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基于深度学习的井筒变形预测模型与应用

煤炭学报 2025年第2期50卷 732-747页

作者：刘辉李国强朱晓峻张鹏飞程桦王金正李培帅安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230601 安徽省矿山生态修复工程研究中心安徽合肥230601 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿山东菏泽274000

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... 详细信息

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。

关键词：煤矿立井倾斜变形深度学习井筒预测神经网络

榆神矿区中深煤层开采松散含水层地下连续墙侧向截水帷幕可行性分析

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煤炭学报 2025年第2期50卷 1062-1072页

作者：赵春虎王世东姬中奎朱开鹏梁向阳中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 煤矿灾害防控全国重点实验室陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

榆神矿区是陕北煤炭基地的主力矿区,高强度煤炭资源开发过程中煤层顶板水害与地下水资源流失问题突出,随着黄河流域生态环境保护战略的全面推进,对矿井水防治与水资源保护提出了超前化、主动化、源头化的地质保障要求。针对陕北榆神矿... 详细信息

榆神矿区是陕北煤炭基地的主力矿区,高强度煤炭资源开发过程中煤层顶板水害与地下水资源流失问题突出,随着黄河流域生态环境保护战略的全面推进,对矿井水防治与水资源保护提出了超前化、主动化、源头化的地质保障要求。针对陕北榆神矿区井工煤矿煤层开采影响下近地表富水松散含水层涌(失)水问题,借鉴露天大水矿区地下连续墙的帷幕减渗成功经验,从稳定的补给水源、相对集中补给通道、防绕流托底3个方面总结了煤矿区开展地下水连续墙截水帷幕的基本条件;通过建立井工煤矿开采与松散富水含水层帷幕条件下矿井涌水量理论计算模型,得出截水帷幕墙体渗透能力越弱、厚度越大,以及距离采掘范围越近是减少煤层顶板近地表松散含水层涌(失)水的基本原理。以榆神矿区某矿工作面集中涌水问题对研究对象,依据井工煤矿地下水连续墙帷幕减渗基本原理,分析得出工作面集中涌水区段主要水源以近地表松散含水层地下水为主,且具备稳定可观的动态补给,煤层开采形成的导水裂隙突破顶板隔水土层揭露松散层内条带状古河道(古河道内隔水土层变薄、松散层增厚),形成了相对集中的涌水通道,以及在“上含下隔”(上为富水松散含水层,下为相对隔水土层)的防绕流托底组合结构下,认为该区段具有建造侧向截水帷幕墙的可行性。建立了案例矿井正常开采与侧向帷幕墙建设条件下地下水系统数值模型,模拟结果显示,在工作面外围局部侧向帷幕工况下(侧向帷幕墙体长度600 m),帷幕墙体内外松散含水层地下水水位梯度显著加剧,但由于松散含水层良好的渗透性,以及井田地面东高西低地形地貌控水条件,帷幕墙体外围近地表松散层地下水水位整体未发生明显抬升,原来通过薄基岩区、松散层增厚带进入工作面采空区的地下水径流量沿帷幕墙体外围导流至下游,600 m长侧向截水帷幕整体减水效率28.43%。研究成果为榆神矿区井工煤矿开展基于侧向截水帷幕的顶板水害防治与地下水资源保护可行性分析提供了科学依据。

关键词：顶板水害导水裂隙充水条件截水帷幕保水开采

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矿井煤自燃智能监测预警系统研究与应用

中国煤炭 2025年第1期51卷 189-194页

作者：王士奎董传宝山东能源枣矿集团新安煤业有限公司山东省枣庄市277000

为了提升矿井煤自燃智能化防控水平、降低矿井自燃事故的发生频率以及实现自燃指标数据智能分析和预警,研究了矿井煤自燃智能监测预警系统。介绍了矿井煤自燃监测预警系统的设计原则,详细阐述了矿井煤自燃监测预警系统的总体设计。该系... 详细信息

为了提升矿井煤自燃智能化防控水平、降低矿井自燃事故的发生频率以及实现自燃指标数据智能分析和预警,研究了矿井煤自燃智能监测预警系统。介绍了矿井煤自燃监测预警系统的设计原则,详细阐述了矿井煤自燃监测预警系统的总体设计。该系统通过探究煤体温度和特征气体的关联性,选取了煤自燃预警指标,并根据历史数据分析和监测数据迭代确定煤自燃阶段,以供系统采取相应的应急措施。通过在煤矿的应用表明,该系统能够准确监测煤体温度和CO体积分数,当监测结果达到煤自燃预警指标,系统能够自动打开喷淋装置对测试煤体进行降温,具有较好的现场实用性。

关键词：煤矿安全煤自燃智能监测预警系统矿井火灾

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侧限条件下断层破碎岩体变形及渗流侵蚀特性

煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 193-203页

作者：孙文斌田殿金马诚薛彦超杨灿朱开鹏陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

【目的】我国大部分矿区进入深部开采阶段,复杂的深部水文地质条件和显著增加的隐蔽致灾因素以及断层的存在加大了矿井突水事故的风险。【方法】利用破碎岩石变形–渗流试验系统,研究断层破碎岩体的承压变形与渗流侵蚀特性,通过分析侧... 详细信息

【目的】我国大部分矿区进入深部开采阶段,复杂的深部水文地质条件和显著增加的隐蔽致灾因素以及断层的存在加大了矿井突水事故的风险。【方法】利用破碎岩石变形–渗流试验系统,研究断层破碎岩体的承压变形与渗流侵蚀特性,通过分析侧限轴向压缩条件下级配组合、饱水状态和渗透水压3个因素对破碎岩体变形-渗流特性的影响,进一步研究破碎岩体岩样颗粒流失特征、空隙结构及渗透参数变化的时变规律。【结果和结论】结果表明:(1)破碎岩样峰值应变随着级配指数n的增加而增大。饱水状态下相同级配的岩样在相同应力下的应变增量值比干燥状态下大。(2)流失颗粒质量与时间的拟合曲线呈指数增长函数关系,流失颗粒质量与侧限轴向应力成反比。次生颗粒质量随着轴向荷载的增大而增大。(3)岩样空隙率的演变趋势与其粒径级配密切相关。级配指数n与岩样的整体空隙率呈正相关关系。加载渗透前后相比,分形维数D与n成反比,细小粒径颗粒的质量增加,大粒径颗粒的质量降低。加载渗透后的岩样分形维数有较大的增量。(4)断层内承压水导升过程宏观上可分为承压水导升初期、导水溃砂通道扩展和发育成熟阶段,细观上可分为岩体浸水软化、错位挤压、变形开裂、破碎剥离的发育过程。研究成果可为断层突水灾害演化规律研究提供试验数据和理论依据。

关键词：断层破碎带颗粒流失空隙结构分形特征变形规律断层突水

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采场正断层损伤活化机理与特征

煤矿安全 2025年第2期56卷 126-136页

作者：陈太勇刘国磊常笑笑吴延成马秋峰郝喜庆赵成博山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255022 新汶矿业集团有限责任公司孙村煤矿山东泰安271200 山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿山东菏泽274704 枣庄矿业集团高庄煤业有限公司山东济宁272200

为了探究工作面向正断层推采时断层力学响应特征,基于高庄煤矿1105工作面工程地质条件建立数值仿真模型,获得开采扰动下断层损伤变量演化特征;对模拟结果进行多元线性回归分析并建立下盘岩体力学模型,获得断层损伤变量与煤体应力的关系... 详细信息

为了探究工作面向正断层推采时断层力学响应特征,基于高庄煤矿1105工作面工程地质条件建立数值仿真模型,获得开采扰动下断层损伤变量演化特征;对模拟结果进行多元线性回归分析并建立下盘岩体力学模型,获得断层损伤变量与煤体应力的关系。结果表明:断层的裂隙损伤由高位岩层向低位岩层发展,当断层损伤变量达到临界值时,断层具备发生活化的条件;工作面采动影响下,断层损伤变量的发展早于煤体支承压力的增长,可将断层损伤变量作为预报断层活化、煤体应力升高的关键指标;通过多元线性回归分析确定的对断层损伤变量的影响因素依次为距断层距离、垂直应力、断层内摩擦角、断层黏聚力;工作面向断层推采过程中,工作面与断层间煤体宽度减小造成了煤体应力增加;同时推采导致了断层面的损伤发展,上下盘岩体之间有效承载面积减小,岩体质量大部分由下方煤体承担,煤体应力进一步增加。

关键词：正断层开采扰动断层活化损伤变量数值模拟多元线性回归分析

山东矿区矿井导水裂隙带发育高度预测模型研究

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矿业科学学报 2025年第1期10卷 86-94页

作者：徐东晶窦旋李业夏志村山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 鲁西矿业集团鲁西煤矿山东济宁272000

预测导水裂隙带发育高度对煤矿安全开采具有重要意义,在分析类似采矿条件下导水裂隙带发育规律的基础上,选取山东矿区相似地质条件下的36组导水裂隙带发育高度实测数据作为研究对象。以煤层采高、煤层采深、工作面斜长和硬岩岩性比例系... 详细信息

预测导水裂隙带发育高度对煤矿安全开采具有重要意义,在分析类似采矿条件下导水裂隙带发育规律的基础上,选取山东矿区相似地质条件下的36组导水裂隙带发育高度实测数据作为研究对象。以煤层采高、煤层采深、工作面斜长和硬岩岩性比例系数作为导水裂隙带预测模型的主控影响因子,分析其与导水裂隙带发育高度之间的关联性,并基于回归分析和神经网络算法,建立多因素高度关联的导水裂隙带发育高度预测模型。将预测模型的预测值同实测数据和“三下”规范预测值对比分析,结果表明:与导水裂隙带实测值相比,“三下”规范预测值误差绝对值小于5 m的数据占比仅为6%和17%,而回归分析和神经网络2种预测模型的预测值误差绝对值小于5 m的数据占比分别高达83%和89%。2种预测模型的拟合度、稳定性和准确性均优于“三下”规范模型。

关键词：导水裂隙带发育高度山东矿区回归分析神经网络预测模型

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综放开采覆岩变形分区和矿压显现模拟研究

煤炭科学技术 2025年第1期53卷 96-106页

作者：翟新献郭钊洋方建厂张志勇赵晓凡河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 河南省煤矿岩层控制国际联合实验室河南焦作454003 河南大有能源股份有限公司千秋煤矿河南三门峡472300

目前综放开采是我国特厚煤层安全高效矿井主要的采煤方法,综放开采上覆岩层变形移动规律,直接影响到工作面矿压显现、液压支架选型、放顶煤工艺和参数选择等问题。以耿村煤矿13200综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研... 详细信息

目前综放开采是我国特厚煤层安全高效矿井主要的采煤方法,综放开采上覆岩层变形移动规律,直接影响到工作面矿压显现、液压支架选型、放顶煤工艺和参数选择等问题。以耿村煤矿13200综放工作面为工程背景,利用相似模拟试验和理论分析,研究了综放工作面上覆岩层变形移动垮落全过程、覆岩变形分区和矿压显现特征。结果表明:①确定出综放工作面上覆存在多层关键层岩层即下位、中位、上位和主关键层。依据关键层垮落失稳特征,将综放开采上覆岩层变形移动全过程划分为4个变形阶段(I、II、III、IV),各变形阶段与不同层位的关键层垮落失稳有关。②综放开采下位关键层垮落失稳以后,随着工作面推进度继续增加,处于裂隙带内的中位、上位和主关键层先后垮落失稳前与其下部岩层出现离层;关键层垮落失稳前,在其下部岩层中形成垮落拱,垮落拱的高度和宽度均与工作面推进度成正相关。③综放工作面上覆各关键层垮落失稳引起超前支承压力的峰值应力集中系数升高;当下位关键层垮落失稳时,工作面出现“大周期来压”现象,来压步距较大,但来压强度较低;当中位、上位、主关键层垮落时,将引起下位关键层同时垮落,工作面出现“小周期来压”现象,工作面来压步距较小,但来压强度较高。研究结果为耿村煤矿缓倾斜特厚煤层综放开采提供理论基础和技术支撑。

关键词：特厚煤层综放开采关键层垮落拱超前支承压力

打造“四型”矿井推进企业绿色低碳高质量发展

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中国煤炭工业 2025年第2期 52-53页

作者：倪建山东能源枣矿集团滨湖煤矿

煤矿智能化建设对于保障国家能源安全、提升煤矿生产效率、增强安全保障能力,以及推动煤炭工业转型升级具有重要意义。近年来,山东能源枣矿集团滨湖煤矿坚持“稳中求进、以进促稳、先立后破”的工作总基调,立足薄煤层智能化精干高效矿... 详细信息

煤矿智能化建设对于保障国家能源安全、提升煤矿生产效率、增强安全保障能力,以及推动煤炭工业转型升级具有重要意义。近年来,山东能源枣矿集团滨湖煤矿坚持“稳中求进、以进促稳、先立后破”的工作总基调,立足薄煤层智能化精干高效矿井走在前、作示范,向“绿”而行、向“新”发力、向“智”转型,稳住基本盘、谋求新发展、抢抓新赛道、塑成新优势,奋力建设安全、绿色、智能、高效“四型”矿井,助推企业实现绿色低碳高质量发展。

关键词：工业转型升级国家能源安全安全保障能力智能化建设稳中求进四型绿色低碳精干高效

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煤矿井下劳动定额管理的智能化发展

山东煤炭科技 2025年第1期43卷 178-182页

作者：孔祥震郑庆元临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿山东菏泽274700

针对煤矿井下劳动定额管理中存在的效率低、精准度不足等问题,基于劳动定额管理理论,采用大数据分析、人工智能和物联网等先进技术,构建了智能化劳动定额管理系统,利用传感器和RFID技术进行实时数据采集,借助大数据平台进行数据存储与处... 详细信息

针对煤矿井下劳动定额管理中存在的效率低、精准度不足等问题,基于劳动定额管理理论,采用大数据分析、人工智能和物联网等先进技术,构建了智能化劳动定额管理系统,利用传感器和RFID技术进行实时数据采集,借助大数据平台进行数据存储与处理,通过机器学习算法进行数据分析和预测,从而实现劳动定额的精准设定和动态调整。该系统能够自动采集和分析井下工人的劳动强度、工作时间和生产效率等数据,智能生成劳动定额建议,并根据实际情况进行实时优化,提高了劳动定额管理的效率和准确性,减少了人为误差,提升了煤矿的整体生产效率和安全性。

关键词：劳动定额管理智能化发展煤矿井下资源配置安全水平