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近距离分岔煤层底板破坏深度及规律研究
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作者 梁冰 陈昕涛 《工矿自动化》 北大核心 2025年第6期34-43,104,共11页
目前的底板破坏深度计算公式多针对特定底板结构。由于分岔煤层的地质特征复杂,上下煤层间的相对倾角及煤层间距的变化特性导致其底板结构与已有研究情形存在显著差异,难以直接套用现有公式进行底板破坏深度计算。针对上述问题,以霍洛... 目前的底板破坏深度计算公式多针对特定底板结构。由于分岔煤层的地质特征复杂,上下煤层间的相对倾角及煤层间距的变化特性导致其底板结构与已有研究情形存在显著差异,难以直接套用现有公式进行底板破坏深度计算。针对上述问题,以霍洛湾煤矿3−1分岔煤层为工程背景,基于单一岩层塑性滑移线场理论,得到近距离分岔煤层3种破坏情况下的最大破坏深度理论解,采用数值模拟得到开采过程中底板塑性区演化规律及破坏深度,采用压水试验实测工作面底板破坏深度。理论分析结果表明:塑性滑移线旋转中心位置因底板岩性差异而变化,致使底板破坏深度先陡增后渐降,计算得到底板破坏深度为13.30~17.62 m。数值模拟结果表明:底板以剪切破坏形式为主,破坏范围由泥岩层逐渐向3−1下煤层及砂质泥岩层发育,底板煤岩结构变动导致破坏深度在12.36~16.53 m间变化,与理论分析呈现同样趋势。现场实测结果表明:工作面回采前后底板钻孔的注水漏失量出现显著变化,底板岩层裂隙发育充分,破坏深度为13.52~17.20 m。根据3−1上煤层底板破坏情况对3−1下煤层顶板进行分类并提出顶板预控对策,以保证煤层安全开采。现场实测结果验证了分岔煤层底板塑性滑移线场的实用性。 展开更多
关键词 近距离分岔煤层 底板破坏深度 单一岩层塑性滑移线场 压水试验 顶板稳定性 钻孔注水漏失量
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基于组合赋权法和脆弱性指数模型的煤层底板突水危险性评价 被引量:1
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作者 邱梅 赵建飞 +5 位作者 邵振东 张伟强 郑妍 尹心雨 盖贵超 韩昭帝 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期160-168,共9页
针对煤层底板突水危险性评价模型中主控因素赋权问题,提出了一种基于模糊层次分析法(FDAHP)、熵权法(EWM)与偏差平方和法(SSD)组合赋权的脆弱性指数模型。以良庄井田15煤层底板奥灰突水危险性评价为例,选取含水层富水性、含水层水压、... 针对煤层底板突水危险性评价模型中主控因素赋权问题,提出了一种基于模糊层次分析法(FDAHP)、熵权法(EWM)与偏差平方和法(SSD)组合赋权的脆弱性指数模型。以良庄井田15煤层底板奥灰突水危险性评价为例,选取含水层富水性、含水层水压、隔水层厚度、脆塑性岩石厚度比、断层交点和尖灭点密度、断层强度指数等6个主控因素。采用FDAHP法和EWM法分别确定主控因素的主、客观权重,并利用SSD法有效融合主、客观权重构建最优组合权重。在此基础上,建立脆弱性指数模型对煤层底板突水危险性进行评价,将研究区划分为4大区域:安全区、过渡区、危险区、强危险区。结果表明,该方法将主控因素主观、客观权重有效融合,突水危险性评价结果与工程实践相吻合,预测效果较好,为煤层底板突水危险性评价提供了新思路。 展开更多
关键词 脆弱性指数法 煤层底板突水 模糊层次分析法 熵权法 危险性评价
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低渗灰岩注浆压力跃变机理与调控工艺研究
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作者 樊振丽 曹路通 +2 位作者 崔勇 张志巍 张风达 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期141-153,共13页
【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆... 【背景】随着我国石炭-二叠纪煤田逐步转入下组煤开采,面临的煤层底板承压水害和岩溶水资源保护问题愈发突出。在煤层底板岩溶水害地面超前区域治理过程中,由于浆液选型与注浆压力调控之间的匹配规律不清,导致参数选择依赖经验性,注浆加固效果不佳。【方法】针对豫西地区新安煤田奥陶系灰岩(简称奥灰)顶部低渗泥灰岩“升压快、注浆量少”的现象,以孟津煤矿地面区域治理工程中的单液水泥浆、黏土浆和黏土水泥浆注浆材料为研究对象,开展不同类型浆液孔口压力测试、静态流变、液相颗粒分布、Zeta电位、导电率、微观形貌与元素分布等试验,基于水泥颗粒与黏土颗粒的絮凝机理,从物理和化学角度剖析不同注浆材料在注浆过程中起压差异机制。【结果和结论】(1)带正电荷的水泥颗粒与带负电荷的黏土颗粒容易相互吸附形成三维网状结构的絮凝体,导致黏土水泥浆液中出现粒径大于600µm的大颗粒,且粒径100µm以上的颗粒占比78%,容易堵塞裂隙。(2)黏土水泥浆的导电率(1.87mS/cm)相比水泥浆有所降低,浆液混合后发生黏土颗粒包裹水泥颗粒的现象。(3)水泥浆颗粒粒径较小且静态屈服应力和黏度较低,容易通过地层中狭窄的裂隙通道,注浆压力表现平稳;黏土水泥浆静态屈服应力和静态黏度分别是水泥浆的4.5倍和4.0倍,相对容易堵塞裂隙通道,导致其起压速率是水泥浆的10倍。基于阶梯式缓慢起压原则,提出低压充填、中压扩散和高压加固的“三阶段”黏土水泥浆与水泥浆交替注浆模式,可显著提升治理效果,并为类似条件下的低渗灰岩注浆治理提供参考。 展开更多
关键词 煤矿水害 底板岩溶水害 区域治理技术 注浆材料 絮凝机理 起压差异机制 交替注浆 豫西孟津煤矿
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渗流-应力耦合下断层带裂隙岩体渗透演化规律
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作者 赵德康 韩冰 +6 位作者 曾一凡 冯国瑞 席永红 常波峰 李政昊 王鹏威 王立三 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期154-165,共12页
【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂... 【背景】断层构造是煤矿底板突水的重要通道之一,对矿井安全生产构成严重威胁,深入研究渗流–应力耦合下断层带裂隙岩体渗透特性演化规律对煤矿底板断层突水防治具有重要意义。【方法】以山西潞安高河煤矿为工程背景,首先分析断层带裂隙岩体的微观物理性质及孔裂隙结构特征;然后通过三轴渗流实验研究重复加卸载条件下断层带裂隙岩体渗透性演化规律,建立渗透系数与围压的定量耦合关系;最后以高河煤矿Fw159断层为研究对象,结合力学模型分析,建立断层突水数值模型,分析底板断层带突水通道形成演化规律。【结果和结论】断层带裂隙岩体孔裂隙结构复杂、边缘粗糙、呈不定向发育的微观特征对岩体的渗透性能具有控制作用;渗透系数与围压之间存在负指数关系,渗透压变化对底板破碎带位移及导水通道形成具有显著影响;开采过程中应力扰动先于位移效应发生,且在应力达到峰值后,位移效应逐渐显现,当孔隙水压达到3MPa时,承压水在断层底部聚集,沿断层破碎带向上导升,直至失稳破坏。研究成果阐明了断层带裂隙岩体渗透特性与煤矿底板断层突水之间的内在联系,为煤矿底板突水防治与矿井安全开采提供了理论依据。 展开更多
关键词 底板水害 裂隙岩体 渗流失稳 断层突水 流固耦合 潞安高河煤矿
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薄煤层工作面开采过低洼段顶板涌水机制及预防技术
5
作者 李季 吴洁琪 +4 位作者 陈朝森 董继辉 强旭博 郑英建 陈忠 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期72-79,共8页
针对古叙矿区叙永一矿软基岩薄煤层开采工作面回采期间顶板频繁涌水的问题,综合运用现场实测、相似材料模拟实验以及数值模拟等多种方法,对1599工作面覆岩破坏范围开展了全面且深入的现场探测工作,探究了1599工作面顶板覆岩破坏特征与... 针对古叙矿区叙永一矿软基岩薄煤层开采工作面回采期间顶板频繁涌水的问题,综合运用现场实测、相似材料模拟实验以及数值模拟等多种方法,对1599工作面覆岩破坏范围开展了全面且深入的现场探测工作,探究了1599工作面顶板覆岩破坏特征与工作面“竖三带”的演化规律,揭示了软基岩薄煤层工作面覆岩涌水通道的发育特征以及顶板涌水的内在机制。研究结果显示:C19煤层走向分布起伏不平,当1599工作面回采至80 m低洼段时,受采动影响,覆岩中的两层关键层发生破断,纵向裂隙向上发育,进而形成涌水通道并导通长兴组含水层;大量地下水在压力作用下涌向工作面,导致该工作面频繁涌水。为此,有针对性地提出采用深浅孔结合的注浆方式与超前疏排水措施对1599工作面低洼段顶板岩层进行联合控制,从而有效解决顶板涌水问题。 展开更多
关键词 软基岩 薄煤层 覆岩破坏 涌水通道
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特厚煤层底板断层破坏与顶板垮断联动效应的CFDEM模拟研究 被引量:2
6
作者 李浩 唐世斌 +2 位作者 康志勤 杨栋 马立强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2615-2629,共15页
特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特... 特厚煤层采场空间大、覆岩扰动范围广,顶板垮断产生的强扰动加卸荷载易导致底板断层破坏加剧。通过数值模拟研究特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应机理规律是开展水害防治的基础,关键在于掌握加卸载下岩体渐进破坏与裂隙流耦合特征。构建加卸载下拉、剪损伤演化方程,结合有效偏/球应力为基本变量的屈服准则与塑性势函数,得到完整岩块的塑性损伤本构;建立拉/剪、混合型加卸载过程中塑性位移与强度劣化关系,以平方拉剪应力与B-K准则为初始、完全断裂准则,形成非贯通裂隙断裂本构;提出岩块分离、压缩、剪切判据,结合实验数据建立离散块体间挤压、剪切摩擦本构与剪胀方程。基于质量/动量守恒、状态方程,并结合流体体积与浸没边界方法,形成裂隙岩体气−水二相流模拟理论。由此形成CFDEM数值计算程序,并将加卸载下塑性损伤、断裂、挤压/摩擦、流体属性分别赋予实体单元(岩块)、黏聚力单元(非贯通裂隙)、接触对(贯通裂隙)、欧拉单元(水和气)。根据宁武煤田北部矿区工程地质条件,建立特厚煤层底板断层突水与顶板垮断联动效应数值计算模型。结果表明:①CFDEM耦合程序及相应的理论模型可数值实现特厚煤层覆岩及底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及地下水在裂隙中运移;②模拟条件下特厚煤层含断层底板的采动裂隙包络线呈w形,最深处超过55 m位于断层及其上盘,最浅处23 m位于断层下盘,而无构造底板处的破坏深度为24~36 m,已导通奥灰含水层;③特厚煤层底板普遍出现二次破坏现象。表现为无构造底板在超前工作面处破坏深度为24.0~29.3 m,但在采空区内普遍增加至31.5~36.0 m;断层及其上盘在超前工作面处裂隙总开度为0.34~0.86 m,但在采空区内迅速增加至3.6 m,形成突水优势通道。④底板断层突水与顶板垮断联动效应的根源在于覆岩高位关键岩层垮断失稳、砌体梁下沉与二次断裂,并导致底板二次破坏,突水风险加剧。 展开更多
关键词 特厚煤层 底板断层突水 顶底板联动效应 CFDEM程序 微震实验
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陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术 被引量:15
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作者 董书宁 樊敏 +5 位作者 郭小铭 刘英锋 郭康 姬中奎 李超峰 薛小渊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期902-916,共15页
陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总... 陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。 展开更多
关键词 陕西省煤矿 溃水溃沙 烧变岩水灾 离层溃水 泥砂溃涌 底板奥灰水灾
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新集矿区深部1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价 被引量:2
8
作者 韩锋 詹润 +3 位作者 孙贵 顾承串 李宏泽 雷震 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第8期1080-1086,共7页
奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、... 奥灰岩溶裂隙含水层是影响华北型煤矿深部开采的重要水害,在水-岩相互作用下奥灰含水层易导致煤层底板突水。为进一步认识奥灰岩溶突水问题,文章以新集矿区深部1煤层开采为例,利用矿区近些年最新积累的奥灰钻孔资料,选取断层强度指数、断层交叉点与尖灭点、含水层水压、富水性、隔水层等效厚度、脆塑比7个因素作为奥灰岩溶突水的主控因素,并结合层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)确定各主控因素影响权重。运用地理信息系统(geographic information system,GIS)空间分析功能建立各主控因素专题图,通过对专题栅格图归一化处理,将各主控因素按照权重进行空间复合叠加,最终获得1煤层底板奥灰岩溶突水危险性评价分区结果。将评价结果与突水系数法计算结果对比分析可知,基于GIS的煤层底板突水危险性评价方法更符合矿区实际地质情况,可以为矿区深部煤层开采与水害防治工作提供参考依据。 展开更多
关键词 层次分析法(AHP) 地理信息系统(GIS) 新集矿区 1煤层 底板 奥陶系灰岩 突水
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煤层采动底板突水物理模拟试验研究进展与展望 被引量:6
9
作者 张平松 欧元超 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期44-56,共13页
【目的】底板突水受特定地质构造、水-岩-应力及采掘扰动等因素叠加作用影响,具有复杂性、隐蔽性、突发性等特点。【方法】物理模拟试验能较好地还原底板岩层与承压水赋存环境、直观展现采动底板裂隙扩展及突水路径演化全过程、实时获... 【目的】底板突水受特定地质构造、水-岩-应力及采掘扰动等因素叠加作用影响,具有复杂性、隐蔽性、突发性等特点。【方法】物理模拟试验能较好地还原底板岩层与承压水赋存环境、直观展现采动底板裂隙扩展及突水路径演化全过程、实时获取灾变各阶段多源数据信息,因而在底板突水研究方面具有独特优势。【结果和结论】对底板突水经典理论、标准规范、模拟试验及工程实践等方面的研究成果进行了回顾,重点梳理了试验加载装置及水压模拟方式、相似材料研制及其特性指标、监测技术及其观测系统设计3个方面的研究进展,其中在模拟水-岩-应力耦合环境下的三维模型底板突水全过程信息捕捉方面有较大突破。面对数智化研究大背景,分析当前底板突水物理模拟试验领域存在的不足,并据此指出未来应重点关注大型三维底板突水综合试验平台研制、基于标准化的多特性相似材料配比数据库建立、多相多场多维耦合监测预警系统构建、人工智能等数智化技术融合应用研究等发展方向。提出的思考有助于从装置、材料、技术等方面提升未来物理模拟试验水平,从而更好支撑煤矿底板水害数智化防治基础研究工作高质量发展。 展开更多
关键词 底板突水 物理模拟 试验装置 相似材料 监测技术 展望
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煤层底板隐伏陷落柱突水机理及工程应用 被引量:1
10
作者 李昂 李远谋 +5 位作者 刘朝阳 姬亚东 王峰 刘洋 马政和 方刚 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期142-152,共11页
华北煤田隐伏陷落柱难勘探、易突水、隐患大,是煤矿安全隐患的典型代表。以澄合矿区山阳煤矿1501工作面底板下隐伏陷落柱为工程地质背景,根据陷落柱的含(导)水特性,将突水事故分为整体剪切破坏和尖端劈裂破坏2种模式,结合高等岩石力学... 华北煤田隐伏陷落柱难勘探、易突水、隐患大,是煤矿安全隐患的典型代表。以澄合矿区山阳煤矿1501工作面底板下隐伏陷落柱为工程地质背景,根据陷落柱的含(导)水特性,将突水事故分为整体剪切破坏和尖端劈裂破坏2种模式,结合高等岩石力学与断裂力学,分别建立突水力学模型,通过临界平衡条件与断裂判据,理论推导得到了底板隔水层可抵抗的临界水压解析解与隔水层厚度的安全阈值。结果表明,临界突水压力由2部分组成,即底板自身抵挡水压力值和围岩抵挡水压力值;临界突水压力与关键层厚度呈正相关,与陷落柱顶部宽度呈先减小后增大的关系;现场实际以陷落柱顶部宽度11.2m为界,小于该值时极限水压力主要受控于有效隔水层厚度,大于该值时围岩水平应力对极限水压力影响较大;陷落柱周边裂隙扩展长度与水压力正相关,与覆岩压力负相关;陷落柱轴线角度在60°~90°更易诱发突水灾变。将研究成果应用于1501工作面底板危险性评价,理论分析给出了在受开采扰动影响下底板临界突水压力0.95MPa不足以抵抗奥灰承压水压力1.2MPa,且开采后陷落柱周边次生裂隙增长发育威胁陷落柱顶部隔水稳定性。根据陷落柱内部疑似的空洞,科学构筑了“堵水塞+双液注浆”处理方法,治理后工作面涌水量由65m^(3)/h降低至0.3m^(3)/h,工作面成功开采。 展开更多
关键词 隐伏陷落柱 煤层底板 突水机理 澄合矿区 “堵水塞+双液注浆”方法
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底板突水危险性评价研究进展 被引量:6
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作者 姚辉 尹慧超 +5 位作者 尹尚先 侯恩科 毕梦 连会青 夏向学 梁满玉 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期183-191,共9页
回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的... 回顾了煤层底板突水危险性评价的发展历程,提出其危险性评价的体系:指标(指标体系的建立)—方法(评价方法的选取)—工具(处理工具的革新),并对3个环节进行总结。指出指标体系的发展不再是因素集的扩充,而是因素与因素之间非线性关系的处理以及对以开采条件及地质条件为两大基本要素集的化繁为简;将现有方法依据处理数据的逻辑分为3类:以数据的基础信息为基准,将原始数据对评价对象所产生的大小、高低、优劣性影响进行考量、排序及综合形成评价结果的第一类方法;对数据列进行人工评判、加工分析、拓展和延伸,挖掘数据的潜在信息,并形成最终评价结果的第2类方法;整理具有相同指标的数据集,通过数据信息处理技术发现数据间的共有信息,从而获得最终评价结果的第3类方法。指出未来评价方法的发展方向一方面是对突水系数法的传承,修正其在厚、巨厚、极薄隔水层的不良表现,另一方面是对机器学习新型方法的创新,对其本身及组合模型进行开发与应用。提出了处理工具所需实现的三大目标:矿井立体化模型的建立、评价结果的动态化演示、“定位、定量、定概率”三定指标的实现。分别探讨了三者面临的问题并阐述具体解决手段。在上述基础上,总体阐明了煤层底板突水危险性评价体系各环节的研究展望。 展开更多
关键词 带压开采 底板突水 危险性评价 突水系数 神经网络
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黄陇煤田典型特厚煤层综放开采涌水机理与导水裂隙带发育规律 被引量:9
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作者 闫和平 李文平 +1 位作者 段中会 杨玉贵 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期129-138,共10页
黄陇侏罗纪煤田厚煤层开采导水裂隙带发育高度大,易导通上覆白垩系洛河组巨厚砂岩含水层,区内青岗坪煤矿回采期间出现典型的“脉冲式”涌水特征,给矿井的安全回采造成严重影响。以青岗坪煤矿42105综放工作面为研究对象,采用3DEC离散元... 黄陇侏罗纪煤田厚煤层开采导水裂隙带发育高度大,易导通上覆白垩系洛河组巨厚砂岩含水层,区内青岗坪煤矿回采期间出现典型的“脉冲式”涌水特征,给矿井的安全回采造成严重影响。以青岗坪煤矿42105综放工作面为研究对象,采用3DEC离散元模拟、钻孔冲洗液漏失量、综合物探以及钻孔电视相结合的实测方法,对工作面回采过程中覆岩导水裂隙带和离层发育规律进行研究,探究该典型地质条件下矿井的涌水机制与导水裂隙带发育特征。结果表明:42105工作面导水裂隙带受覆岩周期性垮落影响不断向上发育,洛河组孔裂隙砂岩静储水不断释放,间歇性涌入工作面,形成幅值稍低的“脉冲式”涌水;在采动影响下巨厚砂岩含水层内不断出现离层,导水裂隙带导通砂岩含水层离层积水区,致使涌入工作面的瞬时涌水量突增,形成幅值较高的“脉冲式”涌水。结合现场钻孔冲洗液漏失量实测、综合物探以及钻孔电视结果,揭示了青岗坪煤矿洛河组孔裂隙砂岩静储水与离层水叠加影响的“脉冲式”涌水机理,确定导水裂隙带的最大发育高度为316.83~333.00m,裂采比为30.17~31.71。研究结果对于类似地层条件下矿井涌水的防治和安全高效回采具有指导意义。 展开更多
关键词 黄陇煤田 特厚煤层 导水裂隙带 “脉冲式”涌水 综合探测 离散元模拟
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大变幅加卸载下特厚煤层底板断层突水机理模拟研究 被引量:5
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作者 李浩 朱开鹏 +2 位作者 郭国强 周杨 康志勤 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期118-128,共11页
特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性... 特厚煤层采场空间大、扰动范围广,强烈大变幅荷载易导致底板断层破裂加剧并诱发水害。数值模拟是揭示特厚煤层底板断层活化与突水机理的重要方法,准确反映大变幅加卸载下岩体破裂与裂隙水耦合特征是其合理性的关键。构建损伤变量与塑性应变、应力之间的相关关系,得到完整岩块的拉、加压卸载损伤演化方程;以平方拉剪应力与Benzeggagh-Kenane为初始、完全断裂准则,建立塑性位移与强度劣化关系,建立加卸载韧性断裂本构关系;基于实验数据建立贯通裂隙加卸载剪切本构关系。以基本方程与状态方程为基础,结合浸没边界方法,形成裂隙岩体水力学模拟理论。由此编制流体动力学-有限离散元CFD-FDEM耦合程序,模拟研究特厚煤层底板断层活化突水过程。结果表明:CFD-FDEM耦合程序可数值实现特厚煤层底板断层从(准)连续体到离散体转化,以及断层带裂隙水运移过程。底板断层采动破坏包络线呈W形,最深位于断层及其上盘(48.6m),最浅位于断层下盘(23m)。特厚煤层采场底板断层及其上盘受到较大超前集中应力,而后在采空区内大幅卸载,导致该位置出现显著二次破坏,并形成主要导水通道。研究成果为特厚煤层工作面底板断层水害防治提供理论支撑。 展开更多
关键词 特厚煤层 底板断层 突水机理 CFD-FDEM耦合 大变幅加卸载
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基于ZOA CNN GRU模型的煤层底板突水等级预测 被引量:1
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作者 刘艳冬 刘滢 +3 位作者 卢兰萍 白峰青 王铁记 卫皓皓 《中国煤炭》 北大核心 2024年第6期44-51,共8页
针对传统循环神经网络煤层底板突水等级预测模型存在预测精度低、模型参数过多造成模型训练速率下降和出现过拟合现象等问题,引入斑马优化算法对卷积神经网络和门控循环单元神经网络的组合模型进行优化,建立ZOA CNN GRU神经网络煤层底... 针对传统循环神经网络煤层底板突水等级预测模型存在预测精度低、模型参数过多造成模型训练速率下降和出现过拟合现象等问题,引入斑马优化算法对卷积神经网络和门控循环单元神经网络的组合模型进行优化,建立ZOA CNN GRU神经网络煤层底板突水等级预测模型。为验证模型的可行性,采用九龙矿区煤层底板突水数据对模型进行训练,并将所建模型和CNN GRU神经网络以及GRU神经网络进行对比分析。研究结果表明:与CNN GRU神经网络和GRU神经网络模型相比,ZOA CNN GRU神经网络模型预测准确率最高,达到98%,且ZOA CNN GRU神经网络模型稳定性、泛化能力均优于对比模型。 展开更多
关键词 煤层底板 斑马优化算法 门控循环单元神经网络 ZOA CNN GRU神经网络 突水等级
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静动载作用下巷道底板突水过程及关键致灾因素模拟 被引量:1
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作者 卢兴州 杨登峰 +1 位作者 王波 李腾锐 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第29期12506-12515,共10页
针对静动载联合作用下巷道底板突水问题,结合工程实例采用数值模拟软件FLAC^(3D)构建模型,从应力场、位移场及破坏区共同耦合作用角度出发,分析了动静载叠加作用下的底板突水通道形成过程及作用机制,探讨了关键致灾因素对巷道底板突水... 针对静动载联合作用下巷道底板突水问题,结合工程实例采用数值模拟软件FLAC^(3D)构建模型,从应力场、位移场及破坏区共同耦合作用角度出发,分析了动静载叠加作用下的底板突水通道形成过程及作用机制,探讨了关键致灾因素对巷道底板突水的作用程度。研究结果表明:静载与动载应力场叠加,导致底板应力集中程度和范围在深度方向扩大;巷道底板受动载作用后破坏深度和范围加大,有效隔水层厚度减少,底板突水的风险性增加;巷道底板突水通道的形成主要与动载幅值、持时及承压水水压有关,其中动载幅值对突水作用程度较大,当动载幅值超过临界值时,巷道底板破坏深度显著增加;持时的增大使得动载作用的时间特征减弱,更加接近于静载作用,巷道底板发生拉伸破坏的可能性降低;承压水水压的增大,使得作用在巷道底板下岩层的有效应力减小,岩体强度降低,底板破坏深度增加。采用单因素分析法对比发现,各致灾因素对底板突水的影响程度依次为:动载幅值>动载持时>承压水水压。 展开更多
关键词 静-动荷载 巷道 底板突水 数值模拟 致灾因素
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缓倾斜煤层开采底板破坏深度数值分析研究 被引量:3
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作者 查春雷 袁二军 +2 位作者 史立群 彭红明 屈宏飞 《中国矿业》 北大核心 2024年第8期169-175,共7页
研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进... 研究煤层开采过程中底板破坏深度对防治矿井底板水害具有重要意义,数值模拟避免了因现场条件复杂而无法进行实测的情况,可以在煤层开采前模拟和预测破坏深度,为开采工作提供参考。以梁北煤矿32021工作面为例,基于统计规律的经验公式进行了理论计算,得到的底板破坏深度分别为27.05 m、25.63 m、23.56 m,其中,考虑采深和煤层倾角的27.05 m更接近实际情况。使用FLAC^(3D)进行数值模拟,模拟并分析了工作面推进过程中的应力变化规律和底板破坏深度。在数值模拟的过程中,煤层底板的垂直应力变化结果表明,随着工作面不断推进,顶底板应力增大,采空区两端出现应力集中现象,影响范围不断增大,同时底板破坏深度也会随之增加;煤层底板的塑性破坏结果表明,底板破坏深度随工作面的推进而不断增大,当工作面推进至100 m时,底板破坏深度达到最大,之后破坏深度保持不变,破坏范围会一直随之增加;工作面推进100 m时,煤层底板下不同深度的塑性破坏结果表明,随着深度增加,破坏范围不断减小,可判断出煤层底板最大破坏深度约为25.9 m。 展开更多
关键词 矿井水害 底板破坏深度 缓倾斜煤层 FLAC^(3D) 数值模拟
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基于MTD类分布小样本增强的带压开采煤层底板破坏深度预测 被引量:1
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作者 刘世伟 赵家鑫 +3 位作者 袁乐忠 杨宇 陈茄齐 于昊 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期175-185,共11页
机器学习预测方法在带压开采煤层底板破坏深度预测评价中得到广泛应用,然而在预测模型构建过程中常常存在着实测数据获取成本高、采集难度大以及随机性强等问题,基于少量样本构建的模型预测的性能往往受到预测精度和泛化能力的严重制约... 机器学习预测方法在带压开采煤层底板破坏深度预测评价中得到广泛应用,然而在预测模型构建过程中常常存在着实测数据获取成本高、采集难度大以及随机性强等问题,基于少量样本构建的模型预测的性能往往受到预测精度和泛化能力的严重制约。通过文献调研,收集获得50组实测数据样本,引入MTD(Mega-Trend-Diffusion)类分布虚拟样本生成技术,生成虚拟样本,进一步实现煤层底板破坏深度实测样本的扩充增强;采用SaDE-ELM(Self Adaptive Differential Evolution-Extreme Learning Machine)、GA-PSO-BP(Genetic Algorithm-Particle Swarm Optimization-Back Propagation Neural Network)、BP(Back Propagation Neural Network)等机器学习算法,构建虚拟样本增强前后煤层底板破坏深度预测模型,并对增强前后的模型预测精度进行对比分析。结果表明:所提方法生成的虚拟样本与实测样本的分布基本一致;采用虚拟样本增强后的预测模型精度均显著提高,其中基于MTD类分布小样本增强的PCA-SaDE-ELM(Particle Swarm Optimization-Self Adaptive Differential Evolution-Extreme Learning Machine)预测模型的预测效果最优,增强前后误差可降低42.95%~51.27%。采用MTD类分布生成技术进行小样本增强,并构建带压煤层底板破坏深度预测模型能够更加精确地预测多因素影响下煤层底板破坏深度,通过与规范经验预测结果和滑移线场理论预测结果进行对比分析,所提方法预测得到的云驾岭矿19105工作面底板破坏深度相对较大,有利于工作面安全生产管理。相关研究成果对奥灰承压水上煤层的安全高效回采提供了有利支撑。 展开更多
关键词 带压开采 底板破坏深度 小样本 数据增强 神经网络
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煤层底板砂岩含水层水文地质特征的分布式放水试验探查研究 被引量:1
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作者 魏启明 赵宝峰 +2 位作者 马进勇 张泽源 马志贤 《中国煤炭》 北大核心 2024年第5期32-39,共8页
为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0... 为了查明宁东煤田煤层底板宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,在国家能源集团宁夏煤业有限责任公司石槽村煤矿2个不同的区域开展了分布式放水试验,2个阶段的放水试验均包括了单孔和多孔放水试验,计算的渗透系数平均值分别为0.219~0.301、0.024~0.029 m/d,单位涌水量平均值分别为0.079、0.012 L/(s·m),影响半径分别约为700、750 m。通过放水试验,查明宝塔山砂岩含水层的厚度约为60 m,岩性为粗砂岩,局部夹薄层砂质泥岩和泥岩;含水层渗透性和富水性均较弱,且存在不均一性,但是由于宝塔山砂岩含水层位于下组煤底板,研究区下组煤承压均在3 MPa以上;含水层地下水水温约为41℃,下组煤采掘活动面临一定的热害影响;宝塔山砂岩含水层具有较好的可疏性,疏水降压是底板砂岩水害防控最佳措施。通过放水试验进一步查明了宝塔山砂岩含水层的水文地质特征,补充了抽水试验未能查明的水文地质条件,其探查结果可以作为煤层底板砂岩水害防控的依据。 展开更多
关键词 宁东煤田 宝塔山砂岩 放水试验 疏水降压 水文地质条件 底板水害
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倾斜煤层底板破坏特征的微震监测 被引量:46
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作者 孙建 王连国 +2 位作者 唐芙蓉 沈义峰 龚世龙 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1589-1595,共7页
带压开采是承压水上采煤的主要方法,底板采动破坏深度的确定是实现带压开采的关键和前提。针对底板采动破坏深度现场测量方法的局限性,特别是倾斜煤层(煤层倾角在25°~45°之间)底板采动破坏深度的现场测量。以桃园煤矿1066工... 带压开采是承压水上采煤的主要方法,底板采动破坏深度的确定是实现带压开采的关键和前提。针对底板采动破坏深度现场测量方法的局限性,特别是倾斜煤层(煤层倾角在25°~45°之间)底板采动破坏深度的现场测量。以桃园煤矿1066工作面为例,利用高精度微震监测技术,对承压水上倾斜煤层底板的采动破坏特征进行了连续的、动态监测。监测结果表明:(1)工作面运输巷(下顺槽)附近的底板比工作面回风巷(上顺槽)附近的底板破坏深度更深,破坏范围更大;(2)倾斜煤层工作面底板破坏形态整体呈现为一个下大上小的非对称形态。根据微震监测结果,确定了1066工作面回风巷和运输巷附近底板的最大破坏深度,划分了倾斜煤层工作面底板突水危险区域。将微震监测的倾斜煤层底板破坏深度与经验公式计算的底板破坏深度进行了对比,指出了经验公式存在的不足。 展开更多
关键词 倾斜煤层 微震监测 破坏深度 底板突水
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煤层底板突水危险性的Fisher判别分析模型 被引量:59
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作者 张文泉 张广鹏 +1 位作者 李伟 华祥 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1831-1836,共6页
为准确评价底板突水危险性,考虑到不同影响因素对于评价方法的作用与影响不同,运用逐步判别法剔除了判别效果不显著的指标,选取了含水层富水性、水压、隔水层厚度、断层导水性、构造发育程度5项主要影响因素作为判别指标。根据以往突水... 为准确评价底板突水危险性,考虑到不同影响因素对于评价方法的作用与影响不同,运用逐步判别法剔除了判别效果不显著的指标,选取了含水层富水性、水压、隔水层厚度、断层导水性、构造发育程度5项主要影响因素作为判别指标。根据以往突水数据建立了底板突水危险性的Fisher判别分析模型,并绘制了判别空间中样本数据散点图。该模型通过了显著性检验,分类效果显著。对15组训练样本进行回代判别,误判率为0,通过距离判别法准确预测了测试样本的突水危险性,表明该模型在煤层底板突水危险性评价上具有较高的可信度和良好的实用性。 展开更多
关键词 煤层 底板 突水 FISHER判别 逐步判别 距离判别
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