深井煤岩动力灾害的连续卸压开采防治机理

深井煤岩动力灾害的防治理论与技术一直是煤矿安全开采领域的重要研究方向之一,但一直没有取得重大突破。基于目前我国煤矿深部开采面临的煤与瓦斯突出、冲击地压、巷道围岩大变形、承压水开采等重大灾害现状,聚焦煤与瓦斯突出以及冲击地压,借鉴煤与瓦斯共采的卸压开采机理,提出了卸压开采防治煤与瓦斯突出以及冲击地压的机制。展望了深部动力灾害控制的研究方向,认为现场试验、物理模拟、数值模拟和虚拟现实相结合的系统研究是研究深部动力灾害控制的有效手段和途径。     

矿山动力灾害发生机理与防治策略

以动力灾害发生机理分析与针对性防治为目标,提出了一种诠释动力灾害发生的机理。分析表明:动力灾害的发生可从3个层次来考虑:压力源头、传导路径、释放终端。为此提出"消除源头、弱化传导、加强终端"的动力灾害防治理念:摸清压力源头是有的放矢的首要条件;合理有效的软化煤岩体措施可降低或消除动力灾害对释放终端的影响;明确实施"消除源头、弱化传导、加强终端"的准确时机,及早"加强终端"的支护强度。该防治策略可分阶段进行防治措施的设计与实施,也可以采用模块化设计,且在模块间具有替代化实施的特征。     

基于WSN的煤岩动力灾害电磁辐射监测系统设计

设计了基于WSN的煤岩电磁辐射监测系统。该系统具有传感器无需布线、组网简单灵活及可靠性高等优点,能够连续监测井下煤岩电磁辐射,对提高煤岩动力灾害监测预警水平具有重要意义。     

煤岩动力灾害能量机理的数值模拟

根据煤岩固体变形能和瓦斯气体膨胀能,建立了煤岩动力灾害统一能量方程,在数值模拟软件FLAC3D中编写了能量计算模块,并考虑采动应力波动载和流固耦合的条件分析了不同瓦斯初始压力作用下巷道围岩的能量分布状态,解释了深部开采条件下在一些含瓦斯煤层中出现的兼具冲击地压和煤与瓦斯突出2种灾害特征的动力灾害现象。认为瓦斯的不同参与程度导致了不同的动力灾害显现特征,瓦斯参与动力灾害的程度可由瓦斯压力或瓦斯含量来表征;煤体中瓦斯压力存在一个临界范围,当瓦斯含量高于此临界值范围时,动力灾害以煤与瓦斯突出的特征为主,反之则以冲击地压的特征为主;在低瓦斯压力下,瓦斯膨胀能量也具有与煤岩体变形能相当的数量级,对含瓦斯煤层的冲击地压研究不可忽视瓦斯的作用。     

深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统

深井煤炭资源的开采正日益成为行业的重点需求,然而高地应力、高瓦斯压力、高地温等深部环境下的煤岩瓦斯动力灾害的耦合伴生更加复杂,对这一科学问题的大尺度物理模拟分析研究是目前最适用的研究方法。因此,围绕高地应力、高瓦斯压力、高地温3个核心影响因素,理论分析了超千米深井环境对突出模拟系统加载能力、系统刚度、瓦斯压力和温度等的指标要求,提出了适用的临界指标。研究设计了由加载系统、密封系统为主体的超千米深井煤岩瓦斯动力灾害模拟实验系统,其垂直加载能力≥25 MPa、水平加载能力≥16 MPa、系统刚度30 GN/m、瓦斯压力6 MPa、地温控制60℃,可满足在相似比为0.6～1.0条件下,1 000～1 500 m深井煤层赋存环境模拟。应用该系统对淮南丁集煤矿4·19动力灾害事故的发生进行了模拟分析,得到:突出过程突出孔洞后方不同位置处的煤体应力-气压耦合演变规律不同,大致可划分为突出孔洞所在区域、前突出影响区、后突出影响区以及未受影响区域等4个区域;在突出激发形成最初的孔洞后,突出影响区域内瓦斯解吸渗流速度将影响突出的进一步发展,应力主导下的突出持续时间较短,抛出煤量较少;实验共抛出煤样15.86 kg,还原现场突出煤量34.8 t,突出煤样的分选性不显著,呈现出典型压出型突出表象特征,与实际情况相符合,证明了该套系统的适用性及功能性。     

矿井煤岩动力灾害电磁辐射预警技术

利用煤岩破坏力电耦合模型、煤与瓦斯突出和冲击矿压发生的不同特点及现场测试的大量数据,得到了两种灾害的电磁辐射预警临界值系数和动态变化趋势系数的确定方法.研究表明:煤岩动力灾害电磁辐射预警可以采用脉冲数和强度两个指标同静态临界值和动态趋势相结合的方法进行预警,电磁辐射可以将动力灾害危险分为无危险、弱危险和强危险的3级预警方案,对不同的预警级别可以采用对应的防治措施.     

东滩煤矿一采区矿井动力灾害发生机理分析

结合东滩煤矿井田地质条件和工作面开采时矿震情况,分析了东滩煤矿一采区矿井动力灾害发生条件,确定了回采工作面矿震发生机理,指导煤矿开采过程中矿井动力灾害的预测与防治.     

基于CNN的煤岩瓦斯复合动力灾害预测

随着我国煤矿开采逐渐进入深部区域,煤岩瓦斯复合动力灾害日益严重,对煤矿的安全生产造成极大威胁。基于某矿现场数据,采用智能预测手段对煤岩瓦斯复合动力灾害进行研究。首先,依据大数据处理流程,应用箱型图分析法(Box-plot)与多重插补法(MI)进行数据清洗,结合灰色关联度分析法(GRA)建立煤岩瓦斯复合动力灾害指标体系;然后应用主成分分析法(PCA)进行数据降维,结合深度学习中的卷积神经网络(CNN)建立基于BMGP-CNN的煤岩瓦斯复合动力灾害预测模型;运用现场案例数据将此模型与BP模型、随机森林(RF)模型、支持向量机(SVM)模型及人工神经网络(ANN)模型进行对比验证,发现BMGP-CNN模型预测结果的准确率最高,且该模型的收敛速度较快,能够在数秒内完成预测。研究结果对于煤岩瓦斯复合动力灾害的预测和防控具有重要意义。     

蛤蟆沟煤业水害防治分析

多年来,矿井水害一直制约着我国采矿业的发展,各种类型的水害给煤矿安全生产带来重大影响。随着煤矿开采的进一步深入,水害事故时有发生,不仅造成财产上的经济损失,还直接威胁着井下工人的生命安全。本文通过分析山西蒲县蛤蟆沟煤业有限公司矿井水文地质条件,明确具体水害来源,制定矿井防治水措施,达到了预防水害事故发生的目的,确保了煤矿安全生产。     

红层地区煤矿地表水害防治研究与实例分析

红层岩土体中含有可溶成份,在水的作用下容易发生岩溶、渗流等,为地表水体进入煤矿的良好通道。铁箕山煤矿2次淹井事故的渗透通道都是红层溶洞,对其进行了研究分析,并通过河床改道消除隐患。     

煤矿开采冲击矿压灾害动态防治技术

三河尖煤矿是我国最严重的冲击矿压矿井,自1991年发生首起冲击矿压以来,已先后发生29次破坏性冲击矿压。近年来该矿通过冲击矿压综合治理,创新、实施,成功地运用冲击矿压动态防治技术,避免了冲击矿压灾害的发生。介绍了防治冲击矿压的预测预报方法,以及采用的卸压爆破动态防治技术。     

自动控制技术在煤矿井下灾害防治中的应用

灾害的预防是煤矿高效安全生产过程中需重点研究的内容,自动控制技术的发展对于解决煤矿井下灾害的预防和控制具有重要作用。针对煤矿井下常见的几种灾害,对自动化控制技术在煤矿井下灾害的防治中的应用进行了论述。     

煤火灾害防治技术的研究与应用

对煤火类型进行了划分,并分析了其对应的特征。针对煤火形成的整个过程开展了煤火预测预报和危险区域判定技术、煤火探测技术的分析研究,对此提出了煤火的防控技术,主要有水、灌浆、黄土覆盖、剥离、膏体、氮气、三相泡沫、液态二氧化碳和胶体等。最后,提出了一种新型的胶体防灭火技术,通过典型的地面煤田火灾和井下煤层自燃火灾的现场实例应用,取得了良好的效果。     

软岩巷道底臌机理分析及防治技术探讨

软岩巷道底臌防治技术是软岩巷道支护中的一项技术难题。陕西彬长矿区大佛寺矿在对矿井大巷底臌机理进行分析的基础上,提出了底角锚杆+底板注浆+底板锚索耦合支护技术方案,在实践中取得了良好的支护效果,为软岩巷道底臌防治提供了宝贵的经验。     

上覆煤柱影响区应力状态及冲击地压防治

上覆近距离煤柱会造成下层煤的应力集中及冲击危险。采用三维数值模拟,分析了不同宽度煤柱下底板应力分布与底板岩层破坏特征。研究表明:当煤柱宽度≤50 m时,煤柱底板应力呈"倒钟"形分布形态;当煤柱宽度50 m时,煤柱底板应力呈"倒铁塔"式分布形态。煤柱中心最大应力集中系数与煤柱宽度呈幂函数关系,且随着煤柱宽度的增加,煤柱集中应力在底板中的衰减速度逐渐降低。上覆煤柱中心下方3煤层面的最大应力集中系数与煤柱宽度呈负指数关系。煤柱底板破坏范围与煤柱宽度呈负相关关系,煤柱底板岩层的破坏以剪切破坏为主。根据上覆煤柱影响划分了六采区3煤工作面冲击危险区,并提出了相应的防治技术。     

孤岛工作面回采巷道围岩稳定性机理及控制技术

通过对回采巷道支承压力分布以及作用机理进行研究,提出高强度高预紧力加长锚固并辅助以锚索的孤岛工作面回采巷道围岩控制技术,并与15141上巷原支护技术在现场应用情况、技术经济效益2个方面进行比较,得出孤岛工作面回采巷道基本顶在掘巷前垮落形成类似与沿空掘巷弧形三角块结构,高强度高预紧力加长锚固并辅助以锚索的锚杆支护技术提高了孤岛工作面回采巷道的围岩力学参数,巷道掘进影响期短,围岩变形量小,有效的控制了巷道变形,孤岛工作面回采巷道锚杆支护技术显著优于U型钢支护。     

下峪口煤矿2~#煤层煤与瓦斯动力灾害防治试验研究

针对下峪口煤矿深部二水平近水平中近距离2~#、3~#煤层群的煤与瓦斯突出灾害特征与规律,按照先区域、后局部的综合防治煤与瓦斯动力灾害防治技术体系在2~#煤层进行了试验,采用了适合该矿条件的突出预测敏感指标体系,并初步确定了突出预测敏感指标临界值。之后使用该指标在下峪口煤矿的扩大验证区域进行试验验证。