果进行了对比，如表3所示。由表3可以看出，密闭取心方法测得的瓦斯含量大于传统普通取心方法，测试结果提高了20%～27%，表明井下试验的密闭取心测试法能大幅度减少取心过程中的煤层瓦斯的损失，更加的获取煤矿瓦斯含量数据。
4结语
本文研制的密闭取心装置采用模块化设计、键槽插接，解体性好、操作简单，密封压力可达4MPa以上，保压密封时间大于24h，取心率大于80%。能够快速、的测定煤层气的含量，较大限度的缩短煤样的暴露时间、降低损失气的逸散。与传统取心方法相比，瓦斯含量测试结果提高了20%～30%，提高了煤矿瓦斯含量测试精度，为煤矿瓦斯治理提供了扎实的基础参数，对煤矿井下瓦斯抽采设计及治理方案、工程实施等具有重要支撑作用。虽然该密闭取心装置能够较为的测得煤层气含量相关数据，但是装置的轻型化、密闭方式仍然是一个可以进一步改进的方向。另外，密闭取心技术已经较为成熟地应用于井下取心，而地面直接取心技术仍然是一个研究难点问题。
作者：黑磊单位：中煤科工集团西安研究院
煤矿井下论文:WIFI通讯技术在煤矿井下的应用分析
【摘要】煤矿井下工作环境复杂且危险系数较大，井下工作人员人身安全及解决井下通信和监测等问题是使煤矿井下作业正常进行的前提。WIFI技术的出现及应用，为改善井下工作人员的人身安全问题、实现了井下正常通信、构建新型井下监测系统，提供了一种新的技术手段。WIFI技术作为一种新的无线通讯方式，是一种成本较低的无线网络，在煤矿领域中有较好的发展前景。本文重点分析了WIFI通讯技术在煤矿井下的应用。
【关键词】WIFI通讯技术;煤矿井下;应用
引言
随着“数字化”矿山建设的不断发展，对煤矿的自动化、信息化要求越来越高，传统的有线通讯及网络覆盖方式已不能满足煤矿的建设要求。因此，采用WIFI通讯技术的井下新型通讯系统的开发、特别是应用，对煤矿安全防护及生产调度具有重要意义。
1.WIFI技术
WIFI（Wireless Fidlity）俗称无线宽带，是一种能够将个人计算机等终端以无线方式互相连接的技术，具有无线接入、高速传输、成本低等特点。由网络服务器、无线站点及AP节点三部分构成组网系统。站点和节点间可以实现级联连接或组建局域网。WIFI技术应用于地面短距离无线通讯已有多年，较其他无线通讯技术有其突出的特点。
2.WIFI技术应用于井下通讯的优势
2.1 WIFI传输速度非常快，网络安全性高。通用型带宽54M，增强型带宽可达100-200M，是井下无线视频传输的选择。在信号弱或遇干扰时，可以根据实际情况调整传输速度，可保障网络的稳定性，同时满足了人个及社会的需求;
2.2 价格低廉。较传统局域网布线，用户可用较低的成本进行网络布线接入;地面通讯主机设备简单，相比其他3G无线通信系统主机价格便宜。
2.3 无线信号的覆盖范围较广。一般井下WIFI基站信号覆盖的半径达200m左右，增强型WIFI基站信号覆盖半径可达400m左右，基本上与井下3G基站信号覆盖的半径相当，可满足现场无线信号覆盖的需要;
2.4 接口开放。WIFI通讯系统采用开放的、标准的协议，提供通用的无线传输平台，其他系统可方便接入;
2.5 组建简单快捷，可避免固定局域网繁琐的布线工程;
3.井下无线通信系统工作原理
WIFI无线网络及TCP/IP协议是井下无线通信系统的基本构架，并以矿井工业以太环网为主干传输平台，形成有线主干与无线终端相结合的方式覆盖矿井特定区域进行无线信号传输。简单的说，即：地面上的主机通过交换机，为矿区内信号覆盖的手机分配相应IP地址并为其在管理软件中注册，注册后的手机数据将数据存入数据库，只要是无线覆盖的区域，手机都可进行无线通话。
4.WIFI无线通信系统在井下的应用
4.1 工业以太网中WIFI的应用
科技的发展，为煤矿井下工作环境的改善及井下作业效率的提升提供了有利条件，使井下监测及通讯成为现实，而井下工业以太网的建立也为构建WIFI井下网络无线通讯奠定了基础。
WIFI井下无线通讯系统一般建立在工业以太网的基础上的。工业以太网是基于IEEE802.3的区域和单元网络。以太网的性能优越，功能强大。虽然工业以太网和商用以太网在技术上几乎兼容，但在设计上，工业以太网更胜任严酷的工作环境的要求，因此更适用于煤矿井下作业。加之工业以太网价格低廉网络稳定，更加能确保工业应用的安全。
工业以太网的应用非常广泛，大部分的编程语言都可以进行其应用开发，工业以太网也有很高的通讯率，应用较多的有100Mb/S和1000Mb/S的快速以太网，1Gb/S的技术也慢慢成熟。工业以太网的资源共享能力较强，只要接连任何一台互联网的计算机都能对工业控制现场的数据进行浏览，拥有很大的可持续发展潜力。在煤矿现场中，可现实对井下现场的数据及工程进度监测，实现远程操控。
工业以太网（光纤网络）建立的井下骨干网络，采用WIFI通讯建立无线覆盖网络，实现整个区域的无缝信号覆盖。无线便携终端、无线传感器、无线视频等无线设备无缝接入系统平台。WIFI通讯是工业以太网的延伸和补充。
4.2 WIFI在井下人员定位系统中的应用
位置指纹识别算法是WIFI定位系统用于煤矿井下定位的一种算法，实际上，即是根据表征目标特征的数据库来识别。无线传输系统、WIFI终端及定位服务等是煤矿井下WIFI定位系统的主要部分。其中，WIFI定位系统的WIFI终端主要是WIFI通信系统中的WIFI手机，当WIFI在井下处于定位工作状态时，一般需要重复测量参数以选择平均值，以提高率。
4.3 基于WIFI的无线网状（Mesh）组网应用
当矿井出现紧急情况，井下既有的通信网络不能正常工作，此时可采用基于WIFI的无线网状（Mesh）组网技术建立应急救援系统，实现井下救援现场和指挥中心之间无线通信网络的快速部署与组网，提供包括语音、视频、数据在内的移动多媒体通信联络与调度指挥通道。
系统可采取有线/无线相结合方式进行信号中继与传输。无线通信网络采用自组织、自愈合方式快速形成多跳链状或网状网拓扑结构，无线通信距离不小于2000 米，具有快速部署、高带宽、低时延、性强等特点。井下救援人员，通过佩戴矿用无线终端，将现场的实时图像、语音、环境参数等信息实时回传到指挥平台，调度指挥人员可以实时了解现场情况并对现场人员进行调度指挥。
4.4 系统功能应用
WIFI井下无线通讯系统具有较好的性和稳定性，内有系统状态显示、开关控制、号码注册管理、拨号权限设置、通话日志记录、参数设置等多项操作功能。系统管理员可以利用系统的状态显示和开关控制进行系统的开启和关闭，通过号码注册管理进行用户的注册和删除;可以通过拨号权设置和通话日志等功能进行呼叫权限和优先通话设置等，记录通话号码、时间、时长等数据;在管理员登陆主系统后，可以将系统的基本参数和系统配置进行修改和设定。除了上述语音功能外，WIFI网络作为煤矿井下的数据传输通道，还可以将无线视频、无线检测、监管、控制等多种终端接入，给数字化矿山建设提供了良好的基础设施。
5.基于WIFI技术的无线通信系统的发展前景
无线网络具有多种优点，尤其是方便快捷和高效率最为突出，使得几年来无线AP的应用越发广泛。WIFI 技术价格低廉，有较强的可移动性，此外还有很多优势让其成为高速有线接入技术中必不可少的补充部分，在有线接入需无线延伸的领域中得到广泛的应用。WIFI 技术在宽带应用上作为高速有线接入技术的补充，因各方面因素存在一定差异。WIFI通信技术虽然在漫游、切换、安全、干扰等方面与3G通信技术有差距，但是从覆盖范围、传输速率、基本业务类别、可移动速率、前向扩展等多方面综合分析，WIFI与3G两者相互补充、有效结合，将会是未来的发展趋势。由于WIFI具有宽带数据接入和以太网传输的强大功能，所以，煤矿综合自动化数据传输、光纤环网对接以及多网合一的网关设备中，都可以使用WIFI技术。在目前解决煤矿宽带数据通信的问题上，WIFI通讯是最为可行的方法之一。
6.结束语
煤矿井下工作环境恶劣，要保持信号正常接收比较难，长期使井下无线通讯处于窄频范围内，严重阻碍了煤矿井下作业的开展。WIFI无线通讯的应用，解决了井下通信、监测等问题，更好的实现了煤矿井下的无线通信及煤矿作业安全。
煤矿井下论文:煤矿井下供电自动化改造过程中暴露的问题及对策
摘要：虽然自动化给煤矿井下供电系统带来了不少便利，但是由于煤矿本身井下的特殊环境影响，再加上员工技术水平有限、资金不足等因素，自动化在煤矿的实际运用中还是非常有限的。文章对自动化在煤矿中遇到的各方面阻碍加以分析和解决，使自动化更广泛地运用于煤矿井下供电系统。
关键词：煤矿；井下供电系统；自动化改造；越级跳闸；供电性
本文主要对煤矿井下供电系统的实际情况加以分析，针对其现有的应用情况和实际应用中出现的问题加以研究，并对其优化和改造情况，着重阐述怎样使自动化更广泛地为煤矿井下供电系统服务。经过对现有状况和问题的分析，归纳解决，总结下一步如何做，才能使自动化在煤矿井下得到合理应用。
1 过去煤矿井下供电系统存在的问题
煤矿供电系统是一个非常巨大的系统，并且煤矿采掘工作也是持续性的，矿井面积不断多方向延伸，供电系统也要随之而扩大，系统中各枝节越来越多而复杂，供电系统暴露的问题也越来越多。
1.1 大规模掉电导致的问题
掉电在电力系统中属于常见问题，但是如果出现大规模掉电，那问题就严重了，不仅耽误工程进度，还可能导致设备被淹或者瓦斯积存。但是传统的煤矿供电系统中，一旦出现大面积掉电，工作人员往往措手不及，由于煤矿井下环境复杂，供电系统分支又比较多，且相离都比较远，即便有应急预案，等待专业电工去各配电室一台一台送电，才能使采掘工作继续运作，既费时又费力。在停电期间，风车、水泵等设备都处于停止工作状态，采掘工作面很容易出现设备被淹、瓦斯积存等重大事故。
1.2 越级跳闸
以往的煤矿供电系统上下级的配电室的保护器相互之间不够匹配，保护器设置不够完善，反应迟钝，一旦出现问题，上下级配电室的保护器会由于短路导致电流一块达到速断整定值，是上下级保护器在还没有辨别到底是哪里出现了短路故障的时候，就全线动作，造成更大规模范围的停电现象，出现更大的事故后果。
1.3 开关不能区分故障原因
电压波动和母线失压，是两种区别很大的线路故障，像因为某种故障或者雷电而发生的电压波动，导致失压脱扣，这种情况开关本身区分不了是母线失压还是电压波动，从而该停电的地方停了，不该停电的地方也停了，加大了停电范围，事故的影响范围也更大了。
1.4 漏电保护力度不足
过去的保护器的漏电保护采取的方案比较少而且单一，对于定制调整也很粗劣，一旦出现漏电，漏电保护就没办法对其进行精密的整定，这样一来高压漏电保护起不到任何作用，就像不存在一样，没有实际意义。
2 优化改造煤矿井下供电自动化的目的
（1）越级跳闸产生的后果极其严重，所以要彻底避免这种情况的发生，利用供电自动化技术建立电力监控系统，防止越级跳闸的发生。有了电力监控系统，井下的配电室和配电点都可以同时得到监控，而且还能利用高科技基因图谱识别模式光纤差动原理，对因为短路故障而导致的越级跳闸现象能够有效的控制并从根本上解决。我们主要采取的手段就是改进优化上下级配电室之间相互连接彼此的联机开关的综合保护器，对保护器在技术层面加进改造后，可以让保护器拥有联络线纵差的功能。这样一来从根本上解决越级跳闸问题的方式就是坚决保护级联开关，并且保护的方式以纵差保护为主、过流保护为辅；（2）提高供电性，高压防爆开关要更加精准和稳定，从根本上解决由于电压的不稳定来回波动而造成大范围的停电现象问题，从而避免发生人力与财力的浪费；（3）高压配电室归纳选漏；（4）电度计量，以利于以后的管理和考核；（5）建立远程监督监控系统，一旦出现故障，地面调度中心就能远程操作，不需要人工一一送电。同时也要保障井下线路系统要多方位保护到位，提高性，这样就有效地节省了人力浪费和时间资源；（6）电网监控中心数据与矿井综合自动化平台数据共有。
3 井下供电自动化现有的问题
及时，以往的井下供电系统，如果出现低电压，也只是让代风车电压器跳闸，停电面积也小，比较好处理。但是供电自动化改造之后，厂家的保护器技术不过关，不止代风车电压器跳闸，进线、馈出线、换线都跳闸，停电面积加大了不少，处理起来也费时费力。
第二，供电自动化改造后，由于厂家技术能力有限，保护器整定设置不完善，如果出现系统接地，不仅造成代移变的高压开关漏电保护动作跳闸，还会造成部分进线、环线也跳闸，停电面积加大，事故原因调查和处理都更难。
第三，自动化虽然比较节省人力物力，但是毕竟跟人的智能比起来还是有差距，由于供电自动化保护器设计存在弊端，在使用过程中曾很多次都发现，开关一直不停的进行合闸，若是没有工人对其处理，合闸动作就会一直持续，直至开关损坏，甚至发生火情，对井下环境构成一定的危险。
第四，一旦供电保护器发生死机，那么这个保护开关就形同虚设，远程也无法进行操作处理，就会埋下事故隐患。
第五，井下还有反送电的高压开关，这个没有操作电源，一旦发生大范围的停电，不能对其远程操作，需要人工送电，处理时间增加，势必增加了停电带来的影响。
第六，供电自动化的监测分站电源与供电系统不同，掉电了却还可以运行，电池用完才知道掉电，而此时通讯也会断掉，极大地影响了供电自动化的正常顺利运行。
第七，在供电自动化系统中，低压馈电由于种类太多，并且大多数低压馈电的低压防爆总开关由于缺失通讯接口，没有可以正常使用的通讯接口，那么就不能及时连入监控系统，从而不能实现自动化。
第八，煤矿对于自动化资金投入较少，并且投入使用后不及时检查更换，经常出现系统问题。（1）由于人们对于新技术的认识不足，对自动化不够看中，所以对自动化的资金投资就比较少，这样一来不仅影响正常自动化带给人们的便利，不能使自动化实现其价值，导致资源的再次浪费。由于资金不足使自动化设备不够完善，这样就导致像有些配电室完成了自动化而有些配电室没有完成自动化，如果下级配电室没有完成自动化，那么上级配电室就无法对其远程操控，如果上级配电室没有完成自动化，就导致它的下级都无法自动化操作，这样一来还是需要人工操作分合闸，对已经实现自动化的配电室造成一些浪费；（2）煤矿的投入资金由于配比不合理以及一些电路管理部门的管理不当，对配电室的各项设备不能及时检查维护及更新，导致配电室各项设备及配件年久失修而老化，不仅极大的影响了配电室的正常运作，还导致配电室设备较差而不能满足自动化的要求；（3）煤矿井上和井下之间的网络连接不够紧密，一旦出现断电情况，井上的地面调度中心就与井下的供电自动化后台失去了联系，导致通讯中断，从而使自动化失去可操作性，不能进行远程操作送电，还得人工进行恢复送电。
第九，日常维修人员技术能力和素质都比较差。原有的煤矿井下供电系统的管理和工作人员，大部分都是老员工，思维和知识都比较传统，对于自踊高科技的认识和运用都有非常大的欠缺，甚至供电自动化改造后也不会使用和维护，对于自动化系统的突发性事故没有足够的应变能力，也没有能力对自动化设备进行检查和维护。
4 怎样解决煤矿井下自动化存在的问题并更好地利用自动化
（1）保护器是常出现问题的关节，对保护器的技术加以改进，解决频繁合闸等问题，降低供电事故发生率；（2）自动化作用强大，加大资金与人力力度来维护系统，“两化”项目也要加强完善；（3）对自动化工作人员加强培训；（4）自动化系统中管理制度要加强，规范操作，及时检修。
5 结语
自动化为煤矿产业科学发展带来巨大的便利与进步，对于传统煤矿供电系统也带来跨越性的发展，一定要正视现在应用中存在的问题，研究解决才能让自动化为其发展带来更大的便利。
作者简介：付勇（1983-），男，河北唐山人，神华神东煤炭集团公司柳塔煤矿助理工程师，研究方向：煤矿井下供电、供排水。
煤矿井下论文:煤矿井下电网提高功率因数措施的可行性
摘 要煤炭是一种不可再生的能源矿产，其是由几千万年前的树木沉淀在泥土之中，经过各种形式的分解以及重组而形成的一种矿产资源，因为煤炭利用容易以及储存量大等特点被广泛的应用与人们的日常生产与生活之中。煤矿开采作为煤炭能源的来源，因为煤炭储存地点往往处于地下较深的位置，开采具有一定的难度，需要地下作业，在开采之中，仅凭人力是不可能的，需要各种先进设备的辅助与帮忙，这些先进设备往往又需要着电力作为能源驱动。而在地下深处，电力运输较为困难，就存在着电力功率不足等问题，阻碍着煤炭开采的顺利以及高效进行，为了提高煤矿井下的开采效率，就需要提高井下电网的功率因数。
【关键词】功率因数 视在功率 无功功率
1 功率因数的定义
对于功率因数这个定义来讲，通常被应用与计算电力损耗之中，在井下的供电系统之中，存在多种计算参数，其中最为主要的计算参数包括了有功功率、无功功率以及视在功率，而所谓功率因数就是有功功率与视在功率所形成的比值。
因为直接形容这个功率因数太过抽象，让人十分难以深刻理解，所以采用一个相对而言比较简单的线路模型图来对线路之中的几个重要参数进行描述，从而表现功率因数的存在。在这个线路模型图之中，一共存在三个指数为R、L、C，其中R为总负载，L则为总电感，C是总电容，所表现的如下图1中的内容。
通常而言其中的电感电压超前电流为90°，电容电压滞后为90°，i则代表了线路之中的电流，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°）
在基于霍尔电压定律的基础之上，形成了这样一个公式：
u=uR+uC+uL=Um sin（wt+φ）
最终我们可以得出：瞬时功率为P、平均功率代表为P、无功功率表示为Q、视在功率表示是S，则最终可以用一个三角形来表达他们之间的功率关系。
2 提高供电网功率因数的意义
2.1 提高设备的利用率
在煤矿井下的开采工作之中，所要利用到的很多设备因为电网功率因数的原因，没有处于的利用效率之上，如果能够有效的提高供电网的功率因数，则能够有效的提高设备利用率，此举不仅仅减少了电力资源的损耗，同时也提高了煤矿开采的效率与质量。开采设备在工作之中所提供的动力是由发动机所提供的，发动机作为开采设备的主要动力设备，其决定了开采设备的利用率，通常情况下，在发电机进行设计时，会将发动机按照视在功率S来进行设计，因此如果实在额定的电流以及电压之下，在开采设备正常运行之中，如上述所得公式表达，发动机所输出的有功功率与所接负载的功率因数有着非常直接的关系，那么就可以有效的得出，如果功率因数为1，其所接的负载为电阻性负载之时，发动机所输出的有功功率是与其设计时的视在功率相同的，但是如果其所接的负载为感性负载之时，那么此时的功率因数就低于1，那么此时的发动机所输出的有功功率是低于设计时的视在功率的，就造成了利用率的降低，因此提高供电网功率因数，能够有效的提高设备的利用率。
2.2 降低供电网损耗
在谈及煤矿井下电网损耗时，通常情况下，电网损耗的较大影响因素就是线路损耗，这是由于电力所要经过线路的传输到目标地点，其线材是具有导电性能的，只要是具有导电性能的物品就具有电阻，因为电阻的存在会出现线路上电能的损耗。当功率因数较低时，其线路损耗会随之增加，在这种情况之下，加大功率因数，就能降低线路损耗，从而提高发电设备的电力压力，使更多设备得到充足的电力供应，与此同时又能提高电能的利用效率，从而降低煤矿井下开采的电能成本，帮助煤矿节约资源，促进煤矿的良性发展。
3 无功补偿提高功率因数
3.1 并联移相电容器组方法
通过上述对于功率因数的介绍可以了解到功率因数是有功功率与视在功率形成的比值，因此如果可以采取一定的方法降低无功功率那么将在侧面提高电网的功率因数。在并联移相电容器组这个无功补偿方法之中，可以采用电容器所产生的无功功率去弥补电感负载所需要的无功功率，从而能够充分降低低电网所需要的无功功率，由此来提高电网的功率因数。
在这种方法之下有优点也有其缺点，优点在于因为是采用了电容器来进行无功功率的降低，因此其相对而言没有震动与噪音，并且资金投入规模并不大，所需要的维护措施比较单，在整个方法的进行步骤较少，方法进行的也比较简洁，被很多煤矿井下电网工作者所广泛使用。但是也存在着其缺点，就是其降低无功功率有着明显的刻度划分，因此很难根据现实情况进行的无功功率调节，导致的功率因数没有办法形成的数据，而且电容器需要一个相对稳定的工作环境，所以在煤矿井下的环境中，容易受到干扰，从而发生电容器不稳定，最终导致功率因数提升出现问题。
3.2 同步调相机方法
同步调相机不仅仅能够产生无功功率，并且在其工作之中也会消耗无功功率，从而提高井下电网的功率因数。同步调相机可以视为是一个容量大的空载运行发电机，其在工作之中，会根据其容量大小，产生相应程度上的无功功率，而又在欠励磁的时候，对无功功率进行消耗，可以说是一个自产自销的方法。
同步调相机方法的优点在于因为其是根据自身来产生无功功率并且消耗无功功率，可以对产生的无功功率进行相当精细的调整，从而实现功率因数的细微调整，实现化的一种的功率因数，在设定好程序之后，甚至可以在一定程度上自动进行调整。其缺点在于，同步调相机是一种相当巨大的设备，在一般的煤矿井下都难以施展，因此其所使用的环境受到了严格的限制，通常实在大型变电所之中进行工作运转。
4 结语
对于煤矿井下工作而言，在保障安全的前提下，要进行成本以及效率的提升，从而才能在市场竞争激烈的情况下，占据有利地位，实现煤矿开采与勘探企业的良性发展，促进整个行业前进。
作者单位
邯郸市孙庄采矿有限公司 河北省邯郸市 056200
煤矿井下论文:煤矿井下巷道掘进顶板支护技术探析
摘 要：在工业化持续发展的过程中，煤矿能源发挥了重要的作用，如何确保煤矿开采的安全性是困扰煤矿企业的重要问题。在分析煤矿井下巷道具体结构的基础上，应用煤矿井下巷道掘进顶板支护技术提高巷道的承载力，其主要是通过井下开拓、掘进巷道途径来实现提高巷道的抗压能力。文章将煤矿巷道掘进顶板支护技术分为可伸缩性支架支护、锚杆支护、矿用支护型钢、矿用锚索支护等技术类型。
关键词：井下巷道；煤矿；顶板支护技术；掘进
安全是煤矿生产开采过程中的重中之重，近年来，煤矿巷道掘进顶板支护技术的应用，有效提高了煤矿巷道的抗压能力及承载负荷，同时该技术还能够降低采空区的压力，进而降低了事故的发生概率。下文就煤矿井下巷道掘进支护技术的类型做了简单分析，在煤矿开采环境越来越恶劣、开采难度不断增加的情况下，提出了对煤矿井下巷道掘进支护技术的管理意见，大力引进新技术，保障煤矿开采过程的安全，进而推动煤矿企业的健康发展。
一、煤矿井下巷道掘进支护技术分析
（一）锚杆支护技术
锚杆是支护的一种形式构造，锚杆支护由托板、锚杆杆体、钢带、网等部件构成，在矿井巷道支护中发挥着抗剪与抗拉的作用。锚杆支护的原理是通过紧固螺将锚杆的承载压力分散到构件体上，以便扩散到整个岩层，提高了锚杆的承载能力，而且岩层在托板的作用下变形程度减小，有效防止岩层的破裂、垮塌，确保开采人员的生命及财产安全。
（二）矿用支护型钢
在恶劣的煤矿井下环境中，工作人员需要借助矿用支护型钢对煤矿井下巷道进行支护，此时需要保障支护型钢良好的抗拉、抗压、抗剪切性能。在使用煤矿井下巷道的具体过程中，一般情况下，巷道的位移较大，这是由于矿层地质构造及掘进切面两方面发生了变化，导致两个方向发生位移，由此可见，该现状对支架本身的承载力有较高的要求。另外，要将巷道支护滑移及定位要求考虑在内，矿用钢的抗弯截面模量必须满足相应标准及要求。
（三）矿用锚索支护技术
锚索作为锚杆的一种，从加固拱理论上讲，它能使直径更大的巷道围岩成为整体，从而增强其自身的承载能力。从悬吊理论上分析，它更适合围岩悬吊于稳定的老顶中，以确保巷道支护的性。锚索的作用主要有两点：及时，将锚杆支护形成的次生承载结构与深部围岩相连，提高次生承载结构的稳定性，同时充分调动深部围岩的承载能力，使更大范围内的岩体共同承载；第二，锚索施加较大的预紧力，可挤紧和压密岩层中的层理、节理裂隙等不连续面，增加不连续面之间的抗剪力，进一步提高围岩的整体强度。
（四）伸缩性能良好的支架
金属支架的承载能力较其他材料更强，主要体现在工作承载及极限承载方面。煤矿井下可缩性支架在收缩过程中表现出的是实际承载能力，影响其实际负载能力的主要原因有器件连接状况、支架的整体构造。两种承载力中极限承载能力的刚性过程会影响煤矿伸缩性支架的可变性，所以，判断伸缩性支架的状态，就是实际承载能力与极限承载能力的差异，当极限承载能力高于实际承载能力时，两者间的差异最小。
二、强化对煤矿巷道掘进顶板支护技术的管理措施
（一）提高从业人员的素质
煤矿开采过程中，从业人员是主体也是安全管理中的重要因素，从业人员的的综合素质对工作进程的影响较大。在掘进工程施工前，要对相关人员做好技术培训工作，在理论及技术知识的学习中，积累工作经验，理解操作行为，熟悉顶板支护技术管理常识，同时认真学习相关的规章制度，开展岗前训练，组织实际演练，实行轮训制度，举办特训活动，增强从业人员的实际操作能力，同时加强安全教育培训，在进入掘进工程施工现场前，要召开安全动员大会。
（二）提高支护技术水平
煤矿井下巷道掘进顶板支护施工前，针对顶板支护施工，提出具体的支护方案、掘进配套方案、巷道开工预留方案以供选择，将煤矿巷道支护所需要的材料、材料数量以及具体的尺寸等提前计划清楚，将支护操作规范加以明确。在遇到巷道重叠地应力大及地质复杂的巷道，采用锚网、锚索及喷浆之后再架设钢梁棚支护。在安装支护层的时候，将确保支护层的承载能力作为核心要求，尽可能保障架棚钢梁与巷道顶板及巷壁之间能够拥有较大的接触面积，保持接触面的平整，使支护体的支护强度达到较大值。
（三）积极引进新技术、新工艺
随着我国科技水平的不断提高，自动化技术在工程建设及工业生产中的应用越来越广泛，因此煤矿井下巷道掘进支护技术也要有相应的改进，今后巷道掘进支护技术将朝着机械化与自动化的方向发展，煤矿企业针对当前支护技术发展的实际情况与发展趋势，以及井下巷道掘进顶板支护工艺铺设的发展情况，组织工程技术人员成立顶板支护研究小组，积极吸纳新技术、新工艺，进一步扩大以综合掘进系统为代表的新设备、新工艺的应用范围。
三、结语
综上所述，煤矿井下巷道掘进顶板支护是煤矿开采工作顺利进行的保障，在煤矿巷道中，动载荷冲击及疲劳磨损等都是由顶板支护来承受的，为了促进煤矿井下巷道掘进顶板支护技术的发展，还需进一步提高支护技术水平，提高顶板支护的抗压能力、承载能力，同时要对工作人员做好相应的培训及安全教育工作，大力引进先进的支护技术，确保煤矿开采人员的人身及财产安全，促进煤矿企业可持续发展。
