采场全生命周期的矿压危害事件知识图谱表示方法研究

知识图谱是认知智能研究不可或缺的组成部分。针对采场矿压危害事件传统分析方法对煤矿开采过程中应力时空演化过程及隐患演化与风险防控关系等表达存在不足的问题,本文基于采场全生命周期提出一种采场矿压危害事件知识图谱表示方法:首先,从地质灾害的角度,分析采场应力及分布的动态特性,对矿压地质灾害中的各节点进行动态关联,提出顾及时空过程的采场矿压地质灾害知识图谱表示方法。其次,从事故的角度,分析采场矿压事故隐患演化与风险防控过程,将隐患耦合演化与防治措施融入知识图谱表示模型中。最后,运用Neo4j构建矿压危害事件知识图谱。结果表明:依据该表示方法构建的知识图谱,不仅刻画了灾害事件中不同对象的时空演化过程,还描述了隐患耦合演化过程以及对应的风险防控措施,为采场矿压危害的防治提供了智能研究途径。

房柱式采煤采空区下采场动载矿压机理研究

为解决31201工作面上覆房柱式采煤采空区集中煤柱受到破坏形成动载矿压易导致下部工作面发生顶板事故的难题,对工作面地质条件及顶部采空区集中煤柱对下部工作面回采产生的影响进行分析,分析工作面过应力集中区支架循环末阻力云图可知:31201工作面矿压显现为通过集中煤柱后大范围来压>2-2煤房采低回收率区>杨树洼上坡区>其他区域。对工作面顶板动载矿压进行FLAC^(3D)数值模拟,通过模拟结果可知:诱发大面积强动载矿压原因是集中煤柱的突然破坏,上覆岩层顶板垮落及工作面自身顶板切落,使顶板载荷完全作用在支架上,造成液压支架压架事故。通过动载矿压发生机理,提出有针对性的应对措施,为后续安全回采提供依据。

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。

大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

伊犁一矿浅埋软岩工作面矿压实测及支架选型

伊犁一矿工作面受浅埋薄基软岩条件影响,使覆岩裂隙分布形态复杂化,原1505W综放工作面采用6~8倍采高方法进行工作面液压支架选型,后续监测工作面矿压规律及支架工作阻力较大,接近液压支架额定工作阻力,提出基于覆岩关键层层位计算上覆载荷的方法并对伊犁一矿1503E综放工作面液压支架进行指导选型设计,后续监测工作面支架工作阻力表明该液压支架选型方法在浅埋薄基软岩条件下较6~8倍采高支架选型方法更为科学合理。

近距离煤层采空区下厚煤层开采强矿压机理及控制研究

针对近距离煤层采空区下W1701厚煤层工作面开采顶板强矿压现象,利用物理相似模拟实验、理论分析及数值模拟实验,研究了一次采全厚条件下W1701工作面顶板强矿压诱发机理及控制对策。研究结果表明:W1701工作面顶板受其上方“高位关键层(硬岩)-巨厚软弱岩组-低位关键层(硬岩)”覆岩结构破断运动影响,顶板呈现大周期、小周期来压变化,其中,低位关键层“砌体梁”结构性失稳形成小周期来压,巨厚软弱岩组纵向裂隙周期性贯通并发生台阶下沉,形成大周期来压,大周期来压造成工作面顶板支承压力跳跃式突增,支架载荷高达67248kN,是支架额定工作阻力的3.7倍,极易将整个工作面支架压死,并引发重大生产安全事故。对于准南煤矿此类近距离多煤层采空区下厚煤层不宜采用一次采全厚开采,宜采用分层开采,分层开采使得高位关键层、低位关键层之间的巨厚软弱岩组产生了分次破坏,工作面来压相对于一次采全厚有效缓和,能够有效避免工作面强矿压事故。

特厚弱胶结顶板煤层综放开采覆岩破坏特征与强矿压机理

针对新疆准东二矿1101工作面,通过分析现场矿压和微震数据,研究了综放工作面矿压显现规律以及顶板破坏特征和矿压显现之间的关系。研究结果表明:(1)准东二矿特厚煤层弱胶结顶板1101首采工作面基本顶初次来压步距为43.37 m,关键层初次来压步距为81 m,基本顶和关键层交替破断形成大小周期来压,大周期来压步距为30~40 m,小周期来压步距为18~22 m。(2)截止到工作面推进至270 m,小能量微震事件主要发生在顶煤中,大能量微震事件主要发生在关键层及以上岩层,微震能量大小呈现周期性变化,顶板裂隙发育高度为距离煤层顶板258 m左右。(3)压架事故发生在基本顶和关键层周期来压阶段,压架事故往往伴随大能量微震事件的发生。(4)综放工作面顶板形成“组合悬臂梁-铰接岩块”平衡结构,组合悬臂梁断裂形成小周期来压,关键层断裂同时压断下方悬臂梁形成大周期来压,然而弱胶结顶板使得关键层破断后不易形成稳定的铰接结构,破断岩块发生滑落失稳,对工作面造成冲击动载荷,造成压架事故的发生。在此基础上,提出了提高液压支架初撑力至31.4 MPa,控制工作面推进速度在5 m/d左右的防治措施。

复杂地质条件下综采工作面矿压显现规律研究

采用尤洛卡公司KJ216顶板动态监测系统,对大安山煤矿轴13槽东一面工作面进行矿压监测,通过对工作面液压支架压力和上下顺槽超前支护压力的分析,得到了具有复杂地质构造的缓倾斜煤层综采工作面的矿压显现规律,保证了其安全回采,为以后相似条件下的工作面回采提供了科学的依据。监测分析结果表明:工作面老顶平均初次来压步距为52.67 m,平均周期来压步距为22.12 m及来压时刻上下顺槽工作面前方压力增高的范围分别是8～16.2 m和5.2～13.6 m,压力增高平均峰值分别为24 MPa和23.57 MPa,且工作面中部支架阻力要明显大于上部和下部。

矿压观测方案的设计及结果研究

针对工作面矿压观测问题,通过分析工作面的岩层分布,设计了具体的支护方案以及矿压观测方案,研究了矿压规律。经现场应用,监测结果表明,在回采工作期间,基本顶的初次来压步距为29.1 m,周期来压步距平均为19.8 m,围岩变形量较小,支架的整体初撑力为23.5 MPa,说明工作面的支护效果较好。

近距煤层开采矿压显现规律分析

为解决近距煤层开采采场矿压控制问题,对祁东煤矿6130、7130综采工作面进行了现场实测,得出了两工作面的初次来压、周期来压步距。在此基础上,结合理论计算和UDEC软件对采场覆岩的顶板破断、应力分布情况进行了模拟。

基于微震监测的浅埋8 m超大采高综采面末采阶段矿压显现规律研究

为了掌握浅埋超大采高综采面末采阶段矿压显现规律,以张家峁煤矿8 m超大采高综采面为研究背景,在工作面支架压力监测数据的基础上,引入微震监测技术手段,从微震事件数量和能量的角度对末采阶段矿压规律做出合理解释。得出如下结论:2203综采面末采最后90 m范围内共监测到微震事件66个,总能量1.75×10^(4)J,其中,中小能量事件合计占比达到92%。期间共来压5次,平均周期来压步距为19.5 m,来压持续距离2.9 m,动载系数1.46,周期来压具有来压步距短、持续时间长、局部动载矿压强烈的特点。来压期间微震的频次和能量明显高于未来压期间,微震频次和总能量的变化趋势呈现“M”形,表现为能量的“积聚-释放-积聚”的周期性变化,微震事件的周期性变化规律与工作面的周期来压保持一致。根据微震频次和能量的异常变化可对工作面的周期来压起到一定的预测作用。

胡家河煤矿综放工作面矿压显现规律预测及主控因素研究

现有工作面矿压显现规律预测方法中,基于数值模拟与统计回归的方法无法实现对工作面矿压显现规律的实时精准预测,深度学习方法存在超参数较多且难以设置、模型训练速度慢等问题。针对上述问题,以胡家河煤矿402102回采工作面采动过程中监测到的煤体内部应力变化时序数据为基础,将基于粒子群优化的门控循环单元(PSO-GRU)应用到回采工作面矿压显现规律预测中。采用PSO算法对GRU进行优化,构建PSO-GRU模型,实现对超参数的自动寻优,从而提高GRU的训练速度和预测精度。以预测结果为依据,采用层次分析法建立402102回采工作面矿压主控因素评价指标体系,将顶板条件、回采工艺、煤层赋存、地质构造确定为影响工作面矿压的一级指标,进一步细分出具有代表性的14个二级指标。测试结果表明:(1)与未经优化的GRU模型相比,PSO-GRU模型的均方误差(MSE)降低了83.9%,均方根误差(RMSE)降低了59.8%,平均绝对误差(MAE)降低了59.0%,决定系数R2提升了28.9%。(2)PSO-GRU模型对矿压数据预测的拟合度达0.980以上,具有良好的非线性拟合能力和泛化能力。(3)地质条件中的煤层赋存因素对回采工作面矿压的影响最大,权重为0.47;可人为干预的影响因素中工作面推进速度对矿压的影响最大,权重为0.13。

大倾角大采高软弱顶底板工作面分区矿压规律研究

为研究内蒙古长城二矿大倾角大采高软弱顶底板复杂开采地质条件下,1305S工作面正常区、过渡区、卸压区的矿压显现规律及特征,建立了倾斜煤层采空区冒落矸石滑移充填数值模拟模型,采用数值模拟和现场实测相结合的研究方法进行研究。研究结果表明:沿倾斜方向,1305S工作面中上部所受垂直应力呈现出过渡区>正常区>卸压区的特点,工作面下部呈现出卸压区>过渡区>正常区的特点;1305S工作面推进过程中,平均周期来压步距为13.3 m,周期来压时支架工作阻力在26.75~33.05 MPa之间,沿工作面倾斜方向顶板所受垂直应力总体呈现出工作面上部>中部>下部的特点;巷道工作面一侧的边帮变形量较大。现场实测结果表明,回风巷顶板监测最大移进量为860.18 mm,运输巷顶板监测最大移进量为367.84 mm,两巷围岩移进量呈现出回风巷>运输巷的特点。

工作面矿压大数据动态分析与预测系统

为实现矿井工作面矿压自动分析与预测,以大柳矿为研究对象,使用GUI编程,采用HTML5、Python语言联合编写,运用长短时记忆(LSTM)与ARIMA算法模型,搭建多源数据可视化分析展示平台与预测分析系统。系统程序设计划分为基础信息、监测参量、支架数据、分析预警、报表输出等主模块;通过导入矿压监测数据(支架压力、钻孔应力、巷道变形、顶板离层、锚杆锚索),借助人工智能和大数据技术,可实现监测数据的快速清洗、多参量融合,以及对矿压风险的智能识别与预警。

浅埋近距离煤层过斜交区段煤柱开采矿压规律研究

为了探究浅埋近距离煤层工作面开采过不同斜交角度煤柱的矿压规律,保障工作面安全高效回采,采用现场实测和数值模拟相结合的方法,分析了11°、30°、45°、60°和75°斜交角度的采动应力演化特征,揭示了工作面过不同斜交角度煤柱的应力变化规律。结果表明:根据过11°斜交煤柱矿压规律实测,工作面来压位置随煤壁与斜交煤柱叠加区而移动,在工作面中部压力最大,机尾次之,机头最小;工作面机尾过煤柱时应力集中最明显;中部过斜交煤柱时,随着斜交角的增大,超前煤壁峰值应力自30°以内为中部宽缓单峰,45°~75°为中部斜交区和机尾双峰,且机尾峰值较大;机尾最大超前应力峰值随斜交角的减小而增大,峰值越靠近机尾;斜交角超过45°时工作面中部出现应力峰值,表现为双峰,该研究可为类似工作面过斜交煤柱开采提供借鉴意义。

基于优化BP神经网络的矿压规律预测方法研究

矿压显现及其控制方法对煤炭资源安全高效生产影响巨大。针对综采工作面矿压显现致灾问题,综合运用工程调研、理论分析、模型构建等方法,开展了综采工作面矿压规律预测模型的系统性研究。采用免疫粒子群混合算法优化BP神经网络(IA-PSO-BP),建立了基于IA-PSO-BP的矿压规律预测模型。选取平均绝对误差、均方误差和相关系数作为评价指标,对比分析了BP模型、PSO-BP模型和IA-PSO-BP模型的预测性能。结果表明:相较于BP和PSO-BP模型,IA-PSOBP模型的收敛速度分别提高7.44倍和1.79倍;在测试集上的预测精度显著提高,预测结果符合矿压数据的周期性变化规律。基于优化BP神经网络的矿压规律预测方法,可为预防煤矿井下矿压灾害的发生提供一定的指导借鉴。

近距离煤层厚硬顶板综放开采强矿压显现规律研究

针对厚硬顶板大采高综放工作面回采过程中强矿压的现象,以神东矿区某矿井近距离煤层厚硬顶板综放工作面为背景,通过现场实测和室内试验等方式,研究工作面矿压显现规律及覆岩破断特征。研究表明:(1)42105综放工作面老顶初次来压步距大,来压强度高,远超工作面支架额定工作阻力,工作面呈现出中部来压集中、强度高且较为频繁的特征;(2)近距离厚硬顶板下回采工作面时,重复采动下工作面覆岩破坏高度更大,尤其是上位关键层破断后带动下位关键层同时破断,并带动其控制的上覆岩层及上方采空区同步下沉,岩层载荷逐层向下传导至工作面,上下位关键层破断的协同作用,从而造成了工作面来压强烈。

区段煤柱宽度变化下工作面矿压危险性分析

区段煤柱的宽度会影响工作面矿压变化从而导致冲击危险的发生。以某煤矿工作面为研究背景,由于受到相邻的工作面的影响,该工作面回风巷道侧预留保护煤柱宽度发生变化,因此将工作面沿走向划分为小煤柱、小煤柱-集中巷和大煤柱3个区域。分别沿倾向和走向分析不同区域工作面矿压分布特征,分区分级进行危险区的划分。结果表明:3个区域中小煤柱-集中巷区域危险区分布最大,危险等级排序为小煤柱-集中巷区域>小煤柱区域>大煤柱区域。分析结果可为后续工作面卸压防控提供依据,做到精准防控,节省人力物力。

GDD50(A)标准信号矿压传感器研究

讨论了最新开发的GDD50(A)本质安全型标准信号矿压传感器的特性、工作原理、技术参数,以及它的试验情况和应用于远程矿压实时监测系统的效益分析。

综采工作面上覆岩层运动与矿压规律研究

煤矿开采时原岩应力平衡被破坏,采场围岩应力重新分布,在工作面周围煤岩体上形成高于原岩应力的支承压力。以临矿集团上海庙矿业公司新上海一号煤矿211081工作面为工程背景,对211081工作面上覆岩层运动规律进行研究,运用数值模拟软件FLAC3D模拟分析,得到了基本顶初次垮落步距和顶板周期来压步距,并结合KJ24型矿压监测系统及矿用本安型数字压力计通过对211081工作面18架ZY9000/18/40型中间液压支架立柱工作阻力进行实测分析,得到了211081工作面液压支架工作阻力曲线图和工作面来压特征,发现大部分支架工作阻力成正态分布,基本能满足使用要求。