煤矿岩巷TBM适应性与新技术发展

全断面掘进机（TBM）在煤矿岩巷掘进逐步得到推广应用，但TBM机型设计适应性不足已成为影响TBM掘进煤矿岩巷掘进效率的主要原因。通过对比分析煤矿巷道常规使用的掘进技术与TBM掘进技术，得出TBM应用于煤矿巷道掘进时必须考虑巷道围岩条件的差异化和需求特殊化。煤矿TBM的设计要基于机型的特点，结合煤矿岩巷的施工条件进行设计。针对煤矿岩巷工程的施工难题研发出了特有的“V型推进”系统，实现巷道小转弯半径施工；采用与TBM配套的“超前探测”技术进行超前地质预测，通过强化TBM的初期支护能力、加强脱困能力等设计来应对不良地层；基于“排水+堵水”处理思路，形成TBM掘进巷道的超前注浆封堵方式的防突水技术；通过在TBM刀盘、盾体内搭载的气体实时监测系统，开发了TBM巷道防瓦斯突出技术；进行了高地温施工环境下，TBM关键部件冷却、刀盘喷雾通风等针对性设计。创新技术在“贵州贵能聚鑫煤矿”、“四季春煤矿”、“平煤首山一矿”、“山西惠源煤矿”等矿井进行了应用并取得成功。随着煤矿未来开采所面临的更复杂严峻的工况，矿用TBM未来也将朝着强机动性、地质适应性、支护多样性、设计系列化、行业标准化、掘进体系智能化等方面...     

煤层顶板分段水力压裂应力及裂缝演化试验研究

煤层顶板分段水力压裂是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术，该技术应用的关键在于水力裂缝能否顺利从顶板穿层扩展至煤层并为煤层气运移提供通道.通过对煤岩组合体相似材料进行两段封孔开展了顶板分段水力压裂物理模拟试验.在试件中布置应变砖来监测两段压裂的应力时空演化全过程，获得了水力压裂裂缝附近诱导应力场特征，应用声发射技术监测水力裂缝的动态扩展过程，研究了在诱导应力影响下不同排量、不同顶板岩性、不同煤岩界面强度和不同地应力条件下的裂缝延伸形态.最后针对不同储层条件探讨了工艺参数优化方案.研究结果表明：起裂压力受岩石物理力学性质和应力环境的影响.起裂压力随着垂向地应力、泵注水压、岩体抗拉强度的增大出现上升的趋势.当裂缝扩展方向垂直于压裂钻孔时，第一段压裂产生的诱导应力会增加钻孔方向压应力从而导致第二段压裂起裂困难；当裂缝平行于钻孔方向扩展，第一段压裂裂缝会削弱第二段压裂孔附近岩体强度并降低起裂压力.3个影响因素对水力裂缝穿层扩展的影响机制不同.较大的垂向应力差能引导裂缝垂向扩展；较高的煤岩界面强度使得裂缝能够扩展穿过煤岩界面；提高泵注排量主要是增大了岩体的整体破坏范围，从而增加了裂缝扩展到煤层...     

活性炭+THF溶液体系中CO2水合物生成特性研究

水合物法捕集CO₂具有储气量大、生成条件温和等显著优点，应用前景广阔。提高水合物生成速率和CO₂气体消耗量是该方法需解决的关键问题。在活性炭+THF溶液体系中开展了CO₂水合物生成特性研究，探究了THF溶液浓度(物质的量分数，下同)、THF溶液饱和度对CO₂气体消耗量的影响，并通过可视显微实验研究了活性炭+THF溶液体系中CO₂水合物的生长形貌特征。研究结果表明，相比于THF溶液浓度为5.56%的体系，活性炭+THF溶液体系(THF溶液浓度为5.56%、溶液饱和度为100%)的CO₂气体消耗量增加了59%；当THF溶液饱和度为100%时，提高THF溶液浓度可以有效促进水合物生长，在THF溶液浓度为5.56%的条件下，CO₂气体消耗量达到总CO₂气体消耗量90%所需的时间(t90)最短(106.67 min)。活性炭+THF溶液体系中的CO₂水合反应由气体吸附和水合物生长两个阶段组成，水合物最...     

冻融循环下页岩孔裂隙和渗透率演化特征研究

页岩气储层具有超低渗特性，液氮(LN2)致裂作为一种很有前景的储层增透技术备受关注。以四川南部龙马溪组页岩为研究对象，研究了含水页岩岩芯在受低温流体——液氮冻融循环下的物理响应。针对含水状态下的页岩进行LN2冻融循环处理，运用扫描电子显微镜(SEM)对LN2冻融循环前后的页岩样品进行微观孔裂隙结构的定点观察，采用数字图像处理技术和分形理论对同一位置的孔隙变化进行了定量化分析，测试了孔隙度和渗透率，运用计算机断层扫描(CT)展示了页岩样品随LN2冻融循环的宏观断裂破坏过程，探讨了液氮冻融的致裂机理。结果表明，液氮冻融循环处理可以有效促进孔隙、裂隙的萌生和扩展。液氮冻融时页岩在热应力和冻胀力的作用下产生新裂纹，随冻融循环次数的增多页岩孔裂隙稳定发展，冻融循环下页岩孔隙度累积增长幅度为54.6%，渗透率的提高非常显著(高达3个数量级)。     

基于KPCA和SVM的铝电解槽漏槽事故预警方法

针对铝电解槽运行数据复杂多维、结构非线性且故障样本量相对正常运行样本量少的问题,提出了一种基于数据驱动的漏槽事故预警模型。模型采用简单经典的分类算法支持向量机,避免小样本数据带来的过拟合问题。并用交叉验证训练测试方法和麻雀搜索算法对参数寻优,提高分类器的性能。同时为了更好地挖掘铝电解运行数据中的特征信息采用核主成分分析法将数据降到8维,模型运行速度提高了65.51 s。另外在设置分类标签时结合实际情况选取了三个变化显著的特征参数作为辅助分类条件从而扩充了故障样本。最后对该漏槽事故预警模型进行性能验证,实验表明模型F₁分数达到了0.995,AUC值达到了0.998。     

基于位移反分析法的沿空留巷巷道矿压分布规律

以川煤集团叙永一矿沿空留巷为工程背景，采用位移反分析法校准了室内煤岩物理力学参数测试结果，并采用数值模拟方法分析了沿空留巷巷道矿压分布规律。现场观测结果显示：工作面回采期间，巷道顶底板最大相对移近量743 mm，巷道顶底板移近方式以顶板下沉为主，平均顶板下沉量为底鼓量的3.6倍，数值模拟结果为3.5倍。参数校准结果表明：弹性模量、黏聚力的折减对顶底板的移近量有显著影响；计算时步相同时，顶底板移近量随弹性模量、黏聚力的减小而增大，当弹性模量降低为20%时，巷道顶底板移近量最大值增加800 mm。数值模拟分析结果表明：采煤工作面后方沿空留巷高帮支承压力显著升高，支承压力分布呈两侧低，中间高的“凸”起状，且随着工作面不断推进，支承压力峰值不断增大；工作面平均超前支承压力影响范围为77 m。     

基于煤样破坏声发射特征的冲击地压评价预警研究

冲击地压作为深部煤矿开采中最常见的煤岩动力灾害，严重影响煤炭资源安全高效开采。精准及时的预测预报是冲击地压防治的关键。为研究煤岩体冲击前兆信息特征，建立高效精准的动态预测模型，通过对冲击倾向性煤样进行三轴压缩试验，获取煤样破坏过程声发射特征参数，选取典型冲击矿井工作面微震参数监测值，与实验室所得声发射参数进行对比，分析实验室和工程尺度下的声发射与微震参数特征之间的相似性，建立两者之间冲击声学信息的表征关系。结果表明，煤样压缩过程中声发射累计能量的“阶梯状”增长与大能量矿震事件发生前的“缺震”现象都揭示了煤岩体能量的孕育过程。同一能量指标在不同尺度下对大能量事件的发生具有相同的演化趋势，经量化后可作为冲击地压危险性预警指标。继而选取影响工作面冲击地压发生的静态因素与应力动态因素，结合所得微震参数指标分别赋予动态权重，并引入贝叶斯概率进行修正，构建冲击地压动-静态协同综合评价预警模型。利用该模型对河南某冲击矿井工作面危险性进行评价预警，获得优于传统评价模型的预警结果，展现了该模型的工程适用性与准确性。     

液氮冻结和冻融循环作用下煤样力学特性试验研究

我国煤储层渗透率普遍较低，如何提高煤储层渗透率是煤层气开发的重点和难点。近年来液氮致裂增渗煤体技术作为一种无水致裂增渗技术受到广泛关注。为揭示液氮冻结和冻融循环对煤体力学特性的影响，采用红外热成像技术对液氮冻结后煤样的温度分布特征进行研究，并对液氮冻结和冻融循环后的煤样进行单轴压缩和声发射测试，对比分析了液氮冻结和冻融循环前后煤样的波速、孔隙率、声发射和能量演化特征，并对液氮冻结煤体损伤作用机理进行了讨论。结果显示：(1)经过360 min和12次冻融循环后，煤样的波速分别下降了58.2%和64.7%，波速在最初的冻结和冻融循环阶段中下降并不明显，随着冻结时间和冻融循环次数增加，波速逐渐下降。(2)随着冻结时间的增加，煤样的温度逐渐下降，液氮冻结180 s后，煤样的表面温度下降至-60°C以下，由于煤颗粒的热传导系数不同，导致煤样中心处的温度呈波动分布。(3)液氮冻结和冻融循环后，煤样的弹性模量呈指数函数降低的趋势，而煤样的孔隙率则逐渐增加，液氮冻融后煤样的孔隙率增量大于液氮冻结后煤样的孔隙率增量。(4)单轴加载过程中煤样的声发射活动分为发展阶段、活跃阶段和剧烈阶段，煤样的最大声发射振...     

煤系地层弹性波阶段性衰减特性分析

微震监测技术在矿山动力灾害预警、水力压裂增透效果评价等方面发挥着显著作用.煤系地层是典型的层状介质，介质各向异性和层间界面是弹性波在煤系地层中传播和衰减的重要影响因素.结合弹性波传播理论，采用有限元数值模拟为手段，研究了层状介质中弹性波传播的阶段性衰减特征.研究结果表明：相同试验条件下，层状介质中弹性波传播的信号幅值随着传播距离的增加呈指数衰减.由于层间界面的反射和透射作用，雷克子波速度幅值在100～400 Hz频带内显著衰减，在低频段(100～200 Hz)内的垂直衰减系数约为水平衰减系数的1.5倍，测点有效监测范围为8～12 m.雷克子波作用1个周期内，穿层方向的垂直应力场在近震测点(距离≤13 m)范围内具有相同的波动规律，应力响应表现出传递特性；随震源作用时间和传播距离增加，层间不连续界面阻断弹性波应力传递过程，弹性波幅值在主应力方向表示出阶段性衰减规律，应力状态呈现“正—负—正”交替变化特征.通过数据拟合分析发现，层状介质中的衰减系数介于单层介质吸收衰减系数的最小值与最大值之间.