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硬厚致灾岩层预裂爆破防冲参数优化及工程实践

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采矿与安全工程学报 2024年第3期41卷 481-492页

作者：郝琪曹安业王常彬郭文豪彭雨杰宋士康冯海龙中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验江苏徐州221116 新疆大学地质与矿业工程学院新疆乌鲁木齐830046 陕西正通煤业有限责任公司陕西咸阳713600

针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂... 详细信息

针对彬长矿区某矿硬厚粗粒砂岩致灾层预裂爆破效果不佳的问题,采用数据分析、数值模拟及工程试验等方法研究了预裂爆破关键参数,模拟分析了岩石抗拉强度、炸药装药密度、不耦合系数及爆破孔间距对预裂爆破效果的影响,优化了针对粗粒砂岩层的爆破参数。结果表明:开展预裂爆破工程时,应当考虑爆破参数与岩层抗拉强度相适应,避免炸药能量浪费在破碎区、削弱裂隙区裂纹扩展尺度;较小炸药装药密度下,增大装药密度明显促进爆破裂纹扩展,而较大装药密度下促进作用不明显,易导致破碎区范围明显增大,浪费炸药能量;不耦合系数的最佳区间为1.42~1.58,此区间外裂纹扩展尺度较小,爆破效果不理想;增大炮孔间距,孔间裂纹贯通趋势减弱,爆破效果变差,较优的炮孔间距为10 m。优化了粗粒砂岩层的爆破参数,现场试验后工作面来压步距与支架阻力明显降低,大能量微震事件总能量与事件数占比显著降低,卸压效果较好。研究结果可为硬厚岩层预裂爆破参数设计提供参考。

关键词：硬厚岩层冲击地压预裂爆破裂纹扩展爆破参数优化

我国深部冲击地压防控工程技术难题及发展方向

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1291-1302页

作者：潘俊锋夏永学王书文马文涛张晨阳王冰中煤科工开采研究院有限公司北京100013 中国中煤能源集团有限公司北京100120 煤矿灾害防控全国重点实验室重庆400000 陕西彬长矿业集团有限公司陕西咸阳711300

随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人... 详细信息

随着煤矿开采深度不断加大,我国深部冲击地压发生及其防治变得常态化,为了提高深部冲击地压防控技术成效,从深部冲击地压防控现场工程技术难题出发,结合灾害防治工程实践数据统计,分析了我国深部冲击地压防控因自身地质赋存地应力高,人为开采扰动范围大,灾害防治过程围岩卸压后应力恢复快,冲击地压防治成效低下原因归结于防冲卸压工程实施与浅部开采相比,面临“三高一低”防控技术新要求,包括高强度的大尺寸钻孔卸压,以解决厚硬煤层不容易塌孔问题;小间距高密度施工钻孔,以解决钻孔卸压范围不联通问题;多轮反复高频度施工,以解决深部煤层卸压后应力恢复快问题;采掘工作面进尺低速度推进,以解决开采扰动强度大问题。针对深部冲击地压“三高一低”防控新要求模式,为了进一步提高冲击地压防控安全可靠性,以常规源头防控冲击地压采用优化开拓开采部署的局限性为背景,提出了深部冲击地压上覆岩层结构与载荷主动调控区域防控冲击地压技术,并提出了进一步需要解决的科学问题;以近年来几起典型的冲击地压事故存在防治方案“漏靶”问题为背景,开发了深部冲击地压采掘空间局部靶向防控技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤矿冲击地压防治措施实施后,难以评判安全性问题为背景,提出了深部冲击地压防治卸压达标评判技术,并指出了下一步还需要解决的科学难题;以煤炭行业大力推广开采智能化,治灾仍需靠人工,人员处于高危环境作业问题,探索了深部冲击地压防治过程智慧智能化新兴研究方向及其面临的科学难题。最后,客观的指出,冲击地压防控绝不纯粹是理论与技术问题,人类对专业问题的认知也是酿成事故的重要原因之一,结合现场工程实践,讨论了冲击地压概念、冲击地压机理是否清楚、冲击地压能否预测、冲击地压能否防治以及冲击地压矿井怎么办等行业焦点专业问题,指出冲击地压工程难题是人类与自然界作斗争,需要从业人员客观认知,客观接受并深入研究,成效是显著的。

关键词：冲击地压深部开采 “三高一低” 源头防控靶向防控卸压达标智能防冲

微震定位精度影响下采场裂隙表征与冲击地压预警

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 1-9页

作者：曹安业王常彬杨旭王冰张宁赵卫卫中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 陕西煤业化工集团有限责任公司陕西西安710065

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确... 详细信息

我国深部煤矿高强度开采和复杂地质环境造成冲击地压灾害频发,对矿井安全高效生产造成严重威胁。目前,我国冲击地压矿井配备的微震监测系统在震源定位精度上仍存在不足,冲击地压灾害依然存在“灾源找不准、灾害控不住”的难题。为准确描述采场微震活动空间演化特征,降低震源定位误差对微震预警造成的不利影响,基于冲击地压矿井现有微震监测条件,采用仿真正演试验法探究了煤矿微震台网定位误差矢量分布特征,提出了一种考虑微震定位精度影响的微震裂隙贯通表征方法,并在某矿井回采工作面进行了冲击地压预警实践。研究结果表明:采场不同区域震源定位精度的矢量性差异是造成冲击地压微震预警偏差的重要原因;提出的微震破裂贯通可能性指数F_(sum)采用与震源能级相关的近场区域半径表征震源破裂尺度,并考虑定位误差对不同距离震源间破裂贯通的影响,最大程度还原了采场煤岩体裂隙扩展贯通可能性的分布规律,与冲击地压危险具有F_(sum)良好对应关系;在冲击地压危险相关性上显著优于微震频次,同时危险区域识别效率又强于微震能量,可兼顾预警精准率和召回率,是理想的冲击地压周期性预警评价指标。研究成果将为评价微震台网监测能力、提高冲击地压微震预警能力与防治效率提供参考。

关键词：冲击地压定位误差误差椭圆裂隙贯通微震频次-能量微震台网

重复冲击特厚煤层巷道围岩裂隙演化及破坏特征

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中国矿业大学学报 2024年第4期 634-646页

作者：高明仕赵世帆席国军焦彪史星星何双龙中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室中国矿业大学冲击岩爆巷道支护研究中心陕西彬长矿业集团有限公司华能煤业有限公司

针对特厚煤层巷道围岩在重复冲击动载作用下发生大变形甚至垮冒堵巷的控制难题，基于深部巷道围岩破坏机理与岩石冲击动力学理论，研究了多次冲击扰动下特厚煤层巷道裂隙演化及围岩破坏特征，建立了重复冲击巷道围岩弹塑性理论破坏模型... 详细信息

针对特厚煤层巷道围岩在重复冲击动载作用下发生大变形甚至垮冒堵巷的控制难题，基于深部巷道围岩破坏机理与岩石冲击动力学理论，研究了多次冲击扰动下特厚煤层巷道裂隙演化及围岩破坏特征，建立了重复冲击巷道围岩弹塑性理论破坏模型，阐明了动静载叠加条件下特厚煤层巷道围岩弹塑性区及破碎区的动态演化规律，计算了某典型巷道重复冲击载荷下围岩松动破坏的极限范围.推导了在动静载叠加作用下巷道围岩弹塑性区、破碎区范围平衡方程，得到了破碎区与塑性区范围均与巷道半径、覆岩压力及冲击震动强度呈正相关，与巷道围岩支护强度呈负相关，巷道断面半径对围岩松动圈范围影响较大；分析了围岩裂隙演化及破坏特征，张拉裂隙的衍生是浅部破碎区发育的重要原因，剪切滑移裂隙的扩展是深部塑性区发展的主导因素；阐明了重复冲击特厚煤层巷道破坏及控制机理，当冲击震动波传递至巷道时，松散脆质煤层中原生发育的大量裂纹迅速扩张，裂隙带相互交错、贯通，瞬间造成巷道围岩承载稳定结构破坏；工程算例某矿巷道围岩破碎区与塑性区深度范围，提出了重复冲击地压巷道防冲支护路径，采用“硬顶预裂+煤体双卸+锚网强支”技术提高了重复冲击震动条件下巷道围岩稳定性.研究结论和成果对重复冲击矿震巷道围岩稳定性控制有积极参考和借鉴意义.

关键词：冲击地压特厚煤层巷道重复冲击裂隙演化失效机制

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毛细驱动诱发的尾矿强度劣化演化规律及机制

安全与环境学报 2024年第2期24卷 503-510页

作者：刘迪李泽宇卢才武杨辉张泽家顾清华连民杰西安建筑科技大学资源工程学院西安710055 西安市智慧工业感知计算与决策重点实验室西安710055 西安本末安全环保技术服务有限公司西安710100 中钢集团矿业开发有限公司北京100080

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明:尾矿黏聚力随粒径... 详细信息

为了研究毛细作用对尾矿坝工程性质的影响规律及机制,以陕西某铜矿尾矿为研究对象,通过直剪试验对自然含水状态下、毛细饱和状态下、重力饱和状态下堆积坝外坡和沉积滩面不同距离处的尾矿进行力学性质测试。结果表明:尾矿黏聚力随粒径减小逐渐增大,内摩擦角随粒径减小逐渐减小,二者共同作用影响其抗剪强度;随含水率的增大,尾矿强度逐渐下降;浸润线以上毛细饱和带中尾矿含水率与浸润线以下尾矿含水率相等;基于以上研究结果,引入毛细饱和带概念,提出了基于毛细作用影响的尾矿坝真实浸润线的概念与计算方法,修正了浸润线高度计算公式。

关键词：安全工程尾矿库安全毛细作用抗剪强度浸润线

多层结构底板破坏深度精确预测与Matlab实现

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煤炭科学技术 2024年

作者：李昂王伟东牟谦王峰马政和赵磊黄刚周永根田胜祺中煤科工集团重庆研究院有限公司神华新街能源有限责任公司陕西陕煤澄合矿业有限公司陕西陕煤澄合矿业有限公司董家河煤矿分公司西安科技大学建筑与土木工程学院

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成... 详细信息

矿井煤岩层开采工作面底板扰动会诱发底板隔水岩层上部受到破坏，底板破坏深度计算是科学确定底板破坏深度的基本前提。以往采用单一岩层底板塑性滑移线场理论计算往往与实际偏差较大，原因在于底板破坏范围内其结构主要由多层结构组成。首先构建多层结构底板塑性滑移线场力学模型，推导出多工况下底板破坏深度解析解，并优化出5种计算多层结构底板破坏深度计算工况；其次分析多层结构底板破坏深度人工计算方法的不足及误差原因；提出了计算多层结构底板破坏深度逻辑流程，借助Matlab语言开发了多层结构底板破坏深度计算系统，并结合实际工况分析该系统的可靠性和稳定性。结果表明：⑴多层结构底板破坏深度计算过程中多数工况需多次利用泰勒展开式和一元四次方程求解，人工计算过程冗长繁杂，极易导致计算结果出现偏差；⑵通过手算和机算（Matlab内置函数）对比计算同一工况下相同参数时底板最大破坏深度，可知随底板层数增多，人工求解过程中因泰勒展开式的多次运用导致底板破坏深度计算结果累积误差增大，而Matlab编程求解过程中避免泰勒式应用，其结果更符合现场实际需求；⑶软件主界面包含层数、层厚、力学参数及输入框、计算按钮等功能，可快速智能判别工况，计算出底板最大破坏深度及开采面至底板最大破坏深度水平距离；⑷将平煤某矿相关岩性力学参数代入该软件求解，通过对比分析五层结构底板最大破坏深度理论值、拟合值、实测值及软件值可知，理论值与实测结果偏差0.57m，软件值与实测值相差0.14m，多层计算结果下软件计算更符合实际需求，可为底板水害防治及安全开采提供可靠的技术参数。

关键词：多层结构底板破坏深度塑性滑移线场计算软件

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基于微震技术煤壁片帮智能监测预警装置

煤炭技术 2024年第8期 110-113页

作者：余达桂杜胜利郑磊中煤陕西榆林能源化工有限公司陕西榆林能源集团郭家滩矿业有限公司陕西银河煤业开发有限公司

随着煤矿生产规模的扩大和机械化程度的提高，煤矿井下煤壁片帮稳定性问题日益突出。为了提高煤矿井下煤壁片帮稳定性监测的准确性和可靠性，提出了一种基于微震技术的煤壁片帮智能监测预警装置。该装置采用微震传感器采集煤壁片帮的微... 详细信息

随着煤矿生产规模的扩大和机械化程度的提高，煤矿井下煤壁片帮稳定性问题日益突出。为了提高煤矿井下煤壁片帮稳定性监测的准确性和可靠性，提出了一种基于微震技术的煤壁片帮智能监测预警装置。该装置采用微震传感器采集煤壁片帮的微震信号，利用信号处理技术分析煤壁片帮的稳定性，并通过无线通信技术将监测数据传输到地面监控中心。通过对监测数据的实时分析和预警处理，可以及时发现煤壁片帮的稳定性问题，为煤矿生产提供安全保障。

关键词：微震技术煤壁片帮智能监测预警装置

基于VMD-BiLSTM组合模型的矿井涌水量时间序列预测方法研究

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矿业研究与开发 2024年第3期44卷 143-151页

作者：王飞荣统瑞侯恩科樊志刚谭二民陕西彬长文家坡矿业有限公司陕西咸阳市713500 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054

矿井涌水量的精准预测对确保煤矿安全生产和保护地下水环境具有重要作用。为提高矿井涌水量时间序列预测精度,构建了一种基于变分模态分解(VMD)与引入贝叶斯算法优化双向长短期记忆网络(BiLSTM)的矿井涌水量组合预测模型。首先,利用VMD... 详细信息

矿井涌水量的精准预测对确保煤矿安全生产和保护地下水环境具有重要作用。为提高矿井涌水量时间序列预测精度,构建了一种基于变分模态分解(VMD)与引入贝叶斯算法优化双向长短期记忆网络(BiLSTM)的矿井涌水量组合预测模型。首先,利用VMD将矿井涌水量时序数据分解为多个子序列,然后将分解所得各子序列分别输入到BiLSTM模型中,引入贝叶斯算法优化各模型的超参数,最后,将各子序列的预测结果进行叠加求和得到最终预测值,并与其他模型的预测结果进行对比分析。结果表明,本模型在单步预测中优势较为明显,在多步预测中的表现也相当不俗,预测精度可以达到生产需求,验证了该模型在矿井涌水量时序预测方面的有效性和适用性。

关键词：变分模态分解双向长短期记忆网络贝叶斯算法矿井涌水量预测时间序列

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煤岩吸附氢气特征及其地质意义

煤炭学报 2024年第3期49卷 1501-1517页

作者：韩双彪王缙黄劼金之钧刘全有万永平王振川刘宇乔钰中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 北京大学能源研究院北京100871 页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室北京100871 陕西延长石油(集团)有限责任公司气田公司陕西延安716000

氢气有望成为接替化石能源的重要清洁能源类型,可以减少全球温室气体排放,但是规模化的氢气产业需要大型的储库来储存氢气,利用地下储层储集大量氢气已成为一条新的思路。以中国鄂尔多斯盆地、沁水盆地及宁武盆地石炭—二叠系山西组及... 详细信息

氢气有望成为接替化石能源的重要清洁能源类型,可以减少全球温室气体排放,但是规模化的氢气产业需要大型的储库来储存氢气,利用地下储层储集大量氢气已成为一条新的思路。以中国鄂尔多斯盆地、沁水盆地及宁武盆地石炭—二叠系山西组及太原组11个不同变质程度煤岩样品为研究对象,利用氢气等温吸附实验,结合朗格缪尔模型、比表面积和总孔体积评价了煤岩吸附氢气量,结合煤岩煤质、有机地化、矿物及孔隙结构特征对煤岩吸附氢气机理进行了探讨。研究表明:朗格缪尔模型适用于模拟煤岩吸附氢气潜力计算与评价,不同变质程度煤岩均具有较高的氢气吸附量,且变质程度越高、有机质丰度越高、微孔越为发育的煤岩,其氢气吸附量越高。煤岩中的氢气主要通过范德华力被物理吸附在煤岩表面,随着煤岩变质程度升高,有机质参与形成的微孔越多,提供的孔体积及总比表面积逐渐增加,提高了氢气吸附量,且较高的孔隙连通性可以提高氢气进入孔隙并被吸附的效率。煤岩吸附氢气量会随压力增大而增大,但由于分子间斥力等原因,吸附速率逐渐下降,氢气储存逐渐达到饱和。中国深部煤层较为发育,为煤层储氢提供了良好的基础,但由于化学反应、竞争吸附等问题,氢气在煤岩储层中会发生损耗和散失。利用高压进行氢气封存或采出氢气会对煤岩储层结构产生不可逆破坏,这对于通过煤岩储层进行氢气的一次或多次储存都存在不利影响。变质程度较高的深部煤层作为储氢层位具备一定潜力,但仍需进一步研究以克服氢气损耗和储层破坏等关键问题。

关键词：深部煤岩氢气吸附储氢潜力氢气消耗储氢机理