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基于案例推理的煤与瓦斯突出预警模型研究

矿业安全与环保 2023年第5期50卷 24-29,36页

作者：李全贵李建波胡千庭吴江杰郑梦浩李赏周俊江重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为充分汲取煤与瓦斯突出历史事故经验,发挥事故调查报告中专家意见的价值,构建了一种基于案例推理的CBR突出预警模型,并依据历史案例数据库搭建了突出预警系统。以突出的多类别指标数据作为输入,运用K最近邻算法计算当前案例与历史案例... 详细信息

为充分汲取煤与瓦斯突出历史事故经验,发挥事故调查报告中专家意见的价值,构建了一种基于案例推理的CBR突出预警模型,并依据历史案例数据库搭建了突出预警系统。以突出的多类别指标数据作为输入,运用K最近邻算法计算当前案例与历史案例的局部相似度。同时,为进一步提高案例检索准确度,采用灰狼优化(GWO)算法优化各指标的特征权重,计算得到全局相似度。通过当前案例与历史案例的相似匹配,对突出危险进行预警,并提出突出防治决策方案。利用河南鹤煤六矿突出事故进行验证,结果表明所搭建的预警系统可实现突出危险的有效预警与决策。

关键词：煤与瓦斯突出预警案例推理 K最近邻算法灰狼优化算法

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单轴压缩下典型煤岩破坏的声发射特征研究

地下空间与工程学报 2023年第6期19卷 1769-1781页

作者：胡千庭刘荣辉李全贵钱亚楠凌发平重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

矿山动力灾害的发生常伴随煤岩破裂失稳,研究煤岩破裂的演化特征将为矿山动力灾害监测预警提供理论基础。选取某矿煤系地层中常见的煤、泥岩、砂岩、页岩4种典型煤岩试样进行单轴压缩试验,研究其破坏过程的声发射特征。结果表明:振铃计... 详细信息

矿山动力灾害的发生常伴随煤岩破裂失稳,研究煤岩破裂的演化特征将为矿山动力灾害监测预警提供理论基础。选取某矿煤系地层中常见的煤、泥岩、砂岩、页岩4种典型煤岩试样进行单轴压缩试验,研究其破坏过程的声发射特征。结果表明:振铃计数能够较好地反映煤和页岩试样各阶段的破坏规律,煤和页岩试样的累计振铃计数曲线增长拐点与其破坏过程中的塑性阶段起始点相对应,泥岩和砂岩的破坏过程的振铃计数较少,累计振铃计数曲线增长拐点出现在塑性阶段后期;煤、泥岩、砂岩、页岩试样拉伸破坏的占比平均值依次为64.97%、73.12%、84.45%、92.21%,均是以拉伸破坏为主的拉剪混合破坏;4种煤岩在破坏前各频段声发射信号的数量出现突增,煤和砂岩发生主破裂时的主导频段为Ⅲ(150~200 kHz)频段,泥岩为Ⅰ(50~100 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段,页岩主要集中在Ⅱ(100~150 kHz)、Ⅴ(280~330 kHz)频段;4种煤岩的声发射b值都大致呈现“上升-波动-下降”的变化特征,能有效反映4种煤岩的破裂过程,破坏前的下降趋势可以作为煤岩破裂失稳的重要前兆信息。

关键词：单轴压缩振铃计数破坏模式峰值频率煤岩

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坚硬顶板复合爆破定向造缝技术及工程应用

煤炭学报 2023年第1期48卷 126-138页

作者：于斌邰阳李勇匡铁军张文阳孟祥斌重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 晋能控股集团有限责任公司技术中心山西大同037000

造缝切顶是改变坚硬岩层破断运移规律,进而控制采场强矿压的有效手段。为了实现定向、弱扰动、大间距的造缝切顶,开发了一种坚硬顶板复合爆破定向造缝技术。在系统性的介绍该技术关键设备——高能射孔枪的结构组成的基础上,分析了复合... 详细信息

造缝切顶是改变坚硬岩层破断运移规律,进而控制采场强矿压的有效手段。为了实现定向、弱扰动、大间距的造缝切顶,开发了一种坚硬顶板复合爆破定向造缝技术。在系统性的介绍该技术关键设备——高能射孔枪的结构组成的基础上,分析了复合爆破定向造缝切顶的工艺流程;基于AUTODYN数值计算软件,阐明了基于聚能射流和高压劈裂的复合爆破定向成缝机制;采用LS-DYNA软件构建了聚能射流及高压劈裂数值模型,优化了射孔弹尺寸及助推剂用量;开展了坚硬顶板复合爆破定向造缝地面实验,揭示了相邻孔间裂缝扩展延伸特征,验证了射孔弹尺寸和助推剂用量的合理性;在塔山煤矿8311工作面进行了坚硬顶板复合爆破造缝切顶工业实验,监测了8311工作面推进过程中2312临空巷道煤柱不同深度的垂直应力峰值,得出如下结论:(1)复合爆破技术定向造缝机制是聚能射流冲击岩石侵彻面上形成的压力远大于岩石的强度,造成岩石发生破碎,形成定向孔道;二次爆燃产生的高压气体进入射孔孔道内,在“气楔”作用下沿着孔道形成连续平整的裂隙面。(2)在射孔弹口径为40 mm、助推剂为4片时,复合爆破定向造缝技术可以实现1.5 m钻孔间距下中粒砂岩层劈裂。(3)现场实测表明,在采用复合爆破定向造缝技术后临空巷道煤柱的垂直应力峰值平均降低31%,有效的控制了巷道矿压。

关键词：坚硬顶板复合爆破造缝切顶强矿压

极近距离煤层开采围岩应力及煤体渗透率演化规律

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矿业研究与开发 2023年第3期43卷 160-165页

作者：唐建新鲁思佳袁芳孔令锐王潇林圆重庆大学资源与安全学院重庆400044 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为了探讨极近距离煤层在工作面回采过程中的围岩应力及煤体渗透率演化规律,以叙永一矿15采区煤样为研究对象,进行煤体渗透率测定试验,并利用FLAC3D数值模拟软件对煤体有效应力的分布规律展开研究,分析了渗透率与围岩应力的关系,总结了... 详细信息

为了探讨极近距离煤层在工作面回采过程中的围岩应力及煤体渗透率演化规律,以叙永一矿15采区煤样为研究对象,进行煤体渗透率测定试验,并利用FLAC3D数值模拟软件对煤体有效应力的分布规律展开研究,分析了渗透率与围岩应力的关系,总结了工作面煤体渗透率演化规律,且对高位钻场瓦斯抽采钻孔布置参数进行了优化。结果表明:煤体渗透率与围岩应力状态有关,围岩应力水平越高,煤体渗透率越低;煤体的渗透率随着有效应力的减小而逐渐增大,两者呈幂函数关系;对高位钻场瓦斯钻孔布置参数优化后,当工作面推进到距离钻孔40 m时,有效钻孔率为100%,单孔平均瓦斯浓度达到80%,瓦斯流量平均达到0.58 m3/min。研究结果可为现场瓦斯抽采工作提供参考依据。

关键词：极近距离煤层渗透率有效应力数值模拟钻孔参数

基于位移反分析法的沿空留巷巷道矿压分布规律

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煤矿安全 2023年第2期54卷 128-134页

作者：唐建新王潇袁芳孔令锐李伟李霜鲁思佳林圆重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 重庆大学资源与安全学院重庆400044

以川煤集团叙永一矿沿空留巷为工程背景,采用位移反分析法校准了室内煤岩物理力学参数测试结果,并采用数值模拟方法分析了沿空留巷巷道矿压分布规律。现场观测结果显示:工作面回采期间,巷道顶底板最大相对移近量743 mm,巷道顶底板移近... 详细信息

以川煤集团叙永一矿沿空留巷为工程背景,采用位移反分析法校准了室内煤岩物理力学参数测试结果,并采用数值模拟方法分析了沿空留巷巷道矿压分布规律。现场观测结果显示:工作面回采期间,巷道顶底板最大相对移近量743 mm,巷道顶底板移近方式以顶板下沉为主,平均顶板下沉量为底鼓量的3.6倍,数值模拟结果为3.5倍。参数校准结果表明:弹性模量、黏聚力的折减对顶底板的移近量有显著影响;计算时步相同时,顶底板移近量随弹性模量、黏聚力的减小而增大,当弹性模量降低为20%时,巷道顶底板移近量最大值增加800 mm。数值模拟分析结果表明:采煤工作面后方沿空留巷高帮支承压力显著升高,支承压力分布呈两侧低,中间高的“凸”起状,且随着工作面不断推进,支承压力峰值不断增大;工作面平均超前支承压力影响范围为77 m。

关键词：沿空留巷数值模拟参数折减位移反分析法矿压分布

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盐岩循环加卸载过程中的速率效应试验研究

岩土力学 2023年第2期44卷 403-414页

作者：姜德义杨镇宇范金洋李宗泽锁进杰陈结重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

作为一种典型软岩,盐岩力学特性的时间相关性显著,准确预测和评估盐穴储气库加卸载过程中的变形损伤能力,关系到能源储备库的长期安全稳定运行。为研究盐岩的速率效应,进行了不同加卸载速率的疲劳试验。基于现有蠕变本构模型,构建了速... 详细信息

作为一种典型软岩,盐岩力学特性的时间相关性显著,准确预测和评估盐穴储气库加卸载过程中的变形损伤能力,关系到能源储备库的长期安全稳定运行。为研究盐岩的速率效应,进行了不同加卸载速率的疲劳试验。基于现有蠕变本构模型,构建了速率效应方程,区分了加卸载过程中的蠕变塑性变形与加载塑性变形。研究结果表明:(1)盐岩的整体疲劳寿命、稳定变形阶段(即第2阶段)疲劳寿命占比基本随加卸载速率的增大而增大。(2)减速变形阶段(即第1阶段)疲劳寿命占比、稳定变形阶段平均残余应变基本随加卸载速率增大而减小。(3)速率耦合疲劳试验中,加卸载速率越大,残余应变越小,蠕变塑性变形随加卸载速率的增大而减小,当加卸载速率由0.04 kN/s增加至5 kN/s时,蠕变塑性变形在循环中的占比由85%下降至36%,呈现出负指数的关系。(4)整个循环加卸载过程中,加载塑性变形、蠕变塑性变形均呈现U型发展趋势,与盐岩疲劳过程的三阶段相对应。该研究结果可以为进一步分析盐岩蠕变塑性与加载塑性奠定基础。

关键词：盐岩循环荷载疲劳寿命残余应变速率效应

常法向刚度条件下人工结构面剪切力学特性及损伤演化规律试验研究

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煤炭学报 2023年第11期48卷 4065-4077页

作者：焦峰许江彭守建何美鑫张心睿程亮重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为研究起伏角和法向刚度对结构面剪切力学特性的影响,利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验系统,开展了常法向刚度(CNS)条件下人工结构面的直剪试验。结果表明:当起伏角为15°和30°时,剪切应力呈现周期性震荡衰减趋势,在剪切结束时,随... 详细信息

为研究起伏角和法向刚度对结构面剪切力学特性的影响,利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验系统,开展了常法向刚度(CNS)条件下人工结构面的直剪试验。结果表明:当起伏角为15°和30°时,剪切应力呈现周期性震荡衰减趋势,在剪切结束时,随着法向刚度的增加,峰值剪切应力的降低量分别是1.78、1.42、1.36和1.27 MPa,逐渐减小。当起伏角为45°时,在剪切应力达到峰值后逐渐趋于残余强度;法向位移演化和剪切应力具有一一对应关系。随着起伏角的增加,剪切刚度逐渐增加。随着法向刚度的增加,起伏角15°和45°结构面的峰值剪切应力基本上线性增加;当起伏角为30°时,峰值剪切应力呈现出分段函数的特征,但是峰值剪胀角却逐渐降低。通过分析剪切前后结构面的质量损失、碎屑粒径占比和三维形貌参数演化得到结构面的破坏模式,当起伏角为15°和45°时,破坏模式较为单一,分别为磨损破坏和切齿破坏;当起伏角为30°时,其破坏模式对试验条件的依赖性较强较为复杂,主要为齿尖剪断破坏和全切齿破坏。通过将结构面三维空间点云数据和对应剪切位移处的法向位移值相结合的方法,得到特定剪切位移处的结构面隙宽演化云图,从而分析结构面在剪切过程中的动态演化过程,得到其破坏机理。

关键词：结构面起伏角法向刚度峰值剪切应力破坏模式剪切动态演化

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基于深度学习的公路隧道衬砌病害识别方法

浙江大学学报（工学版） 2022年第1期56卷 92-99页

作者：任松朱倩雯涂歆玥邓超王小书重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

针对与日俱增的隧道养护需求,为了节约时间与人力成本,提出基于卷积神经网络的公路隧道衬砌病害检测方法.利用自主研制的隧道智能快速检测车采集24条隧道衬砌的图像,构建超过20 000张病害图像的高质量数据集.结合隧道衬砌病害的成因及特... 详细信息

针对与日俱增的隧道养护需求,为了节约时间与人力成本,提出基于卷积神经网络的公路隧道衬砌病害检测方法.利用自主研制的隧道智能快速检测车采集24条隧道衬砌的图像,构建超过20 000张病害图像的高质量数据集.结合隧道衬砌病害的成因及特点,分别构建单阶段SSD模型和两阶段R-FCN模型在自制的数据集上训练,对检测结果进行对比分析,提出离线式隧道衬砌病害检测方案.试验结果表明,SSD模型的识别准确率为98%,总的平均精度均值(mAP)为72%,检测速度较快,适用于隧道的快速诊断. R-FCN模型的识别准确率为85%,总的m AP达到91%,检测精度较高,适用于隧道病害的后期处理.利用这2种检测模型均可以提升检测效率和精度.

关键词：深度学习卷积神经网络隧道衬砌隧道病害检测裂缝渗漏水

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煤矿智能掘进关键技术探讨及工程实践研究

地下空间与工程学报 2023年第2期19卷 609-621页

作者：张建国孙海良张国川姜德义李宗泽中国平煤神马能源化工集团有限责任公司河南平顶山476000 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

煤矿智能化是煤炭工业技术革新在新时期下的重大需求和重要发展方向。煤矿智能化掘进建设的目的是为了实现掘进作业的智能、高效、安全、健康作业,以达到最终的无人/少人掘进。但由于煤矿掘进作业工序工艺复杂,目前我国掘进智能化的发... 详细信息

煤矿智能化是煤炭工业技术革新在新时期下的重大需求和重要发展方向。煤矿智能化掘进建设的目的是为了实现掘进作业的智能、高效、安全、健康作业,以达到最终的无人/少人掘进。但由于煤矿掘进作业工序工艺复杂,目前我国掘进智能化的发展远落后于回采工作面的智能化。论文分析了煤矿智能掘进相关领域的研究进展,探讨了未来实现智能掘进需要的主要技术需求:(1)提出基于统一数据融合基础的超前地质环境信息智能感知与分析技术,提高矿井信息可视化水平,为环境判识、智能决策提供信息基础;(2)研发能够集成高精定姿定位、自主导航、自适应截割、远程操作与监视监控等功能的新型智能掘进装备,进一步减少工作面作业人员;(3)具备高适应性的自动化钻锚护设备是提高掘进效率的关键环节,通过自动化手段高效完成支护作业为设备、人员提供必要的安全工作空间;(4)建立网络控制多层位多区块信息决策中枢,互联互通设备间的自决策、互通讯与指令传输,实现掘进成套装备的协同联动。论文以平煤神马集团首山一矿己15-17-12110智能化掘进工作面为典型案例,进一步阐述了智能化掘进系统的多个关键技术问题和实现途径。

关键词：煤矿掘进智能化物联化信息感知