基于云模型的采场冒顶片帮事故预警方法研究

为了能够及时预警矿山冒顶片帮事故安全风险,实现事前预防和控制事故发生,减少人员伤亡和经济损失,构建了基于云模型-组合赋权法的冒顶片帮事故预警方法。首先,基于2-4模型确定了26个指标构成的冒顶片帮事故预警指标体系,把预警等级划分成5个等级;其次,采用乘法积分法将层次分析法和熵权法相结合,计算出26个预警指标组合权重,有效避免了两种赋权方法的局限性;最后,将组合赋权法与云模型相结合,构建了冒顶片帮事故预警模型。并将其应用于铜陵某金属矿山,通过案例研究,采用该预警方法得出的结果与实际情况相吻合,验证了该方法的准确性、可操作性和有效性。

基于SIF模型与Apriori算法的煤矿顶板事故致因关联分析

为更科学地预防煤矿顶板事故的发生,对煤矿顶板事故致因及其关联规则进行识别十分关键。首先,通过文本挖掘并结合SIF事故致因模型,确定56个影响顶板事故发生的致因;其次,通过构建顶板事故数据库并运用Apriori算法进行顶板事故致因关联规则挖掘;最后,绘制顶板事故致因关联规则复杂网络图,并综合分析顶板事故的核心致因及各致因间的关联规则。结果表明:安全培训教育和安全监督管理、作业人员安全意识淡薄和违反作业规程、当班管理人员在现场的管理不到位和其他事故致因之间有着很高的关联度以及提升度,这些因素是造成煤矿顶板事故发生的核心因素。

矿井采煤工作面顶板事故防治策略研究

随着中国采煤工作面深度和开采规模不断扩大,顶板事故不断增多,给矿井生产带来了极大的影响。如何有效防治顶板事故,成为了亟须解决的问题。论述了矿井采煤工作面顶板事故防治的重要性,通过对事故成因的分析,提出了相应的防治策略,通过对比,证实了研究方向的准确性,可以为矿山安全生产提供有益的参考。

工作面过陷落柱覆岩垮落形态与支护技术研究

为解决新景公司芦北15号采区15231进风巷过陷落柱区域的支护设计问题,采用理论分析构建了陷落柱破坏判定式,并分析了陷落柱构造的力学致灾与防治机理。运用相似模拟实验探究了工作面过陷落柱区域时的覆岩垮落规律。结果表明:陷落柱的裂隙结构、应力强度因子等岩性特征参数越弱,构造复杂程度越高,陷落柱的失稳破坏强度越大。工作面通过陷落柱区域时会发生大面积的覆岩运移与顶板的急速下沉。推过陷落柱区域后,覆岩的破断高度沿陷落柱高度继续向上发育,周期来压步距表现为“揭露构造前大于揭露构造后”的特征。针对性地设计了“钢筋钢带+经纬网+锚索+锚杆+套29U型棚”联合支护方案,监测结果表明:两帮的变形量波动增加,顶底板的变形量缓慢增加,变形增量为25~35 mm.巷道未表现出明显的大变形与快速失稳的特征,侧面验证了支护优化设计方案具有可靠性。

煤矿顶板事故的知识发现及灾害链网络分析

为预防煤矿顶板事故的发生,发现事故致因的知识和致因灾害链的网络分析具有重要意义;以煤矿顶板事故报告中的事故原因为数据集,构建事故致因知识图谱,并基于复杂网络对致因灾害链进行网络分析。研究结果表明:顶板冒顶、空顶、支架变形等22个原因是导致煤矿顶板事故发生的主要致灾因子;灾害链网络分析中风险度最大的边为违章指挥→作业人员违章作业;对关键节点和边实施管控,能有效控制煤矿顶板事故的发生或衍生发展。

大西沟铁矿露采境界内空区顶板安全厚度研究

大西沟铁矿露天开采安全受原地下开采残留空区的影响。为确保境界内台阶开采的安全,采用4种理论计算方法和数值模拟,确定不同跨度采空区的顶板安全厚度,建立顶板安全厚度与采空区跨度的函数关系,对境界内采空区进行分类,并结合采空区顶板安全厚度确定其处置时机。研究结果表明,采空区顶板安全厚度随跨度增加呈二次函数增长,露采境界内已探知的5个空区均为简单易处理的Ⅰ类空区。当前阶段应在1343.9 m标高对2个采空区进行处理,未来应在1368 m标高对2个采空区进行处理,在1356 m标高对1个采空区进行处理,处理手段均为爆破崩落。研究结果为大西沟铁矿境界内采空区的安全处置奠定基础。

红柳林矿业25213综采工作面端头悬顶静态致裂技术研究

工作面回采过程中,坚硬顶板不易垮落,易形成较大面积端头悬顶,增加了顶板处理难度,给煤矿安全生产带来隐患。目前,炸药爆破和水力压裂是常用的坚硬顶板处理方法,但仍存在部分问题。静态致裂作为一种新型顶板致裂方法,能够提高工作面端头悬顶处理的施工效率、改善处治效果。以陕煤集团神木红柳林矿业25213工作面为依托,结合现场调研、试验,对工作面端头悬顶进行静态致裂处治。分析了钻孔优化布置下静态破碎剂膨胀致裂岩石的效果及裂隙扩展规律。现场试验表明:处治前工作面端头悬顶面积最大达到455 m^(2),平均悬顶面积在330 m^(2);致裂试验后,悬顶面积最小控制在30 m^(2),平均悬顶面积在100 m^(2)以下。静态致裂可以有效实现坚硬顶板预处理,两顺槽坚硬顶板岩层在超前工作面一定范围内提前产生裂隙;工作面回采推进后,坚硬顶板岩层在膨胀压力和顶板悬臂受力作用下易发生破断,达到工作面顶板的预裂效果,降低了采空区悬顶的风险。

基于压裂扁球体的端头悬顶双向拉链式水力压裂控制技术

采煤面端头三角区悬顶垮落不及时,易出现周期性破断而导致隅角瓦斯超限,严重影响矿井安全的问题。为了解决端头悬顶的问题,揭示了采煤面端头三角区悬顶机理,据此提出了沿巷道方向和竖向的双向拉链式压裂方法;提出了沉积岩层水压裂缝扁球体压裂模型,计算出扁球体的长轴和高度,据此计算出压裂半径和压裂层位;顶板压裂过程中,水压力20~30 MPa,水压裂缝水平扩展半径5~7 m,竖向扩展长度2~3 m,水压裂缝呈扁球体扩展形态,验证了水压裂缝模型的准确性;通过双向拉链式水力压裂的现场应用,悬顶距离由压裂前的20 m减小为3~5 m,悬顶长度减小了80%,悬顶问题得到有效改善,证实了双向拉链式水力压裂方法的有效性。

非均匀顶板岩层对覆岩破坏的控制作用模拟研究

松散含水层下采动顶板覆岩破坏问题受到广泛关注,但现有数值模拟成果普遍将顶板覆岩简化为均匀层状结构,不能反映出不同岩性的岩层分布对覆岩破坏的控制作用,具有一定的局限性。以孙疃矿101采区1010工作面为例。首先依据相关资料基于GOCAD软件建立精确三维地质模型,其次通过转换接口将模型导入FLAC^(3D)软件中模拟采动,分析顶板非均匀岩层对覆岩破坏的控制作用。结果表明:非均匀顶板煤岩层及四含松散层对覆岩破坏具有一定控制作用;软弱岩层越厚,塑性区最大高度越高,发育速度越快,反之高度越低,速度越慢;塑性区发育至软弱煤岩层时,高度增长明显。而发育至坚硬煤岩层时,高度增长较小甚至不增长;四含松散层厚度越大,塑性区最大高度越高,发育越快,反之最大高度越小,发育越慢。

冲击波预裂工艺技术在高地压矿井上覆硬岩层的工程实践

高地压矿井煤层采空后上覆硬岩层容易造成悬顶等动力灾害隐患,常规的治理方式效果欠佳,亟需探索一种新型的工艺技术来实现顶板灾害绿色治理。提出高位定向钻孔+可控冲击波长距离断顶工艺技术,通过专用设备对岩层进行单点多次冲击破碎,进而实现致裂岩层的目的。对某矿顶板坚硬岩层进行先导性试验,设计1个高位定向长钻孔,预裂作业每隔10 m冲击1次,每点冲击10次;采用1个穿层顶板窥视钻孔来检验预裂效果。试验结果表明:愈靠近定向聚能棒裂缝的形态愈发育且呈递减趋势,初步确定上覆岩层的有效预裂半径为10 m。通过效果对比试验证明,该技术在顶板灾害治理中技术可行,值得推广。

地下铝土矿山顶板稳定性分析及事故预防管理

准确划分巷道围岩等级类别是评价地下工程安全与稳定性的基础。针对山西省吕梁市兴县地下铝土矿山巷道冒顶问题,结合现场勘探与工程实测,从巷道顶板岩性、岩石结构及其坚固性系数分析入手,划分并制定了五级标准顶板和五级围岩稳定性分类。在此基础上,通过深入分析巷道变形破坏特征,针对性制定出了五级围岩对应的支护方案;阐述并提出了地下铝土矿山井巷顶板管理办法,指出在管理方面应从制度建设、危险源辨识与隐患排查、教育培训、流程管理、应急处置五个方面进行细化分析,以形成全流程、全链条的顶板闭环管理模式。研究成果可为铝土矿山巷道围岩稳定性分析和工程事故预防提供理论依据和工程应用价值。

薛虎沟矿水力压裂切顶卸压技术应用研究

针对煤矿顶板难垮难落问题,通过现场实践对水力压裂切顶卸压技术进行研究,给出了水力压裂切顶卸压的机理及具体钻孔布置及压裂过程施工步骤,通过对压裂后巷道围岩变形情况进行分析,发现设定的3个监测站所的巷道围岩变形量均偏小,且由于巷道右帮为混凝土墙,所以其变形量几乎可以忽略不计,通过工业化试验试验验证了水力压裂切顶方案的可行性,为薛虎沟矿巷道维护提供一定的参考。

板集煤矿5煤层顶板离层临界值预测研究

本研究旨在探讨板集煤矿5煤层顶板离层临界值的预测规律,并分析了各因素对其影响以及灰色系统理论在预测中的应用。通过敏感性分析,确定了影响顶板离层临界值的主要因素,排名如下:巷道宽度(h_(w))>直接顶厚度(h_(z))>老顶厚度(h_(j))>锚索长度(G_(j))>5煤厚度(h_(m))>开采深度(H)。进行了线性和非线性拟合,得出顶板离层临界值的函数关系。根据拟合曲线,计算出浅部和深部离层界限值分别为46 mm和27 mm,总离层界限值为73 mm。此外,利用灰色系统理论对377 d后的离层量进行了预测,采用GM(1,1)模型训练得到了灰色预测模型。预测结果表明,2号测点巷道顶板离层总量为65 mm,与预期值和顶板离层规律相符。综上所述,本研究通过敏感性分析明确了主要控制因素,并提出了针对性的措施,减小顶板离层量。同时,应用灰色模型进行离层预测,显示出在此领域具有一定的优势和应用潜力。该研究为煤矿安全生产提供了一种可行的预测方法。

厚大坚硬顶板切顶卸压护巷方法研究

针对综采工作面因顶板厚硬悬顶导致的临近工作面巷道变形严重问题,文章采用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法对厚硬顶板切顶卸压护巷方法进行了研究。结果表明:厚硬顶板极限垮落步距及最大载荷与顶板厚度及极限抗拉强度成正比,厚硬顶板将导致高应力向煤柱及临近工作面巷道转移,不利于巷道稳定;对厚硬顶板实施切顶卸压,可以有效降低煤柱及临近工作面巷道围岩应力显现程度,并确定合理的切顶角度与高度分别为15°与8 m.研究提出的平行深孔爆破切顶卸压护巷方法,通过现场实践,顶板下沉量降低52.0%,底鼓量降低41.6%,两帮移近量降低59.8%,起到了良好的护巷效果,可为类似条件矿山巷道稳定性控制提供指导与借鉴。

水力压裂切顶卸压技术在综采放顶煤工作面回风顺槽的应用

水力压裂切顶卸压是指通过钻孔切槽并注高压水,在顶板岩石中形成定向裂缝,破坏岩石的完整性。我国水力压裂技术最早从波兰引进并主要应用于石油工程等,煤矿方面首次在大同矿区进行井下试验,并取得良好的应用价值。随着火工品的控制越来越严格以及爆破具有复杂性、危险性等,水力压裂切顶卸压技术被逐渐推广和应用。

潘二矿顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术研究与实践

针对潘二矿采区系统巷道受工作面回采多次采动影响巷道严重变形难以维护的问题,采用数值模拟、理论分析、现场试验相结合的方法,提出了顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术,并进行了工程实践。结果表明:在工作面采动应力影响范围外超前对顶板坚硬岩层进行水力压裂,顶板岩层在高压水的作用下发生拉破坏,产生水力裂缝,高压水使水力裂缝与原有裂隙贯通,在保压作用下不断扩展,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,破坏了顶板岩层的完整性,阻断了采动应力在岩层中的传递,减小了超前支承压力的影响范围。在18215工作面收作期间,采区系统巷道变形量较小,保证了采区系统巷道的正常使用,取得了较好的卸压效果。

斜沟煤矿厚煤层综采工作面顶板断裂失稳规律及智能预测设计

随着煤矿智能化综采工作面的快速发展,顶板破断失稳规律及来压的智能预测成为迫切需要解决的问题,该问题的解决对于进一步完善综采工作面智能化控制体系、防范采场顶板灾害的发生具有重要意义。以斜沟煤矿厚煤层综采工作面为工程技术背景,结合该工作面煤岩地质特征及生产技术条件,利用数值模拟方法,研究了工作面顶板破断规律及应力演化特征,分析了顶板断裂失稳引起的矿压显现特征及其对煤岩稳定性和支架稳定性的影响,确定了9种特征参数作为反映顶板断裂失稳的特征信息,并作为智能矿压监测预警模型的基础参量。由此设计了工作面矿压多参量信息智能感知系统,为煤矿综采工作面智能矿压监测预警提供了一种新思路。

坚硬灰岩顶板破断对煤层底板破坏特征

为研究坚硬灰岩顶板破断对煤层底板变形破坏的影响,以黄河北煤田邱集煤矿111107工作面为背景,基于顶板岩体破断动载应力函数,运用FLAC^(3D)模拟了坚硬灰岩顶板破断对采空区底板的破坏过程,对比了不同动载幅值下采空区底板破坏特征,基于深孔聚能爆破预裂技术,设计了爆破切顶方案,为坚硬灰岩顶板工作面安全开采提供保障。模拟结果表明:动载作用前后底板破坏范围和深度有明显增加,底板最大破坏深度达12 m,动载作用结束以后,残余应力波仍持续影响采场底板,直到灰岩顶板破断150 ms后,采场底板的动力响应才全部结束;随着动载幅值增大,底板破坏范围逐步增大;在持续时间相同的条件下,当幅值小于10 MPa时,动载作用前后底板破坏变化不明显;当幅值大于10 MPa时,动载作用前后底板破坏有明显变化。

套筒交替压裂作用下岩石力学特性模拟研究

为拓宽坚硬顶板强制放顶方法,解决坚硬顶板所引起的围岩应力集中问题,基于弹性力学推导了套筒破岩力学机制,采用PFC3D数值仿真软件,通过改变套筒膨胀路径来分析套筒压裂过程中岩石破裂形态及膨胀力特征。结果表明:多孔套筒压裂过程中,增大钻孔半径、增加套筒数量或减小钻孔间距均能降低岩石开裂所需的注液压力;相较于同步压裂,交替压裂延长了压裂时间,形成了更为复杂的裂隙网络,岩石损伤范围更大;交替压裂降低了压裂过程所需的膨胀压力,加剧了岩石的疲劳损伤,声发射信号呈现多峰值分布,岩石裂缝数目增多;相较同步压裂,套筒交替压裂所产生的耗散能以及耗散能占比更高,对岩石的破坏程度更大。

特厚煤层坚硬顶板综放开采矿压特征及覆岩破断规律研究

同忻煤矿主采石炭系3-5号煤层,平均煤厚约为15 m,其顶板主要由砂岩和砾岩组成的坚硬顶板。上部侏罗系内赋存有四层煤层,大部分已被开采,在坚硬顶板和煤层群遗留煤柱条件下,工作面回采期间矿压显现强烈。通过对同忻煤矿8309工作面现场矿压监测,分析工作面支架循环末阻力,得到工作面初次来压步距为70~75 m,周期来压步距为10.69~44.36 m,来压期间最大工作面阻力为15873.15 kN.利用3DEC数值模拟软件对8311工作面回采过程中上覆岩层的运动规律进行模拟,随着工作面向前推进,工作面逐渐呈现“下位悬臂梁与上位砌体梁”结构,得到了上覆坚硬顶板破断、失稳、垮落的特征规律。为具有类似条件的综放工作面回采提供可靠参考。