基于响应能量和无响应时间的冲击危险性动态评价技术

煤岩冲击危险性评价的研究在煤矿安全生产领域引起广泛关注,已有多种静态评价方法指导现场防冲工作。一方面,对于冲击地压的致灾机理和影响因素目前尚未完全掌握;另一方面,伴随着开采活动,煤岩冲击危险性是动态变化的,因此静态评价方法不足以解决井下煤岩冲击危险性评价的问题。而基于现场监测的冲击危险性动态评价技术对于井下安全生产活动具有更强的参考性。依据统计损伤力学原理,对煤岩受载条件下的能量演化行为进行分析,发现累积能量释放速率对时间的响应具有临界敏感性,即在煤岩临近灾变时,累积能量释放速率会激增。此外,依据统计学原理,复杂系统处于正常状态(无危险性)的行为应该占据较大概率,非正常状态(有危险性) 的行为应该占据较小概率,故某一时刻系统行为偏离正常状态的程度实际上反映了其自身所处危险状态的变化。基于以上原理,初步建立了以响应能量异常系数和无响应时间异常系数为指标的冲击危险性动态评价的微震技术,对短期预警或临震预警展开尝试。最后在典型冲击地压矿井已有微震数据基础上,进行了现场验证。研究结果表明,微震累积能量释放速率可直接反映煤岩所处冲击危险状态;缺震时间频次分布规律满足正偏态分布;在此基础上构建的两个异常系数指标相互结 合能够实现对现场冲击危险性的实时连续评价;基于统计学原理,随着开采活动的进行,对冲击危险性指标的阈值进行动态修正,保证动态评价结果更为灵敏、准确,这一思想可应用于其他动态评价技术中。     

矿井煤层冲击危险性多层次综合评价研究

为了更合理评价矿井煤层冲击危险性,减少不同指标之间的相互影响,避免造成评价结果的不准确,应用模糊综合评价模型对矿井煤层进行冲击危险性综合评价,提出了基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型;得到了基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性影响因素,即:开采深度、冲击倾向性、煤层顶底板性质、地质构造、开采技术;确定了评价因素集,建立了模糊综合评价关系矩阵,进行了模糊综合评价,创建了矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型;最后对矿井煤层冲击危险性做出无冲击危险性、弱冲击危险性、中等冲击危险性和强冲击危险性的定量评价,提高了评价结果的精确度。以内蒙古某矿评价应用为例,选取2-1煤层进行模糊综合评价,通过应用基于层次分析法的矿井煤层冲击危险性模糊综合评价模型,得出2-1煤层最大隶属度指数x=0.43,评价结果为中等冲击危险性,与采用综合指数法评价得到的结果一致,表明了该模型可以用于评价矿井煤层冲击危险性。应用该模型在对矿井煤层进行模糊综合评价时,更注重各影响因素之间的相互关系对结果的影响,因而得到的评价结果更合理。研究为矿井煤层冲击危险性模糊综合评价研究提出一种新的评价角度。     

小庄煤矿冲击危险性评价及防控设计研究

以小庄煤矿40214工作面为研究对象,从40214工作面开采深度、煤岩冲击倾向性、巷道布置方式、相邻采空区顶板冒落性等地质因素与开采因素两方面对小庄煤矿40214工作面冲击危险性进行分析。确定40214工作面冲击地压发生的主控影响因素,运用综合指数法和可能性指数法对40214工作面冲击危险性进行评价,提出工作面在掘进期间和回采期间冲击地压的防治方案。结果表明,正在开采区域的地质条件对主采煤层冲击地压危险具有一定影响,危险等级为弱冲击危险性,同时制定的防治方案满足不同冲击危险区域情况。研究成果能够有效地指导40214工作面的安全生产,同时也为临近矿井或同类型工作面防冲设计提供借鉴。     

华亭矿区冲击地压危险性受开采强度影响分析

为了科学评价华亭矿区冲击地压危险性,结合矿区内砚北煤矿等矿井冲击地压实际显现情况,分析了冲击地压显现与工作面开采强度之间的关系,提出将开采强度引入冲击地压危险性评价的影响因素,并将开采强度归纳为回采工作面推进速度、回采工作面相邻两日推进度变化大小、放顶煤工作面放高与采高之比等3个具体的评价指标,对华亭矿区冲击地压危险性评价及冲击危险性预测都有较强的指导意义。     

基于熵权物元可拓模型的冲击地压安全评价

冲击地压威胁着矿井安全生产和人员安全,为科学合理地评价煤矿冲击地压等级,基于煤矿冲击地压现状,构建了以地质因素、安全管理因素、开采技术因素、其他因素为准则层,以开采深度、煤岩力学性质等24项指标为指标层的煤矿冲击地压危险性综合评价指标体系;将熵权法引入可拓理论中,提出了一种冲击地压评价新方法——熵权物元可拓模型,运用新方法对某煤矿冲击地压等级进行评价,待测煤矿冲击地压等级为"安全"等级,评价结果符合工程实际,结果表明:熵权物元可拓模型可以较好地对冲击地压进行评价,该模型评价准确、合理。     

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。     

基于沉积控压规律的鄂尔多斯盆地中深部矿井冲击危险性分区评价

为解决鄂尔多斯盆地北部深埋煤层开采普遍面临的冲击地压问题,在煤层覆岩沉积地质特征研究基础上,以M煤矿为例,分析了微震事件的平面展布规律及其与沉积地质环境、主关键层厚度、主关键层与煤层间距、煤层厚度、岩心采取率之间的关联性,结果表明沉积地质条件是影响微震事件的重要因素。利用灰色关联度法对影响冲击危险性的5个主控因素进行了影响程度排序,采用层次分析法确定了各因素的权重值,在ArcGIS平台上建立了各主控因素专题图,构建了冲击危险性评价模型,对矿井的冲击危险性进行了分区评价,并与工作面开采过程中微震事件实际观测数据进行了对比验证,结果表明分区评价结果与实际观测结果吻合程度较高,证明了基于沉积地质条件分析的冲击地压危险性评价结果的正确性。研究结果可为矿井冲击地压防治工作提供一种新的参考方法。     

鄂尔多斯深部矿区冲击地压防治思考

根据国家能源西进战略,鄂尔多斯矿区近年来新建了部分深部矿井,由于缺乏深部开采经验,其在矿井建设阶段未充分考虑冲击地压因素,导致矿井在开采过程中面临冲击地压灾害.通过对鄂尔多斯深部矿区冲击地压显现现场调研,分析了其冲击地压影响因素,提出了鄂尔多斯深部矿区冲击地压研究方向.鄂尔多斯深部矿区受开采深度、煤岩冲击倾向性、顶板特...     

赵楼煤矿首采区冲击危险性评价与防冲设计优化研究

赵楼煤矿首采区域地质构造较为复杂,埋深较深,具有冲击危险性。从开采深度、顶板岩层结构特征、地质构造、煤层的物理力学属性和开采因素等各方面分析了首采区冲击危险性影响因素,确定了矿井首采区冲击危险性区域划分。根据冲击危险性区域提出了首采区冲击危险监测及解危防治方案,并研究了工作面参数优化设计,分别确定了工作面护巷煤柱宽度,工作面长度、开采高度、布置原则和接替顺序。     

煤矿冲击危险性多因素耦合评价软件的开发与应用

为了合理评价煤矿冲击地压的危险性,克服传统评价方法的技术弊端,本文研究了冲击地压的影响因素和现有冲击地压危险的分级评估准则。以MATLAB软件为编程语言,利用图形用户界面(GUI),通过编制煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件,以开采深度、煤岩结构、地质构造、覆岩空间结构、煤柱诱发五个因素作为评价指标,实现了煤矿冲击地压危险性评价和分级。以山东某矿为例,利用煤矿冲击地压危险性多因素耦合评价软件对该矿某工作面进行了冲击地压危险性多因素耦合评价。研究结果表明:该工作面冲击地压危险性等级为中等冲击危险性,冲击地压危险区域包括6个一般危险区域、3个中度危险区域和1个高度危险区域。本软件能较准确地反映煤矿冲击地压的危险程度,改善现有评价方法的可操作性和实用性,提高了冲击地压危险性评价的准确性和科学性。     

双柳煤矿开采上组煤层太灰水突水危险性评价

双柳煤矿4号煤层存在底板太灰水带压开采问题,文中在概述井田内太灰水贮存特征的基础上,分别利用突水系数法和多层叠加抗压强度比值系数法进行了太灰水对4号煤层突水危险性评价,最后叠置二者评价结果做出了综合评价.以期为煤矿防治水工作提供参考依据.     

煤与瓦斯突出预测层次分析方法

针对煤与瓦斯突出是多因素共同作用的地质动力现象,以平顶山矿区东部3个煤矿(八矿、十矿、十二矿)工作面为例,建立了煤与瓦斯突出层次分析模型,并确定了煤与瓦斯影响因素的权重,同时,建立了煤与瓦斯突出预测模糊综合评判模型,划分出不同的突出危险性等级,为预测和防治煤与瓦斯突出提供了科学依据。     

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ:基于GIS的AHP型脆弱性指数法应用

为解决煤层底板突水预测预报评价难题,在煤层底板突水主控指标体系和脆弱性指数法提出的基础上,以开滦东欢坨矿北部采区煤层底板突水为研究对象,应用新提出的基于GIS的ANN型脆弱性指数法,在详细分析矿区水文地质条件和底板突水规律基础上,确定了6个影响煤层底板突水的主控因素;应用GIS强大的数据管理和空间分析功能,建立了煤层底板突水6个主控因素的子专题图和复合叠加图;应用AHP方法确定了各主控因素在突水过程中的权重贡献,建立了基于GIS的AHP型煤层底板突水脆弱性评价模型.根据计算所得的突水脆弱性指数统计直方图,分析确定了底板突水脆弱性分区阈值,最终提出煤层底板突水脆弱性区划方案.     

基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法

电磁波CT能够探测掘进工作面,但无法探测掘进工作面后方的大面积区域;地震波CT能够探测回采工作面内部,但是探测不了两侧的煤柱,即基于单一CT探测手段的冲击危险性评价方法,在矿井采掘巷道存在评价盲区。针对上述实际问题,建立了一种基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法;将2种现场实测手段电磁波CT和地震波CT2相结合,研究了基于2种CT探测的冲击危险性评价方法的数学表达;以时间和地点为状态变量,以现场动力显现情况及CT探测结果为驱动变量,确定了评价方法的内在逻辑关系及实施流程。通过分析基于地震波和电磁波CT探测的冲击危险性评价的力学基础,建立了冲击危险性评价模型;在2种CT探测的基础上,实现了采掘巷道冲击危险等级的确定及危险区域的划分;将该评价方法进行工程实践表明,通过将2种CT探测方式联合起来,实现了掘进工作面及其后方大面积区域,回采工作面及区段煤柱区的冲击危险性评价,验证了评价方法的有效性。该方法克服了基于单一CT探测手段的评价方法在探测尺度上的局限,几乎覆盖了矿井采掘巷道所有潜在冲击危险区域,为冲击地压治理提供了较为准确的依据,具有较好的应用效果。在时间上,该方法将CT探测与矿井的采掘接续相结合,初步确定探测顺序,并根据实际的动力显现情况和之前CT探测的结果加以调整。从空间来说,覆盖了掘进面、回采工作面和煤柱等矿井采掘巷道几乎所有潜在冲击危险区域,基本保证了无评价盲区。并且,该方法充分发挥了震动波与电磁波CT探测操作过程的便捷性,能够较好的适应井下现场动力显现的突发性。     

基于“三图法”煤层顶板突水动态可视化预测

在煤炭资源开发过程中,矿井突水灾害对安全生产构成很大威胁,而现有技术方法缺乏对突水灾害发生过程的时空表达。基于"三图法",分析并设计了煤层顶板突水三维动态可视化系统的实现方法。通过构建3D地质模型及"三图",以确定煤层开采模拟区域及突水点位置的各种候选方案,真实反映煤层开采过程中可能发生的实际复杂情况。在此基础上,经过地下水模拟、可视化预处理、刚体碰撞检测响应等,实现垮裂带及地下水流场的动态模拟分析。以内蒙古自治区中西部某矿为例,依据矿区数据,进行了煤层顶板突水动态可视化预测,为企业提供了一个了解和分析预测煤层顶板突水过程的崭新平台。     

煤层底板突水评价的新型实用方法Ⅳ:基于GIS的AHP型脆弱性指数法应用

为解决煤层底板突水预测预报评价难题, 在煤层底板突水主控指标体系和脆弱性指数法提出的基础上,以开滦东欢坨矿北部采区煤层底板突水为研究对象,应用新提出的基于GIS的 ANN型脆弱性指数法,在详细分析矿区水文地质条件和底板突水规律基础上,确定了6个影响煤层底板突水的主控因素;应用GIS强大的数据管理和空间分析功能,建立了煤层底板突水6个主控因素的子专题图和复合叠加图;应用AHP方法确定了各主控因素在突水过程中的权重贡献,建立了基于GIS的AHP型煤层底板突水脆弱性评价模型.根据计算所得的突水脆弱性指数统计直方图,分析确定了底板突水脆弱性分区阈值,最终提出煤层底板突水脆弱性区划方案.     

一种冲击地压危险性等级多参量辨识模型及应用

为了实现对冲击地压危险性等级快速、高效和准确预测,需要考虑冲击地压危险性多种影响因素,但影响因素间或多或少存在一定的相关性,从而导致参量信息重叠。提出一种主成分分析法(PCA)对冲击地压危险性相关指标数据进行降维处理,提取3个新指标对冲击地压危险性等级进行总体评价。在PCA的基础上,借鉴距离判别分析法(DDA),建立冲击地压危险性等级评价的PCA-DDA模型,将PCA-DDA模型应用于重庆砚石台煤矿冲击地压危险性等级评价。预测结果表明:在6种不同的训练和测试样本数下PCA-DDA模型仍具有良好的预测效果,其误判率分别为5.71%,5.71%,5.71%,5.71%,5.71%和8.57%;同时验证了PCA对冲击地压危险性评价结果。该模型可为矿山开采中冲击地压危险性等级评价提供借鉴,可在实际工程中推广应用。     

断层导致工作面出水的规律性认识及模糊预测

根据实测结果分析了断裂构造导致工作面出水的规律性,包括断层与工作面的关系,断层性质和断层条数以及矿压对工作面出水的控制作用。采用模糊数学的模糊聚类方法进行工作面出水的评价和预测,并经开采证实是可行的。     

基于分区变权模型的煤层底板突水脆弱性评价——以开滦蔚州典型矿区为例

在解决煤层底板突水预测预报评价难题时,传统的常权模型存在固定权重不能反映各主控因素指标值在突变情况下及各主控因素之间组合关系的变化,以及因素权重也应随之变化的情况。为此,笔者将分区变权理论引入底板突水脆弱性预测评价中,构建了符合煤层底板突水预测评价问题变化规律的分区状态变权向量及分区变权模型。同时以开滦蔚州典型矿区为例,应用分区变权模型对目标煤层底板突水脆弱性进行了预测评价,并和传统常权模型下的预测评价结果进行对比分析,结果证明变权模型的预测评价效果更好。