浅埋极近距离煤层采空区垮落顶板活化结构及支架阻力研究

以霍洛湾煤矿5~7 m极近距离煤层采空区下开采为研究对象,采用物理相似模拟实验,揭示了下煤层初采阶段初次来压步距为20 m,周期来压步距为5.0~7.5 m,较上煤层来压步距明显减小。在采空区压实阶段,上煤层垮落顶板的结构出现活化,呈现台阶式下沉,动载明显,具有"台阶岩梁"结构特征。工作面来压出现周期性"高压区"和"低压区",高压区长度平均为16 m,高压区周期步距平均为25 m,上煤层顶板结构活化是形成下煤层高压区强矿压的主要原因。采空区煤柱下的支架载荷是高压区平均载荷的1.07倍,是低压区平均载荷的1.48倍。基于"台阶岩梁"理论计算得出,该工作面支架工作阻力应大于8 731 k N。     

可视化矿山的发展现状及关键技术

可视化矿山的建设是智慧煤矿的重要组成部分。通过总结目前可视化矿山的国内外发展现状,分析了可视化矿山建设存在的若干问题,结合模拟仿真、多场智能监测监控、大数据处理、物联网与互联网+等先进技术手段,提出了可视化矿山的建设应包括数据可视化、模型可视化、场景可视化和沉浸式(CAVE)可视化4个方面。同时,提出了以采矿模拟仿真的可视化矿山建设为基础,自动化和信息化建设为手段,智能化开采为目标的新型采矿研究体系,设计了由设备感知层、网络数据处理层、关键技术应用层和协同管理层构成的系统总体架构,形成了"一个核心(可视化矿山建设为核心)、多类数据库(数据库是可视化的载体)、一个标准平台(多信息融合)和一个服务目标(协同管理与决策)"的技术框架,基于2类3种(文档型和关系型2类,结构化、半结构化和非结构化3种)数据的处理和信息展现,实现4A式(Anyone、Anytime、Anywhere和Anydevice)关联互动平台。根据煤矿生产实践环节,针对矿山作业环境的特殊性和复杂性、安全隐患的不确定性、生产数据多样性与容量巨大性等实际问题,提出8个可视化矿山建设的关键应用技术:三维立体仿真模型、开拓和开采方案设计、矿井风量风速配置、专家决策、动态处理、危险源辨识与预警以及建立数字化集成操作平台,实现各生产环节的信息融合和智能化协同生产,促进煤炭资源的安全绿色开采。     

浅埋煤层大采高工作面顶板破断角实测研究

基于弹性力学和岩石力学,给出了浅埋煤层顶板破断角的理论计算公式,并在张家峁煤矿22201工作面辅助运输平巷施工9个钻孔,采用钻孔窥视确定了顶板的破断位置,得出了大采高工作面的顶板破断角,结合物理模拟实验对结果进行了验证。研究表明:理论分析得出浅埋煤层采场顶板破断角范围为56.2°～69.3°;现场实测得出22201大采高工作面顶板10～30 m层位的顶板平均破断角约为68.3°,根据物理模拟实验得出的大采高工作面顶板10～30m层位的顶板平均破断角约为66°,理论计算和现场实测、物理模拟实验结果吻合。此外,对浅埋大采高工作面周期性破断角的物理模拟实验统计分析,当采高M≥6m时,顶板破断角在64°～68°,与理论计算偏差在6%之内,表明理论计算公式具有较高的可靠性和适用性。     

浅埋极近距采空区下相向开采房柱采空区煤柱稳定性分析

以海湾煤矿长壁采空区下2206长壁工作面与王才伙盘煤矿房柱采空区下2201长壁工作面相向安全开采为工程背景,采用FLAC3D数值计算、物理模拟及理论分析相结合的方法,针对7 m极近距离煤层开采上部房柱采空区煤柱稳定性进行研究.结果 表明:2201工作面开采前,上部房柱区遗留煤柱平均载荷为7.6 MPa,安全系数为3.4...     

浅埋近距离煤层工作面过三角形斜交煤柱开采应力演化规律研究

针对浅埋近距离煤层工作面过上覆三角形遗留煤柱开采,存在顶板局部来压强烈和区段煤柱应力集中导致的巷道大变形等问题,以寸草塔二矿31109工作面为研究背景,采用现场实测、数值计算和理论分析相结合的方法,研究过三角形煤柱两次采动叠加应力的大小和范围的演化规律,揭示两次采动区段煤柱压力变化规律和相邻巷道破坏机理,明确巷道加强支护的范围和重点支护范围与时机。研究结果表明：上覆三角形斜交煤柱对其下方工作面煤层形成应力集中,最大应力位置位于斜交区段煤柱之下;当下煤层31206工作面开采后,31109区段煤柱应力上升为最大应力,应力峰值区位于与上覆斜交区段煤柱叠合区附近,峰值区宽度为240 m,对应该区域巷道变形破坏较明显。31109工作面开采过程中,在工作面煤壁与上覆斜交煤柱叠加区和工作面区段煤柱与上覆斜交煤柱叠加区存在应力峰值区,形成应力双峰;随着工作面推进,双峰应力不断升高,且煤壁应力峰值区逐步向区段煤柱方向移动,当工作面推进到区段煤柱叠加区时,双峰合并为更高的单峰应力;在工作面出斜交煤柱时区段煤柱应力达到最大,出煤柱叠加区后应力迅速减小;总体上,31109工作面开采后区段煤柱应力峰值区最大应力...     

陕北某矿3号煤层开采导水裂缝带高度测定

导水裂缝带的发育规律及其高度测定对矿井绿色安全开采具有重要意义.为掌握工作面开采过程中的覆岩垮落规律与裂隙发育规律,以陕北某矿3号煤层1309工作面为研究对象,采用物理模拟和工程类比方法进行实验测定.结果表明,工作面充分采动后的导水裂缝带高度为101.7 m,裂采比33.9;覆岩中第二关键层可以有效地抑制竖向裂隙的发育...     

赤泥基充填体力学和水化动力学研究

充填开采是资源绿色开采的重要方式之一,可有效控制地表沉降和保障人员安全。对不同赤泥掺量的充填体进行水化热和力学测试并分析其演化规律。其次,从微观尺度分析赤泥基充填体以解释强度变化的原因。最后,对最优配比的赤泥基充填体进行环境与经济效益分析。研究表明,赤泥基充填体的水化动力过程可分为结晶成核与晶体成长(NG)、相边界反应(I)和扩散(D)三阶段,水化度控制赤泥基充填体水化三阶段(NG-I-D)的进程。所有配比的赤泥基充填体均经历了NG-I-D阶段,相比于对照组,赤泥基充填体的α1较大,说明NG过程转变为I过程需要较大水化度,这与充填浆体的有效水灰比和成核作用有关。基于充填体强度指标,得出的优化配比是C-RM16。此外,赤泥基充填体的环境指标符合充填要求;同时经济效益分析表明,使用C- RM16配比的充填体可降低充填成本5.1~9.9元/m3,能实现可观的经济效益。     

基于PSO-SVR预测模型的综采工作面周期来压研究

为了准确预测综采工作面基本顶周期来压规律,采用灰度系统理论提取了影响综采工作面周期来压的八个显著因素。针对支持向量机(SVR)预测模型过分依赖主观选择的参数问题,建立了粒子群算法优化参数选择的支持向量机(PSO-SVR)预测模型。试验结果得出：PSO-SVR比SVR模型在周期来压强度和步距的均方误差分别降低为47.7%、74.3%,决定系数分别提升为45.7%、44.6%。为突显PSO-SVR模型性能的优越性,与应用最广泛的BP普通神经网络进行了对比试验,粒子群算法对标准支持向量机模型性能优化效果明显,较普通BP神经网络优势显著。可见,PSO-SVR对于多种因素影响的非线性耦合预测具有较高的精度和较强的泛化性。     

浅埋极近距采空区下工作面顶板结构及支架载荷分析

针对浅埋极近距离煤层采空区下开采支架载荷确定难题,以神府矿区某矿极近距离煤层开采条件为背景,采用物理相似模拟实验和理论分析方法,揭示了采空区垮落顶板二次采动结构的运动特征,建立了极近距离采空区下开采顶板结构模型,得出了支架载荷计算公式。研究表明,上层煤顶板垮落稳定后在采空区形成"自由冒落区"和"斜柱条梁区"。极近距离下煤层开采时,"斜柱条梁区"的顶板结构运动分为铰接离层段和沉降压实段,通过建立这2个阶段的顶板结构模型,给出了支架载荷计算公式,确定了以沉降压实段的支架载荷作为工作面支架选型的依据,通过石圪台煤矿浅埋极近距离煤层开采实践分析,验证了公式的可靠性。     

ARIMA-SVM组合模型驱动下的瓦斯浓度预测研究

针对单一瓦斯预测模型挖掘矿井瓦斯浓度时间序列全部特征能力较弱的问题,提出了一种基于自回归滑动平均模型（ARIMA）和支持向量机（SVM）模型的组合预测模型,并采用该模型对瓦斯浓度进行预测。首先,分别应用ARIMA模型和SVM模型对实验数据进行预测分析,得到2种单一模型预测结果。其次,结合自相关函数和偏自相关函数及贝叶斯准则,得到最优ARIMA模型为ARIMA(1,1,2),通过核函数等参数寻优,确立最优SVM模型,从而建立ARIMA-SVM组合模型。利用ARIMA模型处理瓦斯浓度时间序列的历史数据,得到相应的线性预测结果和残差序列,利用SVM模型进一步对数据残差序列中的非线性因素进行分析,得到非线性预测结果,将2个模型的预测结果进行组合,得到目标瓦斯时间序列最终预测结果。实验结果表明：(1) ARIMA-SVM组合模型预测结果与矿井实际数据的拟合度优于ARIMA模型和SVM模型。(2)相对于ARIMA模型、SVM模型,ARIMA-SVM组合模型的误差大幅度减小,且预测结果明显优于单一模型。(3) ARIMA-SVM组合模型的平均绝对误差、平均绝对百分比误差及均方根误差均为最小,表明AR...