冲击地压与微震影响因素的关系研究

矿震的发生受多个因素耦合控制。为研究不同诱因条件下矿震分布对冲击地压的影响,基于反演计算推导,得到走时与临界距离公式,并借助微震检测手段,结合现场开采实际,从关键层运动、回采速度的稳定性的角度分析矿震发生机制与分布。研究发现,矿震的发生可分为若干个活动周期,强矿震的发生均处在矿震活动周期内峰值位置;关键层处微震信号最为集中,信号首先于基本顶处集聚,后逐渐向关键层扩展,后再次于基本顶处集中显现;回采速度的变化能够引起突发性顶板垮落,加快回采速度,会造成工作面前方出现高应力集中区,且高应力集中区随工作面的推进逐步向工作面靠近;日进尺突然增加使里氏震级与频次的曲线出现较为强烈的波动。     

巷道冲击地压模拟试验及其过程动态演示

以巷道冲击地压灾害为典型案例,通过对巷道类冲击地压事故机理的分析,设计了一项巷道冲击地压试验装置,通过视频剪辑和动画制作技术,实现了对冲击地压试验的全程记录,并利用分频、字幕说明等形式对冲击地压试验动态过程进行了演示和说明。结果表明,该试验装置结合了巷道冲击地压发生原理,以动画方式演示,具有直观、简洁、易于理解的特点,为揭示冲击地压过程及其发生机制提供了一种新方法。     

深部软岩巷道变形机理及卸荷本构关系研究

安全发展是构建和谐社会的前提,煤炭行业的安全生产又是重中之重,随着煤炭开采深度的增加,巷道支护和管理方面存在的困难将无疑超过浅部其他水平,深部高应力软岩巷道围岩控制成为制约矿井安全、高效生产的主要因素之一.当前我国在安全生产理论方面的研究成果已经对煤矿的安全生产产生了重大影响,并取得卓越成就,而安全生产科学理论的贯彻执行必须借助技术、设备和工艺的创新性研究,并在现场实践中得以全面应用.本文通过对深部巷道开挖过程的应力调整机理、破坏特性及本构关系的研究,提出以锚杆、锚索为主的深部软岩巷道联合支护控制对策,并强调支护材料性能的互补性和施工的适时性.经现场实践,取得良好支护效果.     

基于信息融合技术的冲击地压算法模型研究

冲击地压是煤岩体突然遭遇动力破坏,释放大量能量的灾害动力现象,可摧毁顶板、巷道、引发其它矿井灾害,造成人员伤亡.在冲击地压的预测、预报中,煤矿企业安装了不同公司的独立子系统,但这些系统侧重点不同,检测到的信息是不完整、不全面、不精确甚至有时是互相矛盾的.为此,需要运用信息融合技术把各个系统进行动态优化组合.根据矿山压力显现的基本规律性和各变量之间的内在联系,应用D-S证据融合理论,把微震监测系统、综采压力系统、电磁辐射系统、钻孔应力系统,包括钻屑法等环节获得的信息进行数据融合,其融合的结果能更好的解释矿山压力与岩层顶板运动发展的规律性,提高了冲击地压预测预警的准确率,改善了系统的可靠性,对于提前掌握顶底板运动变化的趋势和规律,指导安全生产与决策具有—定的指导意义.     

基于优化Bagging-LSSVM模型的冲击地压预测

为准确预测冲击地压危险性,提出一种优化Bagging算法动态集成的最小二乘支持向量机(LSSVM)的预测模型。在设计和优化Bagging-LSSVM模型流程的基础上,引入经典分类数据集,验证模型的可行性,并通过试验得出实现模型最优分类条件下的基分类模型数的最小值。综合考虑冲击地压的主要影响因素,确定其评判指标;以重庆砚石台煤矿的35组实测数据为试验样本,利用核主成分分析(KPCA)消除指标间的相关性,对比分析样本数据处理前后应用模型的预测效果;比较优化Bagging-LSSVM模型、优化Bagging-SVM模型和LSSVN模型预测冲击地压危险性的准确率。结果表明:经KPCA处理后的样本相较于原始样本,其应用于优化Bagging-LSSVM模型的预测准确率更高,耗时更少;且优化Bagging-LSSVM模型预测冲击地压危险性的准确率高于其他模型。     

软弱夹层非线性流变损伤本构模型研究

为解决传统流变本构模型不能较好地反映软弱夹层流变非稳定阶段的问题,首先,基于传统流变本构模型理论,通过串、并联基本元件,同时引入时间损伤阈值,并提出流变损伤演化方程,建立一种能够同时描述软弱夹层3个阶段的NRDM非线性流变损伤模型;然后,通过软弱夹层剪切流变试验数据进行流变损伤模型参数的辨识,获得NRDM模型的流变参数;最后,对比分析流变模型拟合曲线与剪切流变试验曲线。结果表明,NRDM非线性流变损伤模型能够较好地描述软弱夹层流变的3个阶段,尤其是加速流变阶段。NRDM非线性流变损伤模型可以为软弱夹层流变失稳提供理论依据。     

巷道蝶叶塑性区顶板冒落特征与层次支护研究

针对巷道蝶叶塑性区顶板破坏深度大、变形剧烈、冒顶事故频发等问题,综合现场调研、理论分析、数值模拟等方法,考虑巷道顶板不同服务阶段的变形破坏特点,研究分析了巷道顶板破坏失稳机理和不同层位顶板的控制要点,提出了以冒顶控制为主的顶板层次控制技术,阐明了辅助支护材料、普通长度锚杆、接长锚杆、长锚索对不同层位顶板的层次控制原理。据此,在保德矿81306工作面回采巷道蝶叶塑性区顶板进行了层次支护设计,并进行了顶板下沉量和接长锚杆支护力监测,结果表明:以冒顶控制为主的巷道顶板层次支护体系较好的维护了顶板整体稳定,保证了巷道安全与正常服务。     

煤层注水预防冲击地压的研究

煤层注水防治冲击地压的方法简易、价廉、适应性广 ,同时具有降尘、降温及软化煤层功用 ,一举数得 ,可以作为冲击地压防治的首选措施。煤层注水防治冲击地压的机理以及注水过程中 ,对水在煤层中的运动规律还缺乏研究 ,因而工艺参数决定只能依靠经验 ,存在很大盲目性 ,必然影响防治效果。因此 ,笔者从水对煤物理力学性质的影响 ,对煤层注水防治冲击地压的机理等方面进行了分析和研究 ,认为煤层注水过程 ,实际上是水驱气的驱替过程 ,是有动界面的渗流力学问题 ,为此 ,进一步研究了水在煤层中的运动规律。研究的结果和有关数据 ,为制订煤层注水防治冲击地压的工艺参数提供依据 ,为有效地防治冲击地压的发生 ,提供了新的手段。     

煤层冲击地压防治技术现状研究

近年来随着我国浅部煤炭资源的枯竭,煤矿开采深度逐年加深,冲击地压灾害频发,造成了严重的人员伤亡和财产损失。通过系统整理分析了煤层发生冲击地压的主要影响因素,煤层自身具有冲击倾向性是发生冲击地压的必要条件,应力是外在动力,煤层含水率和煤体完整性是主要外部影响因素。整理并分析了主要煤层冲击倾向性判据、现场主要冲击地压预测预报监测设备和技术的优缺点及相关性。最后,按开拓规划设计、掘进开采阶段分别总结了现有的冲击地压防控措施。指出现有措施主要从以下3个方面进行冲击地压解危:降低应力集中程度、降低煤体质量、提高煤层含水量,即两个降低、一个提高。     

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。     

脆性岩石微裂纹压密段本构模型研究

为准确掌握脆性岩石在荷载作用下的应力-应变关系,从岩石单裂隙出发,引入自然应变的概念,建立了物理意义明确的脆性岩石微裂纹压密段本构模型,并将其简化后与线弹性阶段的本构模型进行统一。通过热-力耦合室内试验确定了模型参数,试验结果验证表明:模型能够描述不同热处理温度、不同围压下花岗岩的压密段、线弹性段试验结果,对于脆性岩石的高温劣化性和围压对压密段的抑制作用也有很好的呈现,对深入掌握脆性岩石的强度规律具有一定的指导意义。     

基于GA-ELM的冲击地压危险性预测研究

为提高冲击地压预测的效率和准确率,在分析冲击地压影响因素的基础上,提出了一种将遗传算法(GA)与极限学习机(ELM)相结合的冲击地压预测的新方法。为了避免ELM受输入权值矩阵和隐含层偏差随机性的影响,算法采用GA对ELM的输入权值矩阵和隐含层偏差进行优化,建立GA-ELM冲击地压预测模型。利用某矿冲击地压统计数据对该模型进行了实例分析,将ELM、SVM和BP算法预测结果与该模型进行了对比分析。结果表明:GA-ELM模型具有较高的预测精度,可以相对准确、有效地对冲击地压发生的可能性进行预测。     

华丰矿冲击地压危险性预测及区域防治技术研究

针对华丰矿巨厚砾岩断裂会对采场造成冲击地压灾害且冲击地压主要发生在1411工作面回风巷的现象展开研究,并采用区域动力规划方法对巨厚砺岩断裂进行划分。通过分析围岩应变与应力的关系,提出工作面采用错层位内错式巷道布置形式的方案。同时,由于巷道布置形式的优化造成覆岩离层分区发生变化,为进一步通过控制砾岩的断裂运动降低发生冲击地压的危险性,提出覆岩离层注浆的新技术。工程实践表明:采用新方案后1411工作面回风巷上方为上区段采空区垮落的矸石,吸收了绝大部分砾岩断裂产生的能量,改变了1411工作面回风巷发生冲击地压的现象。从注浆效果来看,有效控制了砾岩运动及其引起的地表下沉,大幅度节省了注浆钻孔工程量。     

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。     

井巷巷道围岩调热圈温度场分布模型及影响因素分析

开展对热害矿井的治理,基础工作是对矿井巷道周围的温度分布进行掌握,其中又以围岩调热圈的研究最为重要。本文对井巷围岩调热圈及围岩在通风条件下的散热规律进行了分析,建立了相应的数学模型来推导调热圈半径和温度场;以三河尖矿的巷道围岩调热圈为具体实例,对影响围岩调热圈半径及边界大小的若干个物理参数进行了研究。结果表明:不同区域内的调热圈半径不同,其中其半径的形成与通风时间因素的影响最为密切。测试的结果对该高温深井进行通风量控制以及热害防治有指导意义。     

巷道蝶叶塑性区顶板冒落特征与层次支护研究北大核心CSCD

针对巷道蝶叶塑性区顶板破坏深度大、变形剧烈、冒顶事故频发等问题,综合现场调研、理论分析、数值模拟等方法,考虑巷道顶板不同服务阶段的变形破坏特点,研究分析了巷道顶板破坏失稳机理和不同层位顶板的控制要点,提出了以冒顶控制为主的顶板层次控制技术,阐明了辅助支护材料、普通长度锚杆、接长锚杆、长锚索对不同层位顶板的层次控制原理。据此,在保德矿81306工作面回采巷道蝶叶塑性区顶板进行了层次支护设计,并进行了顶板下沉量和接长锚杆支护力监测,结果表明:以冒顶控制为主的巷道顶板层次支护体系较好的维护了顶板整体稳定,保证了巷道安全与正常服务。     

基于距离判别分析法的冲击地压预测研究

考虑影响冲击地压的矿山地质因素和开采技术因素,提出预测预报冲击地压危险性的距离判别分析方法。选用煤层开采深度、顶板岩性、地质构造复杂程度、煤层倾角、煤层厚度、开采方法、有无煤柱、炮采或综采8项指标作为距离判别分析模型的输入变量,并以工程实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。研究结果表明,距离判别分析模型学习性能良好,预测精度高,回判估计的误判率为零,是冲击地压预测预报的一种有效而实用的方法。     

基于能量理论的冲击地压细观过程研究

为了解冲击地压细观发生过程,从而分析冲击地压不同阶段特点,从能量消耗角度对该过程进行了研究。认为冲击地压是岩体系统由于外界扰动引起的能量释放过程,总释放能量理论上等于岩体形成期间残余弹性势能。由于该弹性势能和岩体形成后裂隙发育的不同,导致岩体受开采扰动后经历的能量释放形式有所不同。大体上能量释放形式可分弹性变形、可产生裂隙的大变形、岩体破碎飞石、广义变形集中区岩体失稳和伴随裂隙产生的机械振动5种。过程可分三部分:初期变形和裂隙、中期飞石-变形-破碎-飞石的循环破坏过程(岩爆)、末期广义应变失稳破坏。使用颗粒流理论的PFC3D对上述过程进行了模拟,结果表明:-120 m、-220 m、-320 m时开采面岩体只发生变形和裂隙;-420 m、-520 m、-620 m岩体先经历变形和裂隙,然后发生岩爆;-720 m和-820 m岩体经历变形和裂隙、岩爆和广义应变区失稳坍塌。     

丰山铜矿南缘崩落法采区巷道地压特征及控制

对丰山铜矿南缘无底柱崩落法采区的巷道地压特征进行了探讨,针对其地压显现特点,结合工程实践和现场实验测量的结果,提出了不同地质条件下巷道的支护加固方案和地压控制措施.