回采工作面底板突水智能监测技术应用

针对华北型煤田煤层开采存在的底板突水问题,监测预警以"下三带"理论、"递进导升"理论以及突水系数法为理论基础,构建矿井充水结构三维可视化地质模型,结合电法勘探异常区对影响矿井水文地质条件的易突水地质构造和富水性异常区进行分析,依据分析结果进行底板突水监测系统布设,通过监测煤层开采过程中表征突水水源与突水通道时空演化的指标信息,对底板突水进行监测预警。并在示范矿井开展了回采工作面底板突水预警工程示范,解决矿井突水危险动态辨识与实时预警问题。     

模糊评价分类模型在矿井底板突水判别中的应用

为了减少煤矿底板突水带来的危害,辨别煤矿底板突水的可能性,建立了矿井底板突水模糊评价分类模型,进行矿井底板突水预测。在建立模型的过程中,综合考虑多种影响底板突水的因素,依据原始标准样本构建标准分类表,并运用Matlab编程给出检验结果和预测结果。实例表明,模糊评价分类模型在煤矿底板突水预测中可以取得满意的预测精度。该方法在煤矿底板突水预测中的应用进一步拓宽了模糊数学的应用范围,并提供了一种可借鉴模型。     

矿井水灾漫延过程推演及其虚拟实现

提出了一种基于Converse Earth平台对矿井突水漫延过程虚拟实现的方法,对突水漫延过程进行可视化表现,模拟突水水流在巷道中的漫延过程,分析突水水流在巷道下向蔓延及水位上向升涨等情况,实现了在巷道任一点的突水过程推演。在突水漫延过程中利用流体力学理论求出煤矿底板突水的突水量,计算突水水流在水平巷道的平均流速,引入当量长度求解水流通过不同巷道的时间,为规划逃生路径及制定应急救援决策提供了依据,并且对矿井突水过程进行了虚拟实现。     

基于井筒稳定流试排水试验的煤矿突水点残余涌水量测算

以洛阳龙门煤矿巷道底板突水注浆截流效果评价为研究对象,设计并开展了3个落程的主井稳定流排水试验,1次水位恢复试验。分析了矿井积水水位变化特征,确定了矿井残余水量计算Q-S抛物线模型、矿井井巷空间寒灰水补给特征,利用Q-S抛物线模型、井巷储水体积法分别计算了不同淹没标高突水点残余补给水量,结果指示Q-S抛物线模型计算精度更高。     

基于改进Dijkstra算法的矿山突水可视化仿真

针对矿山生产过程中的高突水风险,在对矿井突水过程研究分析的基础上,采用面向对象的程序设计方式,建立矿山水灾突水仿真系统,即首先通过对巷道网络的数据处理,设计和实现了面向水灾的井下巷道三维可视化系统,然后利用改进的Dijkstra迭代算法对巷道的突水过程进行数值仿真,最后以时间序列的方式通过三维可视化技术实现巷道突水过程可视化显示。通过应用于某矿山,验证了系统的可靠性和准确性。     

基于GA-BP神经网络的矿井突水判别数学模型研究

针对传统矿井突水判别方法存在错误率高、精度低以及稳定性差等问题,提出了一种基于GA-BP神经网络的矿井突水判别数学模型。首先矿井突水判别数学模型采用6种特征离子作为判别因子,然后采用遗传算法(GA)对BP神经网络的权值和阈值进行优化,进而构建GA-BP神经网络矿井突水判别数学模型。以某实际矿区的多种水源样品为例,将其作为判别模型中的训练样本,GA-BP神经网络模型对其进行训练,实现待测水源样本的判别。结果表明,判别模型具有更高的突水判别精度和可靠性。     

超化煤矿突水灾害地质条件分析及防治措施

根据超化煤矿矿井地质条件,结合2次突水事件,利用综合水文地质分析方法研究了矿井水文地质,分析了矿井含水层的含水性、补给条件,以及各含水层间的水力关系,提出了矿井突水原因及防治方法,为该矿深部开采突水防治提供了依据。     

矿井突水预测研究现状及发展趋势

详细阐述了矿井突水征兆和突水水源的识别方法,总结了矿井突水预测的理论方法及监测技术.通过对突水预测方法的分析,认为采用渗流耦合力学理论、计算机科学技术和高性能微震监测技术将是突水预测预报研究的发展趋势.要进一步对矿井突水机理进行研究,利用信息技术不断完善各种预测方法和预测系统,对解放受水威胁矿层的开采具有十分重大的意义.     

平顶山十三矿突水灾害地质条件分析与研究

根据平顶山十三矿矿井地质条件,结合2次突水事件,利用综合水文地质分析方法研究了矿井水文地质特征,提出了矿井含水层的含水性及补给条件,对含水层间的水力关系进行了分析,并提出了矿井水防治的初步方法,为该矿深部开采突水防治提供了依据     

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。     

Numerical Simulation of Inrush Water Spreading Through a Mine: A Case Study of the Beixinyao Mine,Shanxi Province,China

Studies on risk assessment and prediction of inrush water in mines are available, but the evolution process of water inrush events is unclear, which makes it difficult to formulate control and rescue measures. In this paper, a novel numerical simulation approach has been developed to calculate and analyze the spreading process for water inrush in a coal mine in Shanxi Province, China. Possible inrush scenarios for the mine were created based on the water-filling conditions, inrush risk analysis, and the mining works. A spatial model for the mine was constructed, providing the preconditions for numerical modeling. Furthermore, a coupling model for the water flows in the roadway and the goaf was created based on pipe-flow and non-Darcian seepage theories. A numerical solution was then used to resolve the spreading processes for the inrush. The proposed approach was verified through a model experiment for the roadways and a CFD simulation of the goaf. The simulation results for the water inrush scenarios reveal the mine areas susceptible to inundation; these areas can be delineated at different times. The inundation area is related to the mine structure and is mainly controlled by the position of the localized high and low elevation points. The time for inundation is affected by the cumulative water inrush. This study provides a method for assessing the inundation risk of a mine in the event of water inrush disasters.

     

基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型应用研究

矿井突水是常见的突发性强烈的矿井灾害。为了更好地预防矿井水灾,降低灾害造成的物质损失以及减少人员伤亡,建立了一种基于FOA-SVR的矿井底板突水量预测模型,利用果蝇算法优化支持向量回归机算法(FOA-SVR)选出最优的模型参数。针对底板突水这种非线性、小样本问题,从突水因素中选取水压、含水层厚度、隔水层厚度、底板采动裂隙带深度以及断层落差这5个作为特征因素。然后利用FOA对SVR参数进行优化之后建立FOA-SVR底板突水量预测模型,输出即为需要预测的突水量。结合实例并将该模型的预测结果与SVR模型的预测结果进行对比,结果表明：该模型在预测突水量的精度上比SVR模型更高,具有一定的应用价值。     

基于GIS的矿井溃水溃沙预警方法

针对矿井易发生溃水溃沙事故而造成严重后果,结合矿井的实际工作,根据大量的勘探数据,研究了基于GIS的溃水溃沙灾害实时预警方法和面向生产计划的预警方法。采用空间建模、拓扑分析、距离分析等手段,根据工作面上覆基岩厚度等信息进行分析和预警,并辅助工作人员做出消警决策和生产计划决策。以神东矿区为研究背景,证实该方法实用、高效,能够满足现代煤矿企业对溃水溃沙预警信息化的需求。     

构造破碎带滞后突水渗流转换理论与试验研究

为了揭示煤矿构造破碎带易发生滞后大型突水内在机理,寻求其治理理论和试验依据,在收集我国煤矿典型断层和陷落柱滞后型突水实例并分析其特征的基础上,设计进行了高水压下构造破碎带突水模拟试验,得到了不同充填物类型构造破碎带,在1～5 MPa的水压下,充填物冲出量、突水量随时间的变化曲线;发现水压小时构造破碎带突水量随时间变化不大、高水压下由小到大变化过程特征。据此进行理论分析认为,高水压条件下构造破碎带突水是一伴随内部组成结构变化的＂孔隙流—裂隙流—管道流＂渗流类型转换过程,渗流转换是构造破碎带滞后型突水的内在机理;治理构造破碎带大型突水就是改造其管道、裂隙状结构成孔隙介质直至不透水带的过程。     

突水系数法分析预测煤层底板突水危险性的探讨

为了预测煤矿深部带压开采奥灰突水危险性,合理划分危安区。研究了华北型煤田特征、模拟试验及相关资料,对以往突水系数公式进行了综合分析对比,在此基础上,提出突水系数修正公式,并对高家塔煤矿9号煤层带压开采奥灰突水危险性及危安区进行了预测、划分。结果表明：突水系数可由0.043~0.091 MPa/m修正为0.067~0.127 MPa/m,突水性分区可由相对安全区-相对危险区修正为相对危险区-危险区。实际生产矿井带压开采突水事故证明了突水系数修正公式的合理性。     

煤矿突水行为研究系列试验装置研发及应用

随着煤矿开采深度和强度的不断提高,矿井面临底板突水、顶板突水和构造突水等多方面的挑战,针对不同类型突水机理及灾变模式利用现场监测等手段难以进行研究,因此采用实验室物理模拟试验手段成为解决研究此类复杂问题的关键。针对该问题,山东科技大学自主研发了采动煤层底板突水相似模拟试验系统、采动顶板涌水溃砂模拟试验系统、岩石应力渗流耦合真三轴试验系统等一系列试验设备,建立了突水行为研究实验室,利用物理试验实现了对矿井突水问题的探讨。系统实现了模拟高水压和高应力作用下的底板岩体破裂演化过程,获得了底板突水致灾演化规律和内在机制;实现了对水岩耦合作用下采动顶板突水溃砂灾变特征分析,透过试验机清晰地展现了煤层开挖后上覆岩层空间形成的结构形态和水砂突涌通道的分布形态;为模拟提供了深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力,实现了全数字化的数据采集过程,获得了岩体裂隙扩展演化规律和破裂过程的声发射行为。     

底板裂隙型突水机理三维数值模拟研究

 永夏矿区矿井生产受到太原组灰岩水的严重威胁,特别是底板裂隙引起的灰岩突水更是严重影响矿井安全生产和经济效益。根据裂隙切割底板隔水层引发突水的情况,把底板裂隙突水分为导通式裂隙突水和递进导升式裂隙突水两种类型,并利用Flac3d软件对这两种类型的突水机理进行了模拟研究,为底板裂隙突水的防治提供了一定的理论依据.     

矿井突水的预测预报

矿井突水的预测预报是指查清矿井水文地质条件,对水害做出分析判断。本文论述了矿井突水预测预报的方法种类和研究现状,总结和评述了各种矿井突水预测预报方法的应用价值和研究不足之处,指出我国的矿井突水预测预报方法正经历一个从实践到理论,再从理论到实践的不断发展过程,同时强调矿井突水的预测预报是一个需要不断深入研究的难题,将非线性科学应用到该领域是今后的发展方向。     

海下软覆岩煤层顶板离层水发育规律数值模拟研究

运用离散元软件对某矿海下软弱覆岩2煤顶板离层水空间发育规律进行了数值模拟研究,结果证明:顶板软弱覆岩条件下会发生离层现象,在4.36 m采高和开挖步距为10 m情况下,开挖距离为200 m时会发生3次离层现象,且离层发展一直处于"产生—发展—闭合稳定—产生"的循环过程;根据工作面突水特征、突水水源和突水通道等因素分析,并与数值模拟结果进行对比,得出该矿工作面突水并不是导水断裂带直接导通互层含水层所致,而是由于离层突水所致。     

矿井突水灾变过程电阻率约束反演成像实时监测模拟研究

为实现矿井突水灾变的实时监测与灾变前兆的预警,提出了突水灾变过程电阻率约束反演成像实时监测方法。首先,将表征网格电阻率变化范围的不等式约束施加到电阻率反演成像方程中,并设计了快速反演算法,有效地改善了反演的多解性与计算效率,据此建立了电阻率约束反演成像实时监测方法。同时,开展了隐伏断层底板突水约束反演成像实时监测的数值试验,利用灰度相关系数理论定量评价了突水过程中的电阻率反演图像主要响应特征：表现为反演图像中岩层断裂、突水通道形成等重要事件及图像灰度相关性系数的基本持续单调发展或信息突变。最后,将实时监测方法应用到矿井突水物理模拟试验中,实现了对裂隙萌生、扩展、岩层断裂等重要突水过程的较真实动态成像,提前813 s准确捕捉到灾变前兆信息,表明电阻率约束反演成像实时监测方法用于突水灾害监测与预警具有良好的可行性。