西部厚黄土层矿区开采沉陷预计模型

将西部黄土覆盖区地表沉陷分解为黄土层荷载作用下的基岩采煤沉陷以及基岩面不均匀沉降导致的黄土层沉陷,建立了黄土覆盖矿区开采沉陷的双层介质模型。利用FLAC3D软件分析了黄土层自重对基岩开采沉陷的荷载效应,确定了黄土层荷载与开采宽度之间的量化关系。利用随机介质理论建立了基岩面下沉预计公式,将基岩面不均匀沉降视为“不等厚开采”,导出地表沉陷的双重概率积分预计模型。实例应用表明,所建立的预计模型考虑了黄土层自重对基岩开采沉陷的荷载作用以及土层与基岩中预计参数的差异,适用于西部厚黄土层矿区的开采沉陷预计。     

矿区开采沉陷预计的Geomagic法

利用三维激光扫描技术监测矿区开采沉陷,效率较高,但观测点云数量大、处理困难,目前缺乏成熟的软件进行矿区点云数据分析。为有效处理沉陷区的点云数据并实现沉陷区3D比较、剖面分析和开采沉陷预计参数求取,提出了一种矿区开采沉陷预计的Geomagic法。以某矿为例,首先利用Geomagic Studio软件建立了矿区数字地面模型(Digital terrain model,DTM);其次研究了开采沉陷发生前后的矿区数字地面模型3D对比方法,利用Geomagic Qualify软件分析得到沉陷区地表下沉三维视图;然后对地表下沉三维视图进行了剖面分析,提取走向方向与倾向方向的剖面点下沉值;最后利用剖面点下沉值求取了开采沉陷预计参数,并计算了剖面点的下沉预计值,将下沉预计值与提取的下沉值进行了对比分析,可知下沉拟合准确度达到92%,表明计算出的开采沉陷预计参数具有较高的精度,对于进一步推动三维激光扫描技术在矿区开采沉陷监测预计方面的应用有一定的参考价值。     

基于MSPS系统和FLAC3D软件的地下开采地表沉陷预测分析

地下开采可能诱发地面建(构)筑物变形及地表环境破坏,造成巨大损失。为研究地下开采后能否消除对地表建(构)筑物的安全影响,以拟采用充填采矿法开采的某金矿为工程背景,依据地下开采地表沉陷理论,运用MSPS和FLAC_^3D相结合的方法,对充填开采后地表沉陷进行预测分析与对比印证,确定矿区充填开采后地面沉陷范围与大小。预测分析结果表明：该矿采用充填法开采,并采取合理的安全对策后,由地下开采所诱发的地面沉陷变量均未超过地面保护对象的地表允许变形值,满足建(构)筑物保护等级的要求;MSPS系统预测的地表最大下沉值偏大,而FLAC_^3D软件预测的地表最大下沉值较小,可能与数值模拟岩体力学参数取值有关,两种方法预测的地表最大下沉值都在允许变形范围内。分析结果对该矿安全设施设计以及类似矿山地表稳定性分析具有参考价值。     

基于实测数据的概率积分法预计参数反演方法研究

目前,我国在对煤矿开采沉陷预计中使用最为广泛的方法是概率积分法。如何确定某一矿区合理的概率积分预计参数,进而对整个矿区开采沉陷进行准确的预计,一直是这一领域的研究热点。根据华北地区某矿地表移动观测站实测资料,以概率积分法预计公式为模型,借助Matlab软件强大的计算、绘图功能,实现了对概率积分法预计开采沉陷参数的反演。由反演结果与实测资料分析对比知,该方法合理可行,精度满足工程实际要求。     

江西盘古山钨矿区开采沉陷预计的GA-SVA算法

传统矿山开采沉陷监测方法存在耗时较多且精度不高等不足,且难以对矿区开采沉陷发展趋势进行准确预计。以江西盘古山钨矿区为例,将遗传算法(Genetic algorithm,GA)与支持向量机(Support vector machine,SVM)算法相结合,提出了一种基于GA-SVM算法的开采沉陷预计方法。首先利用遗传算法(GA)对支持向量机(SVM)进行选择、变异和交叉,生成精度符合要求的数据集群;然后采用GA-SVM算法对概率积分法开采沉陷预计参数进行了训练,对矿区开采沉陷进行了预计。研究表明:基于GA-SVA算法的开采沉陷预计值与实测值的误差小于5%,基于该算法的预计值构建的矿区数字高程模型(Digital elevation model,DEM)与基于实测数据构建的数字高程模型(DEM)具有高度的一致性,表明利用所提算法预计矿山开采沉陷具有较高的精度。     

融合多源求参结果的开采沉陷稳健预计方法

为了克服单一求参模型由于求参结果不可靠、不精准造成的开采沉陷预计结果不稳健问题,重点研究了融合多源求参模型参数的开采沉陷稳健预计方法,并基于最小二乘原理推导了通用模型,构建了基于融合模矢法、遗传算法和模拟退火求参结果的开采沉陷预计新模型,并对模型的可行性进行了模拟实验验证。实验结果表明:新模型下沉预计误差及水平移动预计误差明显优于基于单一模矢法、遗传算法、模拟退火法反演的参数的下沉预计误差;融合多源求参模型参数的开采沉陷稳健预计方法具有一定抗差能力。     

基于ArcObjects组件与Microsoft.NET框架的营口某铁矿开采沉陷预计系统

为有效提高矿山开采沉陷预计精度和效率,将ArcObjects二次开发平台和Microsoft.NET框架技术相结合,开发了矿山开采沉陷可视化预计系统。该系统包括开采沉陷预计与可视化2个模块,开采沉陷预计模块基于概率积分法实现对矿区沉陷数据的计算分析,可视化模块集数据录入、参数运算、成果输出和沉陷预计可视化等功能于一体。以辽宁营口某铁矿K203开采工作面为例,分析了矿区地质条件以及开采沉陷现状,采用该系统计算了概率积分法参数并进行了沉陷预计分析,并与地表沉陷观测数据进行了对比分析。研究表明:工作面上覆岩体不均一风化深度和NNW向缓倾角不利结构面组合是导致矿区发生沉陷的主要地质因素;开采区存在应力应变集中现象,水平向位移小于100 mm,垂直向位移变化较大,矿区沉陷具有阶段性增速到减缓的变化特征,与实际监测结果吻合性较好,表明该系统对于矿区开采沉陷预计分析具有一定的适用性。     

基于Matlab的概率积分法开采沉陷预计参数解算

通过在开采工作面地表建立观测站获取地表变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,从而预计工作面周边或相似开采条件下工作面的开采沉陷并评估和指导开采作业,其前提是精确获取概率积分法开采沉陷预计参数。为此,基于Matlab软件,采用最小二乘法拟合观测点变形数据解算概率积分法开采沉陷预计参数,并结合Matlab软件绘图工具开发了集数据载入、坐标转换、参数解算、结果输出、开采沉陷预计及反演为一体的可视化开采沉陷预计系统。以淮南谢桥煤矿11316工作面为例,根据地表移动观测点位移数据解算开采沉陷预计参数并与实测值进行对比分析,结果表明,该系统解算出的开采沉陷预计参数符合两淮矿区开采沉陷的基本规律,反演结果与实测值基本吻合,该系统对于实现矿区开采沉陷高精度预计和反演具有一定的参考价值。     

极小工作面预计参数问题的探讨

在极小工作面开采条件下,利用概率积分法进行开采沉陷预计时结果与现场实测有较大偏差.本文针对此情况,从分析概率积分法的预计参数入手,结合现场实测资料,讨论了几种预计参数修正的方法,论证预计参数修正的必要性,并将其应用到华东某矿区的复杂地质条件的极小工作面开采沉陷预计,取得较好的效果.     

非晶合金热稳定性及晶化过程研究

在三种不同的深冷时间条件下对非晶合金Fe₇₀Al₅Ga₂P_9.65B_4.6Si₃C_5.75进行预处理,研究深冷处理对非晶合金的热力学参数和晶化过程的影响.研究发现与淬态退火相比较深冷处理后晶化相的种类增多并且随着深冷处理时间的延长,玻璃转变温度T_g和比热容ΔC_p,g及晶化峰值温度T_P1,2都出现了变化,但无明显规律,只有晶化起始温度T_x随着深冷时间的延长逐渐降低。     

采场前方应力分布参数的分析与模拟计算

从微观岩体力学模型入手,分析了采场前方应力集中峰位置分布计算公式中的煤体强度a₀,应力集中系数k和摩擦因素f_s等3个关键参数,指出它们是随着工作面推进而动态变化的参数;确定了公式中a₀在不同区段的取值(如破坏区、塑性区和弹性区依次取值为σ*_c,σ_c和σ_c)和计算公式,指出σ*_c,σ_c和σ_c等3个值之间存在过渡数值.在此基础上,进行了相关模拟计算和对比分析,结果显示,工作面推进过程中出现的破碎区宽度大于塑性区宽度.     

开采沉陷动态下沉模型及其参数研究

针对Knothe时间函数在描述动态下沉过程中下沉速度的不足,采用改进的双参数Knothe时间函数建立动态下沉模型,其中的覆岩岩性决定系数c及幂指数k值采用最小二乘法求解,最大下沉值W0通过地表移动观测站实测资料确定。采用拟合决定系数R2评定精度,以淮南某矿1242（1）工作面地表移动观测站实测资料进行模型精度验证,最大下沉点MS29和ML44在各个观测时期的拟合决定系数分别为0.983 6和0.975 7,工作面推进过半时（328 d）倾向和走向观测线上各监测点观测值与预计值的拟合决定系数分别0.995 3和0.958 2,计算结果表明双参数Knothe时间函数模型动态预计1242（1）工作面开采沉陷全过程精度可靠。     

煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征

为了弄清煤矿井下不同区域矿井水中有机污染特征,以神府矿区某浅埋矿井为研究对象,基于三维荧光指纹技术和区域体积积分法开展了矿井水水质特征研究。结果表明:神府矿区井下矿井水中阴阳离子等组分主要来自顶板基岩含水层,煤炭开采产生了氮素,有机物等污染物,其中COD浓度超标率(Ⅲ类地下水质量标准)达到72.7%;02综采工作面矿井水中COD则达到Ⅴ类地下水质量标准,且TOC和UV254也较高。1~5号矿井水中DOM主要出现了芳香性蛋白类有机质荧光峰;综采工作面矿井水中Ⅴ区荧光峰非常明显,该类有机质来自工作面回采和检修过程中综采设备溢油。1~5号矿井水中类酪氨酸和类色氨酸的标准体积比例Pi,n之和>52.0%,说明芳香性蛋白质有机物是本地区地下水中重要的DOM;02综采工作面水样中多环芳烃类有机物的标准体积比显著增加,反映了检修过程中大量多环芳烃类油污进入矿井水;矿井水处理厂进出水水质具有井下不同位置矿井水的综合特征,Ⅰ区和Ⅴ区有机质可以有效地被微生物利用或处理工艺去除。COD与Φi,Pi,n,FI,TOC,UV254的相关性较低,表明矿井水中COD的主要成分为非溶解性的煤泥等物质;UV254和TOC与Φi,Pi,n,FI的相关性显著增加,表明区域体积积分法和峰值法都能够很好地表征DOM的荧光特征、含量等。     

西部采煤沉陷地微生物复垦植被种群自我演变规律

菌根真菌可以与陆地上80%以上的植物形成菌根共生体,促进植物在逆境的生长。采煤沉陷地在人工接种菌根真菌后复垦植被种群进行了自我修复与演变,监测采煤沉陷地复垦植物人工接种菌根真菌复垦后4 a对植被种群的自我演变规律影响。以神东矿区大柳塔采煤沉陷地人工林樟子松、沙棘和文冠果为研究对象,野外原位监测植被种类、生活型组成及植被多样性指数,并利用地统计学方法进行克里金插值,对比接种菌根真菌4 a后(+M)与同期种植的自然状态下(CK),两种处理样地内植被种类、数量及其多样性指标,揭示不同人工林在自然状态和人工接种4 a后,区域内物种个体种类、数量和群落多样性差异。研究结果表明:接菌提高樟子松人工林灌木层物种多样性,而降低草本层物种多样性;接菌提高沙棘和文冠果人工林的草本植物群落稳定性和物种多样性及其均匀度,抑制灌木层物种多样性增加。3种人工林微生物复垦4 a后多年生草本占优势地位。接菌组进入多年生草本＋灌木的生态组成结构阶段,而对照组则相对滞后,处于一年生草本＋多年生草本＋灌木的组成结构阶段,接菌促进了生态的演变进程。综合分析植物分布特征,发现植物的最优拟合模型以高斯模型居多,阿尔泰狗娃花、地肤、猪毛蒿、白花草木樨、牛心朴子、野樱桃、油蒿及柠条的预测值精度较好。接菌可促进地稍瓜、阿尔泰狗娃花、牛心朴子、达乌里胡枝子和柠条频度和数量的增加,可能使绳虫实、糙隐子草、苦苣菜和花棒的频度和数量下降。本文为煤矿沉陷区采用微生物修复人工林促进生态群落自我演变进程奠定了初步的研究基础。     

强矿震临界破裂阶段的岩体弹性波场

为探索井田范围较大尺度岩体破裂失稳的危险性预测,以抚顺老虎台井田为工程背景,反演连续12个月矿震弹性波的传播速度比（v_P/v_S）和质点振动振幅比（A _S/A _P）,分析强矿震临界发生阶段的弹性波场变异特征。结果显示,M_L≥1.5矿震的波场信息较敏感,在M L≥3.0（E≥1.8×10⁸J弹性能）矿震前,波速比和振幅比绝大多数存在显著的低值异常,预测M _L≥3.0矿震的信度分别为0.79和0.93,虚假异常和缺失异常较少,具有良好的应用前景。波速比和振幅比在强矿震临界破裂前存在的降低和恢复过程,可能指示能量核心区岩体的张性破裂扩容和裂隙闭合过程。     

参数在线估算的永磁同步电机最大转矩电流比控制

在矢量控制坐标变换的基础上,针对内置式永磁同步电动机(IPMSM) d、q轴电感不相等的特性,对内置式永磁同步电动机最大转矩电流比控制方法进行了研究。用极值原理推导出在输出转矩一定时所需要的最小d、q轴电流应满足的关系式。在系统容量相同的情况下,相对于i_d=0控制显著提高系统的低速转矩及动态性能。在此基础上,进一步考虑到电感饱和效应,对电机关键参数L_d、L_q进行了在线自适应估算,给出了适于工程应用的近似算法并应用于工程实践。最后对i_d=0控制、最大转矩电流比控制进行了试验对比,结果表明：该方法可有效提高系统的转矩输出能力,具有很好的工程应用性。     

辛置煤矿主要含水层的自由排水柱淋滤实验与水岩作用机理

辛置煤矿石炭系太原组K_2灰岩含水层与奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层水质参数相互重叠,利用传统的判别方法无法对这两个水源进行有效判别。为了解决辛置煤矿水源判别的问题,并揭示该矿4个主要含水层的水岩相互作用机理,对辛置煤矿4个主要含水层的岩芯样品进行自由排水柱淋滤实验。研究结果表明:①岩芯样品含有非矿物相的硫酸盐,4个主要含水层地层同样也含有硫酸盐和石膏矿物,造成淋滤液和灰岩含水层水样均富含硫酸根离子;②K_8,K_3,K_2和O_2岩芯淋滤液中SO_4~(2-)离子当量百分比均超过74%,Ca离子当量百分比均超过40%,所有淋滤液对应的水化学类型均为SO_4-Ca型;③所有淋滤液中阴离子含量大小顺序均为:SO_4~(2-)HCO_3~-Cl~-,K_8,K_3,K_2和O_2f岩芯淋滤液中阳离子含量顺序分别为:CaMgKNa,CaNaMgK,CaMgNaK和CaMgKNa;④K_2灰岩岩芯样品和淋滤液中Mo,Sb,U和Sr含量均高于奥陶系O_2f灰岩岩芯样品及其淋滤液,但Fe离子含量分布规律正好相反,该特征可以作为判别K_2和O_2f灰岩含水层的参考因素。辛置煤矿含水层的水化学特征受岩性、埋藏条件、地下水补径排及水动力条件的控制,含水层实际水质比淋滤液更为复杂多变。K_8砂岩含水层和K_3灰岩含水层的水化学类型分别为HCO_3-Na型和SO_4-Na型,与对应的淋滤液水化学类型差异较大;但K_2和O_2f灰岩含水层的实际水化学类型与淋滤液基本一致。二叠系K_8砂岩含水层中主要的水岩相互作用为溶解斜长石为主,部分区域中可能存在少量的硫酸盐溶解反应。太原组K_3灰岩含水层中的水岩相互作用主要为方解石和白云石矿物的溶解,以及部分硫酸盐和钠盐的溶解反应。太原组K_2灰岩含水层和奥陶系峰峰组O_2f灰岩含水层中主要的水岩相互作用均为方解石、白云石和硫酸盐的溶解,以及局部地段的脱硫酸作用。     

煤泥干粉在流化床中燃烧特性的实验研究

为了探索煤泥燃烧利用的新途径,首先研究了煤泥干粉的燃烧动力学,然后在高2 000 mm、内径100 mm实验室规模的流化床中系统研究了其燃烧特性。结果表明,煤泥干粉燃烧为一级反应。在床温900 ℃、床料为40目石英砂的条件下,当u/umf＞6,即操作气速过高时,由于煤泥干粉粒径较细,煤泥在床内停留时间较短,燃烧不充分,炉内轴向温度与烟气中CO,SO2,NOx等污染物浓度波动大;当u/umf＜2时,由于气速过低,流化质量差,密相区物料出现沉积,导致炉内煤粉出现“爆燃”;在u/umf为2~6之间,随着流化气速增加,CO,SO2,NOx等烟气组分均明显增加。当以相同Ca/S摩尔比加入石灰石后,随流化气速降低,气体停留时间增加,SO2和石灰石的气固接触改善,炉内脱硫效率提高。     

地表裂缝对沙柳根际微生物和酶活性的影响

以裂缝未经过的沙柳为对照,通过测定0~10,10~20,20~40 cm土样,利用统计分析方法研究了神东矿区补连塔煤矿有裂缝经过的沙柳根际微生物数量和酶活性的时空演变特征。结果表明：地表裂缝降低了沙柳根际细菌、真菌和放线菌的数量,提高了蔗糖酶、磷酸酶和脲酶的活性,改变了微生物、土壤酶以及微生物与土壤酶之间的内在联系。经过1 a多时间,沙柳根际真菌数量、磷酸酶活性和深层蔗糖酶活性受地表裂缝的影响有所减弱,而细菌数量、放线菌数量、脲酶活性和表层蔗糖酶活性受地表裂缝的影响未见明显减弱,沙柳根际细菌和真菌数量受地表裂缝影响的下降幅度、蔗糖酶活性和磷酸酶活性受地表裂缝影响的上升幅度的垂直分布格局发生了改变。可以得出：地表裂缝对沙柳根际的生物活性造成了一定的影响,沙柳根际的生物活性具有一定的自修复能力,但其完全恢复尚需较长时间。     

综采工作面基本顶厚跨比对其初次断裂失稳影响规律

综采工作面基本顶初次断裂失稳机理对工作面支架选型及采场围岩稳定性控制至关重要。通过建立顶板力学模型分析得出:综采工作面基本顶初次断裂前,基本顶厚跨比从初始状态减小趋近极限状态时,其内部最大主应力σ1与最大剪应力τmax均逐渐增加;当厚跨比接近02时,σ1与τmax均出现陡增,但σ1增加速率大于τmax,易在基本顶两端顶部发生断裂,且基本顶初次断裂时极限厚跨比n1一般大于02。在不发生滑落失稳条件下,基本顶极限厚跨比n1随回转角θ的增大近似呈线性增加;证明了基本顶铰接结构回转初期(θ为0°～3°)易发生滑落失稳。在仅考虑厚跨比影响的条件下,基本顶铰接结构发生回转失稳的临界条件为极限厚跨比n1=0624。然而,当n1<0624时,回转极限平衡角大于岩块回转平衡角所允许的最小值时,亦会造成铰接结构回转失稳。同时,在考虑支架弹性变形的基础上,建立了基本顶铰接结构滑落失稳对工作面支架动载系数计算方法,当直接顶与基本顶离层量Δh为0时,动载系数Fsd取最小值;Δh不为0时,Fsd随Δh增加而增大,但随直接顶与支架刚度之比、直接顶自重与基本顶传递载荷之比增加而减少。最后,通过对不同综采工作面初次来压时支架工作阻力与动载系数进行计算,验证了理论分析的有效性。