针对矿井巷道断面人工测量方式费时费力、误差大以及现有巷道断面测量仪检测速度慢、无法实现上位机实时监测等问题,提出了一种基于PLC和ZigBee网络的矿井巷道断面瞬时监测系统的设计方案。该系统中,PLC输出2个6 400个/s的高速脉冲序列,分别用于控制步进电动机旋转和驱动脉冲式激光测距仪测距;HC0,HC1高速计数器分别对2个脉冲序列计数;步进电动机步进角设置为0.45°;激光测距仪旋转1周后,PLC计算出巷道断面的周长和面积,并将计算结果通过ZigBee网络发送至上位机进行实时显示。实验结果表明,该系统每隔10s更新显示巷道断面的周长和面积,周长测量的相对误差不超过0.5%,面积测量的相对误差不超过0.9%。

对于矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行传输,为使基站能准确恢复各用户发送的信息,需要获得基站与各用户之间准确的信道信息。为此,提出了一种基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行多用户信道估计算法,对用户每个MC-CDMA子载波对应的信道增益进行估计。算法通过为每个用户分配同一频域导频序列的不同时延副本作为导频信号,实现了区分不同用户时域冲激响应的目的。进而通过DFT运算,得到了各子载波上每个用户对应的信道增益。所提出的算法在充分利用有限导频资源的同时,还能避免复杂的矩阵运算。此外,还通过为每个用户的时域冲激响应选取有效径,忽略那些包含噪声成分大于信道响应成分的无效径,优化了所提出的信道估计算法,实现了提高信道估计准确性的目的。仿真结果表明,采用所提出的基于DFT的矿井巷道时频编码协作MC-CDMA上行信道估计算法,系统的误码率性能明显优于采用LS信道估计算法的误码率性能,接近采用ML信道估计算法的误码率性能。

矿井巷道掘进过程中遇到的断层、陷落柱、破碎带等地质异常体,会直接影响掘进施工效率,同时会给矿井的安全生产带来极大的威胁。采用地震反射波法进行井巷超前探测,能够对掘进坑道前方断层构造及其异常界面的位置进行较准确的预报。在分析反射波法超前探测数据采集及处理解释方法的基础上,结合井下掘进巷道探测实例,介绍了地震反射波法超前探测应用成果。

为了研究矿井巷道突水蔓延规律,使用格子Boltzmann方法建立了井下突水蔓延二维仿真模型,平直边界采用反弹格式处理,曲边界采用BFL格式处理。因需要模拟复杂巷道,采用分块耦合算法将巷道分成若干规则的块,各块分别独立计算,只在边界处交换数据,从而去除冗余网格,简化网格计算,提高系统资源利用效率。最后通过一个仿真实例,形象、直观的展示了突水发生时地下矿巷道突水水流的演变过程,对矿山突水事故防治和井下人员逃生决策具有现实指导意义。

为定量化预测矿井巷道突(透)水的蔓延过程,科学地解释突(透)水在矿井巷道中的蔓延规律,提出了基于SWMM建立矿井巷道突(透)水蔓延模型并实现定量化计算的方法。对模拟方法、参数选取进行分析,构建适用于巷道计算的SWMM模型,并通过分析矿井充水条件、设置合理的边界条件,进行矿井巷道突(透)水蔓延过程的动态预测。以河北蔚县北阳庄矿井为例,实现了矿井巷道突(透)水蔓延过程的动态预测。结果表明:利用基于SWMM构建的突(透)水蔓延模型可以计算得到任意空间位置、任意时间的水深、流量数据,并实现巷道突(透)水蔓延过程的可视化。

实际的矿井巷道四壁为非理想导电壁，且巷道壁粗糙，电波传播的解析研究异常复杂。文章将矿井巷道看作含有有损介质的波导，导出类矩巷道中电磁波传播粗糙度损耗和传输总损耗，并数值模拟了传输损耗与粗糙度、频率变化之间的关系。结果表明，在低频段粗糙度损耗对电磁波传播损耗的影响较大；随着粗糙度增加，粗糙损耗明显增大；但随着频率的增加，倾斜损耗占主导地位，粗糙损耗对总损耗的贡献减小。