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矿山围岩变形与破坏光纤感测理论技术及应用

煤炭科学技术 2021年第1期49卷 208-217页

作者：柴敬刘永亮袁强张丁丁杜文刚韩志成马哲雷武林西安科技大学能源学院陕西西安710054 教育部西部矿井绿色开采重点实验室陕西西安710054 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

矿山围岩应力与结构演化机理是深部煤炭资源开采围岩控制的关键科学问题。开展采场和巷道围岩应力演化与变形破坏监测,是掌握应力场动态迁移规律,分析覆岩分区破裂、结构演化的重要手段,也是实现井下灾害超前辨识和危险区域感知预判的... 详细信息

矿山围岩应力与结构演化机理是深部煤炭资源开采围岩控制的关键科学问题。开展采场和巷道围岩应力演化与变形破坏监测,是掌握应力场动态迁移规律,分析覆岩分区破裂、结构演化的重要手段,也是实现井下灾害超前辨识和危险区域感知预判的基础。近年来光纤传感技术在解调原理、传感器研发方面取得了长足的进步,可实现不同尺度的围岩应力、变形,大范围、分布式动态监测,成为了岩体变形破坏的重要监测手段之一。分析了光纤传感技术在矿山围岩变形与破坏监测方面的应用进展,总结了用于采场和巷道围岩变形监测中的光纤传感理论及适用特点,归纳了光纤传感系统布设方法与安装工艺,讨论了采场覆岩"横三区、竖三带"分布,覆岩结构演化,支承压力分布,顶底板变形特征的光纤表征机制,介绍了光纤传感技术在矿山围岩变形表征中的最新成果。结果表明:光纤传感技术在矿山围岩监测中的应用仍处于现场应用研究阶段,在智慧矿山建设背景下,采场和巷道围岩变形监测技术向多参数、智能化、实时动态监测发展,光纤传感技术存在多参量、多尺度传感器研发,多维度光纤传感系统及布设工艺,大数据光纤传感数据智能分析系统构建等研究热点。研究成果对推动矿山围岩光纤传感智能监测技术研发与应用具有积极意义。

关键词：围岩变形分布式光纤传感光纤光栅传感采场巷道

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煤矿采场智能岩层控制原理及方法

煤炭学报 2019年第1期44卷 127-140页

作者：李化敏王伸李东印王文袁瑞甫王祖洸朱时廷河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 大同煤矿集团同煤国电同忻煤矿有限公司山西大同037003

煤矿采场智能岩层控制是智慧矿山及智能化开采的重要组成部分,是由"试误岩层控制"向"精准岩层控制"、由"静态岩层控制"向"动态岩层控制"发展的关键路径,是当前和今后一个时期采场岩层控制领域的重要发展方向之一。明确了采场智能岩层控... 详细信息

煤矿采场智能岩层控制是智慧矿山及智能化开采的重要组成部分,是由"试误岩层控制"向"精准岩层控制"、由"静态岩层控制"向"动态岩层控制"发展的关键路径,是当前和今后一个时期采场岩层控制领域的重要发展方向之一。明确了采场智能岩层控制的内涵:即运用现代信息技术、人工智能技术及方法等,以采场智能装备系统为载体,实现开采全过程的采场围岩自动化、智能化控制。采场智能岩层控制分为3个关键环节:开采过程中的环境及设备运行数据的感知与汇集、动态分析与状态判别、实时决策控制与反馈。分析了矿山数据的构成、感知汇集方法及利用方式,矿山数据的主要用途为:岩层控制效果与事故灾害特征评价的大数据关联分析、为人工智能模型提供学习样本及分析对象、作为动态数值计算的反演分析参照对象、作为数据可视化与开采实景虚拟的信息来源。给出了采场智能岩层控制的动态分析与状态判别、实时决策与控制的技术路径,提出了采场智能岩层控制的关键科学问题:(1)环境及设备运行数据的感知汇集方法与技术;(2)矿山数据实时快速分析方法与技术;(3)采场智能岩层控制的关联分析与模型;(4)矿山数据可视化与开采场景虚拟构建;(5)基于大数据的快速动态数值计算原理及算法;(6)采场智能岩层控制"感知-分析-控制-反馈"全过程算法集成与系统构建。结合工程实际介绍了基于支持向量机和动态数值计算的采场智能岩层控制初步应用。

关键词：采场智能岩层控制人工智能矿山大数据动态数值计算

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采场内结构体解算及其稳定性计算

岩土力学 2013年第7期34卷 2051-2058页

作者：陈庆发赵有明陈德炎唐中琴于振宇广西大学资源与冶金学院南宁530004 广西煤炭地质局广西柳州545005

采场内结构体的存在对矿块安全回采影响较大,开展其解算方法与稳定性计算方法研究具有重要意义。应用一般块体理论,以采场四周的开拓巷道结构面调查数据为基础,运用GeneralBlock程序初步解算出采场内结构体,分析结构体的真实性,制定真... 详细信息

采场内结构体的存在对矿块安全回采影响较大,开展其解算方法与稳定性计算方法研究具有重要意义。应用一般块体理论,以采场四周的开拓巷道结构面调查数据为基础,运用GeneralBlock程序初步解算出采场内结构体,分析结构体的真实性,制定真实性分级表。结合3DMine软件,用定义包裹长方体的方法准确刻划结构体的位置,建立简单材料力学模型,计算出固定结构体的最小固定面面积。对于解算出的结构体,在块体可移动性定理和稳定性原理的基础上,运用材料力学、集合等方法,分析矿块回采过程中结构体可移动性,计算结构体稳定性系数。研究成果成功解算出采场内结构体并进行了稳定性分析,对于裂隙岩体加固与采矿工艺优化具有较好的指导意义。

关键词：采矿工程采场结构体解算一般块体理论

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基于链式变精度粗糙模糊集采场内因火灾分析

黄金科学技术 2022年第1期30卷 93-104页

作者：杨珊袁鸣珂苏凯俊徐梓桐中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

针对地下矿山采场内因火灾影响因素多且复杂,涵盖自燃起火与火灾后果多个层面的情况,综合考虑矿石含硫量、含碳量和矿石温度等因素,建立了采场内因火灾多层面分析的指标体系,构建以影响指标为条件属性和以采场内因火灾自燃起火及火灾后... 详细信息

针对地下矿山采场内因火灾影响因素多且复杂,涵盖自燃起火与火灾后果多个层面的情况,综合考虑矿石含硫量、含碳量和矿石温度等因素,建立了采场内因火灾多层面分析的指标体系,构建以影响指标为条件属性和以采场内因火灾自燃起火及火灾后果为决策属性的链式变精度粗糙集模型。对采场内因火灾的自燃起火可能性及火灾后果严重性进行了链式关联决策分析,得到了9条置信度为55%以上的采场内因火灾自燃起火决策规则及5条置信度为50%以上的采场内因火灾后果的决策规则。根据链式因果关系对两类规则进行归并整合,得到了采场内因火灾涵盖起因与后果的组合规律。结果表明:该方法能够科学全面地分析采场内因火灾等存在链式关联层面的不确定概率性问题,为矿山预判、应对采场内因火灾及保障安全生产提供了指导。

关键词：采场内因火灾粗糙模糊集变精度知识约简链式关联矿山安全生产

基于机器学习的采场稳定性预测及图解法优化研究

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基于机器学习的采场稳定性预测及图解法优化研究

作者：黄帅中南大学

学位级别：硕士

确保采场稳定是矿山生产活动的前提,而准确可靠地预测采场结构稳定性向来是采矿领域内亟待攻克的重要课题。随着开采活动向深处发展,经典的预测工具需得到有效更新才能满足深地环境下更严苛的精度要求。以此为导向,本文开展了基于机器... 详细信息

确保采场稳定是矿山生产活动的前提,而准确可靠地预测采场结构稳定性向来是采矿领域内亟待攻克的重要课题。随着开采活动向深处发展,经典的预测工具需得到有效更新才能满足深地环境下更严苛的精度要求。以此为导向,本文开展了基于机器学习的采场稳定性预测及相关图解优化研究,如下:(1)结合以往文献,对准入式(Entry type)与禁入式(Non-entry type)采矿方法进行解释,明确采场失稳的诱发主因,为后续工作奠定理论基础。(2)基于当前版本临界跨度图解法的不足,引入RF算法加以改善。为确保所用数据集的有效性,分析其参数相关关系。为确保新引入模型的可靠性,应用三种元启发算法MVO、GWO、MFO调整RF的参数组合,并与多种机器学习模型进行对比,选择更优秀的预测模型。分析表明,MFO-RF的建模质量最优(测试精度=93%),相较于RF模型得到显著提升,且由MFO-RF导出的临界跨度图与样本点分布的吻合程度高于其余模型及以往分区结果,有潜力成为准入式采场稳定性预测的备选技术。(3)基于稳定图同样存在的问题,引进WOA-XGBoost算法开展禁入式采场的稳定性预测研究。利用测试精度达88.24%的模型,形成更为科学的稳定图解,且预测结果相较传统方法有所提升。(4)利用GP编程技术与Kriging插值思想,对第三章和第四章所得的预测结果进行验证并补充。通过融合logistic思想,输出的适用于准入式采场的三类GP预测式精度分别为89.47%、75.19%与93.23%,而适应于禁入式采场的稳定/非稳定类预测式精度为84.39%。借助Kriging方法,可对临界跨度图与稳定图进行插值更新,所得到的分类精度分别为93.23%,85.29%,且结合插值思想进一步定义了两个新亚类,解决图解使用时的边界问题。(5)搭建融合本研究核心成果的用户平台,实现准入式与禁入式采场稳定性的快速准确预测,并能基于新数据集实现图解的更新工作,为工程实践提供使用便捷的操作界面。图56幅,表23个,参考文献103篇

关键词：采场稳定性预测临界跨度图稳定图机器学习

极近距离煤层采空区下覆工作面采场围岩控制技术研究

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煤炭技术 2022年第9期41卷 57-60页

作者：李彬郭辉王兆宇高林生中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232180 华北科技学院安全工程学院北京101601

为提高煤炭资源回采率,解决新集二矿生产接替问题,通过分析极近距离采空区下覆工作面矿山压力显现规律,发现周期来压期间220115工作面存在顶板破碎、片帮问题,影响了工作面的安全回采。为此,提出了常规区域“高强度聚酯纤维网+短孔注水... 详细信息

为提高煤炭资源回采率,解决新集二矿生产接替问题,通过分析极近距离采空区下覆工作面矿山压力显现规律,发现周期来压期间220115工作面存在顶板破碎、片帮问题,影响了工作面的安全回采。为此,提出了常规区域“高强度聚酯纤维网+短孔注水”控顶,构造等特殊区域高分子材料注浆控顶控帮强化技术,保障了工作面的正常回采,为类似条件下的综采工作面围岩控制提供了参考。

关键词：极近距离煤层采空区采场围岩控制

A numerical evaluation of continuous backfilling in cemented paste backfilled stope through an application of wick drains

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International Journal of Mining Science and Technology 2015年第6期25卷 897-904页

作者： Li Li Yang Pengyu Department of Civil Geological and Mining Engineering école Polytechnique de Montréal

Cemented paste backfill(CPB) is gaining popularity in many underground mines worldwide. Sufficient water is added into CPB to make a flowable material for pipe transportation. Barricades are built near the drawpoints to prevent in-rush of the fill slurry. To avoid barricade failures resulting from excessive backfill pressures, backfilling is typically performed with a plug pour followed by a final pour. The interval between the two pours should be shortened or removed to increase mining productivity and avoid pipe clogging. Recently, Li proposed to apply wick drains in backfilled stopes to promote drainage and consolidation. The preliminary simulations by considering an instantaneous filling indicated that the drainage of CPB can be significantly accelerated by using wick drains. Barricade was not considered.Here, some new numerical modellings are presented with more representative filling sequences, stope geometry, and different draining configurations. The results illustrate that the stope can be backfilled continuously by using wick drains.

关键词：胶结充填回填采场数值评价井水泥浆排水固结应用

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采场距离巷道的远近对巷道的影响

世界有色金属 2023年第13期 61-63页

作者：姜武剑姚晶涛中国黄金集团夹皮沟矿业有限公司吉林吉林132411

在矿产资源开采的过程中,巷道因受到各种因素的影响而出现变形和遭到破坏的情况十分严重,这已经成为困扰矿产资源开采的主要问题之一。面临众多影响巷道变形和破坏的原因,本文将只针对采场与巷道距离远近进行实例讲述,以确保采场的正确... 详细信息

在矿产资源开采的过程中,巷道因受到各种因素的影响而出现变形和遭到破坏的情况十分严重,这已经成为困扰矿产资源开采的主要问题之一。面临众多影响巷道变形和破坏的原因,本文将只针对采场与巷道距离远近进行实例讲述,以确保采场的正确规划,减少采场对巷道造成变形和破坏的不利影响,同时也是为矿产资源开采工程减少不必要的人力物力的浪费。

关键词：采场巷道距离影响

Stability analyses of bleeder pillars in longwall mines by displacement-discontinuity method

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International Journal of Mining Science and Technology 2015年第6期25卷 933-941页

作者： Mishra Brijes Tang Xu Department of Mining Engineering West Virginia University Department of Mining and Minerals Engineering Virginia Polytechnic Institute and State University

Caving in coal mines releases significant amounts of dust and gas. This is exhausted from the mine by forcing the air to travel through the caved zones into a set of roadways known as bleeders. These bleeder entries are operated for the life of the mine, and therefore, they have to be kept in stable condition. Caving operations in coal mines are associated with longwall mines and complete pillar extraction. The pillars adjoining the caved zone sometimes show rib failures, posing a hazard for mine personnel travelling through the entry. In this paper, we present the results from analyses of bleeder pillars that are near the caved zones and are susceptible to damage because of the transfer of load during the caving process.In this study, bleeder pillars were simulated in a displacement discontinuity program. Results showed that the vertical stresses on bleeder pillars increased while the safety factor of bleeder pillar decreased during the caving process; however, when the caved zone completely consolidated, both the stresses and safety factor did not change for the remaining extraction. When similar extraction was performed at deeper depths, vertical stress on pillars increased significantly.

关键词：稳定性分析位移不连续法矿山放气矿柱采场开采过程垂直应力