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冲击危险性动态预测的震动波CT技术研究

煤炭学报 2014年第2期39卷 238-244页

作者：窦林名蔡武巩思园韩荣军刘军中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 义马煤业集团股份有限公司河南义马472300

针对煤矿冲击灾害日益频繁的现状,在应力与纵波波速的试验关系模型基础上,分析了采用纵波波速确定冲击危险的理论基础,建立了冲击危险性动态预测评价的震动波CT探测的技术,构建了震动波CT探测评价冲击危险性技术指标波速异常系数A n和... 详细信息

针对煤矿冲击灾害日益频繁的现状,在应力与纵波波速的试验关系模型基础上,分析了采用纵波波速确定冲击危险的理论基础,建立了冲击危险性动态预测评价的震动波CT探测的技术,构建了震动波CT探测评价冲击危险性技术指标波速异常系数A n和波速梯度变化系数VG,并给出了各指标的判别准则,最后开展了现场应用。研究结果表明,对于同一性质的岩体,纵波波速反映了冲击矿压发生的强度条件、能量条件和动载诱冲条件;震动波CT探测技术能够对现场冲击危险性做出动态评价和预测,并能对卸压解危措施的实施和效果进行指导和检验。

关键词：冲击危险性纵波波速震动波CT 波速异常系数波速梯度变化系数

动静载作用下煤岩多场耦合冲击危险性动态评价技术

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煤炭科学技术 2021年第4期49卷 121-132页

作者：邓志刚煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013

深部开采冲击地压灾害孕灾过程中既有静态基础量又有动态变化量,剧增的原岩应力与覆岩断裂、井下爆破等引起的动载扰动是诱发冲击地压灾害的源头,因此实现冲击危险性快速、高精度评价必须综合考虑动静载作用。笔者开展了典型煤岩霍普金... 详细信息

深部开采冲击地压灾害孕灾过程中既有静态基础量又有动态变化量,剧增的原岩应力与覆岩断裂、井下爆破等引起的动载扰动是诱发冲击地压灾害的源头,因此实现冲击危险性快速、高精度评价必须综合考虑动静载作用。笔者开展了典型煤岩霍普金森压杆试验及数值模拟,分析了动载对煤岩体破坏作用以及对应力场的影响,针对应力变化可以直接引起介质中震动波波速变化,且波速变化前的幅值与变化幅度均受应力场影响这一特性,掌握了震动场与应力场的耦合关系,建立了多场耦合冲击危险性动态评价技术:以原岩应力场表示煤岩孕灾过程的静态基础量,以采动应力场和震动场表示煤岩孕灾过程的动态变化量,以波速异常指数、波速梯度指数、应力异常指数、应力梯度指数为评价指标可实现煤岩冲击危险性动态评价。研究结果表明:动载作用下能量以震动波形式传递,造成应力场的重新分布,应力呈现分区传递特点,并且在能量达到某一阈值后引起煤岩损伤破坏,但无论动载直接作用在岩石上还是煤体上,岩石是能量传递路径,煤层是能量耗散、释放主体,破坏主要发生在煤体中。多场耦合冲击危险性评价技术在某工作面经现场应用,在工作面逐渐揭露断层过程中冲击危险性由强冲击危险性降低到中等冲击危险性,现场监测数据表明评价结果与现场实际相符。

关键词：动静载荷冲击危险性震动场多场耦合动态评价

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孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法

煤炭学报 2015年第5期40卷 1001-1007页

作者：冯宇姜福兴李京达北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

根据孤岛工作面采空区上覆岩层受采动影响的程度,将其顶板结构分为全悬顶结构、半悬顶结构和完全移动结构。通过理论分析3种顶板结构的应力传递机制,建立了孤岛工作面支承压力估算模型,提出了支承压力估算方法,并构建了存在基于弹性承... 详细信息

根据孤岛工作面采空区上覆岩层受采动影响的程度,将其顶板结构分为全悬顶结构、半悬顶结构和完全移动结构。通过理论分析3种顶板结构的应力传递机制,建立了孤岛工作面支承压力估算模型,提出了支承压力估算方法,并构建了存在基于弹性承载区的孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法。采用本文提出的估算模型及评估方法,对"全悬顶-完全移动结构"和"全悬顶-全悬顶结构"孤岛工作面进行了冲击危险性判定,为矿山决策孤岛工作面能否安全开采提供了理论依据。

关键词：孤岛工作面冲击危险性顶板结构支承压力弹性承载区

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孤岛工作面采前冲击危险性预评估研究

岩土工程学报 2018年第5期40卷 819-827页

作者：朱广安窦林名丁自伟解嘉豪西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室矿业工程学院江苏徐州221116

为研究开采扰动下孤岛工作面冲击危险性,基于覆岩空间结构理论分析了开采前后两侧采空区顶板结构动态变化和力学响应。首先基于能量力学模型,推导了工作面开采后覆岩演化高度的计算公式。根据两侧采空区顶板结构的不同,将孤岛工作面覆... 详细信息

为研究开采扰动下孤岛工作面冲击危险性,基于覆岩空间结构理论分析了开采前后两侧采空区顶板结构动态变化和力学响应。首先基于能量力学模型,推导了工作面开采后覆岩演化高度的计算公式。根据两侧采空区顶板结构的不同,将孤岛工作面覆岩结构分为长臂对称＂T＂结构、短臂对称＂T＂结构和非对称＂T＂结构。进而通过理论分析了3种孤岛工作面覆岩结构的应力传递机制,建立了孤岛工作面静载荷、动载荷估算模型,进而提出了工作面支承压力估算方法,并构建了孤岛工作面采前冲击危险预评估体系。采用估算模型及评估方法,对朝阳煤矿3112孤岛工作面进行了冲击危险性评估,为现场实践提供理论依据。

关键词：孤岛工作面覆岩结构覆岩演化高度应力分布冲击危险性

基于响应能量和无响应时间的冲击危险性动态评价技术

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煤炭学报 2019年第9期44卷 2673-2681页

作者：李宏艳莫云龙孙中学李磊蒋军军赵善坤煤炭科学技术研究院有限公司矿山安全技术研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000

煤岩冲击危险性评价的研究在煤矿安全生产领域引起广泛关注,已有多种静态评价方法指导现场防冲工作。一方面,对于冲击地压的致灾机理和影响因素目前尚未完全掌握;另一方面,伴随着开采活动,煤岩冲击危险性是动态变化的,因此静态评价方法... 详细信息

煤岩冲击危险性评价的研究在煤矿安全生产领域引起广泛关注,已有多种静态评价方法指导现场防冲工作。一方面,对于冲击地压的致灾机理和影响因素目前尚未完全掌握;另一方面,伴随着开采活动,煤岩冲击危险性是动态变化的,因此静态评价方法不足以解决井下煤岩冲击危险性评价的问题。而基于现场监测的冲击危险性动态评价技术对于井下安全生产活动具有更强的参考性。依据统计损伤力学原理,对煤岩受载条件下的能量演化行为进行分析,发现累积能量释放速率对时间的响应具有临界敏感性,即在煤岩临近灾变时,累积能量释放速率会激增。此外,依据统计学原理,复杂系统处于正常状态(无危险性)的行为应该占据较大概率,非正常状态(有危险性)的行为应该占据较小概率,故某一时刻系统行为偏离正常状态的程度实际上反映了其自身所处危险状态的变化。基于以上原理,初步建立了以响应能量异常系数和无响应时间异常系数为指标的冲击危险性动态评价的微震技术,对短期预警或临震预警展开尝试。最后在典型冲击地压矿井已有微震数据基础上,进行了现场验证。研究结果表明,微震累积能量释放速率可直接反映煤岩所处冲击危险状态;缺震时间频次分布规律满足正偏态分布;在此基础上构建的两个异常系数指标相互结合能够实现对现场冲击危险性的实时连续评价;基于统计学原理,随着开采活动的进行,对冲击危险性指标的阈值进行动态修正,保证动态评价结果更为灵敏、准确,这一思想可应用于其他动态评价技术中。

关键词：冲击危险性临界敏感性统计学能量释放缺震时间

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基于地质条件的冲击危险性动态预评价体系

煤炭学报 2010年第12期35卷 1997-2001页

作者：彭永伟蓝航王书文潘俊锋齐庆新煤炭科学研究总院开采设计研究分院北京100013 天地科技股份有限公司开采设计事业部北京100013

分析了冲击危险性预评价现状,提出了冲击危险性的影响因素,并对煤岩冲击倾向性、煤岩地质条件、开采采动应力等因素与冲击危险性的相关性进行了深入分析,建立了相应影响因素的冲击危险性预评价指标,并以此构建冲击危险性动态预评价体系... 详细信息

分析了冲击危险性预评价现状,提出了冲击危险性的影响因素,并对煤岩冲击倾向性、煤岩地质条件、开采采动应力等因素与冲击危险性的相关性进行了深入分析,建立了相应影响因素的冲击危险性预评价指标,并以此构建冲击危险性动态预评价体系。该评价体系可实现对工作面全开采过程的冲击危险性动态预评价,为矿井动力灾害防治提供依据。利用研究成果对某矿井冲击危险性进行了预评价,证实了提出的预评价体系的合理性。

关键词：地质条件冲击危险性动态预评价

基于蝙蝠算法优化的BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价研究

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现代隧道技术 2023年第2期60卷 38-46页

作者：张科学吴永伟何满潮陈学习姜耀东李东孙健东程志恒亢磊王晓玲朱俊傲杨海江闫星辰华北科技学院河北省矿山智能化开采技术重点实验室北京101601 中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 华北科技学院智能化无人开采研究所北京101601 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 煤炭科学研究总院北京100013 华北科技学院矿山安全学院北京101601

通过深入分析开采深度、煤层顶底板性质、冲击倾向性、地质构造、开采技术等因素对煤层冲击危险性的影响,建立基于蝙蝠算法优化的BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价模型;将所确定的影响冲击危险性因素进行数量级划分,利用蝙蝠算法... 详细信息

通过深入分析开采深度、煤层顶底板性质、冲击倾向性、地质构造、开采技术等因素对煤层冲击危险性的影响,建立基于蝙蝠算法优化的BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价模型;将所确定的影响冲击危险性因素进行数量级划分,利用蝙蝠算法对BP神经网络的权值与阈值最优值选择进行优化,对煤层冲击危险性进行无冲击危险性、弱冲击危险性、中等冲击危险性、强冲击危险性的等级评价。应用蝙蝠算法优化BP神经网络煤层冲击危险性智能综合评价模型对内蒙古某矿的煤层及江苏某煤矿工作面进行实例验证,评价结果与综合指数法计算所得结果一致,表明该模型可以用于煤层冲击危险性评价。应用该模型对煤层进行冲击危险性评价时,改善了BP网络结构在权值和阈值确定上的随机缺陷,提高了算法稳定性,因而得到的评价结果更加合理。

关键词：煤层冲击危险性蝙蝠算法 BP神经网络评价

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冲击危险性厚煤层综放开采冲击地压发生机理

煤炭科学技术 2007年第6期35卷 87-90,94页

作者：潘俊锋连国明齐庆新毛德兵煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 山西省高平市新庄煤矿山西高平048400

基于冲击地压对深部综放开采工作面安全高效生产的严重影响性,采用有限差分软件FLAC3D研究采煤方法(包括大采高开采)对冲击地压形成的不同影响作用,分析综放开采的合理采放比及综放工作面冲击地压发生的机理。研究表明对于冲击危险性特... 详细信息

基于冲击地压对深部综放开采工作面安全高效生产的严重影响性,采用有限差分软件FLAC3D研究采煤方法(包括大采高开采)对冲击地压形成的不同影响作用,分析综放开采的合理采放比及综放工作面冲击地压发生的机理。研究表明对于冲击危险性特厚煤层采用综放开采是有利于冲击地压防治。支承压力集中程度仍然超过塑性区煤体强度极限和采空区以暂时稳定梁或者其它形式积聚了大量的弹性能量的瞬间释放是综放工作面冲击地压时有发生的原因。

关键词：冲击危险性厚煤层冲击地压综放开采

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冲击危险性厚煤层采动应力场特征研究

冲击危险性厚煤层采动应力场特征研究

作者：潘俊锋煤炭科学研究总院

学位级别：硕士

基于采动应力对冲击地压的显著影响，论文在分析煤岩层冲击危险性评价方法及应力在冲击危险性评价中的作用的基础上，采用数值模拟方法研究冲击危险性厚煤层在不同开采条件下的采动应力场特征，并在国内典型冲击地压矿井进行了实测验证... 详细信息

基于采动应力对冲击地压的显著影响，论文在分析煤岩层冲击危险性评价方法及应力在冲击危险性评价中的作用的基础上，采用数值模拟方法研究冲击危险性厚煤层在不同开采条件下的采动应力场特征，并在国内典型冲击地压矿井进行了实测验证。论文主要内容包括： (1) 总结分析了冲击危险性煤岩层的特点。分析认为，冲击危险性煤层的特点是煤岩体具有冲击倾向性、煤岩体弹性特征显著、积聚弹性能的能力较强，破坏过程迅速而剧烈。 (2) 通过分析煤岩体应力状态与冲击危险性的相关性可知，采动应力对冲击地压的影响是显著的，采动应力场及其特征在煤岩层冲击危险性评价中具有重要的作用。因此，研究煤岩体采动应力的时空演化过程对冲击危险性评价具有重要意义。 (3) 采用有限差分程序FLAC对建立的煤层分层开采和综放开采模型进行了采场应力分布和工作面超前支承压力的对比分析。分析结果表明，无论是分层开采还是综放开采，其采动应力场分布规律基本相同，但存在差异。即在分层开采条件下，顶分层开采时的应力集中程度明显大于底分层开采时的应力集中程度;在综放开采条件下，采动应力场影响范围增大，应力集中程度相对降低，采放比对其具有一定的影响。 (4) 采用三维离散元程序3DEC对建立的煤层综放开采模型进行了岩层运动及运动块体垂直应力、水平应力动态演化规律的研究，表明了3DEC在模拟采场围岩应力分布与岩层垮落方面的良好适用性。此外，通过分析认为，在厚煤层条件下，采用综放开采更有利于降低回采工作面煤壁前方的应力集中程度，同时也使采空区岩层应力集中程度得到降低。 (5) 在国内典型的冲击地压矿井进行了采动应力实测研究。对比实测结果与数值计算结果可以看出，它们具有较好的一致性，呈现基本相同的规律。

关键词：冲击危险性采动应力综放开采数值模拟厚煤层