一、一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法

矿山无人化采掘就是基于开采环境自动被探知的情况下，利用自动化采掘设备进行自动采掘，实现无人化采掘，其前提必要条件就是开采环境自动被探知。实现自动探知开采环境的方法主要有直接利用硬件探测设备被动探知局部信息和基于开采参数探知的精细建模技术主动提前确定两大类方法，其中与本方法最近似的方法“采区煤岩层动态精细建模技术”：煤岩三维模型数据结构的建立、基于勘探钻孔数据的地质插值建模技术、随掘随探与模型数据更新技术、补探方法与模型精修技术、随采随测与模型局部修正技术、三维建模误差分析技术。

利用硬件探测设备被动探知局部信息的方法取决于硬件探测设备对于某类局部信息探测的性能，例如：γ射线、雷达探测、红外探测、有功功率监测、振动检测、粉尘探测、高压水射流—光测等仅能探测煤岩的相对信息，这些方法未考虑全局采掘环境(顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体)的变化，并且探测设备受采掘工作面的恶劣环境影响，探测性能较差，非常容易造成对于造价昂贵自动化采掘设备的损伤。

本发明提出了一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。

专利优势：

本发明提出了一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，与现有技术相比，一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，该方法充分获取并利用顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体的各种开采参数信息，通过创建自适应地质体插值、复杂地质体初始建模、多次适时逼真建模等，适时建立采掘对象的多参数、多属性三维精准模型，使无人化采掘工作始终处于煤体(矿体)、岩体精准模型已知的前提下进行，从而实现采掘工作面安全、可靠、高效、透明、低成本的无人化开采。

二、一种矿井工作面仿真实验装置

对矿井工作面气载粉尘运移规律及抑制技术进行研究，不仅能大幅度降低矿井工作面空气中的粉尘浓度，而且对井下其它产尘作业点的抑尘工作具有积极的借鉴作用。要研究不同风流状态下和喷雾场下的气载粉尘运移规律及粉尘控制方法，以此确定巷道内通风除尘、喷雾降尘系统的最佳参数，必须有一种能真实模拟工作面风流状态、粉尘状态、气载粉尘运移状态和喷雾状态的仿真模拟装置来揭示不同情况下风-尘-雾的运移、耦合、降尘规律，为矿井工作面通风除尘和喷雾降尘工作提供理论技术指导。

本发明提出了一种矿井工作面仿真实验装置，能够模拟不同风流状态和喷雾状态下矿井工作面气载粉尘运移状况，为科学合理的布置矿井工作面通风除尘系统、喷雾降尘设备提供技术支持。

专利优势：

本发明述及的矿井工作面仿真实验装置，包括模拟巷道、井下模拟设备、模拟尘源、除尘风机、喷雾供水设备、风速传感器和粉尘浓度传感器。本发明采用模拟巷道，并在模拟巷道内借助于井下模拟设备、模拟尘源、除尘风机和喷雾供水设备模拟矿井工作面风流、粉尘和喷雾的状况，然后利用风速传感器和粉尘浓度传感器测定模拟巷道内的相关数据，从而确定不同通风方式下风-尘-雾运移、耦合、沉降规律，得出矿井工作面通风除尘和喷雾降尘的最佳参数，为科学合理地布置通风、喷雾除尘系统，确定最佳喷雾压力，控制风速实现最佳喷雾效果和检测喷雾设备的降尘效果、研发高效喷嘴提供可靠的技术支持。本发明是按照相似实验平台的理念构建的，所述模型与实际模型是按照1:10的比例构建的，可根据相似实验原理的相关公式推测出现场实际参数，指导现场防尘作业。

三、碳酸盐矿物白云石化作用模拟研究系统及其使用方法

碳酸盐矿物白云石化的主要理论基础有准同生白云岩化、蒸发泵白云岩化、埋藏白云岩化等。研究者普遍认为，升高的压力、温度、盐度、碱度及微生物作用对于突破白云石形成的动力学障碍具有十分关键的作用。因此，在现阶段碳酸盐岩研究中，研究者除了关注不同浓度Mg²⁺与Ca²⁺的混合溶液，即Mg/Ca比溶液对碳酸盐矿物性质变化的影响外，压力、温度等因素对于碳酸盐矿物的沉积动力学参数的影响也成为一个热点问题。一般认为方解石等矿物转变为含镁碳酸盐矿物的反应过程为：

CaCO³⁺(1-x)Mg²⁺→Mg_1-xCax(CO₃)+(1-x)Ca²⁺

因此为反应提供充足的Mg²⁺，设计不同的盐度、碱度、压力、温度及微生物因素等，使Mg²⁺、Ca²⁺与CO₃²-反应形成白云石是研究过程中必须考虑的问题。在模拟白云岩化过程中，实验研究需要一种能够方便地对碳酸盐矿物施加压力，最好能够同时调节盐度、碱度、温度、离子强度及微生物等条件的装置来摸索碳酸盐矿物发生白云石化的条件。

目前对于高压下碳酸盐矿物研究的主要设备为反应釜，然而该工具存在价格昂贵、操作复杂、危险系数高的缺陷。

本发明提出了一种碳酸盐矿物白云石化作用模拟研究系统及其使用方法。

专利优势：

(1) 通过与反应室相连接的二氧化碳装置、Mg/Ca装置、pH控制装置以及多功能注入口，可以模拟不同压力、不同温度，不同离子强度、盐度、碱度和不同微生物活动等因素对碳酸盐岩白云石化作用动力学因素的影响和控制。

(2)选用由矿渣或黏土压制成的圆柱形腔室作为反应室，由于其有良好的吸水性和透水性，方便流体地循环流动。

(3)矿物储集室由橡胶材料制作而成，可方便刺破矿物储集室，吸取矿物沉淀随时展开分析，本发明可系统地研究盐度、碱度、压力、温度及微生物活动对白云石化作用动力学参数的影响，并且该系统具有安装方便，操作简单，多参数同时研究，方便模拟的优点。

四、一种膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置及试验方法

内蒙古自治区是西部主要产煤省份之一，其蒙东褐煤主产区遭遇膨胀软岩巷道支护难题，该类巷道变形呈现持续的非线性大变形特征，现已尝试采用锚网喷+U36型钢联合支护、锚网喷+12#矿用工字钢对棚联合支护，均未取得预期效果。在内蒙古自治区上海庙矿区，以及陕西、甘肃、宁夏、新疆境内亦存在严重的膨胀软岩巷道支护难题，该难题已成为当前煤矿安全生产面临的重要课题。

膨胀软岩中含有较高比例的膨胀性粘土矿物，岩层胶结程度差，属于力学强度较低的极软岩层，现有支护方式以及相关支护方式的组合根本无法取得预期效果。在该特殊地质条件下，大部分巷道陷入前掘后修的困境，这大大增加预算投资，同时严重威胁矿井安全生产。

膨胀软岩巷道支护问题已成为制约煤炭企业发展，甚至制约西部煤炭新区顺利建设的一大瓶颈。突破该瓶颈，研究膨胀软岩巷道围岩损伤演化机理，对保证该特殊条件矿井安全生产具有重要意义，同时将为我国煤炭企业持续健康发展提供有力保障。

本发明的目的是为了克服现有膨胀软岩损伤演化相似模拟研究中试验装置的缺陷，提供了一种膨胀软岩巷道围岩损伤相似模拟试验装置及试验方法。

专利优势：

与现有相似模拟试验装置相比，本发明的优点和积极效果是：本发明所述装置可以有效克服现有装置对围岩膨胀变形条件难以精确控制，以及对围岩膨胀变形中的膨胀压力难以精确测定等缺陷，该装置密封性好，可以有效隔绝空气，最大限度降低外部条件对围岩膨胀变形的影响。试验过程中可以根据围岩重量，定时、定量、均匀对围岩加水，从而进行不同含水率下围岩膨胀损伤演化试验。试验过程中传感器与装置表面接触好，可以有效提高压力测试精度。结合模型巷道具体形状及尺寸，可以实现巷道开挖精确控制。该围岩损伤相似模拟试验装置将为膨胀软岩巷道围岩损伤机理研究提供新的思路和方法。

成果联系方式:蒋学凯17660458662

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