矿井火灾的场量模型构建及其可视化仿真

为真实再现矿井火灾发展的变化及时空影响,探讨了矿井火灾的场量建模技术与其可视化仿真。基于矿山复合场的内涵,提出了面向矿井火灾的场量表达。经矿井火灾场量的空间几何特性、属性分布特性、运行状态特性、矢量方向特性及时序特性的建模分析,给出了适用于火灾场量的一体化模型结构,进而建立了分别用于描述井巷工程、通风网路及火灾烟流的空间几何场量模型、物理属性场量模型及气象参数场量模型。通过生成火灾场量的模型类与时序流程,实现了矿井火灾场烟流发展变化的三维可视化仿真。最后结合国内某矿山实际,验证了矿井火灾场量模型的可行性。     

星球次表层探测中地杂波抑制技术研究

星球次表层探测雷达一般采用偶极子天线,由于偶极子天线波束较宽,雷达同时接收到来自星下点和非星下点的回波,尤其是次表层回波会和表面非星下点回波同时到达,对获取次表层回波造成困难,因此有必要开展表面非星下点杂波抑制方面的研究。首先针对星载双天线系统,详细分析了双天线杂波抑制的原理,随后提出了采用递归自适应滤波（RI．S）算法的双天线杂波抑制方法,最后,通过仿真对RI,S杂渡抑制方法及其性能进行了验证。根据仿真结果分析,该方法取得了较好的性能,可以有效地应用于星球次表层探测系统。     

地下矿火灾烟流蔓延的三维仿真构模技术

为有效指导地下矿火灾救避灾方案的制定与实施,探讨火灾烟流蔓延过程的三维仿真模型构建技术非常必要。为此提出了以井巷空间三维结构模型构建为载体、以通风系统三维网络模型构建为保障、以烟流蔓延参数模型构建为核心的烟流蔓延三维仿真模型构建技术。通过以时间为序、采用体绘制技术对构建的烟流蔓延三维仿真模型进行了可视化实现,主要模拟了烟流在三维井巷中的动态蔓延过程,进而揭示了烟流温度、浓度等在时间、空间上的发展变化。并以国内某矿山为例,检验了烟流蔓延三维仿真构模技术的有效性。     

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关...     

基于采动-爆裂模型的导水裂隙带高度计算方法

煤炭开采导水裂隙带高度预测大多采用数值模拟和统计分析方法。基于煤炭现代开采工艺特点,采用系统理论与模拟方法,建立由采动体(开采系统与煤体)与受动体(采动覆岩)组成的采矿系统、"采动-爆裂"物理模型和采动能与应变能的变化关系;类比采动覆岩与岩石爆破的分区效应,确定了岩石爆破安全距离与导水裂隙带高度的关系;基于采矿系统内能量和动量守恒关系,建立了导水裂隙带高度与开采工艺参数和采动覆岩特性的近似关系和高度预测方法;因子灵敏度分析表明,采动因子和等效密度因子影响幅度最大;对采用煤炭现代开采工艺的兴隆庄矿区验证表明预测高度相对误差约为8.8%。     

循环载荷下煤样能量转化与碎块分布特征

煤矿开采中煤体常处于反复加卸载过程,研究煤体在不同加载速率重复载荷作用下的能量转化与破坏机制对认清煤矿动力灾害本质具有指导意义。利用MTS815.03伺服实验系统,通过单轴循环加卸载试验,结合能量和分形理论,获得了不同加载速率下煤样变形破坏各阶段能量积聚、耗散和释放的转化机制及其与煤样碎块块度分布规律的内在关系,为开展重复载荷作用下煤岩破裂响应及破坏机制的研究提供依据。试验结果表明:煤样能量转化具有明显的阶段性特征,可分为能量初始积累阶段、能量加速积累阶段和能量快速耗散阶段。煤样破坏前耗散能所占比例经历了高—低—高的过程,而弹性能则相反,加载后期弹性能比例下降或耗散能比例的升高,预示着煤样进入加速破坏阶段;能量集聚和释放与加载速率密切相关,随着加载速率的增大,峰值前弹性能所占比例逐渐增加,煤样破坏前更多的能量以弹性能形式储存在煤样体内,岩石破坏后,更多的能量被释放出来,煤样破坏越剧烈,其宏观破坏形态由剪切张拉和劈裂破坏向弹射破坏过渡;循环加卸载下煤样碎块分形特征具有明显的分段性,在小于尺寸阈值范围内具有较好的自相似性特征,不同加载速率下碎块分形维数为2～3,且随加载速率的增加成线性增长;加载速率越大碎块分形维数越大,煤样破碎程度越高,大块碎块所占比例越小,煤样碎块越破碎且单块碎块质量越小,煤样发生动力灾害的危险性越大。     

煤矿地下水库平板型人工坝体抗震性能分析

煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于大柳塔2^-2煤层煤矿地下水库基本情况,利用相似模拟实验、数值分析等研究方法,分析了不同地震(1～15 m/s²)作用下煤矿地下水库平板型人工坝体稳定性特征。相似模拟结果表明：煤矿地下水库平板型人工坝体可以抵抗10烈度以上(12 m/s²)地震作用,在由小到大地震循环加载作用下产生的最大位移为0.19 mm;人工坝体产生应力集中的位置主要在坝体底部,应力变化规律为底部>腹部>顶部,同一地震波作用下坝体反面应力峰值约大于正面10%,整个震动过程中人工坝体未出现裂隙发育情况,说明人工坝体始终保持弹性工作状态;顶部压力逐渐增加和循环地震作用过程中,人工坝体内应力急剧增加,坝体水平方向位移与非加压阶段相当,未表现出明显增加现象,但煤柱坝体在此过程中逐渐产生裂隙,最终裂隙贯通造成煤柱坝体垮落破坏。基于力学...     

神东矿区现代煤炭开采技术下地表生态自修复规律研究

 本文通过对神东矿区现代煤炭开采（超大工作面）不同扰动程度下地表变形和裂缝、地形、地表水、地表植被的持续动态监测,揭示了地表动态裂缝宽度自修复周期以及裂缝周边土壤水分恢复周期规律。研究表明,超大工作面显著增加了开采造成的地表稳定下沉区的面积和范围,显著提高了地表生态自修复能力。植被自修复能力草本＞灌木＞乔木,草本基本恢复到开采前状态,为解决矿区水环境改善、水资源供需矛盾以及区域经济可持续发展等提供了科技支撑。     

面向火灾的通风网络解算与三维可视化表达

通风网络解算是地下矿火灾仿真的前期工作基础,如何进行面向火灾的地下矿通风网络解算及建立相应可视化系统十分重要。针对此,构建通风网络系统图模型,以斯考德-恒斯雷算法为基础,采用数据库技术,对通风网络解算结果进行优化储存,实现了网络解算结果的高效快速调用。并利用可视化技术,实现了通风网络解算结果的可视化图文表达,为进一步的火灾仿真奠定了基础。最后,以某金属矿山为例,运用Java语言和JOGL绘制技术,实现了地下矿通风网络解算及其可视化图文表达,证实了该算法流程的可行性和有效性。     

缓倾斜煤层地下水库煤柱坝体宽度计算及影响因素分析

为分析缓倾斜煤层条件下煤矿地下水库煤柱坝体的影响因素,建立煤矿地下水库煤柱坝体力学模型,划分地下水库煤柱坝体在复杂应力环境下的强度分区,构建煤体的理想弹塑性应变软化模型,区分煤体的破坏过程阶段,推导煤柱坝体合理宽度的理论计算公式,并以灵新煤矿一采区煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸问题为例,分析不同因素对煤柱坝体理论宽度的影响规律。结果表明：与煤矿地下水库运行期间的储水因素(储水时间、储水高度及水源情况)相比,煤矿地下水库所处煤层的地质条件(厚度及埋深)对煤柱坝体合理宽度的影响要更大。