PCA-WNN模型在导水裂隙带高度预测中的应用研究

导水裂隙带是煤层顶板水害的主要通道,准确预计导水裂隙带高度是预测和防治煤层顶板水害的首要任务。基于导水裂隙带发育的复杂性及其影响因素之间的相关性,结合煤矿生产实际和工程地质理论,选取采高、工作面斜长、硬岩岩性比例系数、采深和煤层倾角作为主控因素,利用线性回归拟合及灰色关联分析法分析各主控因素与导水裂隙带发育高度的相关性。将主成分分析（principal component analysis,PCA）与小波神经网络（wavelet neural network,WNN）相结合,通过PCA消除各主控因素间的相关性及冗余信息,构造无相关性的主成分作为WNN的输入因素,建立导水裂隙带高度预测的PCA-WNN模型。结果表明：PCA-WNN模型能有效消除因素间的相关性,预测相对误差为-6.66%～6.13%,平均4.46%,较单纯的WNN模型预测精度高且稳定。将该模型应用于山东新巨龙煤矿1302N工作面,得到了较为准确的预测结果,为导水裂隙带高度预测提供了新方法。     

五沟煤矿导水裂隙带发育高度预测

煤层开采导致覆岩产生移动变形破坏,描述覆岩破坏影响程度的导水裂隙带发育高度是评价顶板是否发生突水溃砂等灾害事故的重要指标之一,因此对影响导水裂隙带发育高度的采高、工作面几何参数、覆岩岩性及岩层结构等主要因素进行分析,利用模糊数学方法将非线性问题转换成线性问题进行计算,获得五沟煤矿10煤开采导水裂隙带发育高度预测公式,为五沟煤矿含水层下10煤层的安全开采提供指导。     

采动覆岩破断裂隙的贯通度研究

为了判定采场隔水关键层和计算导水裂隙带高度,进行了覆岩采动导水裂隙分布特征的相似模拟实验和力学分析.提出了破断裂隙贯通度的概念和计算公式.试验结果表明,采场覆岩裂隙带上位岩层的回转变形空间较小,且由于岩层刚度和厚度的差异,薄岩层会完全破断;但坚硬厚岩层破断裂隙未贯通,没有形成竖向"导水、导气"裂隙.为了描述岩层的破断程度及破断裂隙导水能力的强弱岩层破断裂隙的贯通度随其下自由空间的增大而增大,且存在自由空间阀值,大于其阀值时则增加缓慢并趋于1;随岩层厚度增大,起裂时岩层破断裂缝的张开角度减小;岩层破断裂隙的贯通度随裂纹尖端临界张开位移的增大而呈线性减小,随岩层周期破断距的增大也呈近似线性减小.     

顶板隔水层关键层耦合作用规律研究

在煤矿开采过程中，如果覆岩裂隙扩展至贯穿隔水层，则会诱发地下水或地表水大量涌向采场，导致煤矿淹井事故．利用RFPA^2D-Flow软件建立了隔水层关键层耦合的采场推进模型，计算并分析了裂隙场的发育和分布，绘制了顶板水渗流量曲线．讨论了与裂隙发育密切相关的覆岩支承压力与中间岩层厚度、关键层厚度及破断闻的关系．结果表明：关键层未破断时，中问岩层厚度对隔水层裂隙发育作用不明显；厚关键层对隔水层能起较好的保护作用．     

导水裂隙带发育高度预测的PCA-GA-Elman优化模型

针对矿井水害防治中导水裂隙带发育高度难以准确预测的问题,结合煤矿生产实际和工程地质理论,选取采深s、硬岩岩性比例系数b、采高(煤层厚度)M、工作面斜长l、顶板单轴抗压强度为主要影响因素,运用灰色关联分析法(GRA)分析各主要影响因素与导水裂隙带发育高度的相关性,并将主成分分析(PCA)、遗传算法(GA)和优化的Elma...     

大采深条件下导水裂隙带高度计算研究

在分析导水裂隙带高度计算经验公式来源背景的基础上,阐明了只考虑采厚单因素计算导水裂隙带高度的经验公式不合理性及其应用的局限性,针对大采深条件下工作面覆岩运动的特点,基于采场顶板"上四带"划分理论,推导出了考虑开采厚度、开采深度、工作面跨度、岩石的力学性质、岩层的组合特征、含水层水压等因素的导水裂隙带理论计算公式.结果表明:大采深条件下,工作面跨度对裂隙带高度发育有控制作用,含水层水压对导水裂隙带高度发育有促进作用,结合鲍店煤矿1303工作面开采实例,说明获得的理论公式可应用性.     

岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用

岩层采动裂隙分布的研究与水体下和承压水上采煤、卸压瓦斯抽放、离层区充填与开采沉陷控制等工程问题紧密相关，通过试验与理论分析，对岩层移动过程中的覆岩采动裂隙动态发育特征及其影响因素进行了深入研究，结果证明：覆岩关键层对离层及裂隙的产生、发展与时空分布起控制作用．基于关键层破断前后采动裂隙动态发育特性与差异，提出了“覆岩离层分区隔离充填减沉法”和卸压瓦斯抽放的“O”形圈理论，并分别应用于我国不迁村采煤试验和卸压煤层气开采实践。     

注浆加固工作面底板突水“孔隙-裂隙升降型”力学模型

运用孔隙裂隙弹性体理论,结合损伤力学、断裂力学和矿山压力理论,以动态变化的分析思想和实测资料,研究了注浆及采动对岩体孔隙-裂隙类型升降变化的影响;注浆加固使工作面底板岩体类型由导水的IV,III型转为不导水的II,I型;采动则使工作面底板岩体类型在局部地点由不导水的II,I型转换为导水的IV,III型,从而形成"垂直、小范围"的导水通道;构建了注浆加固工作面底板突水"孔隙-裂隙升降型"力学模型.     

深井巷道涌水探查方法及工程治理研究

在岩溶水治理中,岩溶裂隙的空间发育和水力连通规律是决定工程治理成败的关键因素.为了在工程治理中做到有的放矢,将物探方法应用到岩溶水治理工程可以实现以下目标:通过物探方法获取工程目标岩体的裂隙发育位置、规模和空间展布规律;并通过对钻探划定重点含水构造区域,掌握含水构造的地层信息和含导水特点;在综合物探和钻探信息的基础上,可以分析得出岩体内部裂隙空间发育规律,从而为注浆钻孔合理位置的选定和注浆浆液扩散路径提供参考.通过水力连通实验和等水位线的绘制,可以分析得到浆液扩散规律,从而为注浆治理中选用注浆材料和注浆工艺提供依据,达到减少工程投入,增加工程效益的目的.     

核桃峪井田华池-洛河组水文地质条件评价

通过分析核桃峪井田所在区域内煤层上覆华池、洛河组巨厚层状砂岩孔隙裂隙承压水的补给、径流、排泄条件以及水文地质边界,研究了华池、洛河组承压含水层的水文地质特征,计算了因煤炭开采引起的冒落带及导水裂隙带的发育高度。结果表明该承压含水层厚度大、胶结性较差、承压性强、水文地质结构特殊,在一些节理裂隙发育的局部地段,富水性强,成为主要的导水通道,对井筒的开凿和煤炭开采影响较大,是构成矿井充水的主要含水岩组。     

基于角位移临界值的顶板裂隙带高度研究

项板导水裂隙带是煤层顶板水进入工作面的重要通道．根据工作面采空区的空间形态和超限应力、有限空间的特点,采用岩层角位移临界值为判据,得出了导水裂隙带高度计算公式,并且将理论计算值与任楼煤矿实测数据进行了对比,验证了该公式正确可靠．通过该公式分析表明：采高与导水裂隙带高度的线性相关、碎胀系数、角位移值临界值越小,导水裂隙带高度越大,其中采高和碎胀系数权重较大．     

卧龙湖煤矿8101工作面采动覆岩破坏特征研究

煤矿开采过程中覆岩破坏容易引发工作面溃砂、突水事故,为了保证卧龙湖煤矿8101工作面安全开采,根据矿区覆岩工程地质特征及矿区岩层柱状图,建立了FLAC3D数值模拟模型.通过FLAC3D软件模拟,得到了工作面推进时的覆岩应力场及覆岩塑性区分布图,由此分析得出在开切眼和煤壁处覆岩主要为剪切破坏,采空区上部主要为拉伸破坏,得到煤层开采时覆岩最大主应力1.78MPa,最大导水裂隙带高度31m.     

特厚煤层综放开采导水裂隙带高度的数值模拟

以抚顺老虎台矿开采工程实践为例,针对特厚煤层的开采特点,应用立体弹塑性数值模拟方法,对综放条件下特厚煤层上覆岩体破坏规律、应力分布特点以及应力场演变规律、上覆岩体移动与变形规律及上覆岩层导水裂隙带高度的演变特性及发展规律进行了研究,所得研究结果可直接应用于老虎台矿的安全生产.     

隔水底板应力溶蚀机理

应用断裂力学理论和水化学理论,分析了底板隔水层导高带发展机理,指出了应力溶蚀作用是导高带发展的动力．隔水底板中的构造裂隙因水的溶蚀作用、水的楔劈作用和构造应力作用而得到扩张,由此导致导高带逐渐上升,从而减少了有效隔水带的厚度．     

含水层下大采高综采面缩小防护煤柱留设研究

由五沟煤矿大量的钻探资料及现场试验数据,分析了含水层下大采高缩小防护煤柱综采工作面的工程地质特征.根据相关规程及相似模拟实验对综采工作面开采后导水裂缝带、冒落带高度的计算分析,得出五沟煤矿1012综采面缩小防水煤柱开采在技术上是可行的.     

Forecasting water disaster for a coal mine under the Xiaolangdi reservoir

Xin'an coal mine, Henan Province, faces the risk of water inrush because 40% of the area of the coal mine is under the surface water of the Xiaolangdi reservoir. To forecast water disaster, an effective aquifuge and a limit of water infiltration were determined by rock-phase analysis and long term observations of surface water and groundwater. By field monitoring, as well as physical and numerical simulation experiments, we obtained data reflecting different heights of a water flow fractured zone (WFFZ)under different mining conditions, derived a formula to calculate this height and built a forecasting model with the aid of GIS. On the basis of these activities, the coal mine area was classified into three sub-areas with different potential of water inrush. In the end,our research results have been applied in and verified by industrial mining experiments at three working faces and we were able to present a successful example of coal mining under a large reservoir.     

基于RFPA2D的煤层开采冒裂带发育高度预测分析

根据某矿开采技术条件和岩石力学性能等参数,建立力学模型,运用RFPA2D数值模拟软件进行覆岩导水裂隙带高度预测,用经验公式对覆岩导水裂隙带高度进行了估算.在采空工作面进行实测导水裂隙带高度.结果表明RFPA2D数值模拟所得到的导水裂隙带高度与现场测定结果基本接近,考虑预测偏差率后可以作为煤层冒裂带发育的高度进行矿井防治水的依据.