基于MLR-RBF的岩石强度智能随钻识别实验研究

提高巷道掘进效率、减少冒顶事故是实现煤矿安全高效和智能化开采的重要内容,其关键是对巷道围岩的合理支护设计,而煤矿顶板岩层强度的实时智能感知对巷道支护设计至关重要。利用自主搭建的微型钻进实验平台和制作的砂浆试样,开展钻进实验以获取随钻参数,并测定砂浆试样的单轴抗压强度。采用小波阈值法对随钻参数去噪后,分析钻速、转速和砂浆试样强度对推力和扭矩的影响。基于随钻参数构建预测岩石强度的多元线性回归(MLR)模型,利用径向基函数(RBF)神经网络对MLR模型得到的强度预测残差修正,建立MLR-RBF岩石强度组合预测模型,对MLR和MLR-RBF模型进行验证,并利用MLR-RBF模型对粉砂岩、细粒砂岩和粗粒砂岩3种岩石强度进行预测。研究表明：钻速和转速均与钻进推力呈负相关,但随转速增加旋转扭矩也增加,且扭矩值随钻进深度增加而缓慢线性增加;构建的MLR模型的预测相对误差均值为8.58%,MLR-RBF模型的预测相对误差均值为1.75%,证明了MLR-RBF模型的有效性;MLR-RBF模型对岩石强度的预测误差均值为6.67%,该模型对岩石强度的预测效果较砂浆试样差,主要是因为岩石与砂浆的均质性不同。     

基于回采巷道破碎程度的浆液性能选型研究

工作面回采巷道围岩破碎程度不同,应采用不同性能的注浆材料对围岩进行分区、分类加固。采用BP神经网络算法,建立了回采巷道围岩破碎程度与注浆材料性能的“地质条件—浆液性能”互馈模型。该模型选取顶板岩层强度、煤层强度、底板岩层强度等7个地质条件参数作为输入因子,选取注浆材料7 d抗压强度、初凝时间和初始黏度作为输出因子。利用34组数据对模型进行训练,8组数据作为测试样本开展误差分析。结果表明：训练集拟合系数达到0.999 95,测试集输出因子相对误差低于13%,训练和测试效果较好,能够满足基于围岩破碎程度进行浆液参数选型及预测的要求。     

急倾斜煤层流态化反循环钻采技术研究

急倾斜煤层是广泛赋存于我国西部、南部等地区的复杂难采煤层,研发新型急倾斜煤层流态化无人开采方法对保障急倾斜煤层安全生产意义重大.为实现反循环连续式流态化开采,本文提出了一种深部急倾斜煤层流态化反循环钻采设备及工艺,设计了急倾斜煤层流态化反循环钻采一体机,论述了该钻采一体机的组成、架设方式和基本工作原理;提出了钻采平行作...     

大倾角双斜工作面岩移规律数值模拟研究

为研究大倾角双斜开采工作面的采场应力分布与围岩变形破坏特征,根据新集二矿E1108工作面地质条件,采用UDEC2D3.1数值模拟软件分别对大倾角双斜工作面俯采与仰采时的岩移规律进行了模拟计算,并对现场相关实测结果进行了分析.结果表明,大倾角双斜工作面俯采及仰采时采场围岩应力分布及覆岩变形破坏特征均呈现与近水平或缓倾斜煤层不同的特殊规律.数值模拟分析与现场实测结果基本一致.     

深部高温矿井大断面岩巷TBM智能掘进技术——以“新矿1号”TBM为例

我国中东部众多矿区相继进入深部开采,面临着采掘接续紧张的突出问题。大断面岩巷TBM掘进以其智能化程度高、作业安全、掘进效率高等特点已逐渐应用于浅部矿井,在深部矿井中却应用极少,匮乏建设经验。因此,为研究深部矿井岩巷TBM智能高效掘进技术,提升深部矿井机械化、智能化建设的水平,山东新巨龙煤矿研发了大断面岩巷TBM智能掘进系统("新矿1号"),系统集成了掘进、出渣、支护、除尘、通风、降温、导向、防爆、防冲等技术于一体,实现了深井直径6.33 m硬岩巷道智能掘进、掘进时锚杆自动化施工、掘支平行作业等技术。基于此,综述了深部高温矿井TBM全断面硬岩掘进机应用的关键技术,主要包括:(1)适用于深部高温矿井的岩巷TBM掘进装备建造模式;(2) TBM大尺寸部件的大埋深、长距离运输与安装技术;(3) TBM智能掘进技术;(4)深井超大断面安装硐室和掘进巷道围岩稳定性控制技术;(5)深部高温高地应力矿井TBM智能掘进综合保障技术,包括:TBM通过高应力软岩破碎带等不良地层的地质预报、降温、除湿、降尘等技术。旨在通过论述该设备的研发和应用过程,提出深部矿井硬岩TBM掘进的难点和解决方法,为类似矿井采用T...     

翟镇煤矿智慧矿山生产模式研究与实践

针对翟镇煤矿井下综采装备落后、生产效率低、矿井运行体系复杂的问题,提出了智慧矿山生产模式,围绕煤矿八大系统,建立了智慧生产系统评价模型,分析了智慧矿山建设中八大系统的权重.在翟镇煤矿研究应用了采煤工作面无人化开采智能集控技术、掘进工作面智能化自动控制技术、矿井运输系统无人化巡检及自动控制技术、矿井生产保障系统自动化控制技术、基于数据融合的安全检测智能控制技术及智慧矿山综合信息平台与手机APP软件等,形成了智慧生产系统关键技术体系.实践证明,翟镇煤矿智慧矿山建设后,采煤效率提高了35%,掘进效率提高了30%,辅助系统高度智能、安全监控系统更加可靠,单班下井人数减少了115人,实现了煤矿生产的少人化和自动化,为我国智慧矿山建设提供了理论与技术借鉴.     

大倾角双斜工作面俯采段矿压显现规律研究

结合现场实测数据,应用MATLAB软件,分析研究了大倾角双斜工作面俯采段矿压显现规律及其与工作面俯角的相关性等问题。结果表明,大倾角俯采工作面矿压显现规律较为特殊,表现出周期来压步距相对较长,支护阻力沿工作面倾向呈现两种不同的分布特征,随着工作面俯角增大支护阻力显著降低等特点。     

基于海量矿压监测数据的采场支架与顶板状态智能感知技术

超前感知综采工作面顶板来压并预判冒顶事故、自主评价支护参数的适应性,是提高综采工作面安全高效及智能化水平的基础。围绕综采工作面支架与顶板状态智能感知的核心问题,基于综采工作面电液控制液压支架海量监测数据,开发了综采工作面支架与顶板状态智能感知系统(SSRI);结合大数据挖掘及工作循环分析技术,提出了用于支架压力分析的多因次工作循环特征参数;研究了安全阀开启、割煤及邻架移架、地质等多种因素影响下的单台支架承载特征及支架群组载荷转移分布规律;在深入解读支架阻力及活柱下缩时序曲线所蕴含的支架与围岩相互作用关系的基础上,构建了支架与顶板状态智能感知模型,实现了对顶板来压的预测、冒顶预警、支架适应性及支护质量评价,初步建立了基于海量矿压监测数据的采场支架与顶板状态智能感知技术体系。结果表明:①额定工作阻力不应作为评价支架承载能力的惟一或主要指标,初撑力、额定工作阻力及安全阀开启特性等参数共同决定了支架的承载特性及承载能力;②充分挖掘分析海量矿压监测数据,可以实现采场顶板灾害智能预警、支护质量评价及故障诊断等研究目标;③对海量监测数据的深入分析与利用是实现综采工作面支架围岩耦合自适应控制、支护参数自适应调整等智能化开采目标的前提与基础。     

大倾角仰(俯)采采场顶板破断的薄板模型分析

为了研究大倾角仰采、俯采采场顶板破断机理,建立了大倾角仰、俯采顶板薄板力学模型,利用薄板理论并结合力学分析、数值计算对大倾角俯采及仰采工作面破断时的基本顶岩层应力分布特征与破断机理进行了分析计算,得出了薄板极限破断准则和破断步距理论计算式.结果表明:大倾角仰(俯)采采场顶板破断形式不同于近水平煤层顶板的"O-X"型破断;倾角影响并决定着采场顶板倾向方向的破断特征;走向仰(俯)角对顶板岩层初次破断特征和周期破断特征呈现出不同的影响.     

基于爆破卸压的深部构造应力富水软岩巷道底鼓控制技术研究

底鼓是深部高应力软岩巷道常见的底板破坏形式,也是影响矿井安全高效生产的制约因素,更是目前千米深井亟待解决的关键问题。为解决深部高应力软岩巷道底鼓制约煤矿安全高效开采的现场问题,以平煤某矿-950水平回风大巷为工程背景,采用井下试验、物化分析、室内试验相结合的方法,从岩石强度和应力特征视角分析了围岩结构、矿物成分、水理作用、支护强度、原岩应力对巷道底鼓的影响机制,发现了高构造应力和水理作用是影响巷道严重底鼓的主要因素,揭示了该巷道的挤压流动性底鼓和遇水膨胀性底鼓机理。根据深部高应力软岩巷道底鼓机理分析,提出了基于底板爆破卸压的注浆加固底鼓联合控制技术,利用松动爆破技术阻断底板高应力传播路径,改善巷道围岩应力环境,释放底板压力;同时,利用注浆加固技术强化巷道底板围岩的承载力,提高底板抗变形能力。基于上述研究成果,提出爆破卸压+注浆加固的布置方案与参数,并进行了工业试验和底鼓变形监测。现场工业应用监测结果表明：采用底板松动爆破+注浆加固的联合支护方案后,巷道底板围岩处于稳定状态,底板在300 d内最大位移不超过310 mm,巷道底鼓变形量较无支护状态下减少了36.7%～49.0%,巷道底板未...