基于视觉技术的煤岩特征分析与识别

为研究煤岩自动识别技术,提出了一种基于视觉技术的煤岩特征分析与识别方法。首先根据煤和岩石图像分析煤岩纹理差异;然后根据灰度共生矩阵分别计算煤和岩石纹理特征向量;最后选择计算出的纹理特征向量作为神经网络输入来分别识别煤和岩石2种情况。实验结果表明,煤和岩石纹理特征值差别较大,采用能量、对比度、相关性和熵作为特征向量均可实现煤和岩石自动识别,且以熵值作为特征向量的煤岩识别效果最好。     

弹性与非线性状态下层状岩石高温热应力场数值对比分析

在考虑层状岩石热力学参数随温度变化以及温度作用下岩石的热弹塑性本构方程的基础下,利用有限元软件ANSYS对煤炭地下气化高温作用下煤层顶底板的温度场和应力场进行了研究,对比了弹性状态和弹塑性状态下的岩石的应力场分布情况。通过对比分析发现,当温度达到300℃以上时,线弹性状态与弹塑性状态下得到热应力之间的误差为30%,1000℃以上误差接近100%。这充分说明在高温情况下不能忽略岩石的非线性特性,否则温度的升高会使地下工程中岩石计算应力与实际情况产生很大差异。     

TBM盘形滚刀破岩力计算模型研究

TBM盘形滚刀破岩力计算对TBM设计及施工具有重要意义。分析滚刀运动规律发现,滚刀法向推力对破岩起主导作用。假定了滚刀与岩石间接触应力分布形态,推导了常截面盘形滚刀的法向推力与滚动力计算公式,并利用多种不同强度岩石的线性切割试验结果进行验证,结果表明计算值与试验数据较为吻合,证实了公式的准确性与适用性。对计算值误差分析发现,滚刀破岩力计算精度与滚刀-岩石接触应力分布形态选取相关,采用最小二乘拟合思想,基于计算值与试验值的相对误差对接触应力分布指数进行修正,发现接触压力分布指数随滚刀贯入深度增大近似呈指数规律变化,提高了破岩力计算公式的预测精度。研究结果可为TBM设计和施工提供依据。     

基于声发射Kaiser效应的地应力测量研究

对地应力的准确分析和把握是采矿工程设计合理性的先决条件,因此在巷道设计、采场布置、采矿方法的选用、采场结构参数和开采顺序的确定,围岩支护加固方式的选用以及地压控制措施的制定等方面都需要考虑地应力的影响。基于岩石的Kaiser效应,介绍了利用岩石声发射Kaiser效应测试原岩应力场的原理及测试技术,通过加工6个特殊方向的岩石试件,进行了声发射试验,得到了各个方向的正应力值,并由此计算出了测点的3个主应力值及方向,其结果对于该矿区的采矿工程布置具有重要的意义。     

杨柳煤矿首采区地应力特征研究

为了研究杨柳煤矿首采区地应力场分布特征,基于区域应力场演化和"密度平衡椭球体"理论分析了杨柳煤矿宏观应力场特征,采用声发射法对首采区典型测点进行了地应力值测量,利用有限元数值分析法对首采区的-450 m水平切面初始地应力状态进行了反演分析。     

基于耗散结构理论的煤矿安全风险演化机理

熵是系统无序性的表征,煤矿的系统熵值与风险状态对应,因而采用“系统风险熵”表征其风险状态。本文基于耗散结构理论分析了煤矿系统的耗散结构特征,提出了煤矿安全风险演化机理概念模型;从系统风险熵的角度建立了煤矿系统风险熵模型和煤矿系统风险正负熵指标体系;运用熵值法原理推导系统正、负熵计算公式。结合Brusselator模型建立煤矿系统耗散结构判断模型,提出并量化了煤矿系统成为耗散结构的判断依据,并将该模型应用至S省某煤矿,得出该煤矿为非耗散结构,验证了模型的适用性并提出相关改进措施,为煤矿安全风险演化机理研究提供了新的思路。     

忻州窑矿高集中应力区域应力分布规律研究及应用

基于地质动力学原理,从大同矿区地质动力环境出发,采用绘图法将研究区划分为Ⅰ～Ⅴ级五个等级的断块;应用"岩体应力状态分析系统"构建应力计算模型,通过计算得出应力分布特征;揭示了构造应力场对冲击地压的控制作用,为矿井高集中应力区域冲击地压的防治供理论依据。     

高压密相气力输送煤粉流动状态识别方法

高压密相气力输送中煤粉流动状态的识别及其监测对于煤气化的安全稳定运行具有重要意义。提出一种基于阵列式静电传感器实现高压密相气固两相流动状态识别的新方法。采用EMD方法对阵列式静电传感器各电极静电信号分别进行多尺度分解,并对得到的多尺度静电信号进行样本熵和能量比计算,通过分析各电极静电信号的多尺度样本熵和多尺度能量比的分布实现对流场内颗粒流动稳定性及其状态的识别。试验结果表明:阵列式静电传感器多尺度样本熵的一致性能够表征密相气固两相流动状态的稳定性,多尺度能量比的一致性能够表征管内颗粒分布的状态;并且还揭示了静电信号低尺度分量(1,2尺度)包含悬浮流动颗粒信息,高尺度分量(3尺度以上)包含沿管底流动颗粒信息。     

水对花岗岩受力灾变声发射主频特性的影响

通过对干燥、自然、饱和3种状态下的花岗岩进行单轴压缩试验,并对加载过程中的声发射信号进行同步监测,分析了3种不同含水状态下岩石受力灾变的声发射信号主频变化特征,结果表明:不同含水条件下花岗岩加载至破裂全过程的声发射信号主频区间为0~110kHz,绝大部分信号的主频值集中在35~65kHz及15~25kHz频带区间;花岗岩加载过程的声发射主频演化可分为3个阶段,水会对各个阶段的声发射信号主频特性产生不同的影响;岩石失稳破裂前,声发射主频值由密集分布转向稀疏分布,35~65kHz的主频数量骤减,超低频值及高频值开始大量出现,可以认为是岩石受力灾变的前兆信息。     

岩石在饱和状态下的抗剪强度参数变化研究

基于自然状态和饱和状态下不同种类岩石试件的室内压剪实验,对2种状态下岩石抗剪强度参数(c,Φ)的变化情况进行比较分析.引入抗剪弱化系数η(ηc,ηΦ)以定量地描述参数变化幅度,并将其定义为2种状态下参数差值与自然状态下参数值的比值.实验结果表明:饱和状态下不同种类岩石的抗剪强度参数较自然状态下会有明显但程度不同的降低;ηc的值分布在0.1～0.4之间,ηΦ的值分布在0.2以内,且自然状态下岩石抗剪强度参数越大,η越小,反之亦然,并通过回归分析得出ηc与c,ηΦ与Φ的之间的函数关系,这对岩体工程设计有重要的实际意义.     

巷道围岩温度场有限体积法模拟计算及实验分析

根据巷道围岩温度场的散热特点,基于能量守恒定律和傅里叶定律,建立巷道围岩非稳态温度场数学模型,利用有限体积计算方法编制解算程序并求解出巷道围岩温度场。建立巷道围岩温度场相似模拟实验平台,并利用实验结果对有限体积计算方法的模拟结果进行实验验证,对比后发现有限体积法计算结果同相似模拟实验结果吻合,两者得到的巷道围岩温度场时空曲线变化趋势一致,由此说明了应用该有限体积计算方法所建立数学模型和解算程序的正确性与科学性。利用计算模拟结果和相似模拟实验结果对恒定风流温度下巷道围岩温度场非稳态变化过程中的影响因素进行分析,得到了巷道围岩温度场的变化规律,并以实例分析了巷道围岩温度场的非稳态过程并计算出围岩散热量。     

非均匀应力场中巷道围岩变形控制研究

根据岩石的力学特征及峰值应力前后的力学性能,结合岩体损伤特性,得到三维连续损伤演化方程。利用Mohr－Coulomb强度准则和连续损伤力学方法,考虑巷道开挖过程中的空间效应,分析并推导出巷道围岩处于非均匀应力场中损伤应力场的分布,以及围岩—支护达到平衡时的相互作用力解析解。通过现场支护设计和监测,验证了计算分析的有效性,在实际工程计算中有一定的应用前景。     

大断面泥岩巷道多级控顶让压支护技术

为了研究深部高应力巷道底板破裂形态及剪切带的发育规律,采用试验、理论分析、数值计算和现场测试等方法,建立一种岩石应变软化模型,对岩石压缩变形破坏过程中剪切带的形成机制进行研究,模拟与试验的峰值应力、残余强度误差在10%~20%,模型能够较好地体现岩石峰后的应变软化力学特征;基于该应变软化本构关系,建立高应力巷道围岩应变局部化分析的数值模型,系统分析了高应力巷道底板剪切带发育规律及破裂形态。巷道钻孔窥视结果表明,深部高应力巷道底板会形成局部破裂与变形,模拟研究结果与实际巷道底板破坏形态相符。

     

深部巷道等强支护控制理论

本文调查了大量的煤矿巷道现场破坏案例,提炼了6类15种典型破坏模式,分析了圆形与矩形巷道的围岩受力特征及应力分布规律。基于巷道围岩梯度破坏机理及矩形巷道等强梁支护模型,提出了深部巷道等强支护控制理论力学概念模型,即根据巷道围岩受力特征,采用开槽卸压、注浆加固、锚杆(索)主动支护、钢管混凝土被动支护等综合手段,有效调整巷道围岩的应力状态,以期实现不同位置围岩能够达到安全且与地应力比相匹配的等效应力状态,获得应力分布趋于均匀、塑性区范围相似的理想状态。给出了不同埋深、不同断面形状巷道所需的等强支护强度计算公式,数值模拟了圆形与矩形巷道在等强支护前、后围岩应力变化,验证了等强支护后围岩应力场能明显改善。等强支护控制模型一定程度上为深部巷道围岩控制提供了理论和实践指导。     

高速公路隧道施工监测与开挖仿真分析

通过高速公路隧道施工监测及有限元数值分析方法,分析隧道施工过程中围岩应力变化情况。在隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析围岩的位移、应力状态随时间的变化规律,同时结合有限元计算软件ADI-NA对隧道开挖过程进行模拟,寻找围岩应力分布规律,分析围岩稳定性。为隧道施工过程中支护时间的选取提供了依据。     

软弱顶板煤巷围岩变形破坏特征数值分析

为了研究软弱围岩巷道变形破坏特征及其变化规律,借助FLAC^2D软件建立数值分析模型,模拟软弱顶板巷道围岩变形破坏全过程,分析得到在巷道从开挖初期到围岩失稳及后期达到新稳定过程中围岩应力场、塑性区分布情况及破坏特征的变化规律．结果表明,解决顶板问题是维护软弱顶板巷道整体稳定性的关键,巷道底鼓与两帮收敛两者是相互关联,并同时受到顶板下沉的影响．     

顶板淋水巷道围岩破坏与控制技术研究

基于某矿2209回风平巷淋水围岩支护难题,综合运用理论计算、数值模拟和现场试验等方法对淋水巷道围岩应力分布及破坏特点进行分析。结果表明:含水煤岩体受水影响物理力学性质减弱,淋水巷道围岩塑性区范围变大,变形量增加。针对2209回风平巷淋水围岩支护难题,提出采用锚网索联合支护配合使用防水锚固剂及马丽散注浆、布置泄水孔等方式进行围岩控制,并用于现场试验,取得较好的控制效果。     

近距离煤层采空区下导硐分区域式支护技术研究

任楼矿Ⅱ7324N工作面上覆近距离煤层采空区,边临侧向采空区,存在导硐顶板条件差、支护困难等问题。本文通过理论计算上煤层开采对层间岩体最大破坏深度为1.21m,证明了导硐顶板的可锚性;通过实测分析架棚支护顶板围岩破坏特征及导硐后段端头效应的影响,提出锚带网索配合注浆锚索分区域式支护思路,并设计了合理的支护参数;通过数值模拟校验了方案具有可行性,最后开展了现场工业性试验。现场实测数据表明分区域式支护方案能有效抑制围岩变形,改善围岩受力状态和结构特征,充分发挥围岩的自承能力,该方案在近距离煤层采空区下导硐过程具有显著的支护效果。     

高海拔矿区地应力测量与岩爆倾向性评价

采用套孔应力解除法和空心包体三轴应变计,完成甲玛矿区井下4个水平的地应力测量,获得8组三维地应力状态数据,揭示了矿区地应力场的分布规律,建立了矿区地应力场模型。根据地应力实测数据,采用多角度、多重判据对围岩岩爆倾向性进行评价。结果表明：甲玛矿区地应力以水平构造应力为主导,属构造应力场型矿区,地应力量级属中等,井下围岩岩爆倾向性为弱~中等。研究成果对指导矿山井巷工程设计、采场布置、支护参数优化及地压灾害防控等具有重要参考价值。     

深井软岩巷道声发射地应力测试及变形失稳机理

为了获得深井软岩巷道的地应力大小和变形规律及其失稳机理,选取千米深井同一水平的2个硐室,进行声发射地应力测试,获得各自相应的地应力大小和方向,发现垂直应力分布差别不大,而水平应力分布差别较大。基于地应力理论计算公式,利用VB6.0编写相应的计算程序,获得相应区域的主应力场的大小和方向,结合现场提供的钻孔柱状图,利用ANSYS建立模型,导入FLAC3D进行数值分析,获得相应的主应力场作用下的硐室围岩变形失稳规律,即岩性较为软弱区域的剪应力集中程度明显、分布范围较广,且围岩破坏越严重。最后发现实测数据与数值模拟结果较为吻合,即破坏严重部位的围岩收敛速度也较大,从而在一定程度上揭示了深部软岩巷道的变形破坏规律,也说明了围岩岩性、剪应力集中程度和范围对整个巷道稳定性起着至关重要作用。