摘要：巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。

摘要：在分析冲击地压矿井设计现状和问题的基础上,围绕科学产能这一主题,综合考虑我国各个发展阶段的冲击地压矿井的差异性,以降低煤岩体中应力集中和能量积聚,科学确定采掘工作面生产能力为思路,提出了冲击地压矿井科学产能确定构想。3个关键科学问题包括:采煤方法的科学选择;工作面宽度的合理划分;安全推进速度的科学调控。在分析了不合理产能强采动诱冲原理基础上,提出了根据不同采煤方法的采动力学过程优选采煤方法的方法,厘清了工作面宽度对顶板垮落结构的影响,理论推导出了采掘工作面推进速度对顶板载荷的影响,并结合高速推进加剧形成了煤岩体应力集中和弹性能量积聚程度,以及与微震事件总能量、频次等监测指标存在正相关性的基础上,利用理论分析、数值仿真、相似模拟及现场监测等手段给出了互反馈和负反馈两种安全推进速度调控方法。构建了从煤岩属性层面、工程设计层面、采掘扰动层面3个维度的三维联动冲击地压动力灾害调控技术,一方面通过主动改性降低煤岩体的冲击危险性,另一方面通过科学确定冲击地压矿井的开采布局、采掘顺序、采动强度等进而确定冲击地压矿井的科学产能。

摘要：抛掷爆破效果直接影响露天矿剥离成本,对抛掷爆破的拉斗铲倒堆工艺生产效率有重要影响,为提高露天煤矿抛掷爆破效果预测准确率,进而提高反馈爆破参数优化设计精度,在分析露天矿抛掷爆破效果影响因素的基础上,提出一种遗传算法(GA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的抛掷爆破效果预测模型。引入傅里叶级数模型模拟爆堆剖面曲线,利用训练完成的GA-LSSVM预测Fourier级数模型控制参数A_(0),θ,a_(n)及b_(n),进而输出预测的爆堆形态。依据内蒙古黑岱沟露天煤矿抛掷爆破实测数据进行实例分析,选取台阶高度、剖面宽、炸药单耗、最小抵抗线、排距、孔距、坡面角、采空区上口宽、采空区下口宽、松方体积、有效抛掷量作为GA-LSSVM预测模型的输入参数,A_(0)、θ、a_(n)、b_(n)、最远抛掷距离、松散系数和有效抛掷率作为输出参数,建立露天矿抛掷爆破效果GA-LSSVM预测模型,并将偏最小二乘回归模型(PLSR)、LSSVM模型、粒子群算法优化最小二乘支持向量机模型(PSO-LSSVM)与其进行对比。结果表明:(1)通过2~7阶Fourier展开级数对爆堆剖面曲线模拟分析,确定阶数为4时模拟精度与效率达到最优,其误差平方和(SSE)为21.593 4,决定系数(R^(2))与调整后的决定系数(R_(adj)_^(2))为0.999 2,均方根误差(RMSE)为0.479 3;(2)相较于传统LSSVM预测模型,通过GA优化后,最远抛掷距离、松散系数以及有效抛掷率均获得更高的R^(2)(1,1,1)和更小的RMSE(0.180 9,0.000 7,0.000 2),说明改进后的GA-LSSVM具有更好的模拟效果和泛化能力;(3)与PSO-LSSVM、LSSVM、PLSR模型相比,GA-LSSVM模型对抛掷爆破效果的预测精度(R^(2),RMSE)更高且优势明显;(4)结合4阶Fourier级数的GA-LSSVM模型与采用Weibull函数的BP或GA-ELM等模型相比,对爆堆形态的预测具有更高的操作效率及预测精度。

摘要：针对急倾斜巨厚煤层群难采资源的安全开采问题,采用物理模拟实验与理论分析方法,对急倾斜巨厚煤层群不同开采工艺产生的覆岩变化、破断高度、微震能量等特征进行了分析与对比,推导了急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断积聚能量的理论计算公式,并由不同开采工艺的对比分析结果为急倾斜巨厚煤层群向深开采的方案设计提供思路。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层群水平分段综放开采的中间岩柱集中破断形成岩柱与上部煤层顶板的联动效应,容易引发冲击地压等的动力灾害事故;走向长壁开采中区段煤柱的强支撑作用,使得急倾斜巨厚煤层群向深开采过程中覆岩破断高度与范围的增幅较小。通过构建急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断力学模型,推导得出急倾斜巨厚煤层坚硬顶板破断积聚能量计算公式。急倾斜巨厚煤层群采用走向长壁的累计微震能量24.28×10^(5)J,较水平分段开采的累计能量小15.67%。水平分段综放开采过程中,单次开采的平均能量比走向长壁开采较低,且避免了煤柱留设时煤炭资源的浪费。顶板破断的能量不充分释放,容易造成其下次破断能量释放的峰值效应,且中间岩柱大范围集中破断容易对矿井的安全生产带来挑战。基于节约矿井资源的同时又能避免大范围覆岩集中破断的理念,建议在原有水平分段综放开采与顶板弱化调控基础上,增加对顶板与中间岩柱的弱化程度,避免岩柱大范围集中破断带来的矿井安全生产问题。研究结果为急倾斜煤层复杂条件矿井资源的有效利用与安全开采提供了参考。

摘要：短壁块段式充填采煤技术可有效解决煤炭资源浪费、水资源流失和矸石堆积等问题,然而,采空区矸石充填材料受到矿井水的长期作用后,其内部重金属离子可能会发生浸出,对矿区水资源造成一定潜在污染影响。为此,结合短壁块段式充填采煤技术,系统地对采动造成的水资源流失和水资源污染综合防治展开研究。首先,针对矿区水资源流失防治,基于“煤柱、充填体-阻隔层-隔水层”的层位组合关系,研究短壁块段式充填采煤覆岩导水裂隙发育特征,揭示短壁块段式充填采煤诱发的覆岩结构演变下水资源保护的控制机理。其次,针对矿区水资源污染防治,建立采空区矸石充填材料重金属离子迁移模型,揭示矸石充填材料对水资源的污染机理,分析矸石充填材料重金属离子迁移规律。并由此总结矿区水资源流失-污染综合防治技术,提出基于水资源流失-污染防治的充实率设计方法。结果表明:在水资源流失防治方面,矸石材料作为充填体充入采空区后,作为永久承载体与块段间保护煤柱共同承担上覆岩层的载荷,有效阻止了低位岩层组的垮落,限制覆岩导水裂隙贯穿隔水层,确保高位岩层组的完整性;在水资源污染防治方面,矸石充填材料重金属离子在渗流、浓度、应力的耦合作用下,以矿井水为载体,在重力势能和水头压力的驱动下沿着煤柱侧向以及底板下方进行迁移运动,且重金属离子迁移距离随底板岩层渗透率、重金属离子浸出浓度/污染源强、底板裂隙深度和水位高度的增大而增大,随矸石粒径和围岩应力的增大而减小。基于此,总结了矿区水资源流失-污染综合防治技术,包括开采参数调控技术、充填参数调控技术、污染源头调控技术、传播途径调控技术以及水体原位调控技术,并提出基于水资源流失-污染防治的充实率设计方法,实现矿区水资源流失-污染综合防治。研究成果对综合防治煤炭开采造成的矿区水资源破坏问题提供一定的科学理论依据和工程指导。

摘要：针对乌鲁木齐矿区急倾斜煤层采空区顶板冲击失稳诱发动力灾害问题,根据乌东煤矿地质条件进行灾害成因分析,建立急倾斜煤层覆岩结构力学模型,结合顶板岩梁能量分布特征,明确致灾源头,提出防控措施;鉴于此,设计覆岩联动致灾物理相似模拟试验,采用红外热像与岩石破裂声发射(Acoustic Emission,AE)综合监测手段分析覆岩联动致灾阶段性“声-热”演化规律,结合3DEC离散元数值计算,确定灾源时空信息,指导动力灾害防控。研究结果表明:急倾斜煤层开采顶板岩梁与覆岩应力拱形成的“拱-梁”结构具有空间结构关联特征,该结构在高阶段水平分段短壁综放开采条件下失稳诱发动力灾害,将顶板岩梁按能量等级划分为本水平梁端起裂区、中部离层演生区和上水平拱脚高能区3个区域,其中上水平拱脚高能区为重点致灾区域;同时,在急倾斜煤层开采过程中覆岩结构动态破裂具有阶段性“声-热”演化规律,结合三区内热值异化程度与AE能率演化特征,将顶板破断周期划分为低水平发展、震前平静、加速活跃和松弛阶段,其中加速活跃阶段为灾害孕育期;基于研究结果制定了采空区顶板预裂爆破切顶解危措施,经全景智能钻孔窥视监测,致裂效果明显,灾害得到有效控制,为急倾斜煤层开采动力灾害防控提供借鉴。

摘要：为达到更好的煤岩体致裂效果并弥补爆破与注水方式的缺点,提出耦合致裂工艺及其分析方法与流程。以急斜特厚煤岩体耦合致裂为工程背景,完成复杂环境下煤岩体耦合致裂方案设计,采用BP神经网络对耦合致裂后煤体的可放性(U)进行预测,对比分析不同方法间U的差异,最后采用微震监测的方法分析岩体的卸压效果。结果表明:耦合致裂工艺是提高急斜特厚煤岩体冒放性和解除应力集中的有效方法,煤岩体耦合致裂分析流程实现了耦合致裂效果的评估。BP神经网络预计在高阶段煤体和常规阶段煤体交叉区域预测的数据仍具有一定的可靠性,可以实现煤体耦合致裂效果的评估。注水期间、注水后以及爆破后,低等级的微震事件次数略有上升,但高等级事件数下降的能量远大于新增低等级事件数的能量,注水后释放能量仅是注水前的12.5%,地面爆破后释放的总能量与爆破前相比降低了51%。耦合致裂效应突出表现在将高等级的微震能量转化为较多低等级能量事件的缓慢释放,降低了动力灾害的频次和程度,促使高压力缓慢释放、主动诱导→集中释放,实现了动态灾害显现向静态缓慢释放的转变。实践结果反映出在煤岩体的耦合致裂措施下,顶煤的冒放性和动力灾害问题均得到较好的控制和解决。

摘要：为了优化并确定顶煤爆破参数,通过对爆破致裂机制的探讨,推导了爆炸作用下裂纹应力强度因子的表达式,给出了裂纹继续扩展的判断准则和裂隙区、压碎区的判定准则,运用理论分析和数值计算手段揭示了爆破致裂特性,分析了不同装药半径条件下爆破后煤体的压碎区、裂隙区范围。综合分析表明:爆炸后形成的压碎区、裂隙区与炸药性能及被爆体的物理力学特性有关,爆炸最终形成的压碎区、裂隙区半径与装药半径的比值不变,但压碎区和裂隙区半径随装药量的增加而加大。讨论认为裂隙区半径研究结果差异较大的原因与研究对象对爆破扰动的要求程度有关,爆破提高特厚、坚硬煤体冒放性主要与爆破致裂产生的宏观裂隙区有关。宏观裂隙区在15rb范围内,15rb以上的区域是微观裂隙萌生区。在进行涉及到安全防护方面的方案设计时,为保障安全性,必须考虑微观裂隙区的大小。

摘要：传统的边坡稳定性评价与治理设计均以强度稳定性理论及基于静力学的规范设计为依据,这一体系的应用在工程界已有近百年的历史,其设计思想与实际工程地质情况相差很远,存在以下明显不足:①其基本出发点是土力学的极限平衡理论,考虑均匀介质的简单破坏模式,这与大多数边坡受岩土体结构面控制的实际情况相差甚远;②作为设计依据的岩土压力的产生是岩土体变形与支挡结构相互作用的结果,因此岩土压力的计算应该基于岩土体的变形(弹塑性、蠕变等)及其与支挡结构的相互作用理论,而且,研究表明,边坡作为地质体,其稳定状况与治理工程设计在更多的情况下,取决于边坡的变形特性.

摘要：巷道开挖后,破坏了原岩的应力平衡状态,产生一定的松动破坏范围,即围岩松动圈。围岩松动圈是巷道支护选型的重要参数,文章在综合分析区域地质(震)特征、开采技术条件的基础上,进行了现场工程地质动力失稳调查,并利用松动圈测试技术进行了围岩损伤与变形的监测,监测结果表明,巷道支护结构是合理的,对同类型巷道的锚杆支护选型具有一定的借鉴意义。