光纤传感应力检测的相似模拟实验

为定量化研究矿山相似材料模型的岩层移动规律,采用光纤Bragg光栅传感器、百分表和光学全站仪等多种测量手段,建立了基于光纤Bragg光栅传感器的模型应力应变检测系统,模拟采场上覆岩层由于采动引起的移动变形过程。实验室搭建3 m×1.15 m×0.2 m的采场上覆岩层移动的相似材料模型,几何相似比1∶200,模型中埋入3个不锈钢封装和6个醋酸乙烯封装光纤Bragg光栅传感器,1个陶瓷封装的温度光纤光栅传感器用以温度补偿,模型共架设14个百分表和6条全站仪测线。实验结果表明,光纤传感器对模型开挖过程中的应力状态变化形成了监测,光纤传感器的波长漂移量与相应岩层的垮落形态密切相关;模型实际岩层运移影响了光纤传感器波长漂移量曲线的变化,在岩块断裂时引起的FBG04的最大波长漂移量为1 504.24 pm;实验所用的不锈钢封装传感器的平均灵敏度为32.53 pm/mm,醋酸乙烯封装传感器的平均灵敏度为56.32 pm/mm,醋酸乙烯封装的光纤Bragg光栅传感器平均灵敏度是不锈钢封装的1.73倍。     

基于火灾风险评价理论的城镇消防站选址优化——以山西夏县瑶峰镇为例

构建瑶峰镇消防重点单位火灾风险指标体系,采用层次分析法评判得出瑶峰镇消防重点单位的火灾风险,排序为易燃易爆场所商场、集贸市场公共娱乐场所学校、幼儿园宾馆饭店重要机关高层住宅建筑。以火灾风险性最高的易燃易爆场所为重点消防对象,使用ArcGIS软件和传统消防站布局法,对瑶峰镇进行消防站优化选址。研究结果表明无论4 km2还是7 km2的消防站责任区面积,瑶峰镇城区都需要建设两个消防站,比原有消防站在位置上有很大的变动。在ArcGIS系统中的道路布局图上,可以确切得到新消防站的具体建设位置,为瑶峰镇政府建设新消防站提供优化决策。     

大倾角煤层长壁开采顶板结构时空演化特征

为了明确大倾角煤层走向长壁开采顶板结构时空演化规律,采用物理相似模拟、数值模拟、现场实测综合互馈的研究手段,对采空区矸石的非均匀充填特征、顶板结构空间展布形态、围岩主应力大小渐变与方向偏转的演化过程和支架工作阻力的区域性特征进行研究。结果表明：随着推进距离的不断增大,底板上矸石堆积范围增大,在支架后方采空区开始往复出现倒三角的临空面;在深部采空区,矸石堆砌与水平面之间夹角沿倾向下部至上部不断减小;顶板位移呈现出“增大-稳定”的演化趋势,峰值位置由工作面倾向中上部区域向倾向中部迁移;顶板应力传递拱壳呈典型的非对称分布特征,拱壳内部岩体受力状态由双向受压转为单、双向受拉,主应力方向由x轴正向转为负向;顶板变形破坏的非对称性使得工作面支架工作阻力呈现倾向中上部较大、离散程度高,倾向中下部较小、离散程度低的区域特征。研究结果可为大倾角煤层长壁采场顶板稳定性控制提供一定的参考与指导意义。     

采空区覆岩采动裂隙演化过程及其分形特征研究

为了研究采空区覆岩采动裂隙形成过程中的演化规律,基于煤岩细观破裂力学特性的数值模拟方法,结合非线性的分形几何理论,研究了覆岩采动裂隙演化过程并定量地描述了其时空分布特征,结果表明：采动下覆岩不断劣化,其内部细观损伤积累最终引起覆岩破坏.采动裂隙演化过程中的声发射具有自相似性的分形特征,加载后其分维值首先小幅度的升高,随后急剧下降,尤其是在破坏前降到最低,该特性可作为评价覆岩破坏的有效指标.上述结果能很好地解释覆岩采动裂隙的演化机制,并指导灾害发生前覆岩稳定性发展趋势的预测预报等防治实践.     

大倾角“三软”富含水大采高工作面围岩运动规律

掌握复杂条件下大倾角大采高工作面围岩运动规律是保证安全回采的前提条件。以宁东矿区清水营矿大倾角"三软"富含水大采高工作面为背景,根据现场勘查、室内实验和现场监测成果,建立了基于倾角变化的FLAC3D数值模型,计算分析了开采扰动过程中大倾角大采高覆岩应力与变形演化的特殊规律,确定了工作面周期来压步距为10~15 m左右,为安全开采提供了科学依据。     

急倾斜煤层顶煤超前预爆破工艺分析

急倾斜煤层综放面顶煤弱化是实现安全高效开采关键技术之一。水平分段放顶煤开采已成为乌鲁木齐矿区目前采用的主要开采方式。以乌鲁木齐矿区急斜特厚煤层高阶段综放开采问题为研究背景,通过对碱沟煤矿东三+564 mB3+6综放工作面煤层赋存与开采条件调查,辨识了影响安全开采的灾变源,实施了顶煤超前预爆破弱化工艺,并采用多种监测手段,保障了安全开采。     

大采高综采支架工作阻力综合分析与确定

通过基于全波形声发射的岩石力学特性参数试验及分析,6.2m大采高综采支架工作阻力物理相似模拟,采用FLAC3D三维有限差分计算分析等方法和手段,分析工作面向前推进过程中上覆岩层的垮落、破断对工作面支架支护阻力的影响,并对模拟支架工作阻力进行了统计分析,确定了合理支护强度或合理支架工作阻力,为羊场湾煤矿6.2m大采高工作面的安全开采和支架工作阻力参数的确定提供了科学的依据。     

煤自燃特征信息的模糊聚类与模式识别

研究煤自燃特征信息,确定煤自然发火预测指标,实现煤自燃的早期预报,对煤矿的安全生产具有重要的实际意义.根据煤样自燃发火过程模拟实验和程序升温实验,得出煤自燃特征温度段,依据多元信息融合技术,结合现场采集煤自然发火观测气体数据,应用模糊聚类的方法,提取煤自燃多项指标信息的特征,并采用模糊模式识别的方法,确定出煤自燃特征信息及其与特征温度段的对应关系,从而实现煤自燃状态的识别和早期预报.     

亭南煤矿综放开采矿山压力数值模拟

为了分析综放工作面顶板断裂、垮落形式,以及工作面支承压力分布及影响区域范围,对亭南煤矿101综放面,分别应用UDEC与FLAC3D软件进行了数值模拟对比分析.结果表明随工作面的推进,直接项出现离层、破断,并在采空区前后煤壁上方基岩出现拉裂缝.当工作面推进到60m左右,老顶出现初次破断,形成初次来压,之后工作面每推进30 m,老项出现周期来压.模拟结果再现了顶板冒落、离层、破断,综放面初次、周期来压及围岩应力集中、重新分布等现象,这些结果与现场矿山压力观测结果基本吻合,为矿压观测提供了直观、准确的数值分析方法.     

基于覆岩破断特征的极薄煤层工作面支架工作阻力确定

延安子长矿区极薄煤层分布广泛,因赋存煤炭为稀缺配焦煤,回采价值较高,但该矿区未有过开采极薄煤层的先例,开采过程中面临支架选型不合理的问题,且国内在该方面的研究成果较少,因此,以禾草沟二号煤矿极薄煤层综采工作面为背景,通过数值模拟、理论分析等研究了极薄煤层综采工作面顶板覆岩结构破断特征及其演化过程,建立了采场顶板岩梁断裂前后力学解析模型,获得了极薄煤层综采工作面直接顶周期破断距,确定了合理支架工作阻力。结果表明：极薄煤层工作面开采初期顶板垮落后会较快的对上覆岩层形成支撑,至顶板极限跨距后,直接顶与基本顶周期破断,且基本顶破断位置位于直接顶破断线前方,两者间存在离层空间,共同回转下沉;工作面液压支架主要受直接顶回转载荷作用,其作用载荷为3 980.89 kN,确定支架选型为ZZ4000/6.5/13D四柱支撑掩护式液压支架;现场应用后,可以有效发挥支架支护性能,满足采场围岩控制要求。研究成果为国内极薄煤层开采工作面支架选型提供了一定的参考。