摘要：冲击地压是煤炭开采过程中发生的一种动力灾害,主要是由积聚在煤岩中的弹性变形能突然急剧释放造成的,约90%发生在巷道中。巷道冲击破坏不仅与冲击能量直接相关,还与冲击距离远近紧密相关,提出能距比的概念,即冲击震源释放能量与其至巷道距离的比值。根据冲击地压动静载叠加机制和冲能吸能平衡理论,综合考虑冲击震源能距比量级、巷道破坏程度、支护构件吸能、弱结构吸能等特性,建立了巷道围岩冲击矿震稳定性控制模型,分析了冲能、吸能的构成和计算过程,搭建了冲击地压能级与巷道支护强度之间的对应关系,确定了“四高锚网+”为主导技术的煤矿巷道防冲抗震支护体系。根据能距比量级大小,将冲击地压巷道支护安全可靠性分为P1~P4级别,分级对应采取不同支护强度的“四高锚网+”组合支护技术。“四高”锚网支护可对应能距比为102量级的无冲击巷道,“四高锚网+1”(O型钢棚、吸能防冲单元架、围岩弱结构)对应能距比为103量级的冲击地压,“四高锚网+2”对应能距比为104量级的冲击地压,“四高锚网+3”对应能距比为105量级的冲击地压,106及以上量级的冲击危险必须停产、撤人远场处理。结合工程实例进行了巷道防冲支护方案和参数设计,初步验证了理论研究成果的可行性和实用性。研究成果可为我国煤矿冲击地压巷道支护理论研究和工程实践提供一定的参考指导。

摘要：为了评价充填采煤液压支架的结构设计,提出了一种基于层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)和CRITIC三者综合赋权的TOPSIS评价方法。从结构特性、夯实特性、支护特性和充填特性4个方面确定了8项评价指标,构建了充填采煤液压支架评价体系。融合主客观赋权方法,主观上采用AHP赋权,客观上基于仿真模型采用EWM和CRITIC赋权,建立了AEC-TOPSIS综合评价模型,通过计算各支护状态的相对贴近度分析出优良支护区间。以某四柱充填采煤液压支架为例,该液压支架的优良贴合度为2.4%~2.9%,优良支护区间为3.75~4.80 m,与其服务的煤层厚度相吻合,说明在该煤层进行固体充填开采时可发挥该支架最均衡的性能,为充填采煤液压支架结构设计提供了一种可靠的评价体系与方法。

摘要：煤岩体压裂效果是超临界CO_(2)(SC-CO_(2))压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,基于多孔相向裂缝动态扩展模拟,筛选确定影响煤岩体SC-CO_(2)压裂效果的6个地质因素和4个施工因素,提出了一种集成支持向量机(SVM)、蜻蜓算法(DA)、差分进化算法(DE)的混合人工智能模型,利用支持向量机构建SC-CO_(2)压裂效果与其影响因素之间的关系,并利用蜻蜓算法、差分进化算法联合优化支持向量机的超参数。以相关系数、均方根误差、平均绝对误差为评价指标对混合人工智能模型性能进行了评估,并采用MIV方法对模型输入变量进行了敏感性分析,结果表明:本文提出的DA-DE-SVM智能模型能很好预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,其训练集的R值为0.9572,测试集的R值为0.9316。SC-CO_(2)压裂效果影响因素的重要程度从高到低依次为:相邻压裂钻孔水平距离>垂直地应力>压裂液注入速率>相邻压裂钻孔垂直距离>煤体抗拉强度>水平地应力>压裂液温度>煤体渗透系数>煤体初始孔隙压力>煤体弹性模量。研究成果可为SC-CO_(2)压裂工程参数优化设计及工程应用提供重要指导。

摘要：为实现露天煤矿无人驾驶下交叉口无人卡车间协调通行,提出了基于间隙理论的交叉口协调通行策略。策略主要涉及车辆间冲突协调策略与车辆跟驰行为,冲突协调策略方面:拆解露天煤矿交叉口冲突类型为交叉冲突与合流冲突,分析交叉冲突加速协调与减速协调2种策略的判定条件,建立不发生交叉冲突的数学模型;理清合流过程中车辆间的跟驰关系,设计基于跟驰行为的合流冲突区域,明确不发生合流冲突的数学模型与协调策略;车辆跟驰行为方面:改进Krauss跟驰模型,实现车辆自适应车间安全距离要求;分析车辆间隙对间隙理论下的交叉口协调通行影响,提出满足协调通行的最小车辆间隙;策略验证方面:基于露天煤矿实际场景搭建了交叉-合流混合冲突的交叉口仿真模型,建立了协调策略-跟驰模型混合决策机制,以交叉口小时车流量密度、车辆速度与间隙变化作为评价指标,无高优先级车辆时的测试结果作为对照组。结果表明:初始车辆平均间隙达到3(4)倍及以上安全距离时,交叉冲突(合流冲突)协调通行表现较好,交叉口通行能力接近无冲突时的通行能力,车辆调整次数较少,证明了提出的交叉口协调通行模型在理论上存在可行性,反映了车流量密度是影响运输效率的因素,在满足生产的条件下,尽量采用大载重无人矿卡,减少无人化矿卡数量,降低设备间的干扰,是减少交叉口冲突,提高交叉口车辆通行能力的途径之一。

摘要：煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一,保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手,综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系,提出了将上覆隔水岩层(组)虚拟为等效阻水层的学术思想,形成了基于采动覆岩等效渗透系数计算等效阻水厚度进行保水采煤可行性定量评价的新思路与方法。基于达西定律、Kozeny-Caman方程以及采动覆岩移动影响函数递推关系,采用分层、分区组合等效方法,在单岩层水平方向上通过并联来计算整层垂向等效渗透系数,进而通过垂直方向上进行多岩层等效渗透系数串联计算,建立了基于采高、工作面长度、沉陷参数和岩层初始水理参数的采动覆岩整体垂向等效渗透系数的计算方法;以采后覆岩地下水渗漏速度与目标含水层补给速度相等作为保水采煤临界条件,确定了保水采煤最大临界渗透系数与采高、等效岩层厚度之间的关系;基于采动覆岩的渗透系数与其等效阻水厚度成反比的假设,建立了采动覆岩等效阻水厚度的计算方法,进而根据维持含水层水位稳定所允许的最大临界渗透系数,提出了基于采动覆岩等效阻水厚度的保水采煤可行性评价方法,并通过伊犁四矿保水采煤含水层水位变化实测进行了实例验证。研究成果为保水开采预测评价、方法选择和参数优化提供了新的方法。

摘要：为解决浅埋高强度开采回撤巷道护巷煤柱的长期稳定性问题,以锦界煤矿31409工作面末采段回采任务为工程实例,采用力学测试、数值模拟和现场监测等手段,探究开采扰动期间工作面超前支承压力叠加效应和渐进受载条件下通道煤柱的应力演化和累积损伤机制。设计三级循环加卸载条件下煤样强度弱化和损伤破坏实验,揭示末采段采动应力转移历程,构建工作面末采段采动应力响应数值计算模型。研究表明:(1)循环加卸载损伤煤样单轴压缩强度降低至14.14 MPa(无损煤样单轴抗压强度为18.40 MPa),变化率为23%,峰后承载段有载荷波动现象(有别于瞬间破损),在峰值载荷前累积损伤煤样单轴压缩声发射参数保持低值浮动状态,相比循环加卸载3次时裂隙发育活动性略有衰减;(2)末采段采动应力历经常规回采段煤壁超前支承压力反复叠加、临近通道段支承压力持续转移、贯通段多重累积应力释放3种状态,且通道煤柱载荷在辅回撤巷道和采空区间呈现采掘联合影响、不均匀分布特征,获得煤柱稳定临界损伤度评价参数ω;(3)末采段回采空间前后的上覆岩层或煤体内存在支承压力衰减区、极限平衡区和累积增加区,随工作面继续推进采动应力影响范围扩展至覆岩关键层位置,矿压显现剧烈、通道煤柱应力积聚增长,由原岩应力大小逐步增加至7.3 MPa,增长了2.8倍,为确保回撤巷道支护体系稳定和护巷煤柱安全运行提供了理论基础。

摘要：粉煤灰-矿渣地聚合物材料作为硬化露天矿山运输道路的黏结剂具有强度高、通车速度快的特点,并且可以消耗矿山工业圈内产生的固废,是未来有望规模性应用的矿山环保、高效、经济的筑路材料。为研究粉煤灰-矿渣基地聚合物疲劳强度,设计了粉煤灰与矿渣的质量比与碱激发剂含量2个变量的对照试验,测试了试样动载荷下的疲劳寿命。试验结果表明,疲劳载荷下地聚合物材料的破坏过程分为3个阶段,分别为压密阶段、弹塑性变形阶段和裂纹扩展阶段。疲劳试验的统计分析结果表明粉煤灰-矿渣地聚合物疲劳破坏概率密度函数服从Weibull分布,粉煤灰的加入增强了材料的疲劳强度,而碱激发剂的掺量对材料疲劳寿命的影响不具备统计意义,可认为对疲劳强度没有影响。最后给出了可供参考的粉煤灰-矿渣地聚合物疲劳寿命方程。

摘要：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。

摘要：矿山智能化建设大背景下,微震监测作为冲击地压等复杂动力灾害智能预警体系建设的基础保障技术现已得到广泛应用,如何基于微震监测数据实现矿山动力事件的高效精确捕捉与定位是当前研究的重点与难点。为解决矿山低信噪比震动波到时自动拾取不准、定位结果受人为因素干扰等问题,结合大数据与深度学习相关理论与方法,初步尝试建立基于深度迁移学习的矿山微震实时自动定位方法。设计了基于百万条地震波数据的矿山微震到时自动拾取初始模型,为进一步使该模型适用于矿山微震定位与信息解析,结合所建立的一万余条矿山微震到时拾取数据集,构建了矿山震动波到时自动拾取模型,实现矿山震动波P波到时自动精准拾取。在此基础上,设计了微震定位台站自动优选方法,提出定位台站波速自动微调策略,实现了矿山微震事件自动精准定位。以内蒙古某煤矿强开采扰动工作面的顶板爆破数据为验证对象,结果证明自动定位算法在水平空间平均定位误差为27.88 m,三维空间平均定位误差为28.40 m,满足矿山冲击地压等动力灾害的微震定位精度需求,有效降低台站波速标定精度不足对事件定位误差的影响,鲁棒性较强,并将耗时数分钟的人工定位缩短至200 ms内完成,初步实现了矿山微震事件的自动实时定位。研究结果可为矿山动力灾害微震信息准确解析挖掘与智能预警提供可靠技术支撑。

摘要：以建新煤矿大埋深、强矿压显现的4206孤岛工作面为研究对象,结合力学建模和数值模拟等方法,研究了大范围采空区覆岩承压拱结构演化规律。本工作面、相邻两工作面和相邻3工作面范围内扩展演化的覆岩承压拱拱脚恰好作用于区段煤柱,是孤岛工作面回采期间强矿压频现的主要原因,据此提出了断高位承压拱卸压技术。结合承压拱层位及岩性特征设计了断拱卸压参数,并优化了末采期断拱卸压参数。实践证明:卸压效果显著,有效降低了两巷维护难度,并实现了末采期15 d内装备的快速回撤,取得显著的经济和社会效益。研究成果可为彬黄矿区厚煤层强矿压工作面安全回采提供较好的工程参考。