深部软岩巷道围岩与锚喷U型钢支护结构相互作用研究

收敛-约束法(特性曲线法)是将理论解析、现场实测、工程经验相结合的一种地下工程结构设计方法,是目前分析围岩-支护相互作用关系及开展支护优化设计的常用方法。基于收敛-约束法的基本原理,总结给出了经典的支护特征与支护结构变形方程,理论计算获得了喷射混凝土、锚杆(索)、U型钢支架等支护结构的支护特征曲线,分析了支护结构的几何尺寸(直径、长度)、间排距、材料强度等参数对支护压力的影响特征;随着喷射混凝土厚度及强度等级的增加,喷射混凝土提供的支护刚度和支护压力逐渐增大;随着锚杆(索)直径、长度、杆体材料强度的增加及间排距的减小,锚杆的支护压力显著增加;U型钢支架的排距越小及材料强度越大,其提供的支护压力越大。采用FLAC^(3D)内嵌的莫尔库伦应变软化本构模型,建立了考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的深部软岩巷道数值分析模型,计算获得了不同应力状态下巷道纵剖面变形曲线、围岩特征曲线,分析了锚喷、锚杆(索)喷、锚喷U型钢等3种联合支护技术对深部巷道围岩大变形控制的适用性,验证了锚喷U型钢联合支护技术应用于深部巷道支护工程的可行性。考虑岩石峰后应变软化与扩容特性的应变软化本构模型和经典的莫尔库伦本构模型的数值模拟结果相差较大,采用莫尔库伦本构模型的数值模拟结果保守,支护结构提供的支护压力无法满足深部巷道稳定性控制要求,支护后巷道围岩变形较大甚至会发生冒顶、片帮等安全事故。

深部条带老采空区覆岩破坏多参量监测研究

针对深部条带老采空区覆岩移动变形问题,确定了裂隙发育、拉压应变、岩层物性等主要参量指标,采用钻孔电视法、分布式光纤感测法、井间电法CT、微震法构建了采空区覆岩“点-线-面-体”多参量监测模式;运用该监测模式对工程实例进行实测分析,获取了采空区覆岩全方位、多层次的移动破坏特征,得出覆岩裂隙多集中在465 m以下,少量空洞位于垮落带及煤柱上方靠近采空区侧,煤柱塑性区范围约8 m的结论,综合判定采空区覆岩结构可在长时间内保持相对稳定。结果表明:“点-线-面-体”多参量监测模式在内容上能够有效涵盖条带采空区覆岩移动变形的各参量指标,时空上可实现点(静态)、线(动态)、面(静态)、体(动态)相互结合的全过程监测,监测结果间能相互验证,可满足深部条带采空区覆岩移动变形监测要求。

矿区沉陷DEM多重滤波方法研究

针对传统地表移动监测方法周期较长、工作量大的问题,通过无人机LiDAR和点云滤波获取地面点云,并构建沉陷DEM,实现地表沉陷监测的方法具有快速、高效的优势;由于现有点云滤波和插值算法构建的沉陷DEM模型仍会包含噪声,限制了该技术在矿区的普及,因此,进一步研究了沉陷DEM噪声的去除方法,对比分析了多重滤波与经典滤波方法。实验分析结果表明:在几种去噪方法中,中值滤波组合维纳滤波的去噪效果最好,保留了下沉盆地的细节特征,能够满足矿区地表形变监测的基本要求。

利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法监测矿区地表形变

针对传统时序InSAR技术在测量点选取过程中多采用全局单一阈值,在受时空失相干影响严重和短时间内形变梯度较大的矿区容易出现测量点稀疏且空间采样不足,因而无法获取矿区地面沉降完整信息的问题,以覆盖大同矿区的22景ALOS-1数据为例,利用结合土地覆盖类型的自适应DS-InSAR方法(ADSI-CLC)获取该区域长时间序列地表形变信息。ADSI-CLC方法形变测量结果的时空分布模式与StaMPS-SBAS方法具有相似性,且与高分辨率光学遥感影像上的采矿设施保持良好的空间相关性。ADSI-CLC方法可以显著地提高测量点的数量和空间分布密度,在研究区识别出的DS点数量约是StaMPS-SBAS方法的4倍。两种方法的测量结果在无形变和小形变区域吻合程度较高;在大形变区域,StaMPS-SBAS方法无法有效地获取形变结果,而ADSI-CLC方法由于测量点数量的增加,反演得到的形变测量结果基本上符合由采矿活动造成的漏斗状的空间分布特征,间接地验证了该方法在矿区地表形变监测中的可靠性和有效性,证明ADSI-CLC方法能够提供更详细的时空形变细节信息,更好地服务于矿区地表稳定性的监测和预警。

开采沉陷动态预测时间函数参数变化规律研究——以Weibull为例

针对开采沉陷动态预测模型中时间函数参数主要以最大下沉点的下沉时间序列为基础反演获取,在工作面上方空间位置变化规律研究不足的问题;依据工作面推进过程中覆岩受力、垮落情况,在平面方向上将采空区分为竖向整体受压区、中间区、动态完全区3个区间;以Weibull时间函数为例,分析了动态预测m、k 2个参数的含义、空间分布规律及特点,并构建2个参数的分区数学模型及选取准则;分别以实测最终值、概率积分法预测值为基准,通过实例验证了其正确性,丰富了开采沉陷动态预测参数研究。

柔性测斜仪在大型地下硐室围岩水平变形监测分析中的可靠性研究

随着地下硐室工程修建跨度及深度的增加,由于开挖卸荷引起的围岩变形破坏越来越严重。建设过程中围岩变形的实时监测对确保整个项目的安全运行起着至关重要的作用。不同于传统点式位移计只能对测点高程位置处进行监测,柔性测斜仪凭借其传感器灵敏度较高且各柔性节可以自由组合等优点,可以对整个布置范围内的围岩变形有更为准确且直观的监测。通过对柔性测斜仪在某大型地下硐室工程围岩收敛变形监测应用中的可靠性展开研究,并与传统点式位移计以及三维数值计算对比分析,结果表明:柔性测斜仪在硐室围岩水平收敛变形监测中具有较高的准确性,有效揭示了围岩变形趋势以及变化规律,可拓宽新型监测仪器在大型硐室工程巷道变形监测中的应用场景。

基于DBD-Net的InSAR矿区开采沉陷盆地检测方法

目前通过合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)检测开采沉陷盆地主要依靠地下开采资料或人为目视解译,针对这一问题,提出一种针对大范围InSAR干涉图的开采沉陷盆地检测网络(Deformation Basin Detection Network,DBD-Net);同时,为了训练该网络,利用矿区的真实差分干涉图数据和模拟干涉数据建立了开采沉陷盆地样本库,在神东矿区和兖州矿区各选取3幅不同时间基线的差分干涉影像对网络性能进行验证。结果表明:DBD-Net在大范围InSAR干涉图中对开采沉陷盆地的平均检测准确度为81.87%,漏检和误检区域大多是噪声严重污染和特征不明显的区域。

矿山采动地表裂缝智能识别的YOLOv7模型改进研究

矿山开采引起的地表裂缝对煤矿安全生产造成严重影响,利用无人机影像识别采煤沉陷区裂缝发育特征具有实用价值。提出了一种改进的YOLOv7采动裂缝智能化识别模型,通过在模型主干网络中添加GAM全局注意力机制,减少图像卷积过程中特征信息的丢失;同时,引入深度可分离卷积代替主干网络中的普通卷积,使得图像特征图尺寸减半,而卷积过程中并不会造成特征缺失;进一步采用GIOU_Loss对网络边界框损失函数进行改进,提升了模型的小目标识别能力;使用Label Img图像标注软件制作包含2143张5472×3648 pixels的采动裂缝识别训练数据集,对沉陷区无人机影像进行初处理构建DOM后,使用640×640的滑动窗口裁剪DOM,对裁剪后的DOM进行特征识别。结果表明:改进后的YOLOv7模型对于密集、细小、植被覆盖3类裂缝图像的识别效果和漏检情况得到明显改善,平均准确度(mAP)达到0.84。

工作面开采对污水池影响程度分析及保护方案研究

新郑煤电公司12203工作面地表存在一垃圾填埋场污水池,为最大程度地回收煤炭资源,同时有效保护污水池,对工作面开采对污水池的影响程度进行了研究,并提出了相应的方案措施。采用垂直剖面法确定了污水池的保护煤柱范围,并结合采动地表移动变形角值影响范围计算,分析工作面开采对污水池的影响程度。采用概率积分法对工作面整体不同厚度开采、限定采厚不同宽度开采和限定宽度不同厚度开采3种方案的地表移动变形进行了计算分析,提出了工作面采取局部区域限厚2.8 m开采的措施,限厚开采区域:倾向为自运输巷向上山方向30 m,走向为距开切眼70~170 m区域。并通过建立污水池移动变形观测站,监视地表移动变形情况,分析工作面开采对污水池的影响程度,并采取相应技术措施提供技术参考。

矿井排水系统自动监控技术升级改造

为了解决晋能控股装备制造集团寺河二号井井下排水系统自动化程度低、可靠性差、人工劳动强度高等诸多问题,以井下现有排水管网、通讯网络为基础,在PLC处理器、数据采集监测集控装置、组态软件的支持下,建成远程自动化排水系统。现场工业性试验表明:系统优化升级后,实现了泵房关键设备的远程启停、状态监测、能耗分析、智能诊断等诸多功能,同时,降低关键设备损耗,节约人工成本43.2万元,成功实现“错峰”排水,具有良好的经济社会效益。

基于3DSimOpt的巷道断面扩修分析

为保证山西华宁焦煤有限责任公司矿井通风安全、降低通风不当造成的经济损失,首先对山西华宁焦煤进行通风阻力测定,然后结合山西华宁焦煤的开采情况提出扩大总回风巷及一盘区回风巷断面的优化方案,并给出具体扩修断面的面积,最后利用3DSimOpt软件对优化方案进行模拟,并进行经济效益分析。结果表明:该矿通风阻力分布基本合理,优化方案切实可行。

基于鲁棒M估计协方差矩阵相位优化的DSInSAR矿区形变监测研究

针对时序干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术在矿区所处区域内耕地、裸地等自然地表地物上无法识别有效监测点信息,致使矿区地表形变信息不足及形变解译困难等问题,提出一种基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解相位优化的DSInSAR技术,并基于34景Sentinel-1A影像获取了霄云煤矿2022年的地表时序形变。推导基于鲁棒M估计协方差矩阵估计公式,提高对样本异常值及异质像素的鲁棒性,开展基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解的相位优化处理,分析了上述优化模型与通用相位优化模型的相似性,最终通过对优化估计相位开展相位信息解译处理来获取最终的形变信息。实验结果表明:基于鲁棒M估计协方差矩阵特征值分解相位优化的DSInSAR技术较常规SBAS技术及基于最大似然估计协方差矩阵的DSInSAR技术在监测点密度上分别提高了约11.4倍、0.2倍,且与水准数据对比具有最小的均方根误差,约22 mm;此外,霄云煤矿共包含三个主要形变场,其地表沉降的时序变化呈现出较显著的非线性趋势,煤矿内地表的视线向最大沉降量约418 mm。研究成果为矿区地表形变规律反演及矿区灾害防控提供重要数据支撑。

负煤柱工作面开采对倾向主断面地表沉陷的影响与预测研究

为了研究负煤柱工作面布置方式下的地表沉陷规律与机理,通过现场实测和数值模拟的方法,研究了负煤柱工作面时空关系对倾向主断面地表沉陷的影响。研究结果表明:负煤柱工作面地表沉陷曲线在三角煤柱侧较直角煤柱侧更为平缓,上覆岩层下沉量增加,垮落带相连,导致地表出现平底区;开采时间间隔越久,地表变形越不均匀,岩层整体所受接续工作面扰动程度越小,变形向首采工作面上方集中,最大下沉值出现点向首采工作面方向偏移,最大下沉量先减小后趋向稳定;基于概率积分法,提出了相应的地表沉陷预测方法,并通过与实测数据对比验证了该预测方法的实用性和可靠性。

煤矿采空区地表移动参数及对上覆油气管道的影响分析

基于采空区地表移动机理及破坏形式,从理论角度分析采空区地表移动对上覆油气管道变形影响。以此为基础,将某油气管道拟建工程作为研究案例,采用数值仿真模拟方法分析不同煤层倾角、不同煤层埋深两个角度分析采空区地表移动对上覆油气管道的影响。根据研究结果可知,采空区地表移动参数变化对上覆油气管道的影响较为显著,在上覆油气管道建设中应重点考虑采空区地表移动的影响。

基于遥感技术的露天煤矿地表沉降监测与预测模型

开发了一种基于遥感技术的露天煤矿地表沉降监测与预测模型。基于卫星遥感Landsat和Sentinel平台的光学影像及合成孔径雷达(SAR)影像构建了一个高效的数据处理流程,流程包括辐射校正、大气校正、几何校正等步骤以及多源数据的同化;采用了支持向量机(SVM)、神经网络和随机森林等机器学习算法,结合从遥感和地面数据中提取的关键特征如土壤湿度、植被覆盖度和地形变化等来预测地表沉降。结果表明:该模型能够准确预测露天煤矿的地表沉降,并为矿区管理和环境监测提供了有力的工具。

华阳二矿81215工作面区域地表移动变形演化规律研究

为研究华阳二矿81215工作面区域地表移动变形演化规律,采取综合观测措施对开采区地表情况进行考察,考察期60 d。通过对观测数据进行统计分析和反演成图可知,采面走向位置观测线下沉曲线呈勺子形,倾向位置观测线下沉曲线呈漏斗形,最大沉降值4 032 mm,下沉量和开采情况基本一致。

露天开采高陡边坡稳定性在线监测系统方案设计

依据采场边坡地质勘察、边坡稳定性研究和开采设计等资料,结合边坡在线监测系统现状,按照最终边坡境界、不同时期的开采要求进行边坡监测方案总体设计,提出了露天边坡稳定性在线监测系统方案。以评定监测等级,完善边坡监测系统,并按设计要求对监测系统分阶段进行建设,可对生产提供表面变形、振动、水文监测等方面的有利保障和指导,控制边坡滑坡、坍塌事故灾害发生。

水准仪在煤矿工作面地表高精度动态监测中的应用分析

为了提升煤矿井下开采质量与效率,以A煤矿2263工作面为例,介绍一种基于水准仪的煤矿工作面地表高精度动态监测方案。选择最佳的监测设备方案,并详细分析了基于水准仪的煤矿工作面地表高精度动态监测流程。最后,通过实践应用分析的方式,验证该监测方案的应用效果。通过验证分析可以发现,通过水准仪对煤矿工作面地表监测时,可快速、准确获得工作面地表沉降量数据,可以为后续煤矿生产作业的继续进行提供支持。

动态风流监测矿井巷道围岩变形研究

随着矿山开采深度的不断增加,巷道围岩变形愈发严重,制约着矿山开采以及地下工程的施工和工作人员的生命安全,严重影响矿井的安全生产。因此,需要创新一种方便、快捷、监测范围广的巷道围岩变形监测手段。山东能源枣矿集团经过不断探索实践,创造了根据动态风流特征、利用动态风流监测矿井巷道变形的新技术,取得了显著成效。一、现阶段常用检测手段及其优劣势围岩变形量是反映多种因素影响的综合指标,围岩表面移动量主要指从围岩表面测得的巷道底板、两帮的移动距离或某一部分的移动量。现阶段我国对于巷道围岩变形的监测研究主要分为以下几种手段。

煤层底板渐进破坏与渗流演化数值模拟研究

根据山西怀仁中能芦子沟矿井复杂地质情况,建立了断层影响下的采场力学模型。运用断层的活化力学判据,表征了断层扩展演化为承压水导升通道的力学机理。运用RFPA2D-Flow软件对断层活化与突水渗流进行了模拟。结果表明:承压水沿断层的水楔作用是促使断层裂隙扩展的内在因素,断层在上下盘开采时两侧剪应力的作用下会发生活化,并最终形成滞后性的突水通道。