综采工作面卸压瓦斯运储区演化推进速度效应研究

为研究综采工作面不同推进速度下瓦斯运储区演化规律,基于煤矿工程概况,利用FLAC^(3D)模拟软件进行模拟,分析了覆岩采动推进速度效应;采用多种方法对卸压瓦斯运储区进行联合判别,得到不同推进速度条件下卸压瓦斯运储区分布及演化规律;以此为依据,优化现场高位抽采钻孔。结果表明:综采工作面煤层开采后,垂直应力分布大致呈对称梯形,推速加快,垂直应力分布转变为左高右低抛线形;采空区覆岩下沉量及塑性破坏高度随推速增加而减小;卸压瓦斯运储区高度随推进速度增加而降低,卸压瓦斯运储区位置向采空区中部集中;试验工作面卸压瓦斯抽采钻孔优化后,试验工作面高低推进速度区域抽采钻孔瓦斯体积分数最大均为30%以上,工作面、回风巷、上隅角瓦斯体积分数为0.18%~0.46%、0.2%~0.46%、0.25%~0.84%,均小于1%,布置方法更具合理性。

石灰岩地层下土压平衡盾构机推进速度预测与分析

[目的]盾构机的推进速度不仅关系到隧道开挖的快慢,对于施工周期与施工成本的预测也具有重要意义,因此需对盾构机的推进速度进行预测和分析。[方法]以济南地铁3号线龙奥站—奥体中心西站区间全断面石灰岩地层为研究对象,收集盾构机掘进数据,采用空推值、异常值剔除及数据去噪等多种方法对数据进行预处理。为了提高预测精度,将数据集划分为训练集和验证集,通过线性回归建立了基于刀盘扭矩、总推进力的推进速度预测模型,并分析了掘进载荷对推进速度的影响规律。[结果及结论]在石灰岩地层下,3组推进速度预测模型的线性回归预测精度均在0.70以上,说明根据刀盘扭矩和总推进力可以正确预测推进速度。土压平衡盾构机在掘进过程中,刀盘转速和推进速度波动均较小,随着刀盘转速增大,刀盘扭矩逐渐减小;刀盘扭矩对推进速度有积极的影响,刀盘扭矩越大,推进速度越大;在同一地层和掘进条件下,由于刀盘挤土作用,仅增加总推进力不利于推进速度的提高,此时需同时增加刀盘转速。

推进速度对回采工作面采空区CO涌出规律影响研究

为探索研究回采工作面推进速度对采空区CO涌出规律的影响,以瑞安煤矿1煤层首采层014N1-1工作面为研究对象,基于COMSOL-Multiphysics5.0建立CO涌出规律的数值模拟。通过采场流场理论、采空区气体浓度场理论,研究推进速度对采空区CO分布、采空区CO涌出量、工作面的CO浓度的影响。结果表明:CO涌出量随着推进速度的增加出现了增大→减小→平稳的趋势,得到了瑞安煤矿1煤层首采层014N1-1工作面最佳推进速度为2~3 m/d。

准东二矿巨厚煤层首采面合理推进速度研究

针对冲击地压矿井回采工作面合理的回采速度问题,以准东二矿巨厚煤层首采工作面为研究背景,通过理论分析与数值模拟软件结合现场微震数据的方法,深入研究了工作面合理的推进速度。研究结果显示:随着工作面的推进,超前支承压力峰值逐步增大,应力集中现象明显,应变能密度随之逐渐增加。随着推进速度的增加,峰值应力呈现出显著的非线性递增趋势。应变能密度峰值与推进速度呈正相关关系。推进速度越快,工作面冲击危险性指数逐步上升,当达到8.0 m/d时,指数异常增加,工作面冲击危险性较强,但速度提升至5.6 m/d时,差异变化并不明显,经过数值模型分析回采速度可提升至5.6 m/d。1101工作面回采阶段实测微震监测数据,分析均速2.45 m/d、3.10 m/d与4.78 m/d相关微震能量,表明在工作面回采过程中,覆岩相对稳定,在最大开采速度4.78 m/d的情况下,可以进行提升开采速度至5.6 m/d。研究结果为提升巨厚煤层首采面冲击地压矿井产能提供了科学依据。

综采长壁工作面推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制作用

基于采动裂隙椭抛带理论,确定了采动优势瓦斯通道带的上、下边界,构建了采动优势瓦斯通道带的时空形态理论模型。以淮北祁南矿34下采区为原型,开展了上覆岩采动瓦斯通道扩展数值仿真研究,发现优势瓦斯通道在上覆岩的空间位置随推进速度的增加而降低,发育高度、宽度和范围随推进速度的增加而减小等特征。以此为依据,对综采工作面推进速度加快后的高位钻孔参数进行了相应调整,并在祁南矿34下2工作面开展了卸压瓦斯抽采人工导流试验,现场试验结果验证了高位钻孔参数依据推进速度而进行的优化是合理的,从而也验证了本文提出的推进速度对优势瓦斯通道的诱导与控制规律是正确的。

三硬条件下孤岛工作面安全推进速度研究

为保证三硬条件下孤岛工作面安全高效开采,采用理论计算方法分析了工作面推进速度对冲击地压的影响机理,采用实验室试验及数值模拟试验的方法分析了不同加载速率下煤体的力学特性;数值模拟方法分析了工作面开采速度对超前应力分布的影响,其结果与理论分析结果吻合。以数值模拟得出的应力为基础,计算了巷道围岩弹性能分布情况,结果表明:三硬条件下孤岛工作面安全推进速度应小于3.6 m/d。现场微震事件结果与理论计算和数值模拟结果一致,说明工作面推进速度应小于3.6 m/d是合理的。

高强度开采工作面煤岩灾变的推进速度效应分析

高强度开采工作面煤岩灾变存在冲击特征,采场围岩控制困难。采用室内试验、理论分析及数值模拟等综合研究方法,分析高强度开采条件下煤岩变形破坏和围岩应变能分布特征,并揭示采场煤岩动力灾变发生机制。研究表明:煤岩属于率相关材料,随着加载速率的提高,受压煤岩破坏形式由静态变为动力破坏,在后破坏阶段,存储于煤岩中的应变能降低形式以塑性功耗散转变为整体破坏后的快速释放,破坏用时减小;随着工作面推进速度提高,煤壁前方煤体中最大主应力加载速率和最小主应力卸载速率均增大,浅部煤体应变能密度升高,致使围岩发生动力灾变概率和危害程度升高;基本顶突然断裂和滑落,将贮存于顶板中的应变能快速释放并向下位煤岩传递,使煤层中应变能密度迅速升高,促使煤岩发生动压冲击性煤壁破坏;基本顶断裂前、后,煤体中应变能密度峰值点之间距离为超前段回采巷道动力灾变危险区,是采场围岩控制的重点区域。

特厚煤层开采工作面推进速度对矿压显现的影响

为了研究特厚煤层综放工作面推进速度对矿压显现的影响,以同忻矿8106综放工作面为研究对象,采用数值模拟和现场监测,对不同工作面推进速度下的工作面围岩应力和支架工作阻力进行了分析,得到了工作面推进速度与矿压显现之间的关系。结果表明,工作面推进速度越快,超前支承压力峰值越高、峰值点与煤壁的距离越近,工作面来压步距越长、动载系数越大,工作面矿压显现更强。同忻矿强矿压显现在一定程度上与工作面推进速度有关,应适当降低工作面推进速度。

基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制

盾构掘进过程中地质多变,推进速度要求实现非线性控制,因此对控制方法提出较高的要求.在分析了盾构推进液压系统原理的基础上,建立了盾构推进速度仿真模型,设计了基于BP神经网络的盾构推进速度自适应PID控制器,运用MATLAB软件对常规PID推进速度控制和基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制进行了阶跃响应仿真对比,并对基于BP神经网络的自适应PID推进速度控制的正弦跟踪特性进行了仿真.仿真结果表明基于BP神经网络整定的PID控制具有良好的跟踪能力和鲁棒性,相比于传统PID控制系统响应迅速,超调量小,具有很高的响应精度和良好的在线整定能力,对于盾构推进速度这种非线性过程,控制效果比较理想.

不同推进速度下煤岩体采动力学行为响应特征与控制

为获得不同推进速度下煤岩体的采动力学行为特征,通过轴压和围压分别模拟不同推进速度下垂直应力、水平应力,采用增轴压降围压的方式模拟煤岩体的采动力学行为,同时采用数值模拟和工程实践相结合的方法对不同推进速度下煤岩体的采动力学行为进行研究。结果表明:在围压卸载速率相同的条件下,随着轴压加载速率(推进速度)的增加,煤体的峰值强度、轴向应变和横向应变呈增大趋势,在峰值阶段产生了较大的轴向应变和横向应变,呈现出一定的延性,破坏形式具有塑性特征;在轴向加载和围压卸载的综合作用下,煤体体积一直处于膨胀变形状态,围压的卸载加速了煤体损伤破坏的进程,煤体破坏时的峰值应力和体积扩容受控于围压卸载的程度,控制轴压加载速率和围压卸载程度可控制煤体破坏时的峰值应力和体积变形。生产实践中,应结合煤岩体的采动力学行为特征,确定合理的推进速度并加以控制,以保证回采巷道与采场围岩的稳定性。

基于加卸载响应比的冲击地压矿井急倾斜巨厚煤层推进速度研究

工作面推进速度过快易诱发冲击地压等动力灾害,探讨合理的工作面推进速度已成为冲击地压矿井安全高效开采亟待解决的关键。采用数值模拟、岩石力学试验和现场微震监测等方法,通过研究急倾斜巨厚煤层推进速度影响下工作面前方煤体经历的采动应力路径,分析推进速度采动应力路径下的煤样力学行为特征。完成了采动应力路径下煤样加卸载响应比的变化规律研究与急倾斜巨厚煤层工作面推进速度的合理确定,开展了现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层工作面推进速度增加使得采动应力峰值增大,同时其采动应力路径的循环加卸载幅度增加,循环次数减小,主要影响区域范围增加,而作用时间减小。不同推进速度应力路径下的煤样强度呈非线性递增趋势,且其递增幅度逐渐增加,煤样破坏程度、声发射累计计数及能量均随应力路径所处推进速度的增加而增大。类比冲击矿压评价指标得到6.4 m/d应力路径下的煤样可视为冲击煤样,同时引入加卸载响应比,提出了基于采动加卸载响应比的冲击地压矿井工作面推进速度合理确定方法,形成了不同推进速度采动应力路径影响的加卸载响应比评价指标,确定了满足+425 m水平工作面的安全高效开采推进速度。现场微震实测结果验证了基于采动加卸载响应比确定工作面推进速度的有效性。

综采工作面推进速度与前方煤体应力关系研究

依据试验综采工作面开采地质及技术条件,在现场实测的基础上,分析了工作面在慢速和快速推进情况下工作面前方煤体应力分布规律和变化规律。现场生产应根据其分布规律和变化规律,适当加快工作面推进速度,减少工作面在同一位置的滞留时间,有利于保持巷道的稳定性和改善巷道维护状态,对保证安全生产具有一定的意义。

综采工作面推进速度对顶板岩层活动的影响研究

为了研究综采工作面推进速度对顶板岩层活动的影响规律,以神东矿区上湾煤矿煤层赋存条件及开采参数为研究背景,运用FLAC3D模拟软件,对工作面不同推进速度条件下顶板岩层的应力场、塑性破坏区以及位移场进行了数值模拟;并提取了监测单元的应力值,分析了不同推进速度时顶板岩层的活动情况。结果表明,当推进速度由12m/d减小为3m/d时,煤壁处工作面中部顶板岩层的垂直应力由8.85 MPa增加到9.63 MPa,煤壁前10 m处由17.27 MPa增加到20.02 MPa;顶板岩层的最大破坏高度由7.53m增大到12.61m;顶板岩层的最大下沉量也增加19%;推进速度的减小导致顶板岩层活动频繁,煤层顶板稳定性降低。此研究结果为采场顶板的科学控制和管理提供了理论依据。

初采期工作面推进速度对近距离煤层的影响

为了研究初采期工作面推进速度对近距离煤层的影响,运用3DEC离散元数值模拟软件模拟分析初采期不同推进速度下近距离煤层的沉降特征、离层特征以及应力分布特征。结果表明:推进速度越快,初次来压步距越大;推进速度越快,采空区离层区扩张越快,扩张范围越大,而稳定的速度越慢;快速推进对近距离煤层超前工作面区域扰动较大,但不能满足离层的时效性,因而在中速推进条件下,超前工作面区域离层范围最大;顶板初次垮落后,采空区上方近距离煤层应力区主要由拉应力区、压实区、卸压区组成;推进速度越快,回采工作面附近的拉应力区出现位置离回采位置越远,范围越小。推进速度越快,压实区范围越小,卸压区范围越大。

推进速度对综放开采矿压显现影响的实测研究

根据某煤矿具体的地质和工作面开采技术的具体情况,采用现场实测研究方法,对综放工作面回采期间周期来压、支架工作阻力和煤壁片帮与推进速度的关系进行了现场的实测,得到了在不同推进速度情况下工作面一些矿山压力显现的变化规律,对确定工作面合理推进速度有积极的意义。

采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度关系的数值模拟

基于采空区渗流方程和多孔介质动量方程,应用FLUENT软件模拟了采空区漏风风速变化情况,结合采空区自燃"三带"划分标准,得出采空区氧化自燃带宽度与工作面推进速度的关系:随着工作面推进速度提高,进风侧、回风侧、工作面中部氧化自燃带与工作面距离都将增大;工作面中部氧化自燃带与工作面距离增幅较大,进风侧、回风侧氧化自燃带与工作面距离增幅较小。

大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应

为研究工作面推进速度加快后,顶板岩层破坏规律,依据神东矿区上湾煤矿地质赋存条件,采用相似模拟试验及现场实测的方法,通过对比分析不同推进速度条件下工作面直接顶、基本顶及其上覆岩层变形、下沉、垮落规律,定量地表征了大采高工作面顶板破坏规律的推进速度效应。研究结果表明:不同推进速度条件下,直接顶、基本顶岩层变形、下沉垮落演化规律保持一致;基本顶岩层周期来压步距随工作面推进速度加快而显著增大;直接顶、基本顶及其上覆岩层下沉量随工作面推进速度加快而呈不同程度的减小;工作面来压持续距离随工作面推进速度加快而明显延长,来压强度和动载系数呈不同程度增大。

基于遗煤自燃防治的综放工作面合理推进速度的确定

为了研究综放工作面推进速度对采空区遗煤自燃的影响规律,采用理论分析、数值模拟、相似模拟及回归分析等方法,对工作面推进速度与工作面采出率、采空区应力场、孔隙率分布规律、漏风量,以及氧化带宽度的关系进行了研究,得到工作面推进速度与各因素的函数关系,以及工作面推进速度的合理确定方法。分析结果表明:防止遗煤自燃的工作面推进速度存在下限值和上限值,当利用上限值和下限值估算的工作面合理推进速度范围存在并且具有较大变化空间时,再对采出率加以考虑,即可得到有效防止遗煤自燃的合理工作面推进速度;当此范围不存在或范围较小时,说明提高工作面推进速度不能防止遗煤自燃,这时工作面的合理推进速度应主要依据采出率进行确定。工作面推进速度越小,与氧化带宽度的关系曲线越平缓,提高推进速度越有利于防止遗煤自燃。

高强度开采工作面超前支承压力的推进速度效应

工作面快速推进是实现煤矿高产高效的重要途径,但是工作面推进速度加快,将导致顶板来压强烈、超前支承压力增大等诸多问题,通过理论分析、相似模拟试验、数值模拟计算等手段,针对大采高综采工作面推进速度对超前支承压力规律的影响进行研究,结果表明:(1)推进速度对超前支承压力峰值大小、位置及范围均产生影响,推进速度加快,超前支承压力峰值增大,位置向工作面煤壁靠近,影响范围有缩小趋势;(2)通过理论分析计算表明,推进速度增大时,工作面周期来压液压支架载荷增大,通过插值法计算该工作面极限推进速度为13.4 m/d。

基于波速驱动的机器海豚平均推进速度控制方法

通过分析海豚豚体波推进特点,提出了波速与平均推进速度的匹配方法和工程化的速度匹配方程(Speed-velocity matching equation,SVME),并进一步设计了基于速度匹配方程的机器海豚平均速度控制实现方法.首先,分析了海豚尾部摆动时呈现的正弦豚体波特征,指出某一豚体波波速与相应海豚推进平均速度存在严格对应关系,据此给出了速度匹配系数(Speed-velocity matching coefficient,SVMC)定义及速度匹配方程.然后,以三关节尾部机器海豚为例,根据速度匹配关系特征,建立了三关节尾部摆动豚体波波速与推进平均速度的数学关系.最后,基于已知的速度匹配系数分布状况,采用分区线性化处理策略分别设计了开环控制方法和自校正控制实现方法.通过速度匹配系数的取值对机器海豚进行驱动与控制,机器海豚可到达目标平均速度.实验结果表明,豚体波波速与海豚平均速度存在严格对应关系,基于速度匹配系数这一数据驱动的机器海豚速度控制方法是可行的.