基于BP神经网络的矿石非计划贫化预测

为了消除等效线性超挖（Equivalent Linear Overbreak Slough,ELOS）经验图表法估算矿石非计划贫化的局限性,采用BP神经网络算法,以采场稳定指数、水力半径、钻孔平均偏斜量和炸药单耗为输入变量,以量化矿石非计划贫化的等效线性超挖深度为输出变量,建立了隐含层神经元节点数为6的3层BP神经网络预测模型。经过120组样本数据模型训练和样本测试,BP神经网络预测模型的拟合度为0.987 42、均方误差为9×10-5,预测的相对误差约6%,形成了矿石非计划贫化预测方法。应用BP神经网络非计划贫化模型对三道桥铅锌矿试验采场进行了矿石非计划贫化计算。结果表明：基于BP神经网络的矿石非计划贫化计算值为0.717 m,与现场实测值（0.7 m）相比,其相对误差为2.4%,优于经验图表法和数值模拟分析法的计算结果（0.80 m和0.55 m）,可用于实际矿山的矿石非计划贫化预测。     

煤层气-水两相流渗透率测定实验研究

煤的绝对渗透率、气-水相对渗透率在预测煤层气开采中甲烷和水的产率是极为必要的参数。以晋城天地王坡煤矿为例,利用稳态法测定煤层气-水两相流有效渗透率及束缚水状态煤岩绝对渗透率,得到气-水相对渗透率关系曲线及有效应力与气、水有效渗透率关系曲线,揭示一些新的规律:气、水相对渗透率随围压增大而略有增加;气、水有效渗透率随有效应力的增加而降低,降低了其渗透性能;有效应力存在某一分界点,当小于该值时,气、水有效渗透率随有效应力的增加而迅速降低,对于天地王坡煤矿3?煤样测定结果,有效应力分界点为2.7MPa左右;有效应力存在某一临界值,当大于该临界值时,气、水有效渗透率随有效应力的增加而降低,但幅度不大,对于本实验煤样,有效应力临界值为8.5 MPa左右。实验结果可为煤层气的合理抽采提供基本理论依据。     

爆炸冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律研究

利用低能爆炸加载方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑光测手段（ DSCM ）,研究高速冲击载荷作用下吸能支护巷道变形规律。试验结果表明,巷道顶板首先出现微裂缝,顶板向下位移约为 0.6 mm ,顶板岩层与煤层交界处无错动现象,冲击波重复作用使得模型顶面出现贯通裂缝,但巷道及周围岩体并无破坏,说明吸能支护可吸收大量冲击能,从而有效降低对巷道的冲击破坏。通过模拟试验结果可知,采用吸能支护可大大降低巷道的破坏程度,对于采矿工程安全生产具有实际意义,同时为巷道支护提供一种新方法。     

煤体破裂分形特征与声发射规律研究

探究离散性影响下煤体力学行为演化机制及失稳预测方法是有效提高冲击地压预测准确性的关键,开展煤受载破坏声发射监测试验并对破碎块体筛分统计,获得了强度、块体分形特征、声发射信号规律及其相互关系。研究结果表明:受裂隙及夹矸等影响煤体内部形成承载结构缺陷区导致其强度具有显著离散性,含有夹矸或裂隙越多,煤体受载过程弹性区越短承载能力越低,破碎后完整性较高,峰后软化特征明显,煤体单轴压缩破坏块度分形维数为2.08~2.60略高于岩石,碎块分形维数随峰值应力增加而升高,将质量频率分布曲线的斜率定义为碎块密集度(k),碎块密集度越小煤体分形维数越大,破碎块体的数目越多体积越小破碎程度越高;煤体受载过程声发射能量、信号密集度和能量累积量随强度正相关变化,声发射累积量正比于分形维数,结合试验统计结果,深入分析了声发射能量与分形维数间的内在联系,并建立了声发射累积总能量随分形维数变化的经验公式,研究成果为定量的分析声发射信号与煤体力学行为间相互关系提供指导。     

别斯库都克露天矿火烧煤岩三轴抗剪特性实验研究

煤岩体均处在三维应力状态下,剪切破坏特征与其受力情况有着密切的关系,开展三轴条件下煤岩体抗剪特性研究非常重要。以新疆别斯库都克露天煤矿火烧区火烧蚀煤岩为例,实验室加工火烧蚀煤岩型煤,进行三轴条件下的抗剪强度特性实验,得到三轴应力条件下的试样应力-应变关系曲线和抗剪强度包络线,实验结果可为新疆别斯库都克露天煤矿火烧区边坡煤岩体的稳定分析提供有力依据。     

煤矿冲击地压巷道三级支护理论与技术

建立了冲击地压巷道"应力-围岩-支护"力学模型,得到了考虑巷道支护作用下冲击地压启动应力条件为远场应力大于临界应力,停止的能量条件为近场围岩吸收能量和支护吸收能量大于远场释放能量。基于巷道围岩与支护体动力响应分析发现,冲击地压发生过程中围岩阻尼特性、锚固岩体的抗冲击吸能特性及巷内支护体的阻尼及刚度对冲击载荷作用下巷道围岩的稳定性具有重要影响。提出巷道冲击地压防冲支护应从静-动力学两个角度,同时考虑"启动—破坏—停止"全过程。①在冲击启动前,依据冲击启动的应力条件降低煤体应力,减少弹性能积聚,提高支护阻力,增加启动难度;②依据冲击停止的能量条件,在冲击过程中,通过改变煤岩体结构与介质属性,吸收或消耗冲击能;③在冲击应力波传播的末端,通过提高巷内支护结构阻尼吸收剩余冲击能,减弱冲击应力波对巷道支护结构的破坏。提出冲击地压巷道支护结构应具有让压可缩与吸能特性,防冲支护应根据冲击地压能量特性进行分级设计。研发了吸能锚杆索、吸能O型棚、吸能液压支架等吸能支护装备,利用吸能构件的结合及功能互补特性建立了三级吸能支护体系,三级吸能支护系统具有径向让位、环向可缩以及轴向稳定特性,实现了冲击地压巷道三维...     

复杂地质构造对热采水平井弯管段套管应力影响的数值分析

通过复杂地质构造对热采水平井弯管段套管应力影响的数值分析,得出了不同地质构造及筛管悬挂高度对弯管段套管应力影响的基本规律.计算结果表明:筛管悬挂高度越高,套管拉应力越大,且最大拉应力值远小于套管屈服强度;复杂地质构造中薄弱部位,极易产生应力集中现象,套管应力超过了其许用应力值,增加了套管损坏的风险.     

考虑几何尺寸和物性参数影响的铝硅闭孔泡沫材料冲击吸能性能分析

几何尺寸和物性参数对铝硅闭孔泡沫材料动态力学性能影响较大。消除材料自身尺寸效应的影响,采用落锤冲击实验方法对不同几何尺寸和物性参数的泡沫材料进行冲击实验,研究几何尺寸和物性参数对材料冲击吸能特性的影响。冲击实验结果表明:(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量却有减小趋势,说明材料几何高度增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击载荷能力降低,立方体试件高宽比在1.0～1.5之间为宜,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好;(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,说明材料直径的增加提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体高宽比为1.0左右为宜;(3)材料密度越大,抗压强度值也越高,但峰值后的突降也越大;材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低;材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大;(4)对比结果得到冲击吸能效果良好的泡沫材料合理物性参数,密度为0.35～0.70g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0mm。     

考虑初始孔隙性的含瓦斯煤岩力学本构关系与损伤演化研究

冲击地压及瓦斯次生灾害更易在深部复杂的地质构造区域发生,其实质是煤岩介质在变化多样的地应力、采动应力与瓦斯共同作用下的力学平衡系统失稳过程,准确描述含瓦斯煤岩受载过程的力学关系是明确煤岩动力灾害孕育与发生机制的根本.考虑原生裂隙对煤岩力学性质的劣化特性,将其定义为初始损伤,理论推导了以孔隙率表征的初始损伤公式,综合考虑初始孔隙率、吸附瓦斯煤岩基质膨胀、瓦斯运移的软化特性及真三向应力状态,构建了基于非均匀性统计理论的含瓦斯煤岩损伤演化方程及力学本构模型,并定性分析了各参量对煤岩力学性质的影响规律.结果表明:当煤岩初始孔隙率越高时,任意截面的裂纹长度、宽度和条数均增加,有效面积减小,局部更易产生应力集中,损伤曲线在峰值损伤量更高及峰后段增长率略降低,反之,当均质度越高时,其峰值点处的损伤值越低,损伤演化越滞后并集中于峰后阶段发展,相应的损伤演化曲线斜率越大;随瓦斯压力升高,煤岩吸附产生的膨胀应力明显增加,吸附参量a、b值同样对膨胀应力具有促进作用;弹性模量和均质度对煤岩强度及峰后应力降模量均呈现为正相关影响,使煤岩冲击危险性增强;初始损伤和较高的瓦斯压力均促进了煤岩中裂隙的发育,降低了煤岩性质的均一性,使强度和峰后应力降模量减小而塑性特征越发显著并促进煤岩软化,这也是高瓦斯煤层冲击地压低于常规指标发生的原因.