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基于岩渣形貌及岩石磨蚀性的钻井法凿井滚刀磨损评估方法 被引量：1
1
作者 程桦 谢鲍 +2 位作者 姚直书 荣传新 林键 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期115-131,共17页
针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其... 针对西部地区侏罗系地层钻井法施工深大立井滚刀磨损严重问题,以西部某煤矿北一回风井钻井法凿井工程为研究对象,提出一种钻井法凿井滚刀磨损评估方法。首先,基于现场调研分析不同地层滚刀磨损程度及磨损分布特征,并提出相关量化指标;其次,对竖井钻机岩渣开展现场预处理,采用图像识别方法进行后处理,统计分析了岩渣几何形貌,并使用类指数分布函数描述其累积分布规律;此后,以皮尔逊系数为相关性评价指标探究了岩渣颗粒分布及矿物成分对滚刀磨损指标的影响,阐明了西部地区钻井法凿井滚刀易磨损致因;最后,基于相关性分析方法,选取若干主要影响参数,使用非线性拟合工具给出了针对不同岩层的滚刀磨损指标预测公式,并提出现场更换滚刀的评估方法。结果表明:钻井法凿井滚刀磨损与岩层地质条件密切相关,不同地层单位进尺消耗滚刀数量依次为:泥质胶结泥性地层>钙质胶结泥、砂互层地层≈钙质、铁质胶结砂性地层>极弱胶结砂性地层,西部钻井法凿井刀盘深磨区易集中于b、c、d刀圈,而中心刀及其附近区域多为浅磨区;岩渣几何形貌统计特征可间接反映不同地层单位进尺滚刀磨损程度,西部地区砂系、泥系地层岩渣粒径分布符合类指数函数,相关系数R 2为0.976~0.997,根据拟合函数得到的岩渣均匀系数与磨损均匀性指标相关性最高,泥性地层及泥、砂互层地层滚刀磨损加剧的原因可归结为岩渣泥化、砂化;以岩渣圆度分布的箱宽、大颗粒占比、均匀系数、岩石磨蚀性指数为滚刀磨损主要表征参数,得到适用于不同地层的滚刀磨损预测模型,与现场实测对比,模型预测成功率达90.9%;提出的滚刀磨损评估方法可为现场提钻换刀决策提供有益参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 岩渣颗粒分布 矿物成分 滚刀磨损 评估方法
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基于深度学习的井筒变形预测模型与应用
2
作者 刘辉 李国强 +4 位作者 朱晓峻 张鹏飞 程桦 王金正 李培帅 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期732-747,共16页
近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾... 近年来我国东部矿区发生了多起立井井筒倾斜变形及破损灾害,严重影响了矿井安全与生产。针对厚含水松散层深立井倾斜破损灾害,以鲁南某矿深立井井筒(800 m)为研究对象,开展了井筒倾斜变形监测,研究了井筒倾斜时空变化特征,分析了井筒倾斜主要影响因素;在此基础上,基于深度学习理论,综合采用循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、一维卷积神经网络(1DCNN)四种经典深度学习方法,构建了井筒倾斜变形预测模型,并将预测结果与实测值进行对比,分析了井筒变形预测模型精度,研究了井筒整体和关键区域预测效果,验证了模型可靠性,并开展了工程应用。研究表明:①井筒倾斜主要发生在松散层,倾斜值由浅到深线性减小、并偏向采空区一侧,最大为352 mm,基岩层变形较小,最大为88 mm;开采引起厚松散层变形传播范围增大、底部含水层沿井壁渗流疏水及地下水渗流场的变化是导致井筒倾斜变形的主要原因。②模型与实测值Spearman相关系数最大为0.978,最小为0.867,4种模型与现场实测偏移量的最大差值为0.043 m,平均绝对误差E_(MA)在0.003~0.009 m内,均方根误差E_(RMS)在0.004~0.011 m内,整体预测效果以1 DCNN模型最优,主要倾斜方向(偏向采空区一侧的东西方向)预测精度略低于变形量较小的方向(南北方向),且均能够满足工程需要。③井筒整体预测曲线与实际倾斜方向一致,井口、松散层基岩交界面E_(MA)与E_(RMS)平均值均为0.005 m、0.006 m,井底精度略低,其对应值为0.012、0.013 m,井筒特征区域与整体预测效果均表现良好,表明基于深度学习的井筒变形预测模型具有良好的预测能力,研究成果在井筒注浆修复治理工程中得到了有效应用,为井筒安全管理提供了技术参考和数据支撑,为类似工程提供了工程实践经验。 展开更多
关键词 煤矿立井 倾斜变形 深度学习 井筒预测 神经网络
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钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律
3
作者 郭龙辉 程桦 +3 位作者 姚直书 荣传新 林键 王宗金 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第10期45-59,共15页
为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律,以陶忽图煤矿北风井?5 m超前钻井为研究背景,基于流体力学相关理论,建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型,并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析解,其... 为了揭示钻井法凿井气举反循环洗井流场的压力分布及流体运移规律,以陶忽图煤矿北风井?5 m超前钻井为研究背景,基于流体力学相关理论,建立了气举反循环洗井流场的压力数学模型,并给出了钻杆环空、井底和钻杆内部流体压力的理论解析解,其次,采用CFD-DEM方法(计算流体力学与离散单元法耦合),建立了气举反循环多相耦合洗井的数值模型,验证了洗井流场压力模型的正确性,获取了洗井流场流体的运移规律,最后,基于洗井流场的压力数学模型及理论解析解,探究了含气率、泥浆密度、泥浆黏度、岩渣密度和含渣率等因素对洗井流场压力的影响规律。结果表明:截锥型钻头水平井底流体的平均径向流速>切向流速>轴向流速;岩渣在井底做“螺旋状下滑—井底积聚—推动和悬浮—吸附和举升”的动态循环运移,在钻杆内液固及液固气段分别以“低流速,高密度”和“高流速,低密度”形式运移。钻杆内流体压力沿井口方向近似呈线性降低趋势,在注气端处,流体压力骤降,钻杆内外压差达到最大;井底流体压力自外向内呈“先小幅降低,后大幅降低”趋势,在井底有效吸附区流体压力降低幅度及速率更大。含气率、泥浆密度与钻杆内外流体压差呈正相关关系,泥浆黏度、岩渣密度、液固及液固气段含渣率则与之呈负相关关系,各因素对钻杆内外流体压差的敏感性可归结为:泥浆密度>含气率>岩渣密度>泥浆黏度>液固段含渣率>液固气段含渣率。研究可为破解侏罗系地层钻井法凿井气举反循环洗井效率低下技术难题,提供有益理论参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 气举反循环 洗井流场 压力分布 流体运移
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基于深度信念网络的TBM施工弱胶结地层斜井顶板冒落预测
4
作者 姚恒 程桦 +4 位作者 黎明镜 孙学军 姚直书 张家乐 杨明 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期76-87,共12页
针对TBM施工煤矿斜井过弱胶结地层顶板冒落风险预测问题,以陕西榆林可可盖煤矿斜井TBM掘进过弱胶结地层为研究背景,采用深度信念网络(DBN)的时间序列预测(TSF)算法,对弱胶结地层斜井TBM施工参数数据库及冒落事件进行分析,提出了该类地... 针对TBM施工煤矿斜井过弱胶结地层顶板冒落风险预测问题,以陕西榆林可可盖煤矿斜井TBM掘进过弱胶结地层为研究背景,采用深度信念网络(DBN)的时间序列预测(TSF)算法,对弱胶结地层斜井TBM施工参数数据库及冒落事件进行分析,提出了该类地层条件TBM掘进顶板冒落评价指标,用于顶板冒落风险预测。研究结果表明,采用TBM法施工斜井过西部地区白垩系弱胶结软岩地层,可采用4个指标进行顶板冒落预警,即VAF<0.80,MRE>0.10,R_(1)<0.85和R^(2)<0.60;对主斜井弱胶结地层不同位置的12段顶板冒落风险进行预测,成功预测10处,正确率达83.3%,验证了冒落风险预测算法的可靠性。 展开更多
关键词 弱胶结地层 TBM掘进 深度信念网络 时间序列模型 冒落预测
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常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型
5
作者 张亮亮 程桦 +1 位作者 姚直书 王晓健 《岩土力学》 北大核心 2025年第7期2011-2022,共12页
为弥补常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型较少及其精度不高等不足,基于Norton蠕变本构关系,将Kachanov岩石蠕变破坏时间函数的蠕变应力用等速蠕变速率函数替换,建立常规三轴压缩条件下一种新的岩石蠕变破坏时间预测模型,提出... 为弥补常规三轴压缩条件下岩石蠕变破坏时间预测模型较少及其精度不高等不足,基于Norton蠕变本构关系,将Kachanov岩石蠕变破坏时间函数的蠕变应力用等速蠕变速率函数替换,建立常规三轴压缩条件下一种新的岩石蠕变破坏时间预测模型,提出了模型参数确定方法并分析了其影响因素。开展砂质泥岩常规三轴压缩蠕变试验,同时统计5种不同类型岩石蠕变破坏时间试验数据,对新建模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:常规三轴压缩条件下,岩石等速蠕变速率的对数与其蠕变破坏时间的对数呈线性关系;新建模型可以削弱试样之间非均质性和不均匀性给预测结果带来的不利影响,其适用性相对于从蠕变应力角度建立的预测模型更加广泛;6种不同类型岩石蠕变试验结果与新建模型预测结果基本吻合,验证了其精确性和合理性。 展开更多
关键词 岩石蠕变 损伤率 Norton方程 蠕变速率 破坏时间
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基于DT-CWT-LMS算法的煤矿井筒光纤监测数据自适应降噪研究
6
作者 李子祥 蔡海兵 +1 位作者 程桦 侯公羽 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第1期158-168,共11页
为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变... 为了解决在煤矿立井井筒监测现场应用中布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统信噪比低的问题,提出了一种基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,设计了基于双树复小波变换分解原始信号,并使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,随后,使用LMS算法计算原始信号的自适应降噪阈值,并通过优化双曲余弦函数来改进LMS算法的收敛速度和收敛性。为了验证所提出算法的有效性,进行了BOTDR温度信号降噪实验,最后,依托山东省郭屯煤矿井筒监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行了降噪研究。实验结果表明,DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,平均SNR指标提高了32.03%,平均RMSE降低了33.2%;现场研究结果表明,经过降噪后信号的样本熵平均降低幅度为64.75%,与光纤光栅传感器的数据对比相差在5%以内,说明信号中的背景噪声得到了有效的抑制。该研究为BOTDR技术在煤矿立井监测中应用提供了一种有效的信号降噪方法。 展开更多
关键词 井筒监测 信号降噪 分布式光纤技术 小波分析
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富水砂层幂律型浆液渗透注浆扩散机理
7
作者 谢鲍 程桦 +3 位作者 王雪松 黎明镜 刘向阳 韩雪宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期150-162,共13页
【目的】为阐明富水砂层渗透注浆球形扩散规律及影响因素,开展渗透注浆试验研究,以了解不同注浆参数对浆液扩散的定量影响。【方法】首先,通过渗透注浆球形扩散模型试验,分析浆液宏观扩散形态、微观填充效果及注浆过程中渗透压力、土压... 【目的】为阐明富水砂层渗透注浆球形扩散规律及影响因素,开展渗透注浆试验研究,以了解不同注浆参数对浆液扩散的定量影响。【方法】首先,通过渗透注浆球形扩散模型试验,分析浆液宏观扩散形态、微观填充效果及注浆过程中渗透压力、土压力变化趋势;然后,基于考虑多效应耦合作用的渗透注浆球形扩散方程,定性分析浆液渗透扩散的影响因素,定量分析理论预测浆液扩散的误差;最后,使用极差分析法评估水灰比、砂土物理参数、注浆压力对浆液渗透扩散影响的显著性。【结果和结论】浆液扩散范围与浆液水灰比、砂土孔隙率呈正相关,与砂土迂曲度呈负相关;注浆过程中,随着与注浆管的距离变远,渗透压力及土压力非线性减小,而随着时间的变化,同一个测点的渗透压力及土压力非线性增大;定义了压力突增时间区间,与注浆管距离越近,该区域出现越早,压力变化越显著;考虑浆液黏度时变效应、迂曲效应及均匀渗滤效应的理论模型预测浆液扩散范围与试验误差为-13.26%~11.01%;各注浆参数对浆液扩散范围影响的显著性从大到小为:水灰比、砂土孔隙率、注浆压力;水灰比作为主要影响因素,同时影响注浆过程的砂土实际孔隙率、迂曲度进而影响浆液扩散范围。研究成果可为今后富水砂层注浆参数设计提供参考。 展开更多
关键词 富水砂层 渗透注浆 多因素耦合 幂律浆液 扩散机理
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钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化 被引量：7
8
作者 程桦 郭龙辉 +2 位作者 姚直书 杨光 荣传新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期426-441,共16页
针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数... 针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。 展开更多
关键词 钻井法凿井 气举反循环 排渣流场 吸渣口优化 排渣效率
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工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术 被引量：1
9
作者 程桦 喻宏 +4 位作者 宋海清 成浪 荣传新 姚直书 彭世龙 《煤炭工程》 北大核心 2024年第5期42-50,共9页
针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内... 针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。 展开更多
关键词 工业广场 保护煤柱 地层沉降 井壁破损 卸压槽 围岩控制
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D-InSAR技术在井筒注浆对地表及建筑物变形影响中的应用 被引量：1
10
作者 刘辉 卢如梦 +3 位作者 苏丽娟 程诗广 张鹏飞 程桦 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期95-105,共11页
【目的】在煤矿工程中,井壁破损对生产设施和矿井安全构成威胁,全面监测井筒注浆工程对工业广场及地表建筑物的变形影响,对保障矿山生产安全至关重要。【方法】以皖北矿区某煤矿为研究对象,选取覆盖该区域的15景Sentinel-1A影像数据,采... 【目的】在煤矿工程中,井壁破损对生产设施和矿井安全构成威胁,全面监测井筒注浆工程对工业广场及地表建筑物的变形影响,对保障矿山生产安全至关重要。【方法】以皖北矿区某煤矿为研究对象,选取覆盖该区域的15景Sentinel-1A影像数据,采用D-InSAR技术全面监测井筒注浆修复前后工业广场及地表建筑物沉降,获取地表及建筑物动态变形信息,分析注浆活动对地表及建筑物的影响。【结果和结论】结果表明:(1)与水准监测相比,D-InSAR地表沉降监测平均误差1.70 mm,最大误差2.70 mm,D-InSAR监测地表微小沉降精度可靠,能够满足工业广场地表沉降监测的要求。(2)井筒注浆工程实施前,地表及建筑物呈持续下沉状态,监测期内最大下沉量为21.12 mm;工程实施后,下沉趋势减缓并逐渐趋于稳定;分析井筒应变监测结果和地面沉降变化可知,注浆修复效果显著,在井筒周围形成隔水帷幕。(3)监测结果显示,注浆前后地表经历“连续下沉-微量抬升-轻微沉降-趋于稳定”4个阶段,注浆初期对地表沉降抑制作用明显,注浆中地表略有抬升,工程结束后轻微沉降直至稳定。(4)监测期内主要建筑物变形均小于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2017版)中Ⅰ级损坏标准,处于安全阈值内,注浆工程进一步减缓了建筑物变形,保证建筑物安全。 展开更多
关键词 矿山安全 井筒注浆 D-INSAR 地表沉降 建筑物变形 皖北矿区
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煤矿复杂地层TBM掘进巷道新型装配式支护结构工程实践 被引量：9
11
作者 唐永志 唐彬 +2 位作者 程桦 王传兵 王要平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期68-75,共8页
TBM(Tunnel Boring Machine)全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求,... TBM(Tunnel Boring Machine)全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用,取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求,TBM难以充分发挥其速度优势的技术瓶颈,研究团队研发了新型钢管片型装配式支护结构。开展了新型装配式支护结构大比尺模型试验,获得新型支护结构在受载条件下变形破坏规律,根据试验结果优化新型支护结构型式。基于新型钢管片支护下TBM掘进巷道数值模拟评估新型支护结构可靠性。最后开展工业性试验,现场验证新型钢管片式支护结构用于煤矿TBM掘进巷道的可行性。试验结果表明,巷道围岩最大拉应变为803×10-6,钢管片支护结构变形量小于1 mm。新型支护结构安装速度快,可在90 min内掘进1.5 m并完成一环管片的安装工作,显著提高了TBM掘进巷道的支护强度和TBM掘进作业线的地层适应性。为未来进一步提高煤矿巷道掘进速度、保障煤矿采掘接替提供技术参考。 展开更多
关键词 巷道掘进 全断面掘进机 复杂地层 TBM掘进 装配式支护结构
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深部开采地表移动延续时间预测模型及其参数分析 被引量：7
12
作者 张亮亮 程桦 +1 位作者 姚直书 王晓健 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期577-587,共11页
基于改进Knothe时间模型,根据地表移动延续时间定义,建立能够综合考虑采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度等因素的深部开采地表移动延续时间理论预测模型,并根据概率积分法给出了模型参数确定方法。采用24个深部工作面... 基于改进Knothe时间模型,根据地表移动延续时间定义,建立能够综合考虑采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度等因素的深部开采地表移动延续时间理论预测模型,并根据概率积分法给出了模型参数确定方法。采用24个深部工作面开采地表移动延续时间监测数据对预测模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:地表移动延续时间模型预测结果与24个工作面监测结果基本吻合,两者平均绝对误差仅38 d,均方根误差仅为47 d,平均绝对误差百分比仅为9%,远小于现有3种经验模型的预测误差,验证了地表移动延续时间预测模型的精确性;地表移动延续时间受采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度的影响,随采高的增加而非线性增加,随平均采深、松散层厚度、基岩层厚度的增加而线性增加,但随开采速度的增加而非线性减小。该研究可为深部开采地表移动变形稳定性评估和科学制定开采计划提供理论指导。 展开更多
关键词 地表移动延续时间 改进Knothe时间模型 预测 动态沉降 开采速度
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基于地面定向钻孔注浆的煤矿立井钻井法井壁渗漏水治理技术 被引量：5
13
作者 王雪松 程桦 +2 位作者 荣传新 姚直书 余大有 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期168-177,共10页
煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之... 煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之有效的治理技术,以许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理为工程背景,开展了煤矿钻井井壁渗漏水治理技术研究。首先,结合矿井水文地质特征等信息分析了钻井法单层井壁渗漏水致因,发现许疃煤矿副井井壁接茬处发生渗漏水的主要原因是地下水中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)共同作用腐蚀锈穿井壁接茬部位后,含水层之间越流补给的高压地下水通过孔隙连通性良好的壁后碎石充填层流入井筒内;然后,对比分析了许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理采用壁后注浆和地面钻孔注浆的可行性与安全性,发现在流砂层中对采用钻井法施工的钢筋混凝土单层井壁进行壁后注浆,安全风险较大,影响井筒正常提升,且存在再次发生渗漏水的风险,而采用地面定向钻孔注浆技术的注浆量大,壁后充填层碎石间孔隙可被水泥浆充分填充,改善井筒防渗和承载能力,且施工人员全程在地面操作,安全性好,不影响井筒正常提升;最后,提出了针对深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理的地面定向钻孔注浆技术并进行工程示范,2个钻孔共注入130.9 m^(3)水泥浆,完全充填了94.00~131.40 m层段壁后充填层碎石间孔隙,顺利封堵了井下94 m处出水点,经现场长期观测,该段井壁未再渗漏水。研究结果表明,针对深厚表土层段煤矿钻井井壁渗漏水治理,采用地面定向钻孔注浆技术的治理效果良好,安全性高。研究成果可为深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理提供一定的参考。 展开更多
关键词 钻井井壁 井壁接茬 渗漏水 地面定向钻孔 注浆
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锚固条件下煤系地层裂隙岩体蠕变力学特性研究 被引量：2
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作者 李天国 唐彬 +4 位作者 程桦 刘小虎 侯俊领 李宏亮 王晓云 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3003-3012,共10页
为探究煤系地层裂隙岩体锚固状态下的蠕变特性,开展不同裂隙倾角(15°、30°、45°、60°、90°)下裂隙加锚试件、裂隙无锚试件、完整试件的单轴蠕变试验。试验结果表明:相同应力加载等级时,裂隙无锚试件的瞬时应... 为探究煤系地层裂隙岩体锚固状态下的蠕变特性,开展不同裂隙倾角(15°、30°、45°、60°、90°)下裂隙加锚试件、裂隙无锚试件、完整试件的单轴蠕变试验。试验结果表明:相同应力加载等级时,裂隙无锚试件的瞬时应变量大于完整试件的瞬时应变量,而裂隙加锚试件与完整试件的瞬时应变量之差随着裂隙倾角的增加逐渐减小;随着应力加载等级的增加,各岩石试件的稳态蠕变量也逐级增大;含裂隙试件的稳态蠕变速率随着裂隙倾角增大呈先下降再上升的趋势,但裂隙加锚试件的稳态蠕变速率小于相同应力等级下裂隙无锚试件的稳态蠕变速率;在裂隙倾角较低时,裂隙无锚试件和裂隙加锚试件的裂纹贯通发展规律差异较大;基于CVISC蠕变模型进行参数反演,得出Maxwell和Kelvin相关系数随应力加载等级的变化趋势;采用应力-应变等时曲线法和非稳定流变判别法研究裂隙试件的长期强度变化规律。该研究结果为煤矿巷道长期稳定性分析及锚杆支护方案提供了试验依据。 展开更多
关键词 煤矿 裂隙 锚杆 蠕变 长期强度 CVISC蠕变模型
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DT-CWT-LMS自适应降噪模型构建及其在隧道监测工程中的应用 被引量：2
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作者 李子祥 蔡海兵 +1 位作者 程桦 侯公羽 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期973-983,共11页
针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用... 针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,并基于优化双曲余弦函数改进LMS算法的收敛速度和收敛性;最后,为验证所提出算法的有效性,进行BOTDR温度信号降噪试验。试验结果表明:1)DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,在6个温度梯度上的平均SNR值比WDD、EMT、EMD分别高出43.98%、17.5%、8.4%,平均RMSE值分别降低33.18%、17.14%、9.23%,平均SE值分别降低29.04%、21.17%、20.67%。为验证所提算法在工程现场的有效性,依托北京地铁隧道监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行降噪研究,降噪后信号的样本熵平均降低幅为64.03%;2)和常规WDD、EMT、EMD 3种方法相比,DT-CWT-LMS算法在3条光纤上的表现均优于其他3种算法,在1号、2号、3号光纤上的SNR指标比其他3种算法的平均值分别高出22%、38%、27%,说明该算法可作为隧道工程光纤监测信号的一种有效降噪方法。 展开更多
关键词 隧道监测 信号降噪 分布式光纤技术 小波分析
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煤层开采地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间预测模型研究 被引量：2
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作者 张亮亮 程桦 +1 位作者 姚直书 王晓健 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期530-541,共12页
煤层开采地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间是评价地表稳定状态的关键指标,针对目前地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间理论预测模型匮乏问题,在改进Knothe时间模型基础上,根据地表移动初始期、活跃期和衰退期的划分依据,建... 煤层开采地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间是评价地表稳定状态的关键指标,针对目前地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间理论预测模型匮乏问题,在改进Knothe时间模型基础上,根据地表移动初始期、活跃期和衰退期的划分依据,建立仅含一个模型参数,且能够综合考虑平均采深、工作面开采速度、煤层采高、松散层厚度、基岩层厚度等参数影响的地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间理论预测模型。采用15个矿区工作面开采地表移动延续时间监测数据对理论预测模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:地表移动初始期、活跃期和衰退期延续时间模型预测结果与15个矿区监测结果基本吻合,最小误差分别仅为0、1、0d,平均误差分别仅为13.7、12.7、18.5d,验证了预测模型的合理性和精确性。地表移动初始期、活跃期、衰退期和整个地表移动延续时间均随煤层开采速度的增加而非线性减小,随平均采深、松散层厚度、基岩层厚度的增加而线性增加;地表移动初始期和衰退期延续时间随采高的增加而非线性减小,活跃期和整个地表移动延续时间随采高的增加而非线性增加。煤层开采速度、平均采深、采高、松散层厚度、基岩层厚度主要影响地表移动活跃期和整个地表移动延续时间,对初始期和衰退期延续时间影响较小。研究可为煤层开采地表初始期、活跃期和衰退期延续时间预测提供一定的借鉴和参考。 展开更多
关键词 开采沉陷 地表移动延续时间 初始期 活跃期 衰退期 Knothe时间模型
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富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究 被引量：1
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作者 王雪松 程桦 +2 位作者 姚直书 荣传新 谢鲍 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期124-133,共10页
【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲... 【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型,然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置,开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验,探究浆液扩散规律,最后结合试验结果验证理论合理性。【结果和结论】结果表明:当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时,注浆压力对扩散半径影响较小,浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素:此时若浆液水灰比较大,则渗滤效应不显著,注浆扩散半径较大且不容易发生串浆,但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低;此时若浆液水灰比较小,则渗滤效应显著,浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵,土层交界面会成为浆液优势扩散面,出现串浆现象。当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时,低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散,但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体。浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢,注浆扩散半径理论计算值比试验值大6.10%~10.97%,起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为–0.48%~18.62%。研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导。 展开更多
关键词 富水砂层 渗透注浆 宾汉浆液 柱形扩散 迂曲效应 渗滤效应
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温压耦合作用下锚固界面变形失效机理
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作者 刘小虎 姚直书 +1 位作者 程桦 查文华 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期108-119,共12页
深部地层高地温、高地应力环境使巷道围岩树脂锚固支护结构稳定性降低,围岩变形有效控制问题亟待解决。因此,研究温度与压力耦合作用下锚杆杆体-树脂锚固剂界面变形破坏机理十分必要。首先,根据两淮矿区深部支护工程现状并结合室内不同... 深部地层高地温、高地应力环境使巷道围岩树脂锚固支护结构稳定性降低,围岩变形有效控制问题亟待解决。因此,研究温度与压力耦合作用下锚杆杆体-树脂锚固剂界面变形破坏机理十分必要。首先,根据两淮矿区深部支护工程现状并结合室内不同温度环境下拉拔试验结果,发现高地温环境下树脂锚固体变形破坏加剧;进一步分析锚固体受拉拔荷载作用轴向、径向破坏模式,将第一锚固界面破坏分为弹性围岩-剪切-滑移型、未贯穿-剪胀滑移破坏及贯穿-剪胀滑移破坏等3种模式。其次,基于弹塑力学分析受围岩应力作用锚固界面不同破坏类型的界面受力状态,考虑高温环境下树脂锚固剂层力学强度弱化,建立温度-围岩应力耦合作用的第一界面失效破坏力学计算模型;分析围岩应力、环境温度及弹性模量比等因素变化对第一界面锚固性能影响的规律,发现第一界面极限轴向荷载随温度升高而降低,围岩处于裂隙发育或裂隙贯穿状态时,围岩应力对第一锚固界面剪切破坏影响程度较未产生裂隙时大幅度增高。最后,结合室内拉拔试验数据对比验证所推导计算方程式的合理性。研究可为深部巷道围岩稳定性控制及锚固支护参数设计提供理论依据。 展开更多
关键词 温度-压力耦合 树脂锚固体 锚固界面 失效机理 因素分析
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深井巷道全断面硬岩掘进机及其快速施工关键技术 被引量：72
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作者 程桦 唐彬 +3 位作者 唐永志 姚直书 王传兵 荣传新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期3314-3324,共11页
针对煤矿深井硬岩巷道掘进效率低下的技术难题,综合考虑深立井煤矿巷道工程环境和全断面掘进机技术特点,通过全断面掘进机施工煤矿深井岩巷可行性研究,制定了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机技术指标,研制了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机... 针对煤矿深井硬岩巷道掘进效率低下的技术难题,综合考虑深立井煤矿巷道工程环境和全断面掘进机技术特点,通过全断面掘进机施工煤矿深井岩巷可行性研究,制定了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机技术指标,研制了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机;基于考虑全断面掘进机施工扰动影响的岩石循环加卸载试验,建立了全断面掘进机快速施工围岩准静态循环加卸载损伤本构模型和非线性强度准则,并用于巷道围岩稳定性数值模拟中;通过数值模拟和现场监测,揭示了全断面掘进机快速施工围岩力学响应机理,提出了满足全断面掘进机快速施工煤矿硬岩巷道特点与要求的巷道支护形式和施工技术;通过分析煤矿全断面硬岩掘进机施工巷道围岩的稳定性,提出巷道顶板锚杆快速支护方案,并得到现场实测验证;针对立井井筒运输能力受限、井下工作环境空间狭小、设备需要频繁拆装转场等问题,研发了全断面岩石掘进机井下有限空间运输、组装、拆解技术,创新了全断面岩石掘进机井下始发、掘进关键技术;采用掘进、支护、排矸、辅助运输同步作业方式,解决了硬岩巷道快速施工难题。最后,通过在淮南张集煤矿西二采区1413A高抽巷进行工业性试验验证研究成果。结果表明:全断面掘进机施工煤矿深井硬岩巷道,平均月进尺达404 m,最高月进尺达560 m,为现有硬岩巷道掘进效率的5~10倍。 展开更多
关键词 全断面掘进机 煤矿深井 硬岩巷道 快速掘进
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深立井连接硐室群围岩稳定性分析及支护对策 被引量：33
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作者 程桦 蔡海兵 +2 位作者 荣传新 姚直书 黎明镜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期261-266,共6页
针对深立井连接硐室群围岩稳定性控制和支护技术难题,在工程地质调查的基础上,结合室内岩石力学试验,基于广义的Hoek-Brown强度准则取得了岩体力学参数,进而采用数值模拟方法对硐室群在开挖过程中的围岩位移规律和塑性区范围进行了分析... 针对深立井连接硐室群围岩稳定性控制和支护技术难题,在工程地质调查的基础上,结合室内岩石力学试验,基于广义的Hoek-Brown强度准则取得了岩体力学参数,进而采用数值模拟方法对硐室群在开挖过程中的围岩位移规律和塑性区范围进行了分析。根据数值模拟结果优化了硐室群的支护结构设计方案,并通过深浅孔方式的滞后注浆技术对围岩做进一步加固,围岩变形规律和支护结构受力的现场实测结果验证了优化支护结构的合理性,形成了深立井连接硐室群围岩失稳的控制对策。 展开更多
关键词 深立井 硐室群 围岩稳定性 支护结构设计 滞后注浆
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