基于主应力迹线及拓扑结构的巷道围岩稳定性研究

为了揭示出巷道围岩在应力场结构中的稳定性准则,根据对基于主应力迹线的应力场结构及其破坏规律进行分析,得出巷道在应力场中保证稳定性的总原则为通过调整巷道的支护参数,使应力场中优势主应力迹线远离"分岔"的状态.以李子垭南二井3103运输巷为工程背景,通过数值模拟的方法,从应力场结构稳定性的角度对巷道支护效果进行分析.结果表...     

煤与瓦斯突出发展过程的实验与机理分析

为了研究煤与瓦斯突出发展过程中煤的破坏形式和原因，通过实验分析了含瓦斯煤块在突然暴露时的破坏规律，用简单的突出模型进行了各种条件下的突出发展模拟实验，并建立了突出发展的数学模型。结果表明，突出发展过程中煤的破坏主要表现为层裂形式，破坏传播的速度非常快（大于1 m/ms），在突出发展初期不存在剧烈的粉化破坏。突出发展过程中煤中裂隙初始起裂主要是由于煤壁突然卸载形成的卸载波向里传播过程中被受围岩约束的煤部分反射回去，入射波和反射波叠加使煤处于受拉状态而发生拉伸破坏。即便地应力为零，含瓦斯煤体在突然形成暴露面时也会产生向深部传播的卸载波，进而引发层裂。     

基于特征选择与机器学习的煤与瓦斯突出危险等级协同预测方法

煤与瓦斯突出危险性预测可有效防止煤矿井下突出灾害事故。为进一步提高煤与瓦斯突出危险等级预测的科学性及准确性,构建了基于多算法和多元分析的煤与瓦斯突出动态预测模型。选择51组煤与瓦斯突出工程案例数据作为样本集,对样本数据进行空值填补、数据标准化等预处理,通过引入6种特征选择方法及6种有监督机器学习算法构建了42种煤与瓦斯突出危险等级预测模型。采用准确率、混淆矩阵、Kappa系数及F1值等指标对预测模型的性能进行验证与评估,筛选出精度及稳定度高的4种机器学习算法和3种特征参数组合,确定了8种最优分类模型,并对8组典型的煤与瓦斯突出事故案例进行等级预测。结果表明：8种最优分类预测模型准确率为0.667～0.961,Kappa系数为0.625～0.920,F1值为0.615～1;实际案例煤与瓦斯突出预测准确率为100%,突出等级预测准确率为87.5%。所构建的多参数、多算法、多组合、多判定指标的煤与瓦斯突出等级协同预测模型精度较高,且具有一定的普适性,可为煤与瓦斯突出危险等级预测提供一种新思路。     

煤与瓦斯突出危险性综合判识方法研究

针对我国现采用的煤与瓦斯突出鉴定方法不能准确判定煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性的问题,基于煤与瓦斯突出的演化过程,建立了煤与瓦斯突出激发过程的极限平衡方程,推导出了激发突出的判据关系式,表明突出发生与否直接与煤体强度、瓦斯压力、煤层方向应力和顶板支承压力相关,并与采高、支护作用等因素间接关联。结合典型的煤层物理力学和瓦斯参数,采用现有突出危险性鉴定方法和所建立的综合判识方法分别进行计算,并利用数值模拟方法进行验证,得出的综合判识方法对煤与瓦斯突出危险性的评价更为准确。     

煤与瓦斯突出过程中孔洞的形成机制

通过分析煤与瓦斯突出孔洞周围的应力分布和高压固气混合物的气体作用特征,分析了突出孔洞发生的位置、形状,得出了地应力控制孔洞的破坏范围并引导着孔洞破坏发展方向的结论,解释了突出孔洞的形成机制,达到了更为深入地认识煤与瓦斯突出机制的目的。     

含水煤体蠕变损伤特性及本构模型研究

为了获得水力孔洞周围煤体随时间的蠕变规律，进行不同含水率煤样的分级单轴加载蠕变试验。研究不同含水率煤样的蠕变规律及蠕变损伤演化特征，然后结合含水率优化传统Burgers模型。试验结果表明：煤样随含水率的增加，瞬时应变、稳定蠕变和加速蠕变都逐渐增大；瞬时应变均小于逐级加载阶段的蠕变应变；与干燥状态相比较，含水率为0.89%,3.54%和6.26%的煤样最终蠕变量分别为1.23 mm、1.68 mm和1.89 mm,蠕变量分别增加了9.82%,50%和68.75%,高含水率煤样蠕变增加幅度较大。基于含水率对蠕变参数的影响，传统的Burgers模型能描述衰减蠕变和等速蠕变两个阶段，但是，缺少对加速蠕变阶段的描述，以及串并联组合成的蠕变模型缺少对非线性蠕变过程的描述；引入含水损伤下的弹性元件和一个非线性时变黏性元件，对构建的含水损伤蠕变本构模型采用Levenberg-Marquardt优化算法辨识和反演确定参数，蠕变模型的理论计算值与试验结果吻合程度较高，能够描述煤体含水后的蠕变破坏规律。