基于环套原理的ANN型矿井小构造预测方法与应用——以淄博岭子煤矿为例

应用多重环套理论和人工神经网络(ANN)技术,提出了预测预报矿井小构造的一套完整理论体系和工作方法。以淄博岭子煤矿为例,优选确定煤层倾角、厚度、瓦斯聚集量和涌水量变化是主要控制岭子煤矿回采工作面前方小构造的四大因子,建立了1号井的回采工作面前方小构造预测的非线性模型。现场检验结果表明,在煤层回采过程中,只要精细掌控主控因子的大量信息变化,就能准确预测预报工作面回采前方的小构造展布特征。基于环套原理的ANN型矿井小构造预测方法解决了诱发矿井重大灾害事故小构造的预测预报难题。     

GIS技术在预报煤层回采前方小构造的应用潜力

针对煤炭生产目前急需解决的工作面回采和巷道掘进前方小构造预报的实际难题,运用先进的地理信息系统技术,依据煤矿生产过程中所能收集到的大量廉价的煤层开采信息和矿井构造分析与物探资料以及钻探成果等,采用了一套全新的多源地学信息复合研究思路,建立了矿井小构造预报的地理信息系统物理概念模型,总结提出了具体的预报工作程序和研究方法,开辟了一个应用潜力十分广阔的小构造预报的新的研究领域．     

采掘前方瓦斯异常及小构造超前探测技术

运用矿井地震反射波、矿井直流电法及矿井瞬变电磁法探测技术,通过对新景矿8号煤层东三系统巷掘进工作面前方小构造进行超前探测,明确了工作面前方瓦斯富集异常或煤层裂隙发育区,进一步提高了对矿井巷道前方地质异常的预报精度。     

矿井超前精细探测技术方法与应用

为了预测煤矿掘进工作面的水害,采用矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井瑞利波法、矿井反射波法4种井下超前探测技术。通过井下数据采集、处理和反演计算,形成可视化图件,来解释矿井含水体及构造的范围和位置特征,建立了一套适合煤矿掘进过程中井下物探动态监测水害的技术方法。结果表明:矿井瞬变电磁法可探测掘进工作面正前方、前方顶板、前方底板和前方侧帮含水体;矿井直流电法可探测掘进工作面正前方含水体;矿井瑞利波法(或矿井反射波法)可以探测前方构造及采空区边界。     

高瓦斯易自燃工作面防火技术研究

针对煤矿高瓦斯易自燃工作面采空区自燃隐患困扰安全生产问题,研究了工作面推进速度与自燃的关系,得到自燃危险区宽度。分析了工作面防火技术,形成一套适合高瓦斯易自燃煤层条件下煤炭自燃预测、预报和防治关键技术和方法,并在潘一矿2341(3)典型高瓦斯易自燃煤层回采工作面进行防火技术工程实践,保证了工作面安全回采。     

地质构造综合探测技术在塔山矿的应用

为了满足煤矿机械化采煤程度不断提高,对矿井地质小构造的探测提出的更高要求.在综合分析大同石炭一二叠纪煤田塔山矿区地质条件的基础上,采用地面和井下相结合的方法,在地面瞬变电磁法、高密度电法和高分辨地震勘探,并结合井下的构造力学解析法、高密度电法和无线电波坑道透视法等多种物探手段对工作面内和掘进工作面前方地质构造进行有效探测,最好的探测方法为沿煤层定向钻进技术,结果有效预测了采区内地质小构造的分布,优化了盘区设计,保证了回采工作面的正常生产和巷道的正常掘进.     

瓦斯涌出特征突出预警技术在渝阳煤矿的应用

为了研究采掘工作面瓦斯涌出特征对工作面前方突出危险性的反映,选择了渝阳煤矿7#煤层掘进工作面作为研究对象。利用矿井工作面瓦斯涌出特征突出预警系统对瓦斯涌出特征的实时分析结果与工作面前方突出危险预测指标的对比分析,研究了适用于渝阳煤矿7#煤层的瓦斯涌出特征指标并初步确定了其临界值。该技术实现了对工作面突出危险性非接触式的预测预报,为提高管理人员对矿井工作面突出危险性的管理效率,提高矿井生产效率,有效保护井下工作人员的生命安全提供了一种全新的技术手段。     

综合矿井物探方法在探查煤层构造的应用

采用2种矿井物探方法探明了工作面煤层中构造的发育情况以及构造在煤层底板的含/导水性。介绍了矿井槽波地震和音频电透视的基本原理和资料处理方法。根据工作面实际水文地质条件,研究采用槽波地震和音频电透视综合矿井物探方法进行探测。结果表明,槽波地震成果在煤层中发现陷落柱,音频电透视在陷落柱底板发育相对富水异常区。经过钻孔和回采揭露验证,槽波成果发现的陷落柱范围较准,横向精度较高;音频电透视成果在平面和垂向范围均较准。综合2种物探成果预测预报了回采工作面中构造及其含/导水性。研究为工作面防治水工作提供了参考。     

综合物探技术在天祝煤矿中的应用

随着矿井机械化采煤的不断发展及机械化程度的不断提高,对矿井地质工作的要求也越来越高。但煤矿生产机械化的致命弱点之一是不能适应地质情况的变化。此外,在矿井开拓掘进过程中,有越来越多的地质问题需要解决,尤其是煤层厚度、断层和煤层分叉等具体地质特征。天祝煤矿地质条件复杂,煤层分叉且尖灭严重,且断层多构造较复杂,给巷道布置、掘进和工作面正常回采带来较大困难。利用矿用瞬变电磁法和矿井地震波法进行超前预测预报,给矿井巷道布置提供更加科学合理的建议。     

瓦斯赋存不稳定回采工作面瓦斯治理技术

郑煤集团米村煤矿开采的二1煤层属典型的"三软"煤层,瓦斯赋存极不稳定,同一水平、同一采区或同一回采工作面的不同区域,煤层瓦斯含量都有明显变化,回采工作面瓦斯涌出量或大或小给瓦斯治理工作带来了很大困难,根据回采工作面上下顺槽掘进时瓦斯涌出量计算瓦斯涌出系数,绘制工作面瓦斯预测曲线图预测工作面回采期间的瓦斯涌出量,提前决策瓦斯治理方法,能够保证矿井正常的生产秩序.     

基于DEA回归和C-D生产函数原煤产能预测模型构建

 为了克服采用灰色理论和多元线性回归预测原煤产量的不足,本论文采用统计抽样的方法,选取了35家煤炭企业为研究对象,釆用数据包络（DEA）和C-D生产函数,将预测原煤产量指标由掘进总进尺（A）、掘进工作面平均月进度（D）、原煤全员效率（F）修正为掘进总进尺（A）、回采工作面平均月产量（B）和掘进装载机械化程度（E）,建立了“基于DEA回归的C-D生产函数原煤产能预测模型”。该模型的建立,可用于判断企业的原煤产能是否处于“相对有效”的生产前沿面上,也可用于“生产有效”企业原煤产量的预测。     

试论近水平煤层采场的3种基本结构形式

基于煤层开挖力学效应和覆岩运动规律,揭示了覆岩破坏垮落过程中产生的压力拱和结构拱现象,研究了结构拱与压力拱的内在统一关系,提出了煤矿采场压力拱的3种形式。在此基础上,根据理论分析、相似模拟和数值模拟研究成果,认为近水平煤层采场存在围岩承载结构、矿压运动结构和工作面防护结构3种形式,分别简称为"大结构"、"小结构"和"微结构",并研究了3种结构的具体形式和矿压显现的关系,得到了煤柱与采场大结构的关系。并针对神东矿区浅埋近距离煤层下层煤开采出煤柱时发生的压架事故案例,从压架前、后采场的3种基本形式的变化分析事故发生的原因,并提出了防治对策。     

塑性区瞬时恶性扩张诱发冲击灾害机理

为探究煤矿冲击灾害的发生机理,以耿村煤矿"12·22"冲击地压事故为背景,采用数值模拟方法分析了工作面回采对13230工作面运输巷围岩区域应力场的影响,得出了沿巷道轴向的主应力曲线。在受到回采工作面割煤、放煤、初次来压或周期来压、前方或侧向移动支承压力等外界扰动的作用后,回采巷道围岩塑性区最大尺寸扩张了2.2~3.4倍,由此揭示了耿村煤矿"12·22"冲击灾害的发生机理:在该地质环境下,受到外界扰动等触发事件的诱导作用后,13230工作面运输巷围岩区域应力场发生突然改变,引发煤岩体内的弹性能以震动、声响和煤岩体抛出等形式进行释放,出现爆炸式的动力破坏,并造成距离工作面150 m范围内的巷道破坏严重。     

大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析

以大倾角大采高综采为背景,通过理论分析、相似模拟和现场实测,对大倾角大采高综采基于工作面倾向长度尺寸效应导致的围岩灾变机理进行了分析,研究认为大倾角煤层直接顶和基本顶运动的不协调性使得控顶难度加大,工作面直接顶沿倾向可分为充填稳定段、易溃屈段和滑移段结构,相应矿压显现特征则呈现典型的“弱-强-弱”分布,即溃屈段为矿压显现最强烈区域,也是影响矿压显现的主控因素,对于特定赋存条件大倾角煤层,其工作面长度存在“临界尺寸”,工作面支护强度的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分基本顶载荷外,还需满足上部直接顶滑移产生的附加载荷,其中阻止溃屈段顶板的离层是支护强度确定的主要依据。     

千米深井大采高采场围岩应力分布规律数值分析

煤矿深部开采的应力集中异常突出,以唐口煤矿1305工作面为例,利用FLAC3D有限差分软件对千米深井大采高采场围岩应力分布规律进行数值分析。模拟结果表明:1305工作面回采时,在采空区四周煤体内形成对称的"双肺"状支承压力影响区;随着工作面推进,采场支承压力峰值及采空区上覆岩层破坏高度逐渐增大,工作面见方后,采空区顶板破坏高度与超前支承压力峰值变化趋于稳定,支承压力最大峰值约为72MPa,应力集中系数k为3.0;工作面煤壁前方与采空区两侧煤体内支承压力峰值随工作面推进向深部转移,且支承压力影响范围逐渐增大,压力峰值与工作面煤壁之间的距离基本保持在8~15m范围内。     

工作面推进速率对矿压显现规律影响研究

为了研究工作面推进速率对矿压显现规律的影响，分析了工作面推进速率影响因素，利用层次分析法研究了工作面推进速率的影响因素，研究得出:顶板活动、矿山压力显现、刮板输送机性能、采煤机性能、瓦斯排放、自燃发火的影响权重值为0.242 9，0.264 6，0.104 1，0.104 1，0.174 1，0.110 2；矿山压力显现对工作面影响最大；采用FLAC^3D数值模拟软件，研究了在不同工作面推进速率下围岩塑性区、应力场和位移场的分布，得出:随着工作面推进速率的增加，煤壁前方发生剪切破坏和拉伸破坏范围逐渐降低、工作面超前支撑压力逐渐靠近煤壁，并且峰值逐渐增大，应力系数也逐渐增大、煤壁破坏程度减少，致使煤壁的水平位移量减小。     

超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系

针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。     

大采高综采采场关键层运动型式及对工作面矿压的影响

掌握大采高综采采场关键层结构形态及运动型式是分析工作面矿压显现规律的基础。采用理论分析方法,得出了大采高综采采场关键层存在2种结构形态和6种运动型式,并给出了各结构形态和运动型式的形成条件,2种结构形态为垮落带关键层"悬臂梁"结构形态和断裂带关键层稳定"铰接"结构形态,6种运动型式为"悬臂梁"直接垮落式、"悬臂梁"双向回转垮落式、"悬臂梁"二次回转垮落式、"悬臂梁-铰接"结构交替式、"砌体梁"结构运动型式和"短砌体梁"结构运动型式。采用UDEC数值模拟方法验证了各形成条件下的关键层的运动型式,揭示了6种关键层运动型式对采场矿压的影响规律,最后得到了现场实测数据的验证。     

近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析

根据实测统计分析,近浅埋煤层大采高工作面支架载荷普遍较大,且随采高增大有增加的趋势,工作面来压存在大小周期,厚度较大的等效直接顶静载是工作面支架的基本载荷。通过物理模拟实验,揭示了大采高工作面直接顶变厚和顶板结构铰接点上移的机理,提出了"等效直接顶"的定义,建立了近浅埋煤层大采高工作面顶板"双关键层"理论。近浅埋煤层大采高工作面顶板主要表现为"双关键层"结构,根据等效直接顶对采空区的充填程度,双关键层顶板结构分为"双砌体梁"和"斜台阶岩梁-砌体梁"两类,常见的是"斜台阶岩梁-砌体梁"双关键层结构。建立了双关键层顶板结构模型,揭示了工作面出现大小周期来压的机理,给出了支架初撑力和工作阻力的计算公式,可为近浅埋煤层大采高工作面顶板控制提供理论依据。