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Evolution of a mining induced fracture network in the overburden strata of an inclined coal seam 被引量:8
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作者 Wei Xiujun Gao Mingzhong +3 位作者 Lv Youchang Shi Xiangchao Gao Hailian Zhou Hongwei 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2012年第6期775-779,共5页
The geological conditions of the Pingdingshan coal mining group were used to construct a physical model used to study the distribution and evolution of mining induced cracks in the overburden strata.Digital graphics t... The geological conditions of the Pingdingshan coal mining group were used to construct a physical model used to study the distribution and evolution of mining induced cracks in the overburden strata.Digital graphics technology and fractal theory are introduced to characterize the distribution and growth of the mining induced fractures in the overburden strata of an inclined coal seam.A relationship between fractal dimension of the fracture network and the pressure in the overburden strata is suggested.Mining induced fractures spread dynamically to the mining face and up into the roof as the length of advance increases.Moreover,the fractal dimension of the fracture network increases with increased mining length,in general,but decreases during a period from overburden strata separation until the main roof collapses.It is a1so shown that overburden strata pressure plays an important role in the evolution of mining induced fractures and that the fractal dimension of the fractures increases with the pressure of the overburden. 展开更多
关键词 Inclined coal seam Fracture network EVOLUTION FRACTAL DIMENSION
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A rapid and accurate direct measurement method of underground coal seam gas content based on dynamic diffusion theory 被引量:6
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作者 Yanwei Liu Yang Du +4 位作者 Zhiqiang Li Fajun Zhao Weiqin Zuo Jianping Wei Hani Mitri 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第6期799-810,共12页
Coal seam gas content is frequently measured in quantity during underground coal mining operation and coalbed methane(CBM)exploration as a significant basic parameter.Due to the calculation error of lost gas and resid... Coal seam gas content is frequently measured in quantity during underground coal mining operation and coalbed methane(CBM)exploration as a significant basic parameter.Due to the calculation error of lost gas and residual gas in the direct method,the efficiency and accuracy of the current methods are not inadequate to the large area multi-point measurement of coal seam gas content.This paper firstly deduces a simplified theoretical dynamic model for calculating lost gas based on gas dynamic diffusion theory.Secondly,the effects of various factors on gas dynamic diffusion from coal particle are experimentally studied.And sampling procedure of representative coal particle is improved.Thirdly,a new estimation method of residual gas content based on excess adsorption and competitive adsorption theory is proposed.The results showed that the maximum error of calculating the losing gas content by using the new simplified model is only 4%.Considering the influence of particle size on gas diffusion law,the particle size of the collected coal sample is below 0.25 mm,which improves the measurement speed and reflects the safety representativeness of the sample.The determination time of gas content reduced from 36 to 3 h/piece.Moreover,the absolute error is 0.15–0.50 m^3/t,and the relative error is within 5%.A new engineering method for determining the coal seam gas content is developed according to the above research. 展开更多
关键词 coal seam gas content Dynamic diffusion model Determination method Lost gas content Desorption characteristics
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Fracture mechanics model of fully mechanized top coal caving of shallow coal seams and its application 被引量:6
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作者 Zhang Jiangong Miao Xiexing +1 位作者 Huang Yanli Li Meng 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI 2014年第3期349-352,共4页
Based on break characteristics of roofs in fully mechanized top-coal mining of thick shallow coal seams, a fracture mechanics model was built, and the criterion of crack propagation in the main roof was derived using ... Based on break characteristics of roofs in fully mechanized top-coal mining of thick shallow coal seams, a fracture mechanics model was built, and the criterion of crack propagation in the main roof was derived using the fracture mechanics theory. The relationships between the fracture length of the roof and the working resistance of the supports were discovered, and the correlations between the load on the overlying strata and the ratio of the crack's length to the thickness of the roof were obtained. Using a working face of Jindi Coal Mine, Xing county Shanxi province as an example, the relationships between the fracture length of the roof and the working resistance of the supports were analysed in detail. The results give a design basis in hydraulic top coal caving supports, which could provide useful references in the practical application. On-site experiment proves that the periodic weighting step interval of the caving face is 15–16 m, which is basically consistent with the theoretical analysis results, and indicates that the mechanized caving hydraulic support is capable of meeting the support requirements in the mining of a super-thick but shallowly buried coal seam. 展开更多
关键词 Super-thick shallow coal seam Fully mechanized top-caving mining Main roof Fracture mechanics model0
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Similarity model tests of movement and deformation of coal-rock mass below stopes 被引量:6
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作者 WANG, Haifeng CHENG, Yuanping +1 位作者 YUAN, Liang WANG, Liang 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2010年第2期188-192,共5页
For a study of the movement and deformation of coal-rock mass and low protected seams below a stope,as well as for fracture developments and rules of evolution of permeability,we designed a plane strain model test sta... For a study of the movement and deformation of coal-rock mass and low protected seams below a stope,as well as for fracture developments and rules of evolution of permeability,we designed a plane strain model test stand to carry out model tests of similar materials in order to improve the effect of gas drainage from low protected seams and to measure the movement and deformation of coal-rock mass using a method of non-contact close-range photogrammetry.Our results show that 1) using paraffin melting to take the place of coal seam mining can satisfy the mining conditions of a protective seam;2) coal-rock mass under goafs has an upward movement after the protective seam has been mined,causing floor heaving;3) low protected seams become swollen and deformed,providing a good pressure-relief effect and causing the coal-rock mass under both sides of coal pillars to become deformed by compression and 4) the evolution of permeability of low protected seams follows the way of initial values→a slight decrease→a great increase→stability→final decrease.Simultaneously,the coefficient of air permeability increased at a decreasing rate with an increase in interlayer spacing. 展开更多
关键词 coal-rock mass below stope low protected seam plane strain similar model test
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Longwall mining automation horizon control:Coal seam gradient identification using piecewise linear fitting 被引量:3
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作者 Shibo Wang Shijia Wang 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期821-829,共9页
Horizon control, maintaining the alignment of the shearer's exploitation gradient with the coal seam gradient, is a key technique in longwall mining automation. To identify the coal seam gradient, a geological mod... Horizon control, maintaining the alignment of the shearer's exploitation gradient with the coal seam gradient, is a key technique in longwall mining automation. To identify the coal seam gradient, a geological model of the coal seam was constructed using in-seam seismic surveying technology. By synthesizing the control resolution of the range arm and the geometric characteristics of the coal seam, a gradient identification method based on piecewise linear representation(PLR) is proposed. To achieve the maximum exploitation rate within the shearer's capacity, the control resolution of the range arm is selected as the threshold parameter of PLR. The control resolution significantly influenced the number of line segments and the fitting error. With the decrease of the control resolution from 0.01 to 0.02 m, the number of line segments decreased from 65 to 15, which was beneficial to horizon control. However, the average fitting error increased from 0.055 to 0.14 m, which would induce a decrease in the exploitation rate. To avoid significant deviation between the cutting range and the coal seam, the control resolution of the range arm must be lower than 0.02 m. In a field test, the automated horizon control of the longwall face was realized by coal seam gradient identification. 展开更多
关键词 coal seam gradient Exploitation gradient Geological model Horizon control Piecewise linear representation
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Characteristics of dissolved inorganic carbon in produced water from coalbed methane wells and its geological significance 被引量:3
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作者 YANG Zhaobiao QIN Yong +3 位作者 QIN Zonghao YI Tongsheng LI Cunlei ZHANG Zhengguang 《Petroleum Exploration and Development》 2020年第5期1074-1083,共10页
Based on long-term dynamic tracing of dissolved inorganic carbon(DIC)and stable carbon isotope(δ13CDIC)in produced water from 20 coalbed methane(CBM)wells in western Guizhou,the spatial-temporal dynamic variations of... Based on long-term dynamic tracing of dissolved inorganic carbon(DIC)and stable carbon isotope(δ13CDIC)in produced water from 20 coalbed methane(CBM)wells in western Guizhou,the spatial-temporal dynamic variations ofδ13CDIC of the GP well group produced in multi-layer commingled manner were analyzed,and the relationship between the value ofδ13CDIC and CBM productivity was examined.The produced water samples of typical wells in the GP well group were amplified and sequenced using 16S rDNA,and a geological response model ofδ13CDIC in produced water from CBM wells with multi-coal seams was put forward.The research shows that:δ13CDIC in produced water from medium-rank coal seams commonly show positive anomalies,the produced water contains more than 15 species of methanogens,and Methanobacterium is the dominant genus.The dominant methanogens sequence numbers in the produced water are positively correlated withδ13CDIC,and the positive anomaly of v is caused by reduction of methanogens,and especially hydrogenotrophic methanogens.Vertical segmentation of sedimentary facies and lithology in stratum with multi-coal seams will result in permeability and water cut segmentation,which will lead to the segmentation ofδ13CDIC and archaea community in produced water,so in the strata with better permeability and high water cut,theδ13CDIC of the produced water is abnormally enriched,and the dominant archaea is mainly Methanobacterium.In the strata with weak permeability and low water cut,theδ13CDIC of the produced water is small,and the microbial action is weak.The shallow layer close to the coal seam outcrop is likely to be affected by meteoric precipitation,so theδ13CDIC of the produced water is smaller.The geological response model ofδ13CDIC in produced water from multi-coal seams CBM wells in the medium-rank coal reveals the geological mechanism and microbial action mechanism of theδ13CDIC difference in the produced water from the multi-coal seams CBM wells.It also provides effective geochemical evidence for the superimposed fluid system controlled by sedimentary facies,and can also be used for the contribution analysis of the produced gas and water by the multi-layer CBM wells. 展开更多
关键词 coalbed methane produced water from coal seam dissolved inorganic carbon stable carbon isotope archaea community microbial gene CBM productivity geological response model
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煤层双重孔隙瓦斯输运机理及模型评估
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作者 刘伟 韩冬阳 +2 位作者 徐浩 周禹军 李天男 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期151-162,共12页
瓦斯是赋存于煤层中的非常规天然气。瓦斯的输运行为是煤层气开采的核心问题,然而双重孔隙煤层的瓦斯输运机理还没有达成共识。为了明确瓦斯输运机理,可视化瓦斯动态输运过程,构建裂隙中瓦斯由压力梯度驱动、煤基质内瓦斯分别由压力梯... 瓦斯是赋存于煤层中的非常规天然气。瓦斯的输运行为是煤层气开采的核心问题,然而双重孔隙煤层的瓦斯输运机理还没有达成共识。为了明确瓦斯输运机理,可视化瓦斯动态输运过程,构建裂隙中瓦斯由压力梯度驱动、煤基质内瓦斯分别由压力梯度驱动和密度梯度驱动的2种煤层双重孔隙钻孔瓦斯渗流模型。2种模型均采用有限差分法求解。通过自主开发的数值模拟软件得到瓦斯压力分布、瓦斯涌出速度和瓦斯累计涌出量。通过对比数值解算结果与现场实测数据,探讨2种模型的准确性和差异性。结果表明:①2种模型在抽采前期均由达西流主导,其瓦斯涌出速度和累计瓦斯涌出量与现场基本保持一致,而煤基质内的气体将在后期主导气体输运。②由于游离瓦斯的存在,基质密度梯度模型的钻孔瓦斯压力变化范围比压力梯度模型的更大,更符合现场实测情况。说明煤基质中的扩散行为更符合游离瓦斯密度梯度驱动模型。③钻孔瓦斯涌出速度与原始瓦斯压力、孔隙率、裂隙渗透系数呈正相关,与基质半径负相关。所构建的裂隙瓦斯压力梯度驱动、基质游离瓦斯密度梯度驱动双重孔隙钻孔瓦斯输运模型更真实、准确地反映煤储层钻孔瓦斯输运的物理行为。 展开更多
关键词 煤层 瓦斯输运 密度梯度 双重孔隙模型 瓦斯涌出速率 参数敏感性
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大倾角工作面覆岩三维破断运移演化规律
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作者 解盘石 黄宝发 +5 位作者 伍永平 罗生虎 朱明建 易磊磊 徐辉 陈建杰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期12-26,共15页
大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场... 大倾角煤层安全高效开采的关键是对采场围岩与装备的多维耦合控制,定量化表征大倾角采场覆岩空间结构破断特征、采动裂隙发育和空隙分布特征是实现该类煤层精准岩层控制的前提。以大倾角长壁大采高工作面为工程背景,采用数值计算、现场实测与理论分析相结合的研究方法,在厘定覆岩空间移动变形规律的基础上,引入三维曲率、岩体空隙率及分形几何理论定量描述了采场不同区域破断岩块的运移–堆砌–铰接特征及岩体裂隙分布规律,实现了大倾角大采高工作面开采过程中三维结构组成及采动裂隙场空间占位的动态精细定量表征。研究表明,大倾角大采高破断顶板在采场空间发生了多维度耦合的非均衡运动,中、上部顶板以垂直岩层运动为主,下部顶板演变为倾向下滑。顶板破坏形式沿倾向、走向、垂向呈现三维区域异化,上部破断岩块错层、跨层迁移形成倾斜砌体结构,采空区后方存在“非均匀矸石–弯曲悬臂梁–破断岩块”承载结构形成非均匀空顶区域,承载结构相互约束,随倾向位置、覆岩层位不同发生动态演化。支架阻力分区波动性分布,中部阻力>上、下部,走向非同步来压。曲率分布呈“横、竖O–X”形态,“O”型内部垮落岩块非平行同步下沉,倾向、反倾向堆砌结构并存,正负曲率不一,岩块间形成弱铰接结构。随覆岩层位升高,离层破坏区域向中下部和采空区中部偏移,岩体空隙率和分形维数呈现先增大后减小的现象。研究结果揭示了采空区内部覆岩三维破断运移规律,丰富了大倾角煤层岩层控制理论,也为顶板岩层运移规律的精细定量分析提供了新方法。 展开更多
关键词 大倾角煤层 大采高 覆岩破断运移 三维曲率 空隙率 分形特征
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磨料水射流旋转切割煤岩最优参数匹配模型研究
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作者 魏建平 校朋伟 +2 位作者 张慧栋 陈长江 刘勇 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期192-202,共11页
随着煤炭开采向深部延伸,纯水射流技术已逐渐无法满足高地应力和高煤岩强度条件下破煤增透需求。磨料水射流能有效提高水射流破岩能力,磨料水射流旋转切割卸压技术可实现高地应力、坚硬煤层的高效增透。射流压力和旋转速度是影响磨料水... 随着煤炭开采向深部延伸,纯水射流技术已逐渐无法满足高地应力和高煤岩强度条件下破煤增透需求。磨料水射流能有效提高水射流破岩能力,磨料水射流旋转切割卸压技术可实现高地应力、坚硬煤层的高效增透。射流压力和旋转速度是影响磨料水射流旋转切割煤岩效果的重要因素,明确磨料水射流旋转切割硬煤力学特征及规律是合理匹配射流压力和旋转速度的前提。采用数值模拟和实验研究相结合的方法,分析了不同射流压力和旋转速度匹配关系对射流冲击靶体力学作用机制的影响,明确了不同射流压力和旋转速度对磨料水射流旋转割缝效果的影响规律。研究结果表明,磨料颗粒高速撞击煤岩产生的法向力主要取决于射流压力,而切向力则同时取决于射流压力和旋转速度,法向力和切向力在磨料颗粒冲击破煤过程中作用不同,两者共同决定了磨料水射流旋转切割煤岩效果;当射流压力小于25 MPa时,割缝深度随射流压力升高而增加,超过25 MPa后割缝深度增加速率显著降低;在割缝时间恒定条件下,磨料射流旋转切割深度随转速的增加始终呈上升趋势;提出以最优匹配系数n作为同一射流压力下不同转速切割效果的评判指标,发现不同工况条件下淹没与非淹没条件下的n值存在显著差异,当前研究条件下非淹工况最优参数匹配系数n为0.0020156,淹没工况最优参数匹配系数为0.000299;建立了磨料水射流旋转割缝射流压力和旋转速度最优匹配参数计算模型,可根据射流压力直接计算得到最优匹配转速,使射流切割效果最优。 展开更多
关键词 磨料水射流割缝 煤层增透 最优参数匹配 射流压力 旋转速度
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中国煤层气商业开发典型案例及启示
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作者 李勇 熊先钺 +4 位作者 徐立富 徐凤银 张伟祺 谢金峰 李昀 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期31-46,共16页
我国煤层气资源具有地域分布广、时域跨度大、品位差异大、地质条件复杂等特征,建立适合差异地质特征的煤层气开发体系能够降低开采难度,推动产业发展。通过系统总结分析30多年来我国煤层气商业开发典型案例,包括潘庄浅部高煤阶、保德... 我国煤层气资源具有地域分布广、时域跨度大、品位差异大、地质条件复杂等特征,建立适合差异地质特征的煤层气开发体系能够降低开采难度,推动产业发展。通过系统总结分析30多年来我国煤层气商业开发典型案例,包括潘庄浅部高煤阶、保德浅部中低煤阶、延川南中深煤层、大宁—吉县深煤层和潘河多薄煤层的地面气井开发,以及两淮、晋城和松藻矿区的井下气体(瓦斯)抽采,取得如下主要认识:潘庄、潘河浅部高煤阶含气量高、渗透率较高、水动力较弱,发育向斜−水文控气模式,形成浅部高煤阶单/多支水平井单层开发模式;针对薄−超薄煤层多层综合含气特征,形成直井多组合立体开发模式。保德中低煤阶含气饱和度高、构造稳定且存在生物气补给,发育正向构造−水文控气模式,形成了浅部中低煤阶大平台丛式井合层开发模式。延川南煤层埋藏相对较深、低孔低渗低压、水动力弱,形成中深煤层有效支撑−精细排采开发模式。大宁—吉县西部煤层埋深大、低孔低渗、游离气含量高、水动力弱,形成了深煤层体积压裂−水平井开发模式。两淮矿区发育松软低透气性高瓦斯煤层群,形成中远距离保护层卸压井上下立体开发技术;晋城矿区发育高透气性高瓦斯原生结构煤,形成中厚硬煤层四区联动井上下立体开发技术;松藻矿区发育松软低渗突出煤层群,形成了近距离三区配套三超前增透开发技术。我国煤层气开发突破了深度极限、厚度下限、单类型气体开发和复杂构造背景局限,形成了中国特色煤层气开发地质理论认识。西北和东北地区中低煤阶煤层气、南方复杂构造区煤层气、大型盆地腹部深−超深煤层气开发潜力仍有待进一步挖掘。我国煤层气开发在不同埋深、煤阶、厚度和构造背景下均实现了显著突破,有望推动和引领全球煤层气产业发展新格局。 展开更多
关键词 深层煤层气 浅层煤层气 瓦斯抽采 薄煤层 体积压裂 富集模式 开发模式
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融合断层势场的复杂煤层地质体隐式自动建模方法
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作者 钟德云 王李管 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1705-1716,共12页
在煤炭透明地质系统建设中,对具有复杂交叉断层网络的煤层地质体进行自动建模及模型动态更新是一项极具挑战性的任务。为解决具有复杂断层网络的煤层地质建模问题,在非平稳地质统计理论和隐式建模势场插值理论的基础上,创新性地提出了... 在煤炭透明地质系统建设中,对具有复杂交叉断层网络的煤层地质体进行自动建模及模型动态更新是一项极具挑战性的任务。为解决具有复杂断层网络的煤层地质建模问题,在非平稳地质统计理论和隐式建模势场插值理论的基础上,创新性地提出了一种融合外部漂移的径向基函数(RBF)插值理论和融合断层势场的煤层地质体三维自动建模方法。提出的隐式建模方法分为以下步骤:在断层插值约束方面,通过推导融合外部漂移的径向基函数插值式,提出了融合断层势场的径向基函数插值理论与方法。在断层势场表示方面,引入断层线势场来定义断层影响范围,可以插值不同类型断层与煤层间的不连续插值趋势和光滑过渡趋势。在断层网络定义方面,基于图论的思想采用有向图来表示断层网络之间相互影响的拓扑关系,并进而构造断层势场组合关系来定义断层网络之间的截断交叉关系。在模型曲面重构方面,采用保证几何精度的约束Delaunay三角剖分(CDT)方法实现断层线的保特征插值和保特征重构,以确保隐式曲面重构得到几何精度可靠的三角不规则网络(TIN)模型,无需进行网格后处理操作。基于以上方法,开发了面向煤炭地质保障系统的三维煤层地质体模型自动建模系统。系统支持复杂断层网络拓扑关系的自动构建,可以极大提高煤层地质体隐式建模的效率。为了测试融合外部漂移的径向基函数插值方法的插值效果和融合断层势场的煤层地质体建模方法的建模效果,以多个矿山真实数据集为基础,验证了融合复杂交叉断层的煤层地质体隐式建模方法的可靠性。所提方法可以对具有大量不同类型交叉断层网络的复杂煤层地质体进行高效自动建模,并满足断层运动特征和断层影响范围等地质规则约束,对煤层地质精准建模具有重要应用价值。 展开更多
关键词 煤层建模 地质保障系统 地质建模 空间插值 隐式建模 径向基函数
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基于半监督学习的煤层钻孔预抽瓦斯状态评价方法
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作者 晏立 文虎 +1 位作者 王振平 金永飞 《工矿自动化》 北大核心 2025年第3期113-121,共9页
目前单一钻孔抽采状态评价方法通常依赖于瓦斯抽采浓度,而忽视了煤层瓦斯赋存的多样性。监督学习模型依赖于样本的特征标记,在样本量较大时,人工标注的成本较高;无监督学习模型缺乏样本标记,无法实现定性评价。针对上述问题,提出一种基... 目前单一钻孔抽采状态评价方法通常依赖于瓦斯抽采浓度,而忽视了煤层瓦斯赋存的多样性。监督学习模型依赖于样本的特征标记,在样本量较大时,人工标注的成本较高;无监督学习模型缺乏样本标记,无法实现定性评价。针对上述问题,提出一种基于半监督学习的煤层钻孔预抽瓦斯状态评价方法。构建了包含甲烷浓度、抽采负压、环境温度等8项指标的多维度评价体系,采用层次分析法(AHP)与模糊评价法(FEM)结合的权重赋值方法,建立抽采效果等级划分标准。在此基础上,提出基于高斯混合模型(GMM)与K-Means算法的半监督学习模型(SSGMM/SSK-Means),通过融合少量人工标注样本与大量未标注数据,实现单一钻孔抽采状态的动态分类。SSGMM聚集度更好,SSK-Means效率更高,形成“精度-效率”的互补关系。在陕西黄陵二号煤矿215工作面的应用结果表明:SSGMM和SSK-Means的最大聚集度(MVCR)和修正Rand指数(ARI)分别达82.64%和85.83%,显著优于传统聚类方法;通过动态反馈机制优化后,原等级为“差”的钻孔抽采效率提升5.26%~5.80%,补差率达100%。 展开更多
关键词 煤层瓦斯 抽采效果评价 半监督学习 层次分析法 模糊评价法 高斯混合模型 K-MEANS算法
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多煤层开采地下水运移试验平台研发及应用
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作者 吴宝杨 许多 +3 位作者 王伟 刘小庆 张耀斌 王子骋 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期253-265,共13页
为进一步完善煤矿地下工程领域模型试验研究手段,明确矿区煤炭开采地下水的运移规律,研发了一套多煤层开采地下水运移综合智能试验平台。平台由主体反力单元、伺服加载单元、回采模拟单元、水体运移单元、信息采集单元等五个关键单元组... 为进一步完善煤矿地下工程领域模型试验研究手段,明确矿区煤炭开采地下水的运移规律,研发了一套多煤层开采地下水运移综合智能试验平台。平台由主体反力单元、伺服加载单元、回采模拟单元、水体运移单元、信息采集单元等五个关键单元组成。通过组合式反力装置,可开展2.1m×1.8m×3.0m(长×高×宽)以内不同尺寸模型体的地质力学模型试验;采用七个伺服电缸实现了分区域主动稳定加载,能够还原地下工程围岩真实应力场分布特征,扩大了有效加载区域;创新性地设计了煤层回采模拟装置以适用于不同厚度、不同进刀长度、不同回采速度的煤层回采模拟;采用荧光示踪剂和大功率紫外线光源显示水体沿裂隙的渗流、运移及存储情况;采用了伺服液压控制系统、高精度土压力盒、分布式光纤等数据实时采集传输系统,实现了数据实时采集,提高了数据采集准确度。以神东矿区上湾煤矿的采掘地质条件为基本背景,进行了现场试验。结果表明:煤层开采过程中,模型巷道围岩变形规律与现场实测基本吻合,围岩变形主要特征基本一致;下层煤柱的距离越大,水平承载力更大,但是破坏过程更剧烈,造成顶底板更大范围破坏,下层煤柱水平承载力极限为0.32MPa,裂隙贯通临界位移为2.5mm;竖向裂隙是贯通煤矿地下水库与上覆含水层的主要通道,也是水源补给的主要路径;顶板岩层横向裂隙成为储水空间,且采空区是主要的储水空间。通过试验验证了系统的可行性与可靠性,较好体现采动条件下模型岩层的裂隙发育、应力变化及地下水运移特征,具有一定工程应用价值,为地下水库建设与长期安全运行提供了科学研究手段。 展开更多
关键词 煤层开采 地下水库 模型试验 水体运移 试验系统研发
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多煤层重复采动地表沉陷规律数值模拟分析
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作者 王志峰 王巍 +5 位作者 周海丰 陈苏社 丁亚辉 柴华彬 邹友峰 邓强 《能源与环保》 2025年第1期225-232,共8页
为研究多煤层重复采动地表沉陷规律,以活鸡兔矿井22208工作面为研究对象,运用FLAC3D软件进行数值模拟,对重复采动条件下采空区覆岩与地表移动规律及其应力分布规律等进行分析研究,揭示下沉系数和重复采动次数之间的关系,并基于实测数据... 为研究多煤层重复采动地表沉陷规律,以活鸡兔矿井22208工作面为研究对象,运用FLAC3D软件进行数值模拟,对重复采动条件下采空区覆岩与地表移动规律及其应力分布规律等进行分析研究,揭示下沉系数和重复采动次数之间的关系,并基于实测数据对22208工作面三次采动的模拟结果进行精度验证。结果表明,计算模型的模拟结果与实测地表沉降值具有相同的沉降趋势,且数值模拟的沉降值在整体上略大于实测值,利用数值模拟所得的结果与实测之间的均方根误差RMSE为±100 mm,证明了该模型的可靠性。最后,基于此模型继续构建了活鸡兔井一次采动和二次采动条件下的计算模型,获取了重复采动条件下地表的沉降值,为后续工作面的开采提供理论参考。 展开更多
关键词 多煤层开采 数值模拟 沉陷规律 开采模型
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极近距离煤层开采覆岩运移特征及变形机理研究
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作者 李健光 卫政宇 《煤炭与化工》 2025年第3期17-22,26,共7页
以华苑煤业9103和10103工作面的极近距离煤层开采为研究背景,采用相似材料模拟试验的方法,深入分析了上、下煤层联合开采时覆岩的裂缝演化规律和移动变形特征。研究结果表明,随着工作面的不断推进,覆岩裂缝的演化经历了初期稳定、中期... 以华苑煤业9103和10103工作面的极近距离煤层开采为研究背景,采用相似材料模拟试验的方法,深入分析了上、下煤层联合开采时覆岩的裂缝演化规律和移动变形特征。研究结果表明,随着工作面的不断推进,覆岩裂缝的演化经历了初期稳定、中期加速扩展、后期趋于稳定3个阶段,且顶板覆岩的下沉变形也呈现出相似的阶段性特征。在初期阶段,裂缝发育缓慢,顶板相对稳定;中期阶段,裂缝迅速扩展,顶板下沉量剧增;后期阶段,裂缝发育和顶板下沉均趋于稳定。本研究揭示了极近距离煤层开采过程中覆岩的运移规律和变形机制,为优化巷道布置设计、提高煤矿开采效率和安全性提供了重要的科学依据和技术支持。 展开更多
关键词 极近距离煤层 相似模型 覆岩运动 裂隙
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基于梯形塌陷模型的煤层开采覆岩冒落带高度分析
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作者 张敏 《煤矿现代化》 2025年第2期59-63,69,共6页
针对我国煤层在开采过程中经常发生工作面迎头顶板突水,甚至发生溃砂、突泥事故的问题,基于矿压控制实用理论,以沙坪煤矿13102工作面为研究对象,揭示了断裂线型即导水裂隙带型的工作面迎头突水机理,并推导了煤层开采引起的顶板覆岩冒落... 针对我国煤层在开采过程中经常发生工作面迎头顶板突水,甚至发生溃砂、突泥事故的问题,基于矿压控制实用理论,以沙坪煤矿13102工作面为研究对象,揭示了断裂线型即导水裂隙带型的工作面迎头突水机理,并推导了煤层开采引起的顶板覆岩冒落带演化规律和顶板沉降过程中的应力状态。针对煤矿开采后覆岩冒落带的演化特征,提出了梯形垮落模型来描述覆岩垮落形式,并计算冒落带的高度利用数值模拟验证了理论模型和覆岩冒落带高度计算方法的适用性。 展开更多
关键词 煤层开采 覆盖层失效 梯形坍塌模型 顶板突水
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采空区未充分垮落结构下回采巷道布置位置研究
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作者 宋虎 张小军 +2 位作者 龙颖 刘亚宁 钟建兵 《煤炭与化工》 2025年第4期14-18,共5页
为确定新疆106煤矿在未充分垮落采空区下的1803工作面溜子道合理布置位置,以新疆106煤矿的实际地质工况为背景,通过理论分析和数值模拟的方法,对1803溜子道的合理布置位置进行了研究。通过理论分析得到了未充分垮落结构下的垂直应力分... 为确定新疆106煤矿在未充分垮落采空区下的1803工作面溜子道合理布置位置,以新疆106煤矿的实际地质工况为背景,通过理论分析和数值模拟的方法,对1803溜子道的合理布置位置进行了研究。通过理论分析得到了未充分垮落结构下的垂直应力分布规律,并得到了巷道合理布置的理论范围。通过数值软件模拟了新疆106煤矿现场地质特征,基于理论分析对1803溜子道的不同布置方案进行模拟,结果表明在距上采空区遗留煤柱中心35~45 m是合理的溜子道布置范围,在此区域内布置溜子道可以有效避开高应力区。 展开更多
关键词 未充分垮落结构 巷道布置 近距离煤层 力学模型 数值模拟
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芦岭煤矿碎软煤层群采空区瓦斯立体治理技术应用
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作者 许文彪 刘云亮 +1 位作者 贾秉义 王少雷 《能源与环保》 2025年第3期65-71,78,共8页
芦岭煤矿地质条件复杂,主采煤层均为煤与瓦斯突出煤层,瓦斯灾害严重,治理难度大。为了解决特厚碎软强突煤层瓦斯治理问题,实行井上下立体瓦斯抽采模式,采用地面采动井抽采和定向长钻孔拦截抽采相结合的主要技术及斜交钻孔、普通高位钻... 芦岭煤矿地质条件复杂,主采煤层均为煤与瓦斯突出煤层,瓦斯灾害严重,治理难度大。为了解决特厚碎软强突煤层瓦斯治理问题,实行井上下立体瓦斯抽采模式,采用地面采动井抽采和定向长钻孔拦截抽采相结合的主要技术及斜交钻孔、普通高位钻孔、老空埋管的辅助措施。结果表明,地面钻井抽采开始卸压增长期瓦斯抽采量显著增加,当工作面推进至各钻井1~30 m时,瓦斯抽采量达到峰值状态;充分卸压抽采高峰期始于工作面推进过各钻井1~31 m;井间竞争抽采衰减期原钻井的瓦斯抽采量显著降低;卸压恢复低流量期的地面钻井抽采量为2~3 m^(3)/min。定向长钻孔抽采瓦斯经历逐渐增加、保持稳定、衰减的过程,钻孔末端进入卸压范围后,开始卸压瓦斯的拦截抽采,之后瓦斯抽采量逐渐提升,保持相对稳定,平均抽采量11.0 m^(3)/min。通过该模式,Ⅲ1022工作面上覆8、9煤层的瓦斯含量由15.8 m^(3)/t降低至4.52 m^(3)/t。工作面推采过程中的风排瓦斯量为0.47 m^(3)/min左右,有效保障了矿井安全生产。 展开更多
关键词 瓦斯立体抽采 特厚碎软强突煤层 瓦斯治理 地面采动井抽采 定向长钻孔拦截抽采
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极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制方法研究 被引量:7
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作者 王琦 刘寄婷 +3 位作者 江贝 薛浩杰 高红科 蒋振华 《采矿与岩层控制工程学报》 EI 北大核心 2024年第1期18-33,共16页
极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过... 极近距离煤层传统长壁开采,受上层遗留煤柱和采空区垮落等因素的影响,下煤层开采过程中应力环境复杂、矿压显现剧烈,易诱发巷道围岩大变形。为解决上述问题,提出了极近距离条件下巷道定向切顶–约束高强支护无煤柱自成巷控制方法。通过顶板定向预裂切顶,主动改变顶板悬臂结构,切断采空区向巷道顶板的应力传递。充分利用矿山压力和岩体碎胀特性,取消煤柱留设,结合高强支护加强巷道顶板整体性,共同实现切顶自成巷。建立了极近距离煤层开采覆岩结构模型,计算了下煤层切顶自成巷巷旁支护阻力。以典型极近距离煤层为工程背景,开展了不同开采方法的数值试验对比研究,结果表明,提出的自成巷控制方法使巷道围岩应力降低59.8%,巷道顶板变形减少70.8%,并明确了极近距离煤层开采无煤柱自成巷控制机理。在此基础上,开展了典型极近距离煤层工程设计及现场应用研究,结果表明该方法有效降低了矿压显现程度,保证了自成巷的安全稳定控制。 展开更多
关键词 极近距离煤层 定向切顶卸压 约束高强支护 力学模型 设计方法
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基于MRU-Net++的极薄煤层综采面煤岩界面图像识别 被引量:2
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作者 张传伟 何正伟 +4 位作者 路正雄 李林岳 龚凌霄 张刚强 潘巧娜 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期103-116,共14页
煤岩识别是极薄煤层综采工作面实现智能化开采的核心技术之一。针对极薄煤层开采时煤岩分界线自然裸露在外的特殊情况,提出了一种基于MRU-Net++网络的极薄煤层煤岩图像识别方法。该网络以U-Net++为基础,通过“剪枝”技术对U-Net++结构... 煤岩识别是极薄煤层综采工作面实现智能化开采的核心技术之一。针对极薄煤层开采时煤岩分界线自然裸露在外的特殊情况,提出了一种基于MRU-Net++网络的极薄煤层煤岩图像识别方法。该网络以U-Net++为基础,通过“剪枝”技术对U-Net++结构进行优化,在U-Net++网络性能损失最小的同时减少其复杂度,以提高运算速度;采用MobileNetV2轻量化网络,构建一个基于MobileNetV2的核心骨干网络,替代U-Net++原有的网络架构,显著降低了模型的参数数量,提高了模型分割效率;同时引入含有通道注意力机制的ResNeSt模块来增强对煤岩图像边缘细节特征的提取能力,提高分割精度。利用液压支架上的防爆摄像仪采集极薄煤层综采工作面煤岩图像,获取具有煤岩分布信息的高清煤岩图像并对图像进行预处理,创建含有2 536个样本的极薄煤层综采面煤岩图像数据集。设置消融试验,验证改进部分对网络性能的影响,并将该模型与经典FCN、U-Net、U-Net++网络模型进行对比,利用自适应学习算法训练各网络模型,选择像素准确度(Pixel Accuracy, P_(A))、交并比(Intersection over Union, IOU)及测试时间等关键指标评估模型分割效果。结果显示,MRU-Net++网络模型的平均像素准确度P_(AM)和交并比I_(OUM)分别为97.15%和94.16%,模型占用内存25.71 M,每张图像的平均测试时间28.61 ms,充分证明了该方法在极薄煤层特殊环境下进行煤岩识别任务的可行性与有效性。 展开更多
关键词 极薄煤层 煤岩识别 语义分割 U-Net++网络模型 深度学习
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