基于无人机红外遥感和边缘检测技术的采动地裂缝辨识

西部矿区煤层赋存条件好,开采强度高,上覆岩层破坏严重,易诱发采空塌陷和地裂缝等灾害,造成地表生态损伤,甚至诱发遗煤自燃,威胁煤矿安全生产。为快速、及时、准确地识别地裂缝,提出了基于无人机红外遥感及图像边缘检测技术的地裂缝识别方法。以神东矿区上湾煤矿12401工作面为工程背景,对工作面上方地裂缝发育观测区域进行全天候监测,获取了不同时刻的红外图像,并对不同时刻红外图像中裂缝、沙子、植被的温度信息以及裂缝长度进行了统计和分析。运用多种边缘检测方法及提出的改进边缘检测算法,对采集的典型红外图像进行地裂缝检测,评价了不同边缘检测方法的裂缝检测效果。对比分析了不同时刻地裂缝检测结果,给出了针对研究条件下无人机红外遥感技术识别地裂缝的最佳时间窗口。研究结果表明:基于无人机搭载红外相机及边缘检测技术可有效识别采矿导致的地裂缝;夜间相比于白天,地裂缝更易被识别,特别是3:00～5:00,地裂缝的识别效果最佳。提出的改进边缘检测算法的Pratt品质因数(PFoM)值为0.571,检测性能优于文中其他边缘检测方法;1:00～5:00和19:00～23:00,地裂缝边缘检测结果优于其他时间,检测结果中噪声较...     

单轴受压条件下煤岩非均质性对其破坏特征的影响

以忻州窑14号煤为研究对象,基于波速测试、CT扫描和三维重构技术,分析了煤岩内部原生裂隙、孔隙以及矿物夹杂分布的非均质特征,研究了单轴受压条件下,沿不同方向加载时,煤样内部结构分布的非均质性对煤岩破坏特征的影响。研究发现,煤样内部原生裂隙、孔隙以及矿物夹杂分布方向的非均质性是造成不同加载方向上煤岩破坏特征差异性的原因:煤样内部原生裂隙、矿物夹杂沿层理方向分布和延伸,造成沿垂直层理加载煤样的单轴抗压强度、总声发射计数等参数的均值高于沿平行层理加载的煤样;割理的横向截割作用使沿垂直割理加载煤样整体性低于沿平行割理加载煤样,并造成其单轴抗压强度,总声发射计数等参数的均值以及加载过程中声发射现象的规律性略低于后者;煤样单轴抗压强度与纵波波速呈指数函数关系,煤样内部非均质性对其单轴抗压强度的影响可由非均质系数表示,且2者呈负相关。     

近距离煤层蹬空开采围岩应力及裂隙演化规律

针对蹬空状态下煤层底板岩层完整性与承载力影响制约工作面安全高效开采的问题.以草垛沟矿8201综采工作面为研究背景,通过对8-2煤层下伏11煤巷柱式采空区顶板岩层结构与受载进行分析,建立基于弹性地基假定的顶板-煤柱系统力学模型,推导并解析了顶板岩梁弯曲下沉挠度函数;将工作面底板视为半无限平面体,建立工作面走向不同区段静载...     

我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考

当前我国煤炭产能中部分矿井已到达其生命周期或不符合安全生产的要求或开采成本高亏损严重,直接关闭或废弃此类矿井不仅造成资源的巨大浪费,还有可能诱发后续的安全、环境及社会等问题。我国关闭/废弃矿井剩余资源开发利用难度大,〖JP2〗无法照搬国外利用模式,开展整体战略、基础理论和关键技术研究迫在眉睫。系统阐述了我国关闭/废弃矿井资源开发利用面临的5个科学问题:地下煤炭气化高效转化与开发利用耦合机制、基于安全智能精准控制的地下空间储物环境保障机理、基于多场耦合的矿井水及非常规能源智能精准开发模式、构建关闭/废弃矿井可再生能源开发与微电网输能模式、构建基于生态修复与环境支持的关闭/废弃矿井工业旅游开发模式。在能源生产与消费革命和推动煤炭供给侧改革的新时代背景下,开展我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究,具有重要的政治和经济战略内涵,对于提高关闭/废弃矿井资源开发利用效率意义重大。     

冲击地压层次化监测及其预警方法的研究与应用

为能有效地预警冲击地压灾害,总结了冲击地压常用监测方法及其优缺点,指出了目前冲击地压监测所存在的问题,并以其发生机理为基础,建立了冲击地压层次化监测的应用模型,认为采用互补性较强的层次化监测模式,可综合彼此的特点,弥补各自的不足。结合大同忻州窑煤矿现场实例,认为微震监测技术可在矿井全局范围内实时监测冲击危险区域以及掌握其动态发展情况;通过电磁辐射监测的配合,能动态了解采掘空间近场围岩应力的变化情况,从而确定更小的局部危险区,加上钻屑法的具体地点检测可进一步判定冲击危险程度。并较为全面、深入地研究了微震、电磁辐射及钻屑量预警冲击地压的分析方法。实践证明：具有互补性较强的层次化监测技术能够在空间内形成“全局-区域-局部”的全方位监测,在时间上可达到“实时-连续-动态”的监测目的,能有效预警冲击地压灾害。     

上分层煤柱群下工作面矿压显现规律及主控因素分析

对于厚煤层矿井,上分层不规则回采形成的残留煤柱群及空巷为下分层回采造成了困难,为提高优质煤资源回收率,对于上分层煤柱群下矿压分布规律进行了针对性研究。通过跟踪毛则渠老坑口煤矿7408工作面推进过程中的矿压值,指出该条件下具有高应力分布位置未知和矿压值起伏的特征,结合数值模拟软件得到影响工作面应力分布的因素主要包括:残留煤体的尺寸、空巷尺寸以及下部承载介质的强度,并最终提出了具有针对性的工作面回采建议。     

深部回采工作面半煤岩巷支护优化设计的数值模拟研究

基于对峰峰矿区羊渠河矿地应力和煤岩力学性质的实际测量,结合羊渠河矿野青8459工作面的地质特点,对该工作面回采巷道进行优化设计.并通过数值模拟,对比分析了8种巷道支护设计方案,评价了各支护设计方案的支护效果,并最终选定施工指导方案.     

单轴压缩条件下砂岩的声热效应特征研究

在单轴压缩条件下对鄂尔多斯盆地煤系地层中的中砂岩、细砂岩、粉砂岩进行声发射 （ＡＥ）和红外辐射测试,分析加载过程中应力、声发射能量、平均红外温度（ＡＩＲＴ）与时间演化特 征,研究不同颗粒砂岩在破裂过程中的声热效应特征。 结果表明:同种砂岩不同区域ＡＩＲＴ在压 密弹性阶段走势相同,在塑性及破坏阶段走势并不一致,总体呈波浪下降趋势,且砂岩中部的温 度均高于上部和下部;不同砂岩破坏时温度变化与能量积聚、耗散状态相关,表面整体ＡＩＲＴ变化 呈现波浪下降趋势;ＡＥ刚开始不明显,塑性阶段后期ＡＥ由相对平静状态进入突增状态,峰后仍 有大量ＡＥ现象;红外辐射的前兆要先于ＡＥ,中砂岩的红外预警时间平均比ＡＥ提前２０*５３３ｓ, 细砂岩提前６*５１６ｓ,粉砂岩提前６*４ｓ,ＡＥ敏感性要高于红外辐射;砂岩的声热效应与颗粒大小 密切相关,颗粒越大,声热效应越明显,依次为中砂岩、细砂岩、粉砂岩。     

开滦矿区深部开采中巷道围岩稳定性研究

在对开滦矿区赵各庄矿、唐山矿深部开采过程中巷道围岩变形、破坏特征和矿井动力显现观测的基础上,结合数值模拟研究发现:(1)开滦矿区在千米深开采时水平构造应力远大于自重应力,原岩应力值远大于巷道围岩强度值,巷道将不可避免地要遭受破坏并表现为大变形强流变和严重底鼓;(2)随着开采深度增大,软弱煤岩层发生冲击地压的危险性随之增大,通常以煤层的整体突出为特征,其发生机理和高应力状态下硬岩(煤)中的岩爆有区别;(3)原岩应力状态对巷道围岩的变形破坏有着重要影响,而巷道形状对巷道围岩的破坏形式影响不大。     

深采煤层巷道平动式冲击失稳三维模型研究

在LippmannH关于冲击地压基本理论的基础上,建立了深采煤层巷道平动式冲击失稳三维准静态模型,模型可适用于顶底板为岩石的煤巷或半煤巷中发生煤层整体冲击失稳的机理分析。该模型考虑了煤层内部滑动摩擦对煤层突出的阻碍作用,分析了煤层整体突出前临界状态下的应力分布情况,得出了更合理的煤层突出范围度量指标及煤层整体突出倾向性的判定方法。结合赵各庄矿实际生产情况,分析了深部开采条件下煤层巷道动力失稳灾害的发生机理以及突出区域相关几何量之间的关系。