高压水射流割缝防治冲击地压的实验研究

冲击地压是一种主要的矿山灾害,它的发生一般是突然的并难以预见的,所以容易造成人员及财产损失。因此需找一种经济有效的卸压方法以防治冲击地压就成为了矿山减灾工作的重要课题。与传统的大孔径机械钻孔方法及水射流钻孔方法相比,利用现有小孔径进行水射流割缝卸压的方法具有更良好的卸压效果,并且对设备的要求比较低。因而被证明是一种行之有效并易于推广的防冲方法。     

唐口煤业首个防冲体系的构建及预控

冲击地压是矿山井巷或采场周围煤体与围岩由于释放变形能而产生的以突然、急剧而猛烈的破坏为特征的动力现象。构建责任、监测、卸压为一体的防冲体系,探索出矿井发生冲击地压一般规律,及时运用微震、电磁辐射等方法监测矿井冲击危险,采取煤层注水、卸压爆破、大直径钻孔卸压等方法进行卸压,释放能量,消除冲击危险,为矿井的安全生产提供了可靠保障。     

钻孔卸压布孔参数的数值模拟

钻孔卸压是解决冲击地压有效方法之一。为了研究布孔参数对卸压效果的影响,采用RFPA2D数值模拟软件,模拟钻孔直径、钻孔间距、钻孔深度、应力对卸压效果的影响。通过模拟及理论分析,得出在其他外界因素一定的条件下,卸压效果随孔径的增大而提高;钻孔时煤体中的应力越大,卸压效果越显著的论断。模拟结果表明：煤岩体在高应力状态35 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为3.5 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为4.5 m卸压效果好;在一般应力状态25 MPa下,钻孔直径200 mm时,钻孔间距为2.0 m,钻孔直径400 mm时,钻孔间距为3.0 m卸压效果好。     

高压水射流割缝防治冲击地压的数值模拟

冲击地压是采矿业中突发性、瞬息难以预见的灾害,它的发生常常会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此,研究便捷、可靠的防治方法,成为防冲减灾工作中的重要课题之一。传统的防治方法各有不足,将高压水射流割缝技术引用到防治冲击地压当中来,实现了本层煤的解放。基于ANSYS有限元软件建立高压水射流防治冲击地压的有限元模型,并对割缝后各部分的应力变化进行了数值模拟。结果表明,高压水射流割缝技术不但能够实现煤层卸压,而且卸压效果较好,具有很好的发展前景。     

小煤柱应力集中区钻孔卸压效果的数值模拟

在分析钻孔卸压机理的基础上,用ADINA模拟了小煤柱应力集中区钻孔卸压效果,得出了钻孔周围位移与应力分布变化规律.通过小煤柱应力集中区钻孔卸压效果模拟表明:合理钻孔孔径和孔距的卸压孔可以导致煤层结构性破坏,从而使应力峰值向深部转移.研究表明:钻孔对小煤柱应力集中区卸压效果十分显著.     

突出矿井延深水平突出危险性区域综合预测技术

在对国内外突出危险性区域预测理论和预测技术进行系统研究的基础上,基于白山坪矿井延深水平(-400~-600 m)的煤层赋存、顶底板条件、地质构造条件等情况,以延深水平开拓前与开拓后为时间区段,分别应用多种现有区域预测技术与方法进行水平、新采区和工作面的突出危险性区域预测,以提供科学、准确的预测结果,为科学合理采用防突技术提供关键依据.在对矿井延深水平3162工作面煤巷掘进的效果考察中发现,在采用区域综合预测结果分析后,仅对预测有突出危险性区域进行局部防突卸压后,经钻屑指标法对全工作面进行效果检验,其钻屑瓦斯解吸指标△h2和每个钻孔的最大钻屑量Smax均小于《防突规定》中的参考临界值,取得理想卸压效果.     

卸压(排放)钻孔破坏半径的数值模拟分析

为获得卸压(排放)钻孔破坏半径的计算表达式,利用RFPA2D数值模拟软件,模拟了不同煤层强度、不同煤层压力、不同孔径对钻孔破坏半径的影响,通过理论分析和回归分析得出了钻孔破坏半径的变化规律。通过多个方案数值模拟,定量得出了破坏半径与煤层压力呈幂指数关系,与钻孔有效直径呈对数关系,与煤层强度呈反比;所得出的钻孔破坏半径的表达式可用于不同条件下计算瓦斯排放钻孔的有效排放半径和卸压钻孔的有效卸压半径。结果对于钻孔卸压防治矿井动力现象有重要的理论指导意义。     

煤层钻孔卸压效果影响因素分析

钻孔卸压抽采瓦斯是解决瓦斯灾害的有效方法之一。为了研究地应力等因素对煤层钻孔卸压效果的影响,首先从理论上分析了钻孔周围的应力和卸压区范围,利用弹塑性力学理论得到了轴对称情况下卸压区半径的解析解,然后讨论了影响卸压区范围的地应力等各种因素并利用RFPA^2D分别进行了数值分析。结果表明：（1）非轴对称地应力条件下,卸压区半径随着埋深的增大而增大;（2）卸压区半径随着煤层强度的增大而减小;（3）卸压区半径随着煤层周围地应力以及钻孔孔径的增大而增大。     

煤层钻孔卸压效果影响因素分析

钻孔卸压抽采瓦斯是解决瓦斯灾害的有效方法之一。为了研究地应力等因素对煤层钻孔卸压效果的影响,首先从理论上分析了钻孔周围的应力和卸压区范围,利用弹塑性力学理论得到了轴对称情况下卸压区半径的解析解,然后讨论了影响卸压区范围的地应力等各种因素并利用RFPA^2D分别进行了数值分析。结果表明：（1）非轴对称地应力条件下,卸压区半径随着埋深的增大而增大;（2）卸压区半径随着煤层强度的增大而减小;（3）卸压区半径随着煤层周围地应力以及钻孔孔径的增大而增大。     

回采巷道冲击地压预测与解危研究

兖州矿业集团东滩煤矿通过14采区回采巷道冲击地压预测和解危研究,总结了东滩煤矿14采区冲击地压的发生规律,实践了利用钻屑法、电磁辐射法和应力分析法等预测冲击地压的方法,介绍了利用煤柱应力预处理措施、深孔爆破和大直径钻孔卸压等解危措施,提出了冲击地压采掘工作面施工的防护措施。     

冲击地压发生前微震活动时空变化的分形特征

矿山微震活动隐含着冲击地震趋势的信息，根据分形几何学观点研究了门头沟煤矿冲击地压发生前微震活动的时间分维特征，结果表明，冲击前微震信息的时间分维可以作为冲击地压的预测指标之一。     

冲击地压的混沌特性及动力模型研究

运用混沌理论研究了冲击地压的特性，通过震级数据的Lyapunov指数和Kolmogorov容量维分析，得出冲击地压具有混沌特性的结论并描述了其动力模型的最少参数。应用动力反演方法，建立了冲击地压的动力学方程组，为冲击地压的预测预报奠定了基础。     

Mechanism and monitoring and early warning technology for rockburst in coal mines

On the basis of the massive amount of published literature and the long-term practice of our research group in the field of prevention and control of rockburst, the research progress and shortcomings in understanding the rockburst phenomenon have been comprehensively investigated. This study focuses on the occurrence mechanism and monitoring and early warning technology for rockburst in coal mines. Results showed that the prevention and control of rockburst had made significant progress. However, with the increasing mining depth, several unresolved concerns remain challenging. From the in-depth research and analysis, it can be inferred that rockburst disasters involve three main problems, i.e., the induction factors are complicated, the mechanism is still unclear, and the accuracy of the monitoring equipment and multisource stereo monitoring technology is insufficient. The monitoring and warning standards of rockburst need to be further clarified and improved. Combined with the Internet of Things, cloud computing, and big data, a study of the trend of rockburst needs to be conducted. Furthermore, the mechanism of multiphase and multi-field coupling induced by rockburst on a large scale needs to be explored. A multisystem and multiparameter integrated monitoring and early warning system and remote monitoring cloud platform for rockburst should be explored and developed. High-reliability sensing technology and equipment and perfect monitoring and early warning standards are considered to be the development direction of rockburst in the future. This research will help experts and technicians adopt effective measures for controlling rockburst disasters.     

基于多重判据的高楼山隧道岩爆倾向性判别

为探究不同层理倾角对岩体岩爆倾向性的影响,以武九高速土建工程高楼山隧道的层理灰岩为研究对象,通过室内单轴加载与加卸载试验,结合弹性应变能岩爆指标、临界埋深岩爆指标、陶振宇岩爆指标和Russense岩爆指标对不同层理角度的岩样进行了岩爆倾向性综合分析.结果表明:不同岩爆指标的判别结果之间存在一定差异;层理角度对岩爆倾向性有显著性影响,当层理角度为60°时岩爆倾向性最高,层理角度为45°时岩爆临界埋深最浅;基于多重判据的岩爆倾向性判别法为在具有层理结构岩体的地下工程中进行岩爆灾害的预测预报提供了有益参考.     

预测预防岩爆的探讨

在大量的理论与实践基础上,通过建立一种更有效、更实用的方法 对地下工程进行岩爆预测,提出了用岩层注水法预防岩爆的发生,应用效果较理想。     

针对具有稀疏性的流式大数据卸载方法

在保证实时性的前提下提高流式大数据卸载的准确性是一个重要问题。针对具有稀疏性的流式大数据开展2种典型场景下的卸载研究。对普通均匀业务的流式大数据进行空间建模,使用弹性距离对数据间的距离进行放缩,提出基于离心率的卸载方法。对异常检测业务流式大数据应用场景进行特征分析,使用预处理自动机对数据的动态处理过程进行描述,在综合考虑数据和处理行为相似度基础上,提出基于等价类划分的卸载方法。重复试验表明,所提出的卸载方法与传统卸载方法相比能明显提高卸载的有效性。     

长距离超高扬程输水系统水锤防护模拟研究

为研究长距离、超高扬程、一次加压提升的长距离输水系统水锤防护问题,结合我国西北地区某工程实例,针对超高扬程达370 m、一次加压提升的长距离输水系统建立了水锤防护设备模型.以特征线法对其进行求解,分别以两阶段控制阀、单向调压塔、气压罐为水锤防护设备方案,建立水锤防护设备模型,分别模拟分析事故停泵管线水锤防护效果,最终通过综合对比技术性能和经济性能来确定最优的水锤防护方案.结果表明,对于超高扬程、一次加压提升的长距离输水系统,在水泵出口处设置气压罐进行水锤防护,能够有效缓解过高和过低的水锤压力,水锤防护效果好.针对不同长距离输水工程特点,建立各种水锤防护设备模型,以特征线法进行求解,其求解结果有效指导水锤防护方案的优选.     

基于3种机器学习模型的岩爆类型预测

岩爆类型预测是防治和控制硬岩矿山岩爆灾害的有效方式。基于国内外397组岩爆案例数据，规范训练集与测试集的数据预处理方式，采用模型参数优化及交叉验证技术获得最近邻、支持向量机与决策树模型最佳参数；对比分析主成分分析法（PCA）与过采样SMOTE对3种机器学习算法预测准确率的影响，并采用准确率、精确率、召回率、F1等指标对模型预测性能进行评估。结果表明：主成分分析对3种机器学习模型的预测准确率并无提升，不同岩爆类型的样本之间不具有较为明显的决策边界；过采样SMOTE算法仅对决策树模型有明显的提升，基于过采样建立的SMOTE-DT模型预测准确率为77.50%，高于仅对原始数据集进行标准化处理的KNN、SVM模型的68.75%与57.50%；SMOTE-DT在高估与低估岩爆类型表现优于KNN与SVM模型，对于四种岩爆类型的F1值均大于0.7，岩爆预测性能稳定可靠。此外，采用本文构建的3种机器学习模型对山西紫金金矿进行了岩爆类型预测，模型预测结果与现场观测结果相一致。本文构建的三种用于岩爆类型预测的机器学习模型避免了训练集信息泄露对测试集造成影响，研究结果为岩爆类型预测及规范机器学习模型训练过程提供了理论支撑。     

输油管管壁轴向缺陷应力分析

长输油气管线由于腐蚀所引起的管壁缺陷,是油气管线正常运行的一大隐患。针对管壁上的轴向缺陷,用有限元法对其进行分析计算,给出了管壁轴向缺陷处的应力分布规律,并研究了缺陷长度、宽度和剩余壁厚对应力的影响。同时拟合了缺陷处应力的计算公式,为工程技术人员的设计计算,以及现场管道安全运营动态管理提供了依据。