音频电穿透三维反演在含/导水陷落柱探查中的应用

为精确探查含/导水陷落柱,实现含/导水陷落柱的三维立体解释,基于含/导水陷落柱与围岩的电性差异,利用音频电穿透探查工作面底板岩层富水性,对音频电穿透观测数据进行三维反演成像,得到电阻率变化情况。结果表明,应用音频电穿透三维反演可准确识别含/导水陷落柱空间位置、展布范围等,为煤矿防治水工作提供可靠参考。     

复合勘探技术在煤矿工作面水害防治中的应用

现有煤矿工作面水害复合勘探技术大多采用常规回转钻进成孔方法,钻孔数量多、工作量大,且施工过程中钻杆弯曲变形、孔内地层变化、钻进工艺参数改变等会导致钻孔发生偏斜,从而导致探水决策失误。针对该问题,提出一种基于定向钻进的复合勘探技术,并将其应用于某煤矿综采工作面水害探测。应用过程如下:先采用矿井音频电透技术探测工作面低视电阻率异常区,再采用定向钻进技术直接揭露富水区,通过观测钻孔涌水量和化验钻孔涌水水质,确定异常区存在导水奥灰岩溶陷落柱,并圈定了陷落柱在该工作面内的延展状态和边界;根据复合勘探结果,指导更改切眼位置,有效消除了工作面开采揭露导水陷落柱导致突水事故的隐患。     

综放开采覆岩导水裂隙带高度研究

为了对某工作面3煤层综放开采后的顶板水害防治提供理论依据,分别采用《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的经验公式预计、数值模拟和井下仰孔分段注水法实测3种方法对回采工作面的覆岩导水裂隙带高度进行了研究,所得经验公式预计值为51.1,59.0m,数值模拟计算值为63.5m,实测值为65.4m;综合比较分析得出该地质条件下开采覆岩导水裂隙带高度为63.5~65.4m,山西组砂岩含水层位于导水裂隙带范围内,属于直接充水含水层,但裂隙带未波及石盒子组砂岩含水层与新近系松散含水层,正常综放开采不会对工作面涌水产生直接影响。     

固井工艺对过套管电阻率测井影响的数值模拟

过套管电阻率测井响应信号十分微弱,增强测量信号幅度对提高仪器测量精度、改善视电阻率计算结果的精确性具有重要意义;建立全空间有限厚度纵向、径向阶跃地层模型,针对近地表段为低阻、中阻和高阻三种地层模型,在MATLAB7.0环境下数值模拟分别得出了近地表段有/无水泥环封固条件下,套管上一、二阶电位差的分布;分析上、下供电模式下电位差分布特点,总结了近地表段水泥环对测井响应的影响,给出了不同地层条件下近地表段水泥封固的建议。     

基于粒子群的全空间瞬变电磁二维反演方法研究

针对煤矿实际采掘情况的复杂性,为了提高探测精度,为钻探提供有效靶点,为矿井水害防治提供可靠的地质资料,研究了基于粒子群的全空间瞬变电磁二维反演方法。通过建立Q型地电模型,开展基于时域有限差分的二维正演模拟,得到不同时刻各网格节点处的磁场强度值;抽取正演模拟得到的磁场强度值与实测资料中的磁场强度值进行最小二乘法反演,采用粒子群算法对电阻率和地层厚度参数进行寻优,使反演结果拟合误差满足精度要求;按测点号依次对最小二乘法反演后的磁场强度值进行全空间瞬变电磁二维反演计算,分析二维反演后得到的瞬变电磁场响应规律和反演精度。实际应用结果表明,基于粒子群的全空间瞬变电磁二维反演方法是可行的,反演结果中的低阻异常体具有成层特性及一定的连通性,更能反映层状地层以砂泥岩为主的岩性结构特征及含水特性,提高了探测精度和分辨率。     

矿井直流电法技术应用现状与展望

矿井直流电法作为一种高效的地球物理勘探手段,在精准圈定各类异常区方面发挥了重要作用。井下探测空间小、干扰多、技术要求高,其发展受到诸多因素限制,因此,建立快速采掘模式下与智能化矿井生产相匹配的矿井直流电法技术体系意义重大。从基本原理、技术发展及分类3个方面对矿井直流电法进行了概述,总结了矿井直流电法用于顶底板探查、巷道超前探测、工作面内异常区探查等方面的最新进展;对矿井直流电法仪器与设备研发进展进行了分析,列举了常见的几类矿井直流电法仪器;分析了矿井直流电法在解决工程问题中存在的关键问题：(1)目前矿井直流电法超前探测技术在含/导水异常体圈定空间的定位精度低,同时存在有效探测距离不足的问题。(2)矿井直流电法施工空间狭小,在有限的测试空间内,多方位地质异常体电性响应叠加,增加了数据处理和解释难度。(3)矿井直流电法在井下应用时易受场地金属源干扰,特别是受掘进机、液压支架、锚锁（网）支护、轨道、输送管道等大型金属件影响。对矿井直流电法未来发展方向进行了展望：(1)构建多源地电场数据响应特征库。(2)多源数据融合解释。(3)建立矿井直流电法智能化监测体系。     

煤矿综放工作面硫化氢动态运移规律研究

针对目前煤矿综放工作面的硫化氢(H2S)浓度分布规律研究多采用单一手段、难以验证研究结果的可靠性等问题,以陕西某煤矿工作面为研究背景,运用Fluent软件构建数值模拟模型,研究了该工作面H2S浓度分布及动态运移规律;在工作面进行测点布置,采用CD4型气体检测仪对工作面空间内的H2S浓度进行现场测定。数值模拟和现场测定结果均表明:在垂直方向,随着距底板高度增加,H2S浓度先增大后减小;在水平方向,随着与工作面煤壁距离增加,H2S浓度逐渐减小;在风流方向,随着与采煤机距离增加,H2S浓度逐渐减小。数值模拟结果与现场监测结果一致,验证了数值模拟方法的可行性,可为现场H2S运移规律研究提供参考。     

瞬变电磁法地质勘探的仿真研究

针对优化地质勘探准确性问题,采用瞬变电磁法进行地质勘探,由于地质构造复杂,存在各种矿质材料.为优化探测,采用有限元分析软件ansys仿真半空间瞬变电磁场的传播特性,对比分析含高阻异常体、低阻异常体时线圈的响应数值,用瞬变电磁法对低阻异常体敏感程度好,并改变低阻异常体的埋深、尺寸、导电特性,对低阻异常体不同参数仿真分析,拟合相应的探测结果,得到相应的函数曲线.仿真结果表明:瞬变电磁法能比较灵敏地探测出低阻异常体,而对低矿质材料不能很好地区分,但对低阻异常体的阻值、尺寸和埋深是瞬变电磁法的探测效果较好.     

基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统设计与开发

为满足从微观尺度研究沉积物孔隙中水合物分布对电阻率响应特性影响的需求,设计开发了基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统,包括天然气水合物实验模拟部分、电阻率测量部分和CT扫描部分,实现了水合物原位生成过程中电阻率和CT扫描图像的同时监测。通过开展甲烷水合物生成实验,验证了系统的可用性。实验结果表明：（1）电阻率随通过CT图像计算的水合物饱和度呈指数规律上升;（2）水合物饱和度为17.13%~30.72%时,阿尔奇公式中饱和度指数在1.57至2.48之间。所开发的测量系统为进一步开展不同环境条件下水合物生成分解实验提供了技术保障,为研究水合物微观分布对电阻率的影响以及优化水合物饱和度计算模型提供了数据支撑。     

基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统的设计

针对目前一般的瓦斯监测系统存在测量精度低、稳定性及实时性差,而测量精度高、稳定性及实时性强的瓦斯监测系统的开发和维护费用又较高的问题,提出了一种基于FPGA的煤矿井下瓦斯监测系统的设计方案;详细介绍了该系统的硬件及软件设计。模拟测试结果表明,该系统具有监测精度高、稳定性好、响应速度快、调试运行费用低等特点。     

改进的CART算法在煤层底板突水预测中的应用

针对基于传统CART算法建立的煤层底板突水预测模型存在运行时间较长、准确率不高等缺点,介绍了一种改进的CART算法决策树模型,并将其用于煤层底板突水预测模型的建立。实验结果表明,采用改进的CART算法建立的煤层底板突水预测模型运行时间由1.041 1s减少到了0.612 5s,突水预测正确率由88.78%提高到了95.54%。     

基于IWOASVM的煤矿突水预测模型

针对传统煤矿突水预测算法易陷入局部最优、预测结果准确率低及速度慢等问题,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)-支持向量机(SVM)的煤矿突水预测模型。IWOA从鲸鱼种群初始化、调节因子非线性化及随机差分进化(DE)3个方面入手对鲸鱼优化算法(WOA)进行改进:使用Tent映射初始化鲸鱼种群,提高鲸鱼种群寻找到最优猎物的可能性;通过调节因子非线性变化策略,提升算法在迭代前期的全局搜索能力及迭代后期的局部搜索能力,从而加快收敛速度;引入DE算法的变异、交叉、选择操作,以增强WOA的全局搜索能力。利用IWOA对SVM模型进行参数优化,将影响煤矿突水的水压、隔水层厚度、煤层倾角、断层落差、断层与工作层距离、采高共6个影响因素作为模型的输入特征向量,突水与安全2种突水结果作为模型的输出向量,以突水预测结果与实际结果间的误差最小化为目标建立目标函数,得到基于IWOA-SVM的煤矿突水预测模型。实验结果表明:与粒子群优化算法、DE算法、WOA相比,IWOA的预测准确率最高,标准误差最小,且收敛速度快,鲁棒性好;IWOA-SVM的突水预测准确率达到100%,与传统的突水系数法、SVM、WOA-SVM相比,IWOA-SVM表现出更高的准确率和稳定性。     

基于含水煤岩声发射特性的矿井底板突水智能监测仪设计

为了提高矿井突水量的预测精度,依据在不同应力速率作用下、不同含水量煤岩破裂时声发射频谱存在差异的特性,介绍了一种基于声发射特性的矿井底板突水智能监测仪,给出了突水危险判断模型,详细介绍了该监测仪的硬件及软件设计,最后对该监测仪进行了实验测试。测试结果表明,该监测仪能为井下突水实时预测提供依据。     

基于声音识别的煤矿重特大事故报警方法研究

煤矿瓦斯与煤尘爆炸会产生爆炸声,煤与瓦斯突出会产生煤炮声、支架发出的嘎嘎声和破裂折断声等,冲击地压会产生巨大的岩石破碎声响和震动等,煤矿透水会发出“嘶嘶”的水叫声、大量透水会产生水流声等,煤矿顶板冒落会发出顶板断裂声、煤岩落地撞击声、支护损毁声等。针对煤矿重特大事故声音特点,提出了煤矿井下瓦斯与煤尘爆炸、煤与瓦斯突出、冲击地压、水灾、顶板冒落等事故报警方法:各事故声音的时域和频域特征与其他声音不同,可通过矿用防爆拾音设备和系统实时监测声音,通过声音智能分析和声音频率、幅度、短时能量等特征参数分析感知事故并报警;通过监测和分析不同监测地点声音强度特征、声音发生的先后关系和防爆拾音设备损坏的先后关系等判定事故发生地点;根据各事故特点提出了多信息融合分析的灾害识别方法,减小工作面落煤、爆破作业、采煤设备、掘进设备、运输提升设备、供电设备、乳化液泵、水泵和局部通风机工作等产生的声音干扰。论述了不同拾音设备的优缺点,矿用拾音设备宜采用麦克风阵列;研究了适用于煤矿重特大事故的声音识别分类器。     

煤层底板突水监控系统的设计

针对现有煤矿突水防治方法存在的理论参数与实际环境参数差异大、超前预测和实时性差等问题,提出一种基于视频监控的煤层底板突水监控系统的设计方案;以某煤矿的一次突水事件为例,重点介绍了该系统的图像处理算法。该系统对摄像机采集的图像进行灰度化、图像增强、二值化、图像分割、边缘特征提取后得到突水图像边界坐标,对该边界坐标进行曲线拟合后得到突水区域的面积,并根据不同时刻所得突水面积的差值判断突水量变化趋势。试运行结果表明,该系统稳定可靠,视频画面清晰,图像处理算法有效,突水异常时能及时报警。     

闭坑矿井矿界煤柱采动损伤及其安全性评价

闭坑矿井矿界煤柱受采动损伤后其隔水能力降低,易导致闭坑老空水破坏矿界煤柱进入相邻生产矿井,影响矿井安全生产。以淮北矿区两相邻矿井即闭坑矿井沈庄矿和生产矿井袁庄矿的矿界煤柱为研究对象,采用FLAC 3d数值模拟和理论计算方法,对沈庄矿S2Ⅱ313工作面和袁庄矿Ⅲ3142工作面矿界煤柱采动损伤区宽度进行研究,根据研究结果确定矿界煤柱采动损伤区宽度为13.1 m,表明矿界煤柱已被破坏,两相邻矿井边界煤岩层已不具备阻水能力。在此基础上对矿界煤柱安全性进行了评价,得出现有矿界煤柱存在渗水和溃水危险性,需采取布置阻水帷幕或注浆加固等措施。     

矿井突水水源判别方法

针对现有基于水化学特征的突水水源判别方法过程繁琐、难以判别单个涌水点、忽略了水化学特征之间的相互关联、计算量大等问题,结合Bayes判别法和可拓判别法,提出了一种基于Bayes-可拓判别法的矿井突水水源判别方法.选取潘二煤矿26组不同含水层水样、4组待判水样,以水样中SO4^2-,Cl^-,HCO3^-,K^++Na^+,Mg^2+,Ca^2+含量作为水化学特征指标,建立了水样物元模型,采用可拓判别法求得待判水样与已知水样的关联度;结合Bayes判别法的误判损失和待判水样关于已知水样的密度函数,得出Bayes-可拓解,根据Bayes-可拓解最小值判断突水水样类型.分别采用Piper三线图、可拓判别法、Bayes-可拓判别法判别矿井突水水样类型,结果表明:Piper三线图难以准确判断某一水样类型,可拓判别法存在误判情况,Bayes-可拓判别法能够准确判别突水水样类型.     

白龙山煤矿10201工作面合理挡风帘长度确定

针对白龙山煤矿10201工作面漏风严重和上隅角瓦斯浓度偏高的问题,利用Fluent软件对进风侧不同挡风帘长度下工作面风量和瓦斯浓度、采空区瓦斯分布和自燃氧化带的变化规律进行了数值模拟研究,结果表明:在工作面距进风巷0~80 m范围内,随着挡风帘长度增加,工作面风量逐渐增加;在工作面距进风巷0~190 m范围内,随着挡风帘长度增加,工作面瓦斯浓度逐渐下降;挡风帘可降低采空区回风侧浅部和中部的瓦斯浓度,而对于采空区进风侧和回风侧深部区域,挡风帘会使瓦斯浓度有所上升;在进风侧设置挡风帘会使采空区进风侧自燃氧化带宽度变大、采空区回风侧自燃氧化带宽度减小,且随着挡风帘长度增加,采空区进风侧自燃氧化带逐渐向工作面靠近。根据数值模拟结果,确定合理挡风帘长度为5 m,应用结果表明:挂帘后工作面有效风量增加,瓦斯体积分数平均值为0.521%,降幅达13.5%,一氧化碳体积分数平均值为2.26%,降幅为8.1%,降低了上隅角瓦斯超限和采空区自然发火的危险性。     

选煤厂人员智能视频监控系统设计

以某煤矿选煤厂为实际应用背景,设计了选煤厂人员智能视频监控系统,详细介绍了系统软件的设计。该系统采用人脸信息对运动人体进行身份识别,可自主跟踪监控选煤厂员工,自动判断其工作状态的安全性,若存在异常则快速启动安全警报及保护装置,对选煤厂的安全生产具有重要的实际应用价值。