煤矿直接顶与老顶离层破坏影响因素分析

复合巷道支护是国内外巷道支护的难题之一,而复合巷道在我国煤矿巷道中有着广泛的分布．煤巷的开挖位置一旦确定,其围岩结构状态就不再改变,岩层结构上的薄弱部位即为巷道的关键部位．巷道顶板离层破坏影响因素很多,通过对煤层直接顶、老顶的厚度以及岩体的强度等分析,确定其对顶板离层的影响程度,并结合力学分析,建立顶板离层力学模型,计算出顶板离层深度,另外还利用FLAC3D模拟软件,模拟复合巷道在不同环境下老顶与直接顶的变形量,从而得出引起顶板离层破坏的影响因素．     

基于人工智能的矿井水害灾情研判及预测研究

为定量研判及预测矿井水害灾情，提出了一种基于人工智能的矿井水害灾情研判及预测新方法.在水害发生之前，以矿井突(透)水危险性评价理论为基础，分析可能发生的矿井突(透)水灾害，数值模拟仿真矿井水害灾情演变过程，利用聚类分析、随机森林和强化学习等机器学习方法分析灾情演变规律，构建灾情研判模型；在矿井水害发生后，基于物联网监测、人工观测等获取矿井水害局部灾情多源数据，研判矿井整体淹没情况，回归分析灾情变化特征，预测灾情演变趋势，服务于矿井水害应急救援与处置.以北辛窑矿作为示例，论证了基于人工智能的矿井水害灾情研判及预测方法的可操作性与有效性.     

基于客户机／服务器的化工过程灾害模拟评价系统

化工过程灾害模拟评价系统能够给化工企业防灾救灾和安全设计提供具有重要参考意义的灾害事故后果分析数据,其模拟计算的结果是化工过程防灾决策支持系统的基础。首先建立了化工过程灾害模拟评价系统的灾害事故模型和数学模型,在此基础上进行了软件系统的总体结构和功能设计,以C++Builder作为可视化编程工具,利用面向对象技术、数据库技术和人工智能技术开发了化工过程灾害模拟评价系统。结合具体工程应用实例,演示了典型化工过程灾害模拟评价结果。工程应用表明,将该软件系统用于化工过程灾害模拟评价是可行的。     

矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用

地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下： 1）根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟．计算结果表明：采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19％;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10％～12％． 2）通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征．选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析．物理模拟结果表明：在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2～3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4～6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大． 3）利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性波速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征．建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段对所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布．实验结果表明：在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10％～20％;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号．在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征．4）结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征．研究表明：对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射波能量明显减弱,局部出现反射空白带．根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙”天窗”、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术．5）建立煤层开采前以及开采后生成离层（离层充水、离层充气）的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟．结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测．6）结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系．探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底板岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障．7）综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系．     

全国优秀博士学位论文摘要矿山采动裂隙岩体地球物理场特征研究及工程应用

地下矿床开采引起采场围岩变形破坏产生采动裂隙,采动裂隙是矿山一系列灾害的根源,研究矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征,提出可行的地球物理方法对裂隙岩体实施高精度高分辨率探测,对于防治矿山灾害发生,保障矿山安全,具有重要的理论意义和实际应用价值.本文通过理论分析、数值和物理模拟以及现场试验等技术途径,全面系统地研究了矿山采动裂隙岩体的地球物理场特征.主要研究内容、方法、结论及发现点如下:1)根据覆岩变形破坏产生冒落带和裂隙带这一特征,建立煤层开采前和开采后电性数学模型,利用高精度有限单元法进行电场数值模拟.计算结果表明:采动裂隙引起煤层上覆地层的视电阻率变化,其影响范围较实际破裂范围大得多,基本上是覆岩冒裂带范围的两倍,其视电阻率值最大影响区为冒落带,变化率可达19%;在裂隙发育带,视电阻率的变化率可达10%～12%.2)通过建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,实施直流电阻率法的动态数据采集及反演计算,获得了覆岩采动裂隙的电场响应特征.选择采矿活动引起覆岩采动裂隙的4个关键时段,进行代表性的电场观测和计算分析.物理模拟结果表明:在覆岩变形破坏产生的裂隙带中,电场特征变化表现为正常场电阻率值升高2～3倍;而在冒落带中,电阻率值增加4～6倍;在弯曲变形带,采动过程中电性特征有一定的变化,主要表现为电阻率值略有增大.3)利用相似材料物理模拟进行覆岩变形破坏的弹性渡速度场响应特征研究,获得了覆岩采动裂隙的波场响应特征.建立与实际采矿活动对应的相似材料物理模型,进行煤层开采之前和开采之后两个不同时段时所模拟的岩层进行声波CT测量,反演计算所模拟岩层的波速场的分布.实验结果表明:在所模拟的覆岩破坏产生的裂隙带中,速度场变化表现为正常场值降低约10%～20%;而在冒落带中,采后很难接收到弹性波穿透的有效信号.在受开采影响但未破坏的采空边缘区,波速的升高是主要特征.4)结合含完整采空区的采区三维地震资料,全面分析了在煤层采空区、裂隙带及采动影响边界的地震波场特征.研究表明:对应采空区的位置,煤层反射波消失或能量变弱,覆岩层中出现波组零乱的反射波,能量弱,连续性差;对应支撑压力区,反射波组能量明显增强;对应采动影响带,包括上倾和下倾方向边界角范围内岩层的反射渡能量明显减弱,局部出现反射空白带.根据这些特征可以划分采空区范围、采动裂隙发育高度、裂隙"天窗"、采动影响范围,为水体下煤炭资源开采以及岩层沉陷控制提供了可靠的地质依据和监测技术.5)建立煤层开采前以及开采后生成离层(离层充水、离层充气)的波场数学模型,利用有限差分法进行波场数值模拟.结合现场利用地震技术探测离层层位,分析了离层发育的具体位置及注浆充填离层带的效果,理论与实际相结合,并经实际检测.6)结合煤层开采底板岩体采动裂隙的动态弹性波CT现场实测试验,研究采动过程中采动裂隙产生过程与弹性波场的响应关系.探讨了动态探测方法的观测方案,确定关键观测时段和观测系统,根据CT反演的速度场特征,全面分析了底极岩体产生采动裂隙的速度场响应特征,在此基础上确定底板破坏裂隙最大发育深度,探测效果明显,为承压水上安全开采底板破坏监测提供了新的技术途径和地质保障.7)综合分析采动裂隙岩体的电性特征和波场特征,结合现场试验的结论和效果分析,提出了采动裂隙岩体地球物理方法监测初步技术体系.     

煤矿水害及防治方法探讨

1 煤矿水害的种类 1.1 地表水体及大气降水水害 地表水水害系指大气降水或地表水体通过区内含水层露头、塌陷区、古井溃入矿井造成的水害事故,尤其是暴雨、洪水溃入矿井造成淹井以及泥石流、滑坡造成的淹埋矿井及工业场所的灾害.     

矿井小煤窑水害及其防治

以义马煤业(集团)有限责任公司为例,重点分析了小煤窑乱采滥挖给大矿所造成的矿井充水条件的影响、矿井涌水量变化及向深部转移情况、突水与淹井灾害以及小煤窑潜在水害威胁,介绍了防治小煤窑水害的有效措施和重点防治水工程以及取得的社会经济效益,并指出防治小煤窑水害的最根本措施是依法取缔非法小煤窑的无序生产.     

矿井小煤窑水害及其防治

以义马煤业(集团)有限责任公司为例,重点分析了小煤窑乱采滥挖给大矿所造成的矿井充水条件的影响、矿井涌水量变化及向深部转移情况、突水与淹井灾害以及小煤窑潜在水害威胁,介绍了防治小煤窑水害的有效措施和重点防治水工程以及取得的社会经济效益,并指出防治小煤窑水害的最根本措施是依法取缔非法小煤窑的无序生产.     

滑坡涌浪诱发冰湖溃决灾害链过程分析与模拟

近年来滑坡诱发冰湖溃决灾害链发生频率日趋增加,对下游居民及工程设施安全造成严重威胁。为定量描述滑坡诱发冰湖溃决灾害链危害,通过系统分析该灾害链的演化过程及阶段特征,将其划分为四个子阶段：滑坡运动、涌浪传播、冰湖溃决、洪水传播;分别研究各子阶段演化的物理机理及关键因子,建立了相应的数学模型与计算方法,如滑坡运动采用Savage-Hutter模型、涌浪及洪水传播采用浅水波方程等;通过确定各子阶段之间的衔接因子,如滑坡运动特征、涌浪传播特征、坝体溃决特征等,实现了各子阶段的过程耦合与数据传递,建立了滑坡-涌浪-冰湖溃决-洪水灾害链的全过程物理模型,最终完成了该灾害链的过程模拟与危险分析。为验证所建立模型与计算方法的可行性,以四川省甘孜藏族自治州雅拉乡木格措冰湖潜在灾害链为案例,结合现场勘查与卫星影像数据,开展不同情境如暴雨或上下游级联溃决等条件下灾害链的过程模拟与危险分析,且将模拟结果与经验公式计算数据进行对比。结果表明,本文所提方法可较好的完成滑坡诱发冰湖溃决灾害链过程模拟,模型模拟数据与经验公式计算数据较为吻合,且考虑暴雨或上下游级联溃决条件时下游洪水流量呈显著增加趋势。本文研究成果提供了一种新的滑坡诱发冰湖溃决灾害链研究思路,对该灾害链的防灾减灾技术具有重要支撑作用。     

金沙江沃达潜在滑坡诱发灾害链成灾过程数值模拟

在青藏高原及其周边山区,滑坡通常具有规模大、流动性强、危害严重等特点,并以灾害链的形式形成巨灾,灾害链通过时间和空间上的大幅延拓极大地增加灾害的危害性。针对滑坡-堰塞湖-溃决洪水灾害链成灾特点,根据其运动演进物理过程划分为三个阶段：滑坡运动阶段、滑坡堵江阶段、堰塞湖溃决阶段,分别研究各演进阶段物理机理、动力学模型与高效算法,各阶段之间通过数据链进行传递,进而实现滑坡-堰塞湖-溃决洪水运动演进全程计算模拟和预测。最后以金沙江沃达滑坡潜在灾害链为案例,实现了灾害链成灾全过程模拟与预测评价,研究成果对灾害链防灾减灾具有重要支撑作用。     

含水层富水性分布的瞬变电磁法探测实例

煤矿采区的水文地质条件勘察对于煤矿开采意义重大,充分利用瞬变电磁法对低阻良导体反映灵敏的特点,进行含水层的富水性区域划分,配合利用水文钻探资料进行水文地质勘察,可以全面了解采区的水文地质条件。本文论述了运用瞬变电磁法进行含水层的富水性探测的原理与设备,探讨和分析了瞬变电磁法的数据处理、资料解释与水文地质成果。实例表明,应用电性资料划分含水层的富水性分区与水文地质资料能够相互佐证。     

淮北矿区煤层底板突水的岩体结构控制研究

淮北矿区位于华北聚煤区南部,其水文工程地质环境具有华北煤田的基本特征,水文地质条件复杂,山西组煤层开采普遍受到底板灰岩水的严重威胁,曾发生多次底板突水事故。本文介绍了淮北矿区煤系水文地质与工程地质特征,并对研究区底板突水典型案例进行了系统分析,揭示了不同的底板地质构造条件和突水通道所导致的突水特征的差异性,对于认识底板突水的岩体结构控制具有典型意义。     

Progress of heat-hazard treatment in deep mines

Based on the urgency of thermal hazard control in deep coal mines, we studied the status of deep thermal damage and cooling technology both at home and abroad, summarized the causes of deep thermal hazard, analysed and compared the control technologies for deep thermal hazards. The results show that the causes of deep thermal damage can be attributed to three aspects, i.e., climate, geological and mining factors, of which the geological factors are deemed the major reasons for thermal hazards. As well, we compared a number of cooling technologies of domestic and overseas provenance, such as central air conditioning cooling technology, ice cooling technology and water cooling technology, with one other cooling technology, i.e., the HEMS cooling technology, which has a large and important effect with its unique "pure air" cooling technology, realizes the utilizing of heat resources from underground to the ground. This technology makes use of heat obtained underground; thus the technology can promote low-carbon environmental economic development in coal mines, in order to achieve lowcarbon coal production in China.     

淮北朔里矿六煤层水害防治的探讨

朔里煤矿六煤可采储量1011.2万t,由于水害问题,是采煤的危险区域.笔者通过对该矿地质及水文地质特征分析,提出局部疏干降压和注浆截流的开采技术途径.     

近松散层疏放开采的水文地质条件改造研究

阐述了水地质条件改造意义，结合太平煤矿近松散层疏放开采的实际水、地质条件，试验研究了矿井水地质条件，提出了地面供水井封堵和井下疏放结合的综合开采方案，阶段性地实现了第四系上组水的开采保护和井下安全生产，对进一步疏放开采亦具有重要的指导意义．     

小回线源瞬变电磁法在煤矿积水采空区探测效果分析

小回线源瞬变电磁法具有受地形、地物影响小及施工效率高的优点,在地形条件复杂地区可以灵活开展探测工作,根据视电阻率拟断面图横向对比并结合已知水文地质资料可以对煤矿采空区富水情况进行定性评价。在内蒙古某矿采空区探测中,采用16匝4m×4m小回线源瞬变电磁法,有效探测深度达到136m,成功圈定该矿积水采空区,为安全生产工作提供了可靠的水文地质资料。     

肥城煤田滑动构造在矿井水害中的作用

总结了肥城煤田滑动构造的基本特征,深入地研究了滑动构造与矿井水害之间的关系．认为肥城煤田的滑动构造强化了五灰和奥灰之间的水力联系,造成了该煤田水文地质块段的东西差异性,同时,滑动构造还造成了煤田浅部和深部煤层底板隔水层厚度的变化,从而影响浅部和深部底板突水的概率．探讨了滑动构造与导高的关系,提出了应力溶蚀机理,揭示了滑动构造影响下的突水特点．     

Characteristics of water inflow and chemical grouting treatment of a Liu Yuanzi Coal Mine shaft in the Ordos Basin

During shaft constructing, a borehole water inflow of 30 m3/h was encountered in Liu Yuanzi Coal Mine in the southwestern Ordos Basin, whose aquifer is mainly cretaceous. On the basis of regional hydrogeological conditions, a mercury intrusion method and scanning electron microscope were used in this study. We conclude that the loose, porous and easily collapsible clay particles of the cretaceous aquifer rock mass were the major geological cause for water hazards during the construction of the shaft. We propose an approach of chemical grouting from the working surface and in the end succeeded in blocking the water.     

PROTEM67D瞬变电磁仪器在矿井水文地质勘探中的应用效果

采矿时往往会有各种水体通过地下导水通道流入矿井,从而危害矿井安全.因此,探测矿井顶（底）板含水层的富水性、老窑积水和导水通道,为矿产资源的合理开发、利用以及安全生产提供可靠依据,成为矿井水文地质勘探的主要任务.瞬变电磁勘探是人工源地球物理勘探方法之一.已经广泛应用于水文地质勘探中.PROTEM67D瞬变电磁系统是近年来推出的国际上最先进的瞬变电磁勘探设备,全智能化接收.用于水文地质勘探中取得了良好的地质效果.在此仅通过三个工程实例,介绍PROTEM67D瞬变电磁系统在煤层矿区探测煤层底板水、导水通道和老窑积水中的应用,说明瞬变电磁勘探方法和PROTEM67D瞬变电磁系统在矿井水文地质勘探中的应用效果.