我国煤矿安全高效开采地质保障系统研究现状及展望

从近40年来我国煤炭工业的发展进程,分析和总结了我国煤矿安全高效开采地质保障系统建设随着煤炭工业从炮采和普采向机械化开采的转变,经历了从煤田地质学发展到采矿工程地质学和矿井工程物探的发展过程,并逐步构建了煤矿安全高效矿井地质保障系统的基本框架。20世纪90年代中后期,随着煤矿采区高分辨三维地震勘探技术体系研究成果的建立和完善,使煤矿精细地质构造、煤与瓦斯突出、矿井突水通道等灾害隐患的探测精度和预测准确度大大提高,促进了我国煤矿安全高效矿井的迅速发展,煤矿安全高效矿井地质保障系统也走向成熟并在全国煤炭系统推广应用。虽然煤矿地质保障系统在保障开采安全、提高开采效率等方面取得了显著的成效,但随着信息技术的深度融合和煤矿机械化水平的进一步提高,煤炭绿色开采、智能精准开采等对煤矿安全高效开采地质保障系统提出了更高的要求,矿井地质透明化是当前煤矿安全高效矿井地质保障系统发展的努力方向。其重点任务是:①在统一的数据融合基础上,进一步提高地球物理勘探精度,提高矿井地质的透明化水平,构建煤矿智能开采地质保障平台;②研发与惯导技术一体的高分辨煤岩辨识仪器装备,实现对工作面前方5 m范围煤岩结构的自动化数据采集与精准识别;③以岩层结构为基础,以岩石力学和流体因子为重点,开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预警系统。     

沉积岩体结构类型及其对煤炭开采矿压分布的影响

沉积岩体结构的力学特征是由沉积岩石的岩性和岩体中各种类型结构面所决定。对于层组岩体采用硬质岩石百分比含量K来表示沉积岩体岩性特征，并将沉积岩体按岩性分为3类，即硬质岩体、中硬岩体和软质岩体：根据结构面发育程度和工程规模将沉积岩体结构划分为完整结构、块裂结构、碎裂结构和松散结构4类。通过相似模拟试验方法分析了在采动影响下不同岩体结构类型顶板岩体回采工作面矿压分布规律。试验结果表明，由完整到块裂和碎裂结构，顶板岩体中回采工作面的支承压力亦由大到小变化，且支承压力峰值位置随着岩体破坏程度的增强向项板岩体内部转移。     

不同围压下砂岩孔渗规律试验研究

采用三轴岩石力学试验系统分析了砂岩储层岩石在全应力—应变过程中渗透率的变化规律和不同围压下岩石的孔渗性，建立了砂岩岩石应力—应变与渗透率之间的定性定量关系。研究表明；岩石在全应力—应变过程中，渗透率的变化的总体规律是在弹性阶段渗透率随应力的增大而略有降低，进入弹塑性阶段后随着新生裂隙的扩展、贯穿，岩石的渗透率先是缓慢增加然后急剧增大，在峰前或峰后达到极大值，残余流动阶段原有裂隙开始压密闭合，渗透率开始降低。砂岩的孔渗性与其所承受的有效侧压大小密切相关，表现为岩石的孔隙度和渗透率均随侧压的增大而减小，且服从对数函数变化规律；成岩作用不同的砂岩孔隙度和渗透率减小的速度和程度不同，表现为在侧压的作用下，成岩作用程度较弱的砂岩储层的孔隙度或渗透率减小的速度和程度明显地高于成岩作用程度较强的砂岩。     

神府矿区采煤对地下水循环的影响——以窟野河中下游流域为例

以窟野河中下游地区为例,通过野外调查和水化学特征分析,总结了神府矿区地下水循环模式：第四系潜水和侏罗系烧变岩潜水主要受地形控制;延安组碎屑岩含水层分5个含水层段,主要受地层倾向控制,沿河道相由东向西流动。进而提出了采煤对地下水影响机制：浅部煤层开采破坏了潜水含水层之下黏土层的隔水性,含水盆地汇水面积减小,泉流量减小或干枯;同时采矿造成的人为“溯源侵蚀”袭夺了相邻水文地质单元的地下水,矿井水补给量增加,蒸发量减小;深部煤层开采进一步破坏黏土隔水层,导致潜水含水层消失,使得地表径流转换为地下径流,地下水完全依赖5-2号煤层底板径流。     

LEMD端点延拓方法及其在微震信号降噪中的应用

针对非平稳的微震信号,采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法对其滤波、消噪。但该方法在应用中存在严重的端点效应,会影响分解结果。为了改善端点效应,针对微震信号低频特点,提出了基于LMS自适应滤波器对微震数据端点处进行波形延拓的方法。LMS自适应滤波器经过信号内部的数据训练后从端点处向左右延拓波形,延拓过程中生成符合内部信号趋势的极小值和极大值,波形的延拓长度由延拓算法自适应决定。在EMD对信号分解过程中得到前一层模态分量后均再次对剩余信号进行延拓,进而进行下一层分解,以此修正插值算法带来的误差。最后根据信号频率特点对得到的模态分量有选择的重构,达到降噪的目的。利用仿真数据和煤矿微震监测数据对LMS自适应延拓法进行了验证,结果表明该方法能够明显减小经验模式分解的端点效应,特别对低频的微震信号有很好效果。     

采场弯曲下沉带内部巷道变形与岩层移动规律研究

利用岩层弯曲下沉带内的一条巷道，通过设点观测下沉值，量测巷道两帮及顶底移近量，结合采面推进速度及矿压观测资料，以及FLAC^3D的计算机数值模拟计算，研究了岩层弯曲下沉带内部巷道的变形和岩层移动规律，丰富了上覆岩层移动的佐证，在新集矿区获得了岩层内部的移动参数，为巷道煤柱的留设提供了直接依据，为反程序开采中合理错开上下层的布面时间提供了依据。     

“三软”煤层巷道围岩变形破坏机理分析

从沉积岩石学和工程地质力学的观点出发，以显德汪矿的软岩巷道为研究对象，进行了大量岩石物理力学性质试验，深入研究了岩石物化、水理性质，探讨了地应力对软岩巷道的控制作用，得出了软岩巷道变形破坏力学机制的新认识。     

复合型三角洲的沉积特征与沉积模式

本文用比较沉积学的方法对淮南煤田二叠系三、四含煤段沉积物进行详细研究，初步建立了由多条陆源河流形成的复合型三角洲沉积模式。根据水文（古水文）特征将复合型三角洲划分为三大部分：水下三角洲平原、水上三角洲平原的树枝状河道体系和网状河道体系，并讨论了每个组成部分内的沉积作用特征。通过对比，指出该三角洲体系与单一陆源河流三角洲在成因、展布格局和组合特征等方面存在的差异。     

淮南煤田13-1煤层顶板地质特征与稳定性研究

根据大量钻孔和矿井生产资料，对淮南煤田13一i煤层顶板地质条件进行了详细的分析和研究，结果表明，煤层顶板的沉积环境及沉积特征对顶板的稳定性起主要控制作用。煤层小构造和顶板岩性组合等因素影响顶板稳定性的局部变化．分流河道砂岩是稳定性最好的顶板岩性。厚层分流间湾泥岩顶板的稳定性次之，泛滥平原泥岩顶板和决口扇、潮坪砂岩顶板为不稳定或中等稳定．     

承压水体上对拉面开采关键技术与对策

承压水体上对拉面开采，在国内外尚不多见。本研究结合淮北扬庄矿2635对拉面开采实践，提出了承压水体上对拉面开采关键技术问题，探讨了承压水体上安全开采的途径与对策。