基于三量协同监测的采场来压识别预警系统研发

根据《2013-2017年度全国煤矿安全事故案例汇编》,煤矿矿压监测单纯依靠应力监测和人工测距,存在工作量大、值班人员多、稳定性低的现状。对近几年煤矿采场来压、支架工作阻力、顶底板移近量、活柱下缩量监测进行了研究,创新性地研究了基于三量协同监测采场来压识别和预警系统。该系统能对顶板周期来压时间、步距、强度、支架倾角、支柱移近速率及升降状态等作记录分析,并对下一周期来压进行预测,减少了顶板监测人员数量,提高了劳动效率,实现了减员增效。该研究成果对贯彻落实《关于开展"机械化换人、自动化减人"科技强安专项行动的通知(安监总科技[2015]63号)》起到积极、有效的推进作用,并对煤矿采场矿压研究理论、控制技术及顶板灾害预测相关科研课题起到抛砖引玉效应,具有广阔的市场前景。     

巨厚砾岩孤岛工作面微震特征研究

为有效防治巨厚砾岩孤岛工作面的冲击地压,运用微震监测技术,开展了针对千秋煤矿21141孤岛工作面的微震时空演化特征规律及周期来压与超前支承压力之间的相关性研究。结果表明,微震事件高发区域有3个:Ⅰ区为21141孤岛工作面前方50~300m范围内,Ⅱ区为21141孤岛工作面距采区胶带下山600~900m范围内,Ⅲ区为21采区下山煤柱区域,微震事件多发生在工作面前方的垮落带;顶板周期来压前,微震事件的频次、日累计能量有所增加,顶板来压期间,微震事件的频次、日累计能量都明显高于非来压期间的事件频次及能量;大部分冲击地压发生在超前支承压力峰值范围。     

浅埋深综放工作面矿压显现规律及控制研究

现有工作面矿压规律研究主要是针对浅埋深大采高工作面矿压规律和顶板结构进行研究,针对浅埋深综放工作面强矿压显现规律和控制技术研究较少。针对该问题,以某煤矿42202工作面为研究背景,采用工作面支架监测和微震监测相结合的实测方法,研究了工作面的强矿压显现规律:42202工作面的初次来压步距为60m,周期来压步距为18～26m,来压时支架动载系数高达1.58,片帮深度达1 100mm,立柱下缩量为50～80mm,强矿压导致工作面压架,来压时中部压力大、两侧小,表明工作面来压时矿压显现较为剧烈;微震事件主要集中在工作面超前位置及辅运巷,日累计能量与日频次变化趋势基本相同。分析了浅埋深综放工作面的强矿压机理,指出浅埋深综放工作面强矿压显现的主要原因是采场覆岩高位关键层形成的砌体梁结构与低位关键层形成的悬臂梁结构发生联动失稳效应。针对强矿压显现问题,提出了水压致裂的顶板弱化措施,采取水压致裂措施后,支架工作阻力最大值由59.1MPa下降到50.1MPa,降低了约15%;深孔最大应力降低了15%,浅孔最大应力降低了32%,表明水压致裂对顶板弱化和减弱巷道围岩应力有较显著作用。     

冲击地压多信号监测软件的设计

针对冲击地压监测系统存在监测信号单一,无法实现实时对比分析等缺点,开发设计了一种基于VC++6.0,针对煤岩电磁辐射、微震和声发射等特征信号的多信号监测软件;介绍了该软件的结构和功能及各功能模块的设计。该软件具有多通道实时显示、数据存储、历史查询、趋势分析、统计等功能,通过对比分析多种煤岩特征信号,可以对煤岩动力灾害进行有效的预测。     

基于多分站的KJ699微震监测系统研发

针对目前单分站微震监测系统在监测区域上的局限性,开发了一种基于多分站的KJ699微震监测系统。该系统基于多分站时钟同步技术,引入全矿井监控概念,把监测区域从一个回采工作面扩展到整个矿井,同时,基于矿井监测尺度,引入了波速校准、最优通道选择技术对微震震源定位方法进行了优化。现场测试结果表明,该系统能实时监控更大范围的微震,提高了定位精度及自动化程度,为微震活动的动态分析、冲击地压等动力灾害的评价预警提供了更好的基础信息。     

计算机技术在微震监测及矿井动力灾害预警预报中的应用

淮南矿山微震监测系统MMS具有良好的系统性能和技术参数,对矿井工作面上微震活动实施连续监测,为煤与瓦斯突出预警预报提供了新方式。针对谢一矿5125工作面地质情况,布设了24通道传感器,采用矿山微震监测系统对上覆岩层的微震活动实施连续监测,对震源定位和能量进行分析,得到了工作面微震活动规律分析,对应力集中区和应力降低区进行预警和预报,确定瓦斯源区,为煤与瓦斯突出的预警预报提供了新的手段。     

无煤柱切顶留巷覆岩破坏特征及微震实测研究

为进一步研究无煤柱切顶留巷技术开采后的覆岩破坏规律,以柠条塔煤矿S1201-Ⅱ工作面为工程背景,采用物理相似模拟与数值模拟的研究手段,结合现场微震监测技术建立了微震波形数据库,研究了随工作面持续开采,无煤柱切顶留巷不同阶段的覆岩采动裂隙演化及应力空间展布特征,得出了工作面覆岩周期性破断规律。研究结果表明：工作面发生初次来压时的覆岩裂隙发育高度为57.6 m,切顶前中部裂隙带发育高度为95.5～96.1 m,裂采比为23.8～24.0,边缘侧裂隙发育高度为105.9～106.4 m,裂采比为26.4～26.6。切顶后工作面两侧裂隙带最终发育高度为104.3～105.2 m,裂采比为26.1～26.3,工作面中部裂隙带由于上覆岩层的不断压实弥合,最终发育高度为94.3～95.2 m,裂采比为23.6～23.8。当巷道分别处于掘进、切缝阶段,顶板位移基本没有产生改变;当其进入顶板下沉、切顶成巷阶段,顶板位移不断增大。切顶卸压完成后,巷道侧支承压力峰值增大,表明切缝之后的工作面跨度进一步增大,倾向支承压力不断增大;工作面顶板卸压效果显著,顶板产生大范围应力释放现象。在该工作面布置了微震监测系统...     

基于Logistic回归的大采深厚煤层冲击地压预警

针对大采深厚煤层冲击地压监测预警难题,分别建立了基于常规指标(支护阻力、钻孔应力和瓦斯浓度)及常规指标(支护阻力、钻孔应力和瓦斯浓度)与地球物理指标(微震平均震源距、微震日能量、微震日频次、电磁辐射强度)综合的Logistic回归冲击地压预警模型,得到了冲击地压危险性(发生概率)与监测指标之间的定量表达式,并结合千秋煤矿现场实测数据对冲击地压预警模型进行验证。研究结果表明,基于综合指标Logistic回归的冲击地压预警模型预测准确率达89.2%,其拟合优度和预测准确率均优于基于常规指标Logistic回归的冲击地压预警模型。     

计算机在矿井顶板管理中的初步应用

文章阐述了采煤工作面顶板的动态监控和顶板来压的预测预报,在顶板管理专家系统中的具体应用和成效。     

基于LabVIEW的微震实时监测系统

以往基于DSP或其他单片机的微震系统,其资源的有限性很难达到理想的采集效果,同时也难以完成先进算法的实现,而对微震信号的去噪与还原在监测系统中起着很重要的作用;在深入分析小波变换的信号去噪方法基础上,对微震信号进行了处理,得到高信噪比的微震记录,实现了对噪声的有效抑止;同时在LabVIEW平台软件设计的基础上,实现了一种基于虚拟仪器微震实时检测的设计方案,充分发挥了虚拟仪器的优势,结果表明基于LabVIEW的微震系统能很好地完成实时监测及其分析。     

深部掘进巷道爆破卸压防治冲击地压技术

针对深部掘进巷道采用大直径钻孔卸压防治冲击地压存在卸压强度低、卸压不及时、劳动强度大等问题,以陕西彬长矿区孟村煤矿401103回撤通道为工程背景,分析了冲击地压发生主控因素,认为煤岩层强冲击倾向性、大埋深、断层构造是诱发冲击地压的主要原因:煤岩层具有强冲击倾向性使得煤岩系统具备发生冲击地压的能力;工作面埋深大导致集中静载荷水平处于高位,降低了冲击地压发生门槛;主承载区高集中静载荷叠加断层能量积聚释放的集中动载荷,极易诱发冲击启动,进而导致冲击地压显现。利用爆破卸压防治冲击地压作用表现为结构重建、应力释放及能量消耗:对掘进巷道围岩支承压力峰值区域实施爆破致裂可在巷道围岩内形成卸压保护带,从而降低煤岩冲击倾向性、削弱高集中应力、增加冲击能量消耗,达到降低冲击地压风险的目的。针对401103回撤通道提出了顶板、掘进工作面、帮部爆破卸压方案,并采用震波CT探测及微震监测对卸压防冲效果进行检验,结果表明:采用爆破卸压方案后,高应力区面积减少了50%,应力集中程度明显降低;微震事件平均能量显著下降,均小于10⁴ J,且微震事件能量无急剧变化,卸压效果良好。     

电磁辐射仪在煤矿冲击地压监测预报中的应用

阐述了煤矿冲击地压的成因及影响因素,介绍了电磁辐射仪在忻州窑煤矿冲击地压监测预报中的应用,详细介绍了电磁辐射仪的组成、工作原理及特点。通过在忻州窑煤矿的电磁辐射测试证明,该电磁辐射仪既可用于预报冲击地压,也可进行冲击地压防治措施效果检验,具有非接触、非扰动、简单实用、安全准确的特点,是预测预报冲击地压的合理选择。     

煤层顶板深孔“钻-切-压”预裂防冲技术试验研究

针对现有顶板定向水力压裂技术中缝槽预制工序繁琐、成缝质量差的问题,提出钻孔、高压水射流切缝、高压水力压裂(钻-切-压)一体化预裂顶板防冲技术,并在葫芦素煤矿进行了试验研究。试验结果表明:“钻-切-压”一体化技术与装备在不退钻杆的前提下能够进行人工切槽,并采用单孔后退式多次压裂,提高了施工效率;使用的对称双孔型高压射流器能够高效形成4~5 mm宽度的人工缝槽,增大了切缝效果,并降低了压裂时裂缝起裂压力,扩展了压裂半径,单轴抗压强度为50~60 MPa的顶板岩层,单次压裂半径最大可达15 m;“钻-切-压”技术弱化顶板使得巷道围岩应力水平降低,临空巷道附近高能微震事件数量大幅减少,微震频次和能量无急剧变化,保证了工作面顺利回采。     

孤岛工作面冲击地压多指标监测及危险性区域划分

孤岛工作面回采过程中受煤柱应力集中和工作面动压的叠加影响,容易发生冲击地压灾害。现有方法采用单一指标对冲击危险性进行预警,存在较大的预警误差,无法全面反映采掘过程中的冲击危险性。针对上述问题,为了研究孤岛工作面回采过程中的冲击地压危险程度,以济宁二号煤矿93下05孤岛工作面为工程背景,提出了孤岛工作面冲击地压多指标监测方法,利用工作面回采过程中钻屑量、微震、钻孔应力等多指标综合分析了该工作面的冲击危险性,并根据工作面不同区域的冲击地压危险性进行了区域划分。分析结果表明:在联络巷附近及未保护区,微震日最大震动能量及震动总能量、钻屑量及钻孔应力值均明显提高,得出在孤岛工作面回采过程中,联络巷附近及未保护区是冲击地压的危险性区域。根据危险性区域划分结果,考虑到在不同区域应力集中程度的差异性,提出并提前实施了参数差异化的大直径卸压防冲措施,降低了应力集中程度,防止了冲击地压灾害发生。     

An Evolving Fuzzy Predictor for Industrial Applications

A reliable and online predictor is very useful to a wide array of industries to forecast the behavior of time-varying dynamic systems. In this paper, an evolving fuzzy system (EFS) is developed for system state forecasting. An evolving clustering algorithm is proposed for cluster generation. Clusters are established and modified based on constraint criteria of mapping consistence and compatible measurement. A novel recursive Levenberg–Marquardt (R-LM) method is proposed for online training of nonlinear EFS parameters. The viability of the developed EFS predictor is evaluated based on both simulation from benchmark data and real-time tests corresponding to machinery condition monitoring and material property testing. Test results show that the developed EFS predictor is an effective and accurate forecasting tool. It can capture the system's dynamic behavior quickly and track the system's characteristics accurately. The proposed clustering algorithm is an effective structure identification method. The recursive training technique is computationally efficient, and can effectively improve reasoning convergence.      

张双楼煤矿应力集中区冲击地压灾害防控实践

目前的爆破卸压防治措施仅针对煤层顶板,对顶板-煤体-底板三协同爆破卸压治理研究较少,特别对坚硬厚层砂岩顶板覆层区域的冲击灾害防治研究更少。针对上述问题,以江苏徐矿能源股份有限公司张双楼煤矿74101工作面为工程背景,从开采布局、煤岩冲击倾向性、砂岩覆层区应力集中程度方面分析了其冲击灾害诱发因素,揭示了煤岩体突然失稳破坏诱发冲击灾害的原因,认为顶板砂岩覆层异常、断层地质构造、底板坚硬细砂岩等地质条件造成局部高应力集中是诱发冲击灾害的主要原因。采用矿震震动波CT反演技术精准探测得到74101工作面强冲击危险区:运输巷侧沿巷道75 m,延伸工作面60 m椭圆形区域;轨道巷侧沿巷道60 m,延伸工作面80 m椭圆形区域。针对划分的高应力集中区,提出了精准的“顶板-煤体-底板”一体化爆破卸压技术,对74101工作面冲击危险区域进行卸压防冲,并采用微震监测手段及现场观测对卸压防冲效果进行评价。结果表明:爆破卸压后,74101工作面厚硬砂岩覆层区矿震日累计能量由1.57×104 J降低至104 J以下,震动频次降低50%,矿震活动呈现低能量、低频次的特征,冲击危险性显著降低,验证了一体化爆破卸压技术适用于张双楼煤矿厚硬砂岩覆层区冲击动力灾害防治。     

油田产量预测系统的研制

如何有效地预测油田的未来产量一直是油藏工程研究中的一项重要内容,准确地预报油田开发过程中的动态产量,是合理调整油田规划和制定方案,实现优化开发和管理的重要依据。本文研究了几种新的预测方法(基于人工神经网络的稠油预测模型、灰色预测模型、CAR预测模型等),并首先将其应用于油田产量预测。本文开发的预测系统集成了20多种常规的和新型的预测方法,对油田产量的预测及管理都能够给出有价值的数据。在充分并准确采集油田各单位产量信息及建立切合实际的数据模型的基础上,将油田产量信息采集与处理、预测与管理等环节,有机地结合成为一个整体。实际预测结果表明,该方法可以取得较好的预测效果。     

ZigBee组网技术在智能温室系统中的运用

智能温室控制系统以Zigbee无线传感网解决相关的农作物生长所必须的适时温度与湿度的数据测报问题,用以改变过去只靠人工观察作物生长现状进行测报的落后状态,提高测报速度、预报精度,也扩大了测报范围和内容,并动态实时地监测数据,对新型(绿色环保)农业作物起到了重要作用。该系统包括传感终端、通信终端、无线传感网、控制终端、监控中心和应用软件平台。     

面向海洋预报任务的大数据可视化系统研究

海洋预报业务可视化过程中,存在多源、异构、海量、强关联的海洋数据存储效率低,大规模高维矢量场数据可视化速度慢,多预报任务协同交互负担高,异常多的等核心问题,为海洋预报数据的全方位、多角度应用带来了极大的挑战。设计并研发了基于海洋事件关联度的海洋预报监测数据存储方案、基于SDR的快速海洋预报数据可视化方法、基于P2P通信的多源海洋预报数据协同交互方案,建立了面向海洋预报任务的大数据可视化系统,为多源海洋预报数据提供了快速、动态、易交互的展示效果。