巨厚煤层分层开采覆岩导水裂隙带高度演化及其预测研究

目前导水裂隙带发育高度的研究大多针对的是单一煤层开采导水裂隙带高度,而对于巨厚煤层开采覆岩导水裂隙带发育高度预测研究较少。基于新疆侏罗系煤田巨厚煤层地质条件,选取新疆准南煤田硫磺沟煤矿(9−15)08典型工作面参数,通过数值模拟和分形几何理论分析,定量评价巨厚煤层在综放分层开采条件下覆岩裂隙场的发育特征和演化规律,并构建了基于粒子群优化支持向量机回归(PSO−SVR)的巨厚煤层分层开采导水裂隙带高度预测模型。研究结果表明:①巨厚煤层分层开采时,老顶范围内坚硬岩层和亚关键层呈铰接结构,整体上覆岩变形破坏呈拱式结构。②受采动影响,顶板覆岩破断垮落,横向裂隙不断发育生成,且垂向裂隙向上发育,导水裂隙带持续上升,分形维数快速上升。而随着工作面的持续推进,上覆岩层裂隙中横向裂隙被上覆岩层压实,裂隙开度降低,分形维数逐渐降低。③分层开采时裂隙分形维数总体呈现为升维、降维、稳定和波动4个阶段。④选用平均绝对误差(MAE)、平均偏差(MBE)和相关指数R2等指标对PSO−SVR模型进行了评估,其相关指数R^(2)>0.90,MAE<6.5 m,−0.5 m<MBE<0.5 m,表明建立的PSO−SVR模型能够用于分层综放开采导水裂隙带高度预测。⑤将9−15(08)工作面数据代入PSO−SVR模型中,预测值与实测值绝对误差为12.52 m,相对误差为4.86%,表明PSO−SVR能够有效、准确地进行巨厚煤层开采导水裂隙带高度预测。

基于HHO-ELM模型的导水裂隙带高度预测方法

为了精确预测滨湖煤矿16煤开采导水裂隙带发育高度,收集华北煤田31个下组煤开采工作面实测数据,选取采高、采深、煤层倾角、倾向长度、硬岩比例系数5个因素进行综合分析。运用哈里斯鹰算法(HHO)优化ELM神经网络,构建了HHO-ELM导水裂隙带高度预测模型,将其应用于滨湖煤矿导水裂隙带高度预计,并将预测结果与规范公式计算结果和实测结果进行对比。结果表明:HHO-ELM模型预测滨湖煤矿21603工作面导水裂隙带发育高度为24.17 m,规范公式计算结果为18.58~29.78 m,实测结果为21.45~22.98 m。可见,采用HHO-ELM模型预计导水裂隙带高度,计算简单,针对性强,预测精度可靠,为滨湖煤矿及相似地质条件下的华北型煤田下组煤开采顶板水害治理决策提供了依据。

基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法

在深入研究覆岩关键层对导水裂隙发育高度影响规律的基础上,提出了通过覆岩关键层位置来预计导水裂隙带高度的新方法。工程实测和理论研究结果表明:覆岩关键层位置会影响导水裂隙发育高度,只有当关键层位置距开采煤层小于某一临界高度时,该关键层破断裂缝才会贯通成为导水裂隙,且受该关键层控制而同步破断的上覆岩层破断裂缝也会贯通成为导水裂隙。关键层破断裂缝贯通的临界高度可以粗略按(7～10)M(M为煤层采厚)估算。当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以内时,导水裂隙将发育至基岩顶部,导水裂隙带高度等于或大于基岩厚度;当覆岩主关键层位于临界高度(7～10)M以外时,导水裂隙将发育至临界高度(7～10)M上方最近的关键层底部,导水裂隙带高度等于该关键层距开采煤层的高度。上述基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法能适应不同采厚条件下的导水裂隙带高度预计,同时可以对由于覆岩关键层结构变化引起的导水裂隙带高度异常发育情况作出判别,其可靠性得到了工程实测结果的验证。

煤层开采顶板导水裂隙带高度预测研究

为科学设计防水煤(岩)柱尺寸,探讨研究了顶板导水裂隙带高度预测方法。依据顶板导水裂隙带高度与各影响因素之间难以定量的复杂非线性关系,选择具有非线性映射、泛化及容错功能的BP人工神经网络方法,提取8个预测指标,以开滦等18个矿区顶板导水裂隙带高度测试数据形成样本集,建立了导水裂隙带高度预测的三层BP网络。网络以极小误差通过检验,网络计算得到各指标影响权重大小分布与目前的研究认识吻合极好,说明该方法具有合理及适用性。

PCA-BP神经网络模型预测导水裂隙带高度

导水裂隙带高度的预测对煤矿安全开采有重要意义,而传统回归方法未考虑因素间相关系数对预测结果的影响。选取采深、煤层倾角、煤层厚度、煤层硬度、岩层结构、顶板岩石单轴抗压强度、开采厚度和采空区斜长作为预测导水裂隙带高度的影响因素,建立基于PCA-BP神经网络的导水裂隙带高度预测模型。测试结果表明,煤层厚度对导水裂隙带高度的影响最大,其余各因素对导水裂隙带高度的影响较大,采深和开采厚度对导水裂隙带高度的影响较小;PCA-BP神经网络模型的训练速度和预测效果均优于BP神经网络模型,且最大预测误差仅为5.58%。

综放面覆岩导水裂隙带高度的确定

为了确定长壁综放工作面覆岩导水裂隙带高度,以便为矿井开采提供设计依据,根据某矿长壁综放工作面开采技术条件和岩石力学性能等参数,建立力学模型,运用岩石破断过程分析软件RFPA2D,对自开切眼至充分采动全过程覆岩随工作面推进时的变形、冒落情况进行了数值模拟,由此确定了覆岩导水裂隙带高度.用经验公式对覆岩导水裂隙带高度进行了计算,采用简易水文观测法对覆岩导水裂隙带高度进行了测定.结果表明数值模拟所得到的覆岩导水裂隙带高度与现场钻探结果比较接近,而由经验公式得到的结果偏于保守和安全,从而为确定覆岩导水裂隙带高度提供了一种新的、有效的方法.

瞬变电磁法在导水裂隙带高度探测中的研究应用

为了准确地测定煤层工作面覆岩破坏导水裂隙带的高度,文章利用瞬变电磁仪对宁夏红柳煤矿1121工作面采空区开展了覆岩破坏导水裂隙带高度超前探测的试验研究。结果表明,井中瞬变电磁法具有定向性(方位性)好、探测距离大、探测精度高等突出优点,为煤矿导水裂隙带高度定量探测提供了一种新的有效手段。

综放工作面导水裂隙带高度研究

为了研究长壁综放工作面覆岩导水裂隙带高度,根据胡家河矿综放工作面开采技术条件和岩石力学性能参数,建立相似模拟试验模型,对上覆岩层破坏后导水裂隙带高度进行研究,将研究结果与经验公式进行对比,采用回归分析法对经验公式进行修正,并考虑了推进距离对导水裂隙带的影响,从而为预测覆岩导水裂隙带高度提供了一种新的、有效的方法。

注水实验法探测导水裂隙带高度

在含煤地层被厚松散层覆盖区域 ,采用钻孔注水法探测导水裂隙带高度 ,具有装置简单、工程量少、观测结果准确可靠、效果明显等优点。

基于敏感度分析的导水裂隙带高度DM-L优化模型

导水裂隙带高度是矿井生产中影响安全生产的一个最重要的影响因素之一;另一方面,多元统计分析和敏感度分析在工程数据分析中应用广泛.以多年来我国矿井生产中实测的数据为基础,应用多元统计分析建立了导水裂隙带高度与采厚、采深和硬岩岩性比例系数的函数关系,用敏感度分析的方法确定了各个影响因素的敏感度,进而建立了DM-L优化模型.最后对模型进行了检验,结果显示模型精度较高.

断层采动活化对导水裂隙带高度影响的模拟实验研究

通过物理模拟研究了断层采动活化对导水裂隙带高度的影响,实验结果表明:断层断至层位在正常导水裂隙带范围内,断层活化对导水裂隙带高度没有影响;断层断至层位在正常导水裂隙带范围之外,受断层切割的关键层因断层活化而失去控制作用,导水裂隙带将发育到上一层关键层的底部;断层断至层位高度相同时,导水裂隙带发育高度相同,但此时工作面推进方向与断层面倾向的位置关系对导水裂隙发育速度有一定影响。

乌兰察布煤炭地下气化导水裂隙带高度发育的影响因素

根据乌兰察布研究区实测资料所获得的数据,分析在无井式煤炭地下气化过程中,导水裂隙带发育高度的影响因素;根据钻孔资料,进一步完善在无井式煤炭地下气化中,煤层厚度、顶板岩层结构类型、采深以及高温条件下岩石的物理力学特性变化所影响导水裂隙带发育高度的指标体系。

反程序开采的导水裂隙带高度研究

在分析反程序开采必要性的基础上，通过现场探测，研究了反程序开采的导水裂隙带发育规律，为反程序开采提供了科学依据。

基于ANN导水裂隙带高度预测的过程优化

分析了影响导水裂隙带高度的因素,并将其分为主要因素和次要因素,构建了导水裂隙带高度影响因素体系。采用BP神经网络模型,并选取煤层厚度、顶板岩性、煤层倾角、覆岩硬度、工作面斜长、推进速度、岩体碎胀性作为主要因素用于导水裂隙带高度的预测,为了简化预测模型,加快计算速度,在确定的采矿地质条件下可忽略次要因素。预测结果表明,简化的BP神经网络模型能够满足导水裂隙带高度预测的准确度需要,该预测方法可为水体下采煤提供一定的技术指导。

近水平煤层覆岩导水裂隙带高度预计与实测

为了准确预测青龙煤矿11607工作面开采后覆岩导水裂隙带的发育高度,以该矿实际地质开采条件为依据,采用灰色神经网络、经验公式计算方法,对其导水裂隙带高度分别进行了预测,并与现场实测结果进行比较,结果表明,基于灰色神经网络的预测结果比经验公式计算的结果更接近实际,并综合分析比较得出青龙煤矿11607工作面煤层的覆岩导水裂隙带高度为44.4~46.9 m。

金沙河下采煤地表移动变形与导水裂隙带高度预测分析

水体下采煤是煤矿开采的难题之一。以天祝煤矿为例,在对3229工作面分阶段拟采以后,运用三维概率积分法预测地表移动变形及其对地表金沙河河床的影响。基于变形分析法预测了导水裂隙带发育高度,并与"三下"规程导水裂隙带计算高度进行比较,认为随着煤层的开采,导水裂隙带可能会破坏到中侏罗系孔隙裂隙承压含水层,预计矿井涌水量增大;第四系冲积层含水层潜水或地表河水可能通过塌陷裂隙灌入井下巷道造成淹井。在河下煤层开采时应采取措施避免河水下渗,预防井下水患。

近距离煤层采后覆岩导水裂隙带高度数值模拟研究

山东赵坡煤矿为安全开采煤炭资源,采用经验公式预计和计算机数值模拟方法,分别研究了单独开采12下#煤层后及全采12下#煤层、14#煤层两近距离煤层后覆岩导水裂隙带高度。采用经验公式计算出的两值分别为33.7m和41.2m;采用计算机模拟方法计算出的两值分别为35.6m、41.7m。两种计算方法所得结果基本一致。

基于APSO-LSSVM模型的导水裂隙带高度预测

为准确预测导水裂隙带高度,有效地预防煤矿开采中溃水安全事故,根据导水裂隙带相关理论研究和实测资料分析选取开采深度、煤层的倾斜角、厚度、硬度、岩层结构等8项指标作为导水裂隙带高度预测的特征指标,采用基于因子分析的APSO-LSSVM导水裂隙带高度预测模型.利用典型矿区导水裂隙带高度实测资料中的18组数据对该模型进行训练与检验,并将其预测结果与PSO-LSSVM、LSSVM模型预测结果分别进行比较.结果表明:APSO-LSSVM模型的预测精度高于PSO-LSSVM模型和LSSVM模型,对样本具有较强的识别能力.

榆阳煤矿2301工作面导水裂隙带高度的数值模拟

在分析榆阳煤矿覆岩赋存特征的基础上,建立了采动岩体力学模型,利用有限差分程序(FLAC)对采动引起的覆岩破坏进行了数值模拟,得出了导水裂隙带发育高度最大值为50m;采用WSD-2数字声波仪测定岩样的物理力学性能,分析得知覆岩中泥岩强度大于砂岩,且抗压与抗拉强度的比值较高,使得岩层呈脆性材料特征,对导水裂隙带的发育有利,这样给保水开采增加了难度。

岩溶山区矿坑顶板冒落导水裂隙带高度估算有关问题讨论——以贵州省黔西县青龙煤矿为例

贵州省岩溶山区水文地质条件极为复杂,常规的经验公式对矿井顶板冒落导水裂隙带高度估算结果常常小于矿井实际开采形成的高度,简单、机械地采用常规的经验公式估算矿井顶板冒落导水裂隙带高度并以此确定顶板充水水源的来源,可能导致矿井水防治设计的失误,并影响到了矿井防治水工作。本文以青龙煤矿为例,阐述了该矿矿床水文地质结构特征、勘探阶段估算和矿山开采中实际产生的矿坑顶板冒落导水裂隙带高度差异,分析了造成估算误差的主要原因,提出了岩溶山区矿井顶板冒落裂隙带高度经验公式修正的建议。