应用灰色层次分析-模糊综合评判法对煤与瓦斯突出危险性的预测

文章针对目前层次分析-模糊综合评判法在预测煤与瓦斯突出中的不足,提出一种集灰色关联分析、层次分析和模糊综合评判的混合预测方法。用灰色关联分析优选出与突出最为密切的主控因素,通过层次分析法确定其主控因素权重系数,运用模糊综合评判法建立了煤与瓦斯突出危险性预测模型。最后,对某矿某煤层进行了煤与瓦斯突出危险性预测。实验结果表明,此预测方法是可行的,比应用层次分析-模糊综合评判法对煤与瓦斯突出进行预测算法简单、准确。     

基于改进的GA-ELM煤与瓦斯突出预测模型

为准确、快速地预测煤与瓦斯突出,提出了一种基于因子分析和遗传算法(GA)优化极限学习机(ELM)的煤与瓦斯突出危险性预测模型。构建10种影响因素的煤与瓦斯突出评价指标体系,采用因子分析法对评价指标体系进行分析提取,将提取出的5个公因子作为ELM的输入参数,为避免ELM输入权值和隐含层偏差随机性的影响,应用GA对ELM模型参数进行优化,构建GA-ELM模型,选取20组实例进行仿真预测,同时与传统单一的ELM、SVM和BP模型进行对比分析。结果表明:基于改进的GA-ELM模型能有效降低数据冗余、简化网络结构和提高判别精度,提出将其运用到煤与瓦斯突出的预测与实际结果具有很好的一致性。     

基于SVM的煤与瓦斯突出区域预测研究

支持向量机是 20 世纪 90 年代中期兴起的基于结构风险最小化原理的机器学习技术,各项技术性能尤其是泛化能力具有明显优势。基于支持向量机构建了煤与瓦斯突出预测模型。首先,按 SVM 的二类划分最优分类面和样本混杂区的边界将特征空间细划为 3 个区域,由此建立了可将突出危险性划分为突出危险、突出威胁、安全 3个级别的煤与瓦斯突出的 SVM 模型。再将 SVM 的二类划分最优符号函数改为距离函数,用这个距离函数和混杂区尺寸 u1和 u2建立了突出危险性等级指标函数,在突出区侧的混杂区边界取值为 1,在非突出区侧的混杂区边界取值为-1。用此指标预测函数对潘一矿 13–1 煤层的 26 次实例突出样本和 34 个非突出样本作了分析研究,对大量参数和学习算法进行了学习和检验,获得了用于潘一矿 13–1 煤层的突出预测指标函数,结果表明用此方法可大大提高预测准确率,是一个科学可行的解决途径,具有广泛的应用前景。     

煤与瓦斯突出多尺度预测研究

采用分形几何学手段，从煤田、井田、采区等3个尺度上，研究了地质构造的分形特征，并将构造分维数与瓦斯突出危险性程度作了对比分析。结果表明，在不同尺度上，地质构造均具有分形特征，构造分维数与瓦斯突出危险性间存在正相关关系，为煤与瓦斯突出分形预测研究提供了初步的理论基础。     

煤与瓦斯突出物理模拟试验研究现状及展望

煤与瓦斯突出是煤矿井下开采活动中较为常见的动力灾害,严重威胁着矿井安全绿色生产。鉴于现场煤与瓦斯突出的不确定性、突发性和危险性,物理模拟试验成为了研究煤与瓦斯突出机制的有效手段。通过查阅大量文献发现：(1)突出模拟试验装置由单轴向双轴、常规三轴、真三轴迭代升级,试件尺寸由小到大,数据采集由单一到多元化,各种大型多功能真三轴可视化、模块化试验系统的成功研制,为煤与瓦斯突出发生机制的定量研究提供了有效平台;(2)开展大量围绕“三要素”的煤与瓦斯突出物理模拟试验研究,探索地应力、瓦斯压力、煤体物理力学性质对突出的影响程度,通过煤层温度和两相流冲击演化反演突出强度,基本掌握突出的发动条件及致灾机制,形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系。然而,随着我国煤矿开采深度不断增加,深部煤与瓦斯突出机制变得更加复杂。针对新形势下煤与瓦斯突出研究存在的不足,对未来的研究方向提出建议和展望,旨在完善煤与瓦斯突出机制体系,突破定性假说研究阶段,对灾害孕育、发生、发展阶段的定量条件进行探索,为现场煤与瓦斯突出预测与防治提供可靠的理论基础。     

隧洞施工中防治煤与瓦斯突出

分析了铁路隧洞施工中煤与瓦斯突出的原因及后果，介绍了对煤层、瓦斯突出危险性的预测方法及应采取的有效防治措施。     

煤与瓦斯突出自适应小波基神经网络辨识和预测模型

由于煤与瓦斯突出是一典型的复杂非线性动力系统,影响因素很多,如应力、煤层特征、构造等,且各影响因素相互关联,因此,采用非线性人工神经网络进行煤与瓦斯突出的模式辨识与预测是十分必要的.针对具体的不同煤层条件,建立自适应小波基神经网络激活函数模型,用于煤与瓦斯突出系统的辨识和预测,实现由网络本身自动确定神经单元的数目,避免人为因素的影响,提高辨识和预测的可靠性和智能化程度.实例分析结果表明,所建立的自适应小波基神经网络激活函数模型,辨识和预测精度高,具有重要的推广应用价值.     

煤与瓦斯突出自适应小波基神经网络辨识和预测模型

由于煤与瓦斯突出是一典型的复杂非线性动力系统,影响因素很多,如应力、煤层特征、构造等,且各影响因素相互关联,因此,采用非线性人工神经网络进行煤与瓦斯突出的模式辨识与预测是十分必要的。针对具体的不同煤层条件,建立自适应小波基神经网络激活函数模型,用于煤与瓦斯突出系统的辨识和预测,实现由网络本身自动确定神经单元的数目,避免人为因素的影响,提高辨识和预测的可靠性和智能化程度。实例分析结果表明,所建立的自适应小波基神经网络激活函数模型,辨识和预测精度高,具有重要的推广应用价值。     

含油气砂岩突出的宏微观预测

随着煤炭开采深度的增加，岩石与瓦斯突出日益严重，其危害不亚于煤和瓦斯突出。突出危险性的准确预测是防突措施优劣成败的关键和首要环节。１９９５年３月９日，海石湾矿井发生了特大型砂岩和瓦斯突出。作者综合运用多种现场观测和室内试验方法，对该井筒接下去的含气岩层的突出危险性进行了宏微观综合评价。工程实践证明预测是准确的。     

煤与瓦斯突出关键结构体致灾机制

 为了进一步完善煤与瓦斯突出机制,通过对已有研究成果和煤与瓦斯突出地质结构环境的总结分析,将煤与瓦斯突出机制研究与工程结构相结合,提出煤与瓦斯突出的关键结构体模型,并对煤与瓦斯突出过程进行剖析,通过理论分析建立煤与瓦斯突出启动的力学判据Cm和能量判据Ce,形成煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论。研究结果表明：地质构造运动形成构造煤体,营造利于突出发生的高应力环境,提供利于瓦斯保存和突出启动的地质结构环境;突出煤体具备高能瓦斯和构造煤的介质属性,是煤与瓦斯突出的基本条件,也是突出过程中能量的主要来源,关键结构体是煤与瓦斯突出得以成功启动的必要条件;依据关键结构体模型,煤与瓦斯突出分为准静载作用下的延迟突出(D-QSL)和动载作用下的瞬时突出(I-DL)2种类型;煤与瓦斯突出过程经历准备、启动、发展和终止4个阶段,突出准备阶段始于地质构造运动对煤体的改造,突出激发表现为结构2的突变失稳,隶属于突出准备阶段,突出能否成功启动决定于结构1的力–能条件;利用关键结构体模型和突出启动的力–能判据能够揭示典型煤与瓦斯突出事故的启动机制,可为煤与瓦斯突出预测与防治提供指导。     

基于声发射能量分析的煤与瓦斯突出前兆特征试验研究

煤与瓦斯突出是煤矿开采过程中最严重的动力灾害,其突出机制不清制约了灾害预警的可靠性和有效性.采用声发射监测技术,以阜新孙家湾突出煤层为研究对象,利用自主研发的真三轴煤与瓦斯突出模拟试验装置,结合DS5系列全信息声发射信号分析测试系统,开展深部矿井不同埋深下煤与瓦斯突出相似模拟试验,分析煤与瓦斯突出能量演化过程,建立声发...     

煤与瓦斯突出矿区地应力场研究

 (College of Resources and Environment Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin,Liaoning 123000,China)     

多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统研制与应用

 自主研制了多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统,其结构主要包括主体承载支架、试件箱体、快速推拉密封门、伺服加载系统、数据采集系统和其它附属设备等。该系统主要功能包括煤与瓦斯突出灾害模拟和煤矿开采过程中煤岩层应力变化动态模拟,其主要优势体现在：(1) 箱体尺寸大,模拟相似度高,且密封能力强,可完成6.0 MPa气体压力密封;(2) 地应力加载方式复杂,可实现“三向四级”加载,更加接近地下采动影响下的应力分布状态;(3) 最高64路传感器同时监测煤岩体内部参数,可同时采集煤岩体内不同空间位置的温度、应力和气体压力,实现对煤矿动力灾害过程中参数时空变化规律的研究。利用该装置进行一次成功的煤与瓦斯突出模拟试验,分析结果发现突出过程中煤层中温度和瓦斯压力变化都存在时间和空间上的差异性,具体表现为动力效应明显区域瓦斯压力降低快、温度降低量大,所以通过对物理场变化规律的分析可以了解突出时煤层动力效应的时空变化状态,成果对进一步认识煤与瓦斯突出发生的机制有着十分重要的意义。     

基于属性数学理论的隧道瓦斯突出危险性评价

以贵州山区某过煤层瓦斯隧道为例,根据影响隧道瓦斯突出的关键地质因素,选取瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数、煤体结构类型等参数作为隧道瓦斯突出评价的关键指标,采用属性数学理论建立隧道瓦斯突出危险性预测模型,对隧道瓦斯突出危险性进行了评价。在模型构建过程中,首先依据隧道瓦斯突出危险性分级标准,构建各评价指标的属性测度函数,进而结合隧道施工现场实测的相关指标参数,计算各煤层的单指标属性测度及综合属性测度,建立起评价指标测度与属性之间的关系,最后利用置信度对多因素影响下瓦斯隧道的综合属性进行判识,进而实现对隧道瓦斯突出危险性的评价。评价结果显示:过煤层隧道穿越M₅、M₉煤层时,隧道具有强突出危险性,穿越M₄煤层时隧道突出危险性相对较小,隧道施工过程中应加强M₅、M₉煤层的消突和防突措施,以防灾害事故的发生;评价结果与工程现场显示的瓦斯动力现象相一致,具有较高可信度。     

煤与瓦斯突出模拟试验台的研制与应用

 为更深层次地探索煤与瓦斯突出机制,在同类突出装置的基础上自主研发了“大型煤与瓦斯突出模拟试验台”,其主要由煤与瓦斯突出模具、快速释放机构、承载框架、电流伺服加载系统、翻转机构、主机支架及附属装置组成。分析后认为该试验台具有如下功能：(1) 利用电流伺服加载系统可对突出煤样施加均布荷载和阶梯形荷载,模拟工作面前方造成突出的局部应力集中现象。(2) 可实现5种不同倾角煤层在不同地应力、不同瓦斯压力下的煤与瓦斯突出模拟试验。(3) 利用泡沫不锈钢隔离煤样与进气孔,实现了对突出煤样的“面充气”功能。(4) 通过快速释放机构,可瞬间打开突出口使突出端突然卸压。(5) 实现了煤与瓦斯突出试验的全过程回放。试验结果表明：有典型的梨形突出孔洞出现,突出的粉煤有明显分选性,且瓦斯压力越大其突出强度越大。所得试验结果与现场突出特征吻合,说明该试验台具有良好的煤与瓦斯突出试验模拟功能。     

采动效应微震特征及其变化规律

依据采动应力是煤与瓦斯突出的外在动力,构建煤巷采动微震监测系统,分析煤壁崩落过程及其诱因,研究顶板、煤壁破裂微震动态响应特征,了解采动应力显现、调整变化规律。优选小波基函数,按照频率顺序将半小时内396次采动效应触发的微震事件进行小波包4层分解、重构;根据采动顺序和信号优势频带,将采动微震响应信号划分为爆破、煤壁崩落、顶板和煤壁破裂4类信号,采用归一化频带能量分析顶板、煤壁破裂事件的变化趋势。爆破冲击和顶板压力导致煤壁崩落,顶板压力还会导致煤壁破裂,顶板和煤壁破裂是煤巷采动应力的具体显现。顶板压力初期显现剧烈,爆破结束1.6 s内煤壁发生5次崩落,1.933 s时达到峰值、24.89 min趋于稳定;顶板破裂事件主要集中在初期2 min内,相应的事件率为76.2%。煤壁压力滞后顶板压力5.8 s后显现,3.71 min后达到峰值、29.217 min稳定;煤壁破裂事件主要集中在初期5 min内,相应的事件率为45.9%。顶板、煤壁破裂事件及其优势频带能量变化趋势揭示采动应力转移、调整过程,采动效应稳定与否可用于煤与瓦斯突出预警,并值得进一步深入研究。     

深部的概念体系及工程评价指标

随着开采深度的增加，岩爆、瓦斯突出、流变、底板突水等非线性动力学灾害现象日趋增多，严重影响了深部资源的安全高效开采。深部开采工程中产生的岩石力学问题成为目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点。针对深部工程所处的特殊地质力学环境，通过对深部工程岩体非线性力学特点的深入研究，建立了深部的概念体系，指出进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统，而是非线性力学系统，传统理论、方法与技术已经部分或绝大部分失效。以难度系数及危险指数作为深部工程围岩稳定性控制难易程度的评价指标，能够综合反映深部工程岩体的力学特性与工程特性。     

煤与瓦斯突出模拟试验研究

 以自行研制开发的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统为手段,对其可靠性进行试验验证,并对不同含水率煤体发生煤与瓦斯突出时突出强度变化规律进行模拟试验研究。结果表明：研制开发的大型煤与瓦斯突出模拟试验系统的模拟试验结果与煤与瓦斯突出事故实际较吻合,且系统可靠性较好;随着含水率的升高,煤体发生煤与瓦斯突出的可能性减小,煤与瓦斯突出强度也呈减小趋势;在试验煤体含水率情况下,含水率与煤与瓦斯突出强度呈二次曲线关系。