特厚煤层巷道冲击特征及冲击危险性评价方法研究

通过研究特厚煤层巷道能量储存、应力分布及围岩强度特征,揭示了特厚煤层巷道与薄及中厚煤层相比具有储存能量多、应力影响范围广及围岩强度低的主要冲击特征。基于特厚煤层巷道冲击特征和冲击地压启动理论,提出了综合弹性能指数、应力比指数和冲击能量速度指数的冲击危险性评价多元指数法,建立了特厚煤层巷道冲击危险性的综合评价指标体系。将该评价指标体系应用于陕西某矿特厚煤层掘进期间巷道冲击危险性评价,根据评价结果对冲击地压危险区域采取了合理的卸压措施,保证了工作面的安全开采。     

基于“AHP+熵权法”的CW-TOPSIS冲击地压评判模型

针对冲击地压灾害评价系统模型中指标权重难以确定的问题,提出一种"AHP+熵权法"组合赋权方法。通过引入拉格朗日函数,建立优化决策模型,确保主客观权重和偏好系数间的一致性,进而获得各指标的组合权重(CW),并评价冲击地压预判影响因素的主次关系。基于逼近理想解排序法(TOPSIS)的基本理论,建立CW-TOPSIS冲击地压综合评判模型,分析贴近度,最终预测冲击地压等级。将此模型应用于老虎台矿83003工作面,得出该工作面有中等冲击危险,构造应力为诱发冲击的主导因素;基于"AHP+熵权法"的CW-TOPSIS冲击地压评判模型的预测结果与实际结果相吻合。     

复合动力灾害条件下孤岛工作面区段煤柱宽度留设研究

孤岛工作面覆岩空间结构复杂多变,受开采和地质等因素的影响在开采过程中面临冲击地压、煤与瓦斯突出、自燃发火以及采空区突水等复合动力灾害。留设合理宽度的区段煤柱是确保工作面安全开采的关键,以陕西某矿特厚煤层孤岛工作面开采为工程案例,通过分析工作面覆岩空间结构,理论计算了工作面应力分布;采用应力动态监测等方法确定了该工作采空区侧向覆岩运动,并综合考虑冲击地压灾害防治、次生灾害控制以及巷道支护等因素,确定了该工作面区段煤柱的合理宽度为5~7 m。     

深井厚煤层大巷孤立煤体冲击危险性评价研究*

为了探究大采深条件下厚煤层大巷孤立煤体频繁发生冲击地压的原因,以梁宝寺煤矿35000采区为工程背景,采取现场实践、数值模拟等方法分析不同采深、煤厚、大巷间距等因素对大巷孤立煤体冲击地压的影响,提出深井厚煤层大巷孤立煤体冲击地压的危险性评价方法。研究结果表明:大巷孤立煤体的采深与垂直应力峰值呈正相关,采深1 200 m时煤体的垂直应力峰值是采深500 m时的3倍左右;大巷孤立煤体随着煤层厚度的增加,其应力集中程度不断升高,且应力峰值向煤体弹性承载区转移;大巷间距越小,孤立煤体弹性承载区应力越集中,发生冲击地压可能性越高;包含开采影响因素和煤层冲击倾向性的大巷孤立煤体冲击危险性评价方法符合现场实际情况,可为大巷孤立煤体冲击危险性评价提供1种思路。     

基于防冲的孤岛工作面分类及应用研究

针对目前煤矿孤岛工作面冲击地压类型复杂且治理缺乏针对性的问题，提出了“分类防治”的思路，围绕导致孤岛工作面冲击的高应力这一本质原因，并综合考虑覆岩运动、地质构造、开采、空间等因素，基于防冲对孤岛工作面进行分类；将孤岛工作面分为充分采动、非充分采动、充分-非充分采动、立体、“隐性”和复合型6种类型；将该分类方法应用于孤岛工作面采前冲击危险性评估，并根据评估结果对孤岛工作面冲击地压实施分类防治。研究结果表明:该分类方法可有效控制孤岛工作面冲击地压灾害。     

煤矿冲击地压预测的PCA-GRNN方法

为更合理有效地解决煤矿开采引起的冲击地压危险性预测问题,以忻州窑煤矿冲击地压事故为工程背景,采用一种数据降维算法—主成分分析法(PCA),对广义回归神经网络(GRNN)的输入样本进行信息压缩,构建冲击地压危险性预测的PCA-GRNN模型。通过PCA法提取影响冲击地压强度的煤层厚度、倾角等9个因素,得到冲击地压危险性影响因素的前4个主成分因子表达式,并构建BPNN,GRNN和PCA-BP等另外3种模型,验证PCA-GRNN法预测冲击地压危险性的智能性和泛化能力。结果表明,所建PCA-GRNN模型平均训练误差为3.5%,平均预测误差为3.6%,有很好的预测能力和泛化能力。     

综放开采过断层冲击地压危险分析及防治技术

为预防综放开采过断层发生冲击地压事故,以东滩煤矿14310(东)综放工作面为背景,运用微震监测、数值模拟和理论分析等方法,研究断层区域的冲击地压危险性。按照断层活动规律,将工作面冲击危险性分为断层冷冻、断层蓄能、断层活化、断层煤柱、断层错动、上盘能量释放、残余能量释放和断层稳定8个阶段。分析3个高危阶段的冲击地压机理,认为断层活化型冲击机理是开采诱发断层附近积聚的构造应力向煤壁转移;断层煤柱型冲击机理是断层切割顶板与下盘形成高应力煤柱;断层错动型冲击机理是断层长期活化"润滑"断面。结果表明,冲击危险性划分结果和冲击机理分析结果皆与现场实际考察情况大致相同。     

基于NRS-ACPSO-SVM的冲击地压危险性预测模型

为快速、准确地预测冲击地压危险性,提出基于NRS-ACPSO-SVM的冲击地压危险性预测模型。首先,在综合分析冲击地压危险性影响因素的基础上,以重庆砚石台煤矿为例,选取煤层厚度、倾角、埋深等10个影响因素作为冲击地压危险性的特征指标;然后,基于邻域粗糙集(NRS)理论对特征指标进行降维,提取出影响冲击地压危险性的关键属性构成约简集;最后,为避免支持向量机(SVM)模型受惩罚因子C和核函数参数σ随机性影响,采用自适应混沌粒子群算法(ACPSO)优化SVM模型参数,将约简集作为ACPSO-SVM模型的输入进行训练,利用训练好的ACPSO-SVM模型预测样本,并对比其他模型的预测结果。研究表明:NRS能有效地约简属性,简化模型结构,模型预测精度与运行效率均有明显提高;利用ACPSO优化SVM模型能避免结果陷入局部极值,提高收敛速度及预测精度,用该模型可有效地预测冲击地压危险性等级,其预测错误率为0。     

GRA-SPA熵权决策模型在冲击地压风险评价中的应用

为量化评价冲击地压风险,运用灰色关联(GRA)和集对分析(SPA)相关理论,构建基于GRA-SPA的熵权(EW)多属性决策模型。将各指标与危险等级通过建立集对,确定联系式,计算绝对关联度及综合联系度;采用EW法确定各指标权重,构建最佳和最差方案同一度矩阵,得到综合评价集,确定评判等级;选取某典型煤矿的5个工作面,评价各工作面的冲击地压风险。结果表明:该模型综合考虑评价对象各指标因子的同一性、差异性和对立性,将联系度系数量化,并通过EW多属性决策凸显评价对象的差异性。     

采场硫化矿石爆堆自燃危险性评价研究

在非煤矿山中,许多矿山因矿石含硫量高,在开采过程中经常发生矿石自燃火灾。因此,开展采场矿石自燃危险性评价意义重大。作者通过总结以往的评价方法,并在做了大量实验的基础上,建立了针对硫化矿石氧化自燃危险性的综合评价体系。首先,以“火灾、爆炸危险指数评价法”(DOW)为模型,根据影响硫化矿石自燃的因素分析,建立了针对硫化矿石自燃危险性的评价指数和等级。据此,结合新疆某矿的矿石自燃性开展评价。作者在评价过程中,考虑了该综合评价法在矿山生产中的实用性,评价方法中的各个影响因素都可以通过实验或者现场调查确定其应取的危险值,这种评价方法适用于所有的硫化矿山火灾危险性评价。     

基于多因素模式识别的煤与瓦斯突出预测研究

采煤工作面煤与瓦斯突出是由煤层自然条件和工程扰动共同作用决定的,充分考虑煤层原始赋存条件和人类工程活动对煤与瓦斯突出的影响,建立多因素模式识别准则和方法,应用VBA技术完成了工作面煤与瓦斯突出危险性动态预测系统开发。以平顶山十矿己15-24080工作面为研究对象,将瓦斯含量、瓦斯压力、采动应力等因素作为工作面煤与瓦斯突出的主要影响因素,运用多因素模式识别方法实现了对工作面煤与瓦斯突出危险性分单元概率预测,且能够随着工作面不断推进进行动态预测和分级管理。研究结果表明:突出危险性预测结果与现场实况有较好的一致性,对煤矿安全开采具有良好的指导作用。     

巨厚砾岩下冲击地压发生机理及加固技术研究

针对深部矿井巨厚砾岩下采场冲击地压的易发性和危险性,运用理论分析和室内相似材料模拟试验方法,对华丰煤矿巨厚砾岩下覆岩运动规律及采场冲击地压发生机理进行研究。研究发现:随着工作面的推进,离层自下而上发育,在巨厚砾岩层下部离层空间达到最大。煤层极限平衡区内集中静载荷能量E静和巨厚砾岩破断、垮落释放的集中动载荷能量E动是造成采场冲击地压的根本原因,并且E动诱发冲击地压的强度更高,危险性更大。当E静+E动-Ef min>0时,采场冲击地压启动。在此基础上,提出一种囊袋式离层加固技术,对离层区域进行横向挤压和纵向加固,有效控制巨厚砾岩断裂、垮落,防止冲击地压的发生,减少地表沉陷,实现了煤矿安全绿色开采。     

软弱底板特厚煤层综放面矿压特征研究与应用

水帘洞煤矿3802工作面是彬长矿区首个采用8m小区段煤柱护巷、面临软弱底板问题的特厚煤层工作面,生产条件复杂,类似开采技术经验较少。针对此问题,采用岩石物理力学性质测试和计算机数值模拟等手段,明确软弱底板对综放面矿压影响机理;通过现场实测,对3802工作面矿压特征和覆岩移动规律等进行研究,结果表明,软弱底板条件下特厚煤层综放面较一般底板下特厚煤层综放面矿压显现特征不同,软弱底板吸收能量,将应力转移到深处,一定程度上消除了冲击地压危险,同时矿山压力显现平缓不明显,动载系数小。现场实测结果表明巷道围岩稳定,研究结果可以在类似条件下推广应用。     

基于微地震监测的华丰煤矿深孔爆破防冲技术

为提高深孔爆破措施对防治华丰煤矿冲击地压的有效性,采用微地震监测技术连续监测其1410工作面围岩破裂情况。根据采场附近岩层"破裂-应力"对应关系,得到工作面前方、侧向及垂直方向上的支承压力峰值区,由此确定深孔爆破卸压的具体参数。结果表明:卸压孔深40 m(倾向投影为4倍采高)时,爆破对煤岩的整体性破坏明显,煤岩体中积聚的弹性能得到释放。监测期间共释放能量9.47 MJ,高应力区向煤岩深部转移,采场附近形成一定的卸载区域,减弱或消除了煤岩体的冲击危险性。     

超长回采工作面微震特征的影响因素研究*

为探讨超长工作面微震特征影响因素,采用微震监测技术研究42108工作面微震事件的空间分布特征及冲刷构造、推进速度、矿压对煤岩体微震事件特征的影响机制。研究结果表明:微震事件集中发生于工作面辅运巷侧,微震事件的空间分布受临近采空区、上覆煤层煤柱影响较大;微震事件能量和空间分布特征与推进速度相关性较差,当推进速度超过5.5 m/d后,微震事件频次、总能量与推进速度呈正相关;过冲刷构造时工作面推进速度降低,微震能量、频次的稳定性较差,易造成大能量积聚,使工作面危险性增大;微震事件集中发生位置与矿压值较大区域相吻合。     

基于Ventsim的南山煤矿孤岛工作面均压通风方案研究*

孤岛工作面掘进期间，采用在原有采空区内掘进进风巷、回风巷、切眼的方案以降低工作面冲击地压风险等级。为了降低此布置方案产生的采空区漏风对工作面的影响，设计了6种均压通风方案，使用Ventsim三维通风仿真软件对工作面实施6种方案后通风系统和风压分布状态进行模拟。通过对模拟结果比较，确定以局部通风机吸风量400 m3/min（方案3）为最优设计方案，并根据方案3对该工作面实施均压通风。对该工作面通风系统实测结果分析表明，局部通风机出口风量为346.8 m3/min，进、回风巷及工作面的通风阻力分别为22.8，29和15.2 Pa，验证了该方案的有效性及可靠性，通风系统风量能保证工作面正常开采，且漏风量较小。最后，对工作面采煤过程中以及推进到停采线时均压通风系统进行了稳定性分析，并提出了管理措施。