蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显,高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象,将无机指标K^(+)+Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、TDS和有机指标UV_(254)、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标,利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取,提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先,建立PCA-RF判别模型,其准确率(A_(c))、精确率(P_(r))、召回率(R_(c))和F-measure指数(f_(1))分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%;其次,通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优,在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优,建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型,该模型A_(c)、P_(r)、R_(c)、f_(1)分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%,较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%,回代准确率达到97.50%;最后,利用该模型对12个矿井水水样进行判别,结果与现场实际相一致,表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

分级加载下破碎砂岩渗透特性试验及其稳定性分析

煤岩体的渗透特性与孔压梯度满足渗流失稳条件时,易引发突水和瓦斯突出灾害。破碎岩体长时间缓慢变形过程中,其渗透特性将随孔隙率的变化而发生改变,且破碎岩体不同粒径的配比会影响其渗透特性。采用Talbol级配理论,利用DDL600电子万能试验机、渗透仪等试验设备,设置五级轴向恒载加压,每级恒载加压下对应4种不同渗透压进行试验,探究不同粒径配比下的破碎砂岩渗透特性。试验结果表明:1轴向荷载从第1级加载至第5级,随着缸筒内破碎砂岩有效应力的增大,描述渗流速度变化的参数Dv均呈减小趋势;2恒载变形后期,破碎砂岩随孔隙率减小,其渗透率总体呈减小趋势,而非Darcy流β因子的绝对值增加;3不同Talbol幂指数的破碎砂岩,渗透率与非Darcy流β因子的大小存在差异,n=0.5时,破碎砂岩渗透率最小,非Darcy流β因子最大,n=1.0时,破碎砂岩渗透率最大,非Darcy流β因子整体较小。研究可见,破碎砂岩颗粒粒径很小或颗粒破碎细化非常严重时,非Darcy流β因子较容易出现负值,破碎砂岩发生渗流失稳。

巷道与钻孔交叉三维数值建模方法

针对FLAC^(3D)建模难度高,效率低的问题,提出一种具有复用性、参数化特点的网格变形建模法,且依照该方法编写了基于FISH语言建模程序。该程序首先用块状单元生成模型网格,接着根据巷道钻孔交叉的几何关系计算各节点坐标,通过程序依次调整模型各部分网格形状,从而准确地建立巷道钻孔交叉计算模型。通过本煤层瓦斯抽采钻孔的计算实例,研究含有巷道影响下的钻孔应力。计算结果能够较为准确地反应钻孔的应力状态,验证了所述方法的可行性与准确性。该方法原理简单,能够快速地建立不同参数的大量模型,有助于理解FLAC^(3D)巷道钻孔交叉几何建模原理,为深入研究复杂建模机制提供参考,降低研究巷道钻孔交叉问题的难度,提高抽采钻孔问题研究效率。

脐动脉血流监测结合无应激试验预测胎儿窘迫的临床观察

目的:探讨脐动脉血流监测结合无应激试验(NST)预测胎儿窘迫的临床价值。方法:378名孕36+2～42+3周妇女于入院后临产前测脐动脉收缩期最高血流速度(S)和舒张期最低血流速度(D)的比值(S/D值),并分为两组,观察S/D值与NST结果、胎儿窘迫的关系,以及新生儿出生情况及预后。结果:A组(S/D≥3.0)与B组(S/D<3.0)NST无反应型比例有差异(P<0.05),羊水污染、新生儿窒息、低体重儿的发生率均有差异(均P<0.05)。A组中NST有反应型的新生儿结局较无反应型良好。S/D值预测新生儿结局的假阳性率高于NST结果,其特异性、敏感度低于后者(均P>0.05)。两者联合后,预测结果的假阳性率降低(P<0.01),特异度和敏感度提高(均P<0.05)。结论:脐血流监测结合NST简便易行,可用于临产前预测胎儿窘迫。

不同孔隙度中心受压圆形薄板试样渗透特性试验研究

通过控制砂粒粗细的方法自制不同孔隙度的圆形薄板试样,利用RSM-SY7基桩多跨孔超声波自动循测仪测量其孔隙度值并进行标记。利用自主研发的渗透试验装置,在DDL600电子万能试验机上进行中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中的渗透特性试验;研究孔隙度对圆形薄板试样轴向抗压强度、初始渗透率的影响及其对圆形薄板试样弯曲变形过程中轴向载荷与渗流量出现峰值时间差的影响,并研究圆形薄板试样弯曲变形过程中渗透率的变化规律。研究结果表明:不同孔隙度中心受压圆形薄板试样弯曲变形过程中,其渗透率均在整体上呈现先增大后减小的趋势;试样的孔隙度越大,其轴向载荷峰值Fmax、初始渗透率整体越趋于减小;当试样孔隙度较大时,其弯曲变形过程中轴向载荷F峰值先于流量Q峰值出现,反之,其流量Q峰值先于轴向载荷F峰值出现。

切除子宫的4种不同手术方法临床分析

目的:探讨4种不同子宫切除术的临床疗效,选择适宜手术方式。方法:分析同期经腹子宫切除术(TAH)80例、经阴道子宫切除术(TVH)54例、腹腔镜子宫切除术(TLH)53例、腹腔镜辅助阴道子宫切除术(LAVH)68例4种术式子宫切除的手术时间、并发症、术后疼痛、术后恢复情况及住院天数。结果:TAH手术时间最短,与其他组比较差异有统计学意义(P<0.05)。4组术中出血量差异无统计学意义(P>0.05)。TVH子宫最小,TAH子宫最大、范围最广,与其他组比较差异有统计学意义(P<0.05)。TAH组术后排气时间、下床活动时间、住院天数、术后使用镇痛剂与其他三组比较差异有统计学意义(P<0.05)。结论:在有条件的情况下,应优先考虑创伤小有利于患者恢复的手术途径,同时兼顾术者对各种手术的掌握程度综合而定。

不同部位阻断子宫血管对腹腔镜子宫切除术的指导意义

子宫切除术是妇产科常见的手术方式,适用于子宫内膜癌I期、宫颈原位癌、CIN级诊断明确者等病人[1]。传统的开腹手术在宫颈内口水平钳夹、切断、缝扎子宫血管,术中一般不需分离出子宫血管,对解剖层次的要求不甚严格,当盆腔有广泛粘连时极易损伤输尿管。腹腔镜手术因其微创而在应用中得到迅猛发展。但由于该术缺乏触摸感觉反馈。

剖腹全子宫切除两种术式疗效对比分析

目的:探讨剖腹全子宫切除两种手术方式的临床疗效。方法:回顾性分析了观察组阴道断端不完全关闭术式54例与对照组阴道断端完全关闭术式50例手术情况。结果:两组手术时间、术中出血量差异无统计学意义(P>0.05),术后发热率、并发症差异有统计学意义(P<0.01)。结论:阴道断端不完全关闭术式疗效优于阴道断端完全关闭术式。

蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势,“阶梯式”增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

三轴应力下不同粒径破碎砂岩渗透特性试验

地下工程中破碎岩体往往处于三向应力状态,此类岩体具有孔隙率大、渗透性高等特点,在地应力与高水头作用下易发生渗流失稳破坏,诱发突水灾害。为研究三轴应力下破碎砂岩的渗透特性,运用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,采用稳态渗透法进行5种粒径破碎砂岩的渗流试验,得到了三轴应力下破碎砂岩渗透特性变化规律,推导了有效应力与渗流速度之间的关系。试验结果表明:三轴应力下破碎砂岩的有效应力与渗流速度呈线性关系,且轴向位移越大时,随有效应力的增加渗流速度减小的幅度越小;三轴应力下5种粒径破碎砂岩的孔压梯度与渗流速度服从Forchheimer关系,两者之间的相关系数达0.95以上;轴向位移恒定时,随着围压的增大,破碎砂岩渗透率k减小,非Darcy流β因子增大,各级轴向位移下,破碎砂岩的渗透率与围压之间呈指数函数关系;随着孔隙率的减小,5种粒径的破碎砂岩渗透率呈减小趋势,非Darcy流β因子整体增大,且渗透率量级为10^(-14)~10^(-11) m^2,非Darcy流β因子的量级为10~6~10^(12) m^(-1)。

砾岩含水层帷幕浆液运移规律与改性效果分析

注浆帷幕截流是深部矿井水害治理的主要技术手段之一,针对淮北矿区朱仙庄煤矿8号煤层水害防治问题,采用CT扫描与室内试验测试得到受注砾岩孔裂隙分布及岩石力学特征,利用COMSOL Multiphysics软件建立了受注砾岩层的孔隙介质与孔隙-单裂隙介质2种数值模型,分析了帷幕墙注浆截流效果。研究结果表明:浆液在孔隙介质中的运移范围随注浆时间的增加而增大,浆液运移稳定后的扩散范围为10.12~10.44 m;孔隙-单裂隙介质数值模型中,浆液运移形态沿裂隙方向对称,浆液运移优先进入裂隙通道,随后沿裂隙方向扩散至孔隙介质中,随注浆时间的增加,浆液运移范围逐渐增大并最终趋于稳定,孔隙-单裂隙介质中浆液的纵向扩散范围为10.05~10.23 m,横向扩散范围为16.30~16.98 m;根据数值计算结果,提出了注浆孔间距为20 m、两排注浆孔交错布置、有效宽度约为40 m的帷幕截流方案。最后,通过注浆前后砾岩物理力学性质对比分析与现场放水试验的方法,验证了帷幕墙截流效果良好、注浆孔间距布置合理。

瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术与应用

矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的重要因素之一,提高煤矿瓦斯抽采效率是解决煤矿安全生产的重要手段。因此,对瓦斯抽采钻孔密封段的密封质量及漏气位置检测就显得尤为重要。文中在山西余吾煤矿N1101回风顺槽进行现场测试,利用钻孔封孔漏气检测装置,在抽采钻孔正常的抽采负压下,通过探测抽采钻孔的不同深度,测定不同测点处的瓦斯浓度、抽采负压等参数,判断相应测点控制区域的漏气情况。结果表明:在钻孔16 m范围内瓦斯浓度变化不大,漏气通道较少,封孔质量较好,16~23 m有漏气现象。现有封孔工艺及材料整体上密封质量较高,封孔效果较好。抽采钻孔封孔质量检测方法和装置为改进封孔工艺和参数、提高封孔质量提高科学依据,具有广泛的应用前景。

三轴应力作用下破碎煤体渗透特性演化规律

深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一。为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行三轴应力作用下破碎煤体渗流试验,得到破碎煤体渗透特性随围压及孔隙率的演化规律。试验结果表明:①三轴应力作用下破碎煤样渗流雷诺数最大值为47. 58,渗流速度与孔压梯度两者之间符合Forchheimer关系;②三轴应力作用下破碎煤样的孔隙率与围压的变化规律呈负相关,各级轴向位移下,两者服从对数函数关系;③随着有效应力的增大,各粒径下的破碎煤样孔隙率逐渐减小,破碎煤样孔隙率的理论计算值与试验结果较为吻合,表明文中给出的孔隙率计算方法可行;④各级轴向位移下,破碎煤样的渗透率随围压增大而减小,不同粒径的破碎煤样渗透率随围压的演化规律可用k=me^(nσ3)公式表示,颗粒粒径越大,破碎煤样的渗透率随围压的变化越敏感;⑤颗粒粒径及孔隙排列方式影响破碎煤样渗透性能,不同粒径破碎煤样随孔隙率的减小,渗透率整体减小,非Darcy流β因子呈增大趋势,其中渗透率的量级为10^(-14)～10^(-10) m^2,非Darcy流β因子的量级为10~7～10^(11)m^(-1)。所得研究结论有助于增强深部破碎煤岩体渗透特性演化规律的认识。

中深层地热单井换热数值计算

中深层地热单井换热是一种"取热不取水"开发地热能的技术,该技术具有不破坏地下水环境、取热量大等优势,但目前就深度3000m以上的单井换热数值计算研究较少,本文针对西安地区地热地质条件,采用数值法计算了不同井型结构(L型定向井、丛式定向井)的中深层地热单井在连续运行一个采暖季情景下的换热量。计算结果表明:同一流速及地温梯度下,在系统连续运行120 d后,L型定向井的出口温度、单位时间取热量及延米取热量高于丛式定向井;同一流速下,地温梯度越大其出口温度越高,单位时间取热量及延米取热量也越大;同一地温梯度下,流速越大其出口温度越低,单位时间取热量及延米取热量越大。丛式定向井井斜30°的出口温度、单位时间取热量及延米取热量高于井斜45°,随着流速的增加,两种井斜下的出口温度、单位时间取热量及延米取热量的差异逐渐减小。从出口温度、单位时间取热量及延米取热量角度考虑,L型定向井的换热效率优于丛式定向井;从钻井施工的难易程度角度考虑,丛式定向井优于L型定向井;丛式定向井的两种井斜结构中,井斜30°的丛式定向井优于井斜45°。所得不同工况的计算结果,可为中深层地热的开发与利用提供参考依据。

地下含水层帷幕注浆单液水泥浆扩散规律研究

帷幕注浆逐渐成为矿井水害防治的主要技术手段之一,为解决帷幕工程中注浆孔间距的布设问题,通过室内试验得到帷幕注浆材料单液水泥浆的物理性能参数,采用COMSOL数值软件建立了地下含水层帷幕注浆单液水泥浆扩散数值模型,研究了地下含水层帷幕注浆工程中单液水泥浆的扩散机制。研究结果表明:单液水泥浆水灰比越大,浆液的凝结时间越长黏度越大,而结石率与抗压强度越小,根据所得浆液性能参数针对不同地层特征选取相应水灰比的浆液进行注浆;地下含水层帷幕注浆单液水泥浆的扩散形式以注浆孔为中心的圆形扩散,单液水泥浆的扩散半径随注浆时间的增加而增大,且扩散半径最终趋于稳定,稳定后的浆液扩散半径平均值为10.22 m,浆液扩散的范围可达到20.44 m;单液水泥浆扩散半径的理论计算与数值计算结果较为一致,理论解与数值解之间的误差小于5%,证明作者建立的数值模型用于研究帷幕注浆浆液扩散范围具有一定的可靠性。基于研究结果,选取帷幕注浆孔距为20 m,2排交错布孔,建立有效宽度约为40 m的帷幕墙,以阻隔帷幕墙外侧含水层中地下水向井田内的补给。帷幕墙建造完成后,通过检查孔对受注地层进行取心,得到含有浆液结石体的岩心,实验室测试得到其抗压强度为11.2 MPa,能够满足帷幕墙建设的强度要求,证实帷幕注浆工程中注浆孔间距布设合理。

裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究

华北型煤田深部开采过程中受底板水害威胁愈发严重,水平孔注浆技术是治理此类水害的主要手段,其中浆液扩散规律的研究对注浆工程设计与施工具有重要意义。现有研究主要针对垂直孔注浆水平裂隙中浆液的扩散问题,当工程中采用水平孔注浆时浆液的扩散规律异于垂直孔。为此开展裂隙岩体水平孔注浆浆液扩散规律研究,将裂隙岩体中的孔裂隙系统等效为开度相同的裂隙,构建了等效裂隙岩体模型。选取等效单裂隙建立了水平孔注浆浆液扩散力学模型,推导了任意倾角的等效单裂隙在考虑浆液自重时浆液扩散区内的压力时空分布方程,进而得到注浆压力与注浆时间及扩散距离的理论关系式。结果表明:采用COMSOL建立水平孔注浆垂直裂隙三维数值计算模型,分别对考虑重力和未考虑重力的2种工况进行计算分析,未考虑重力时浆液的扩散形态呈轴对称圆形扩散,考虑重力时浆液优先沿着重力方向进行扩散。在重力的影响下,浆液扩散过程中地下水对浆液分散与搬运作用更为强烈。重力对水平孔注浆浆液扩散形态、扩散距离及注浆终压影响较大,水平孔注浆工程中不能忽视重力对浆液扩散规律的影响。通过对比理论分析与数值计算结果,两者得到的注浆压力与注浆时间、注浆终压与扩散距离的变化趋势基本一致,理论与数值计算结果的误差控制在10%左右,进一步验证了所建立的水平孔注浆浆液扩散力学模型的正确性。研究成果能够为水平孔注浆工程中注浆终压、注浆方式及扩散距离的设计提供科学依据。

破碎泥岩三轴渗流试验及其稳定性分析

为了探究破碎泥岩微观结构和渗流参数的实时变化对渗流系统结构稳定性的影响,采用自主研制的破碎岩石三轴渗透试验系统并结合稳态渗透法和轴向位移控制法,对级配破碎泥岩进行三轴渗流试验。结果表明:有效孔隙度、渗透率、非Darcy流β因子的变化均与轴向载荷和围压有密切关系,且得到了渗流失稳时渗透率和非Darcy流β因子之间的关系和发生渗流失稳的主要条件。

蒙陕接壤区侏罗系煤田深部煤层开采失水风险评价

以黄河流域中上游台格庙矿区为研究对象,分析含(隔)水层空间结构与导水断裂带发育高度关系,挖掘研究区内影响含水层失水的主控因素;引入残余基岩有效隔水层厚度指标,构建浅层白垩系含水层失水风险评价体系;基于层次分析-熵权综合判别法,计算各主控因素权重,建立深部煤层开采对浅水含水层扰动的定量评价模型;通过对不同权重的控制因素图叠加,得到了深部煤层开采失水风险分区图,利用周边矿井实测涌水量验证了分区结果。结果表明:含水层厚度、水压、单位涌水量、开采影响下残余隔水保护层厚度是主采煤层上覆含水层失水影响的主控因素,矿区内西北角和东北角富水性较好、残余隔水层基岩厚度较薄,导致该区域存在一定失水风险,研究结果与现场实际情况基本吻合。

榆神矿区地下水和干旱指数对植被耗水的联合影响

为研究干旱矿区地下水位下降和气侯变化对典型植被耗水的联合,选择榆神矿区优势植被沙柳为研究对象,以干旱指数表征气候变化,在野外调查、室内测试及原位试验的基础上,采用有限元算法分析不同地下水位埋深和干旱指数组合条件下的植被耗水特征。研究结果表明:植被生长受干旱指数和地下水位埋深的双重影响,当地下水埋深为1.0～2.0 m处,植被耗水主要受地下水控制;地下位水埋深为2.0～2.5 m时,植被耗水受地下水和干旱指数的双重影响;地下水位埋深大于2.5 m时,植被耗水主要受干旱指数影响;单指数模型可以很好的拟合地下水埋深和植被实际蒸腾量(T_a)与潜在蒸腾量(T_p)比值(T_a/T_p)的关系曲线,其相关系数高达0.99,利用单指数模型和T_a/T_p的比值可以反求出枯水年、平水年和丰水年条件下的植被生态临界地下水位,不同水文年的植被生态临界水位有差异性,认为当地下水位埋深大于1.24 m(平均),植被生长受到水分胁迫,当地下水位埋深大于2.06 m(平均),植被出现退化现象;同时,采煤引起地下水位下降对植被生态的影响是有限的,只有当采前地下水位埋深为1.0～2.5 m时,地下水位下降才会引发植被生态退化;当采前地下水位埋深大于2.5 m时,采煤引起地下水位下降基本对沙柳的生长不产生影响,此时植被生态退化主要受气候变化影响。目前,榆神矿区采前地下水位埋深普遍大于2.5 m,影响矿区生态环境的主要控制因素是气候变化(降水量),考虑到近年来榆神矿区降水量有增大趋势,因此出现"虽然地下水位明显下降,但是生态环境局部转好"的现象。