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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
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采矿与岩层控制工程学报

期刊英文名:Journal of Mining and Strata Control Engineering

  《采矿与岩层控制工程学报》由康红普院士担任主编,国家煤矿安全监察局主管,煤炭科学研究总院主办,天地科技股份有限公司开采设计事业部(煤炭科学研究总院开采研究分院)承办,更名自《煤矿开采》,创刊于1991年。
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  • 采矿与岩层控制工程学
    采矿与岩层控制工程学
  • 作者(Author):康红普
    关键词(KeyWords):煤炭开采岩层控制时间尺度静态动态围岩变形时效性

    摘要:论述煤炭开采与岩层控制研究中涉及到的不同时间尺度,从全球最早的成煤地质年代到超动态的亚微秒级。包括不同成煤期,世界煤炭开采历史,矿区、矿井的服务年限及开采参数,静态、动态煤岩力学试验,煤岩破碎,围岩变形与破坏及煤矿动力灾害的时间尺度分布。指出煤炭开采与岩层控制研究的时间尺度集中分布在10-7~1016s,跨23个数量级。在地质年代尺度上,可研究煤的形成、煤盆地演化、煤系地层应力场演化等内容。井工煤矿开采划分成不同矿区、矿井、水平、采区、区段进行,不同阶段的时间尺度不同。煤岩力学试验从蠕变到超动态,时间尺度范围为10-7~109s。岩石蠕变试验时间有的可达数年,而岩石动态破坏时间有的仅为微秒级。煤岩破碎、采掘空间维护是煤炭开采与岩层控制的两大任务,前者涉及凿岩、爆破、机械截割振动等动态问题,研究时间单位常用秒、毫秒、微秒;后者包括采场与巷道围岩控制。采场是移动场所,围岩变形、破坏、垮落及支架阻力变化较快,常以分、小时为时间单位;巷道服务时间较长,围岩变形与破坏的时效性较强,描述巷道变形与支护体受力变化的时间单位多为天、周及月。冲击地压等煤矿动力灾害持续时间仅为几秒到几十秒,研究冲击地压发生、发展及破坏过程,应从毫秒甚至更小的尺度上进行。不同的煤炭开采与岩层控制问题需要在不同的时间尺度研究。有些问题需要进行多时间尺度研究,才能发现问题的本质。世界煤炭开采已有2 000多年的历史,特别是最近60多年,煤炭开采实现了重大技术革命。但大规模煤炭开采也带来一系列问题,如何继续做好煤炭开采与岩层控制工作,需要新思路、新工艺、新技术。
  • 作者(Author):余学义王昭舜杨云毛旭魏
    关键词(KeyWords):关键层地表移动覆岩移动地表沉陷科学采矿

    摘要:为研究大采深综放开采条件下地表移动变形过程中上覆岩层的演化机理,在分析陈家沟煤矿八采区8512,8513综放工作面地表移动观测数据的基础上,确定了覆岩关键层特征参数及其控制作用,并应用3DEC离散元数值模拟软件,模拟同等开采条件下,多工作面开采后覆岩移动变形特征。通过方差与回归分析法分析模拟数据与实测数据的置信度为0.95,保证了模拟参数的科学性与合理性。模拟结果表明:工作面宽深比为0.24时,关键层2以下的岩层均断裂破坏,关键层2起着控制覆岩沉陷的作用,关键层2以上岩层在移动过程中还会出现离层结构,到达地表的沉陷量小于关键层2的挠曲量;工作面宽深比为0.48时,关键层2底部破断、结构失稳,会产生下沉突变;工作面宽深比为0.72时,关键层2完全破断,但由于关键层2上覆厚泥岩的作用,抑制导水裂缝带的发育,发育高度基本趋于稳定,高度为196 m,裂采比为16.3;工作面宽深比为0.96时,覆岩关键层2与其下伏岩层之间的离层闭合,关键层2的铰接结构范围在横向扩展的同时也伴随着整体下沉,关键层2下伏岩层破断后持续密实到一定程度之后,就不再继续下沉,只是随着开采范围扩大,下沉盆地横向发育,此时地表基本达到充分采动状态。此成果能够为该矿“三下开采”评价提供理论依据,为后期开采提供科学性指导,为大采深综放开采条件下地表移动变形规律提供理论参考。
  • 作者(Author):朱伟滕永海
    关键词(KeyWords):堰塞湖下采煤特厚煤层安全防水煤柱地表沉陷地裂缝

    摘要:针对彬长矿区火石咀煤矿七采区地表堰塞湖下特厚煤层综放安全开采问题,采用现场实测、工程类比等方法研究分析了特厚煤层综放导水裂缝带发育高度,验算了水体下采煤防水煤岩柱尺寸,并类比开采案例分析了堰塞湖下采煤安全性。采用概率积分法计算了堰塞湖地表沉陷变形,预测了湿陷性黄土开采地表裂缝极限发育深度和采动扰动坡体稳定性。研究结果表明:彬长矿区特厚煤层综放导水裂缝带发育异常剧烈,裂采比达到20倍;堰塞湖下煤层顶板基岩厚度远大于所需安全防水煤岩柱尺寸,采取合理的技术措施可以实现地表水下安全开采;地表沉陷不会使堰塞湖淹没面积大幅增加。目前堰塞体稳定性良好,短期不会出现湖水漫坝情况。预测地裂缝最大发育深度达12.8 m,受地形影响堰塞体及湖底地裂缝发育受到抑制,不会导致堰塞湖水体渗漏。采动影响会扰动地表特别是东侧塬体的稳定性,地表沉陷和地裂缝会对临空坡体的崩落滑坡产生促进作用。
  • 作者(Author):张科学王晓玲何满潮尹尚先李首滨孙健东李东程志恒赵启峰殷帅峰亢磊朱俊傲杨海江
    关键词(KeyWords):智能开采无人开采适用性层次分析法模糊综合评价

    摘要:为了科学合理评价智能化无人开采工作面的适用性,在综合考虑工作面关键影响因素的前提下,针对智能化无人开采工作面适用性的具体状况,提出层次分析法与模糊综合评价相结合的智能化无人开采工作面适用性评价方法。通过合理地分析选取智能化无人开采工作面的地质条件、巷道布置体系、开采参数、采煤工艺、装备配套、关键技术、保障体系、组织管理作为评价指标,从而确定评价因子,给出主要因素的隶属度确定方法,采用层次分析法构造评价目标的判断矩阵,合理地分配各因素的权重,充分考虑各方面影响因素,建立了智能化无人开采工作面适用性的综合评价模型。将该数学模型应用到智能化无人开采工作面适用性中,对适用性做出好、较好、一般、差的定量评价,可提高智能化无人开采工作面的适用性。利用综合评价指标体系,可以更好地论述模糊综合评价方法的有效性及智能化无人开采工作面适用性的应用前景,为模糊综合评价方法在智能化无人开采系统工程中的推广应用拓展思路。应用工程实例对该方法进行验证,得出1号煤矿802工作面的最大隶属度指数为0.64,分析结果表明其评价结果和现场应用效果一致。
  • 作者(Author):陈结高靖宽蒲源源姜德义齐庆新文志杰孙启龙陈林林
    关键词(KeyWords):冲击地压长期预测短期预警机器学习数据驱动

    摘要:传统冲击地压预警预测通常利用地球物理方法监测冲击地压的一些前兆信号,采用人为定义和提取参数的综合指数法对冲击地压发生的可能性进行评估。目前,研究人员尝试采用数据驱动方法,利用机器学习技术,克服传统冲击地压长期预测所带来的问题,通过分析国内外相关文献,对长期预测和短期预警方法及存在的问题、机器学习方法、冲击地压短期预警及长期预测的应用进展进行概述,同时分析了传统的经验驱动和机理驱动与机器学习的数据驱动在冲击地压预测预警方面的联系与差异,最后,总结机器学习在该领域存在的问题及挑战,并对未来冲击地压预测预防的技术进行展望。
  • 作者(Author):张修峰曲效成魏全德
    关键词(KeyWords):冲击地压监测预警平台多维度多参量

    摘要:针对兖矿集团有限公司下属冲击地压矿井数量多、地区分布广、条件差异性大、致冲机理复杂等导致的冲击地压防控难题,通过冲击地压多参量联合监测预警方法研究、监测监控平台系统开发和现场实践,开展了新形势下冲击地压监控预警新模式的探索。研究与实践结果表明:① 通过在空间上进行冲击地压监测分区,依据致冲因素进行监测参量选择与权重系数的设置,可以实现冲击地压分类监测与预警,提升了监测预警准确性;② 提出“常规预警”与“特殊条件预警”相结合的预警机制,可通过对某一特定测区的地质及开采技术因素分析,定制各监测参量的权重系数,提高预警算法的普适性和针对性;③ 提出空间上井上与井下、时间上静态数据与动态数据、强度上采掘速度与预警指标、管理上预警与处置的四维数据分析理念,通过对监测参量的多维度分析,实现了监测数据的深度挖掘,提高了冲击地压监测数据的利用效果;④ 开发了平台系统,实现了矿井与防冲研究中心、井上与井下、静态数据与动态数据、预警结果与现场处置措施等智能联动及自动上报功能,提高了冲击地压监测预警和管理的时效性,降低了人力成本。
  • 作者(Author):李靖宇王磊江克贵滕超群
    关键词(KeyWords):开采沉陷预计概率积分法智能优化算法改进狼群算法

    摘要:概率积分法是国内广泛应用的开采沉陷预计方法,如何基于实测数据,精确、快速、可靠地获得概率积分法模型参数,一直是该方法应用的难点。鉴于此,在分析WPA优缺点的基础上提出二次游走、变异行为改进策略,形成了改进狼群算法( IWPA ),并将IWPA引入概率积分法模型参数反演中,构建基于改进狼群算法的概率积分法模型参数反演方法( MIWPA )。模拟试验结果表明:MIWPA反演参数相对误差、参数中误差分别不超过3.4%,4.02,且MIWPA的准确性、可靠性均优于MWPA;将MIWPA应用在淮南矿区顾桥矿1414( 1 )工作面的概率积分法模型参数反演中,获取的概率积分法模型参数为q=0.93,tan β=1.98,b=0.42,θ=84.53°,S1=-12.44 m,S2=-18.80 m,S3=55.06 m,S4=33.98 m,下沉值与水平移动值拟合中误差为114.88 mm,满足工程应用要求。
  • 作者(Author):张官进闫威江克贵
    关键词(KeyWords):开采沉陷预计参数概率积分模型Boltzmann函数预计模型组合预计模型烟花算法

    摘要:为了进一步提高求取开采沉陷预计参数的精度,开展了基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法研究。系统地阐述了概率积分模型和Boltzmann函数预计模型预计原理,然后基于变权组合理论,构建了变权PB组合预计模型,该模型属于高度非线性模型,耦合烟花算法,提出了基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法。模拟试验结果表明,反演全部参数的平均相对误差约为4.0%,参数中误差约为3.9,拟合下沉和水平移动效果较好,构建方法能够精确可靠地反演开采沉陷预计参数。将本文构建方法、基于概率积分模型的求参方法和基于Boltzmann函数预计模型的求参方法应用到淮南顾桥矿某工作面的开采沉陷预计参数反演中,本文构建方法拟合程度远优于其他两种求参方法,3种方法拟合下沉和水平移动中误差分别约为82,107,100 mm,本文构建方法求参结果为:q=0.99,tan β=1.90,b=0.42,θ=87.03°,S1=6.29 m,S2=-29.52 m,S3=49.78 m,S4=32.56 m。
  • 作者(Author):皇甫润闫顺玺王晓雷蒋鹏程詹思博
    关键词(KeyWords):红外辐射温度温度场分异速率方差前兆特征红外热像

    摘要:为探究不同层理方向岩石变形破坏过程中的红外异常,开展了单轴压缩下片麻岩红外辐射试验,结合应力、平均温度、方差、温度场分异速率、热像图多种指标研究了破裂过程红外辐射温度的演化特征。结果表明:不同层理片麻岩加载过程红外辐射温度场的演化特征具有相似的阶段性和变化趋势。发现平均红外辐射温度和应力二者之间有较强的线性关系,相关系数均在0.90以上;水平层理试件辐射温度升温速度高于竖直层理试件。方差曲线随应力变化可分为3个阶段,压密及弹性阶段较小且变化平缓,破坏阶段发生大幅度陡升;加载中期和后期出现的异常特征点可作为岩石失稳的前兆信息。对方差求导获取温度场分异速率,定义其第1次偏移0值的点和临破坏偏移0值的点为一、二级预警信号;得出时间预警优于应力预警,且竖直层理试件能达到损伤最低值。红外图像经过多步骤算法降噪处理,图像质量明显增强;前期热像表面呈均匀缓慢变化,中期随应力增加逐渐升温,临近破坏时,热像在破裂位置出现高温辐射异常,其他区域出现低温异常,这种分异现象是岩石失稳的重要红外前兆特征。
  • 作者(Author):王东亮郝兵元梁晓敏
    关键词(KeyWords):裂隙注浆流固耦合浆液扩散幂律流体裂隙开度

    摘要:为研究浆液在裂隙中的扩散规律,基于幂律流体的本构方程,推导出了幂律流体的浆液扩散方程。考虑围岩应力场和浆液流体场的双向耦合,运用数值模拟软件,建立考虑流固耦合作用的单一裂隙注浆模型,分析了注浆压力、浆液密度、裂隙开度等因素对浆液扩散和裂隙变形的影响。研究结果表明,注浆因素对浆液扩散半径的影响程度由高到低依次为:裂隙开度、注浆压力、浆液密度;注浆因素对裂隙最大变形量的影响程度由高到低依次为:注浆压力、裂隙开度、浆液密度。

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