煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型研究及应用

针对煤与瓦斯突出预测准确率问题,在分析煤与瓦斯突出瓦斯地质因素的基础上,构建了包含瓦斯指标、煤体指标、地应力指标3个一级指标和瓦斯压力、构造煤厚度等12个二级指标的预测指标体系,通过综合运用网络分析法和多类别距离判别法对灰色关联模型中的输入端和输出端进行研究,建立了煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型.该模型基于对煤与瓦斯突出瓦斯地质因素的综合分析,计算预测指标权重,划分煤与瓦斯突出可能性等级,建立了对突出可能性进行判别的2个判别式.以平煤八矿为例应用该模型对8组预测样本进行了煤与瓦斯突出可能性判断,预测结果与实际符合,为矿井煤与瓦斯突出防治提供了技术支撑,证明了煤与瓦斯突出多指标耦合预测模型的准确性和适用性.      

煤与瓦斯突出过程的尖点突变研究

为了分析引起煤与瓦斯突出的因素,建立了煤岩体的能量模型,然后采用尖点突变理论分析构建了煤与瓦斯突出的尖点突变模型;研究了突变控制变量,对煤与瓦斯突出过程进行了阐述.煤的变形潜能、煤体的瓦斯内能、煤的破碎功和被破碎煤的移动功对煤层突出与否起主要作用.如果煤层中有煤的软分层存在,那么煤层的破碎功是较小的,在同等条件下,煤层更容易发生突出.该研究对煤与瓦斯突出灾害预测与防治作参考.      

巷道揭煤煤与瓦斯突出预测及防突技术研究

为了研究巷道揭煤瓦斯突出预测和防突技术,以小庄煤矿40302运输巷为研究对象,采用理论分析和现场实测展开研究。研究结果表明：应力与瓦斯压力梯度较高、瓦斯补给充足、岩巷与煤巷断面差异较大,共同导致了巷道揭煤区域煤与瓦斯的突出;采用钻屑瓦斯解吸指标法能准确预测巷道揭煤区域煤与瓦斯突出风险;采取预抽瓦斯的措施后,绝对瓦斯涌出量控制在3 m3/min以内,实现了巷道安全揭煤。     

浅析煤与瓦斯突出防治方法

我国煤与瓦斯突出灾害严重威胁着煤矿安全生产.但是煤与瓦斯突出机理还没有被完全认识,煤与瓦斯突出现象还没有得到完全控制.目前,我国煤炭生产规模日益扩大,开采水平不断加深,煤与瓦斯突出的危险性在增大.因此必须加大科研力度,加强对煤与瓦斯突出的认识,提高煤矿安全水平.     

煤与瓦斯突出事故原因分析与防范措施

本文针对淮南矿业集团某矿2113顺槽掘进工作面发生的一起煤与瓦斯突出事故,分析了煤与瓦斯突出的原因,提出了掘进过程中煤与瓦斯突出事故的防范措施,具有一定借鉴意义.     

露天矿锚固边坡突变失稳初探

阐述了露天矿锚固边坡突变失稳的主控因素,应用突变理论来研究锚固边坡突变失稳的力学过程,建立了尖点突变模型。结果表明,锚固边坡系统发生突变失稳的条件是其系统的总势能,且爆破震动、水动力等因素的作用促使锚固边坡系统发生突变失稳。     

考虑水平荷载的采空区群系统灾变失稳模型

为了研究采空区群系统的灾变失稳,将顶板简化为弹性薄板,矿柱简化为在长期荷载作用下会产生蠕变损伤的Poynting-Thomson体,考虑水平荷载和竖直荷载的共同作用,结合流变理论和燕尾突变建立采空区群顶板—矿柱系统灾变失稳模型。计算出模型突变时顶板中心的下沉量,矿柱有效支撑面积与顶板面积的比值,以及模型从开始到发生突变的时间,以广西盘龙铅锌矿为工程实例进行验证,得出盘龙矿采空区群系统的稳定时间与实际情况相符,验证了该模型的可靠性和实用性。同时,研究了各影响因素对采空区群系统稳定性的影响,为采空区群系统稳定性分析提供了新思路和新方法。     

石门揭煤过程中煤与瓦斯延期突出模拟实验

利用自行研发的"大型煤与瓦斯突出模拟实验台",用粉和石膏混合材料模拟硬煤岩封闭突出口,进行在恒定垂直应力和水平应力情况下的石门揭煤过程中煤与瓦斯延期突出模拟实验.结果表明:在恒定垂直应力作用下发生延期突出时临界瓦斯压力与水平应力呈乘幂关系,瓦斯压力与水平应力呈反方向变化;在恒定水平压力作用下发生延期突出时临界瓦斯压力与垂直应力呈二次多项式关系,瓦斯压力与垂直应力呈反方向变化;突出强度反映发生延期突出时破坏程度,与发生延期突出时临界瓦斯压力正相关,与地应力负相关.     

矿井建设中煤与瓦斯突出防治技术应用

在具体矿井建设过程中,瓦斯管路巷施工对周围煤层造成扰动影响,基于该背景,对煤与瓦斯突出发生的原理进行分析,利用LS-DYNA数值模拟软件对瓦斯管路巷施工时诱发的煤与瓦斯突出作用机理进行模拟研究,并根据所得出的模拟数据,采用深孔预裂爆破技术进行了瓦斯管路巷煤与瓦斯突出防治试验及效果分析。结果表明,实施深孔预裂爆破防治措施后,抽采瓦斯纯量比防治前明显增大,且瓦斯压力及瓦斯压力梯度显著降低,煤与瓦斯突出的危险性也得以有效消除。     

单轴应力下烟煤氧化?自燃灾变温度

为探究不同埋藏深度裂隙煤体氧化-自燃过程在单轴应力作用下的影响规律,本文通过荷载加压煤自燃特性实验平台,采用新疆硫磺沟矿区烟煤煤样,开展了施加单轴应力在0～8 MPa下的贫氧环境程序升温试验.根据加压试验中烟煤产生气体随温度的变化关系,计算了烟煤在单轴应力下升温过程表观活化能和耗氧速率.结合煤自燃氧化动力学和热解参数,阐述了单轴应力下煤体由缓慢氧化到快速氧化的非线性发展过程,并基于突变理论解算出试验条件下烟煤氧化-燃烧过程的突变温度和临界温度,确定出4个特征参数:突变温度TCO(CO表征)和THy(耗氧速率表征),临界温度T'CO(CO表征)和T'HY(耗氧速率表征),并分析了不同特征参数随单轴应力的变化规律.结果 表明:热解气体浓度、表观活化能和耗氧速率随单轴应力增大呈先增大后减小再增大的三次函数规律(其中1.8和5.5 MPa时为临界轴压),1.8 MPa时表观活化能和各项特征参数数值最低,煤氧反应速率最快,耗氧速率最高;单轴应力为5.5 MPa时耗氧速率最大,煤体新生裂隙最多;单轴应力对TCO特征参数影响最大,煤自燃缓慢过渡到快速氧化的温度指标,由CO浓度表征的突变温度TCO表征最为准确.该研究结果对于矿井不同埋深煤自燃预警和防控具有重要理论指导意义.     

基于声发射特征提取和机器学习的煤破坏状态预测

同步采集了煤样单轴压缩破坏过程的声发射全波形数据和应力数据,提取了声发射梅尔倒谱系数作为样本特征,定义煤样当前受力与其峰值载荷的比值为煤样的应力状态并将其作为样本标签,利用机器学习方法构建了煤样破坏状态的预测模型。结果表明:梅尔倒谱系数可以很好地表征煤样的破坏状态,该参量在煤样达到受力峰值80%后表现出明显突增或突降或先增加然后突降的规律,机器学习能够利用该样本特征建立煤样破坏状态预测模型进而预测煤样的危险状态,利用五折交叉验证方法评价模型的预测准确度达到88.61%,模型预测效果和稳定性良好;进一步讨论了不同重要度的梅尔倒谱系数组合作为样本特征对于模型预测效果的影响,发现样本特征中含有重要度高的特征和关键特征是模型预测准确度高的关键。这可为进一步完善煤岩动力灾害预测预警提供借鉴。      

影响煤焦化回收车间主要产品收率的因素分析

针对鞍钢集团煤化工事业部回收车间焦油、硫酸铵和轻苯三大产品的收率明显下降情况,分析了配煤挥发分、炉顶空间温度和结焦时间以及配煤主要煤种对三大产品收率的影响。结果表明,配煤挥发分、气煤是煤焦化三大产品收率的主要影响因素,并建立了相应的数学预测模型,为今后生产提供参考。     

O2/CO2气氛下煤粉燃烧数值模拟

采用CFD技术对不同气氛下煤粉燃烧过程进行了研究。用Fluent软件模拟不同工况下煤粉燃烧,获得煤粉燃烧的一些基础性参数,为实际应用提供相应的指导;建立包括气相湍流流动、气固之间传热、煤挥发分析以及燃烧等过程在内的三维数学模型;将不同气氛下煤粉燃烧的特性进行对比,研究气氛变化对燃烧的影响规律。     

基于灰度共生矩阵和工业CT扫描的受载含瓦斯煤裂隙动态演化特征

为研究受载含瓦斯煤在三轴压缩作用下的裂隙演化规律,利用受载含瓦斯煤显微工业CT扫描系统,开展了三轴加载条件下受载含瓦斯煤的工业CT扫描测试,获取了受载含瓦斯煤的应力-应变曲线和各变形阶段的CT扫描图形.运用图像分析软件对CT扫描数据进行了三维数字重建,实现了煤样内部裂隙的三维可视化和定量表征,并基于灰度共生矩阵（GLCM）理论分析了受载含瓦斯煤的裂隙动态扩展特征及规律.研究结果表明：瓦斯压力的存在一定程度上弱化了受载含瓦斯煤的力学性质,同时也加速了裂隙的扩展;受载含瓦斯煤二维裂隙先闭合后扩展,峰后快速扩展并形成连通二维裂隙网络;三维裂隙体积和裂隙密度呈现出先减小后增大的变化趋势,总体上可划分为裂隙压密闭合、新裂隙萌生扩展和主裂隙加速扩展贯通3个变化阶段;灰度共生矩阵分析中,对比度先减小后增大,能量和同质性先增大后减小,相关性呈现出单调递减趋势,准确描述了受载含瓦斯煤内部裂隙随应力增加不断变化的总体发展规律.     

冲击危险性及其实时预警云图技术

采用抛物线型隶属函数分别建立了基于应力值和应力变化速度的冲击危险性指数计算公式,利用最大隶属度原则计算多因素冲击危险性指数,使用云图的方式全面、直观地反映工作面支承压力及冲击危险性的空间分布规律,最终建立了基于云图的冲击危险性预警系统.该系统已在全国20多个具有冲击危险性的煤矿得到应用,并取得良好的效果.      

基于全波形的煤样单轴压缩破坏声电时频特征

建立了煤岩受载破坏声电全波形同步采集系统, 对煤样单轴压缩破坏过程中的声电信号进行了全波形采集, 研究了声电信号能量与载荷降之间的相关关系, 并分析了声电信号的频谱特征. 结果表明: (1)煤体受载破坏过程中产生显著的声电信号; 电磁辐射信号是阵发性的, 仅伴随载荷降和较高强度声发射信号出现; (2)相对于声发射, 电磁辐射与载荷降有更好的相关性; 与煤体受载破坏的能量释放累积量相关联的声电信号能量和载荷降累计值三者之间均呈高度正相关; (3)电磁辐射优势频带窄于声发射, 前者主要集中在1~25 kHz, 后者主要集中在1~280 kHz; 受同一裂纹萌生和扩展的影响, 两者在频谱和主频分布上都有近似的低频成分.      

攀钢配加气煤和瘦煤炼焦试验

为了在稳定焦炭质量的前提下丰富配煤结构,降低炼焦配煤成本,开展了配加气煤和瘦煤炼焦试验研究。试验根据攀钢西昌钢钒对焦炭质量的需求,利用胶质层重叠原理和按照煤阶相近替代的思路,制定了以气煤代替1/3焦煤、以瘦煤代替焦煤的配煤炼焦试验方案,并在200 kg焦炉上开展了炼焦试验。结果表明,以所选气煤、瘦煤代替1/3焦煤、焦煤配煤炼焦,随着气煤和瘦煤配比的增加,焦炭质量呈下降趋势,当气煤配比为15%、瘦煤配比为12%时,焦炭CSR为55%,对应生产焦炭质量能够满足高炉需求。