原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式

受开采卸荷扰动影响,深部岩体互层及其组合结构系统的破裂失稳是诱发采场突水等灾害的主要原因之一。为研究深部开采围压卸荷对岩体组合结构破裂的影响,室内开展了原生煤岩组合体三轴加卸荷-渗流试验,获得了不同初始围压下原生煤岩组合体围压卸荷致裂的竖向、倾斜及环向裂隙分类特征,研究了其轴压卸荷起点、围压卸荷终点的强度特征及主导破裂模式的力学机制;结合CT扫描与三维重构技术,获取了原生煤岩组合体卸荷破裂的几何特征;建立了围压卸荷量与岩体卸荷致拉破裂、致剪破裂的关系,揭示了围压卸荷致裂模式与渗透率突变关系,验证并判定了不同初始围压下原生煤岩组合体的主导卸荷致裂模式。结果表明:在围压卸荷和轴压加载共同作用下,原生煤岩组合体卸荷破裂模式主要分为围压卸荷致拉破裂、致剪破裂及轴压协同卸荷致裂模式3类;随初始围压增加,原生煤岩组合体围压卸荷致拉破裂的围压卸荷终点临界值及致剪破裂的轴压卸荷起点临界值均线性增加;围压卸荷可致轴压协同卸荷突降并驱动煤岩分界面及层理等原生裂隙结构环向张拉破裂,且以沟通倾斜及竖向裂隙为主导;而围压卸荷致拉破裂与致剪破裂模式均可致原生煤岩组合体渗透率突变增高,突变点致裂模式与其围压卸荷终点的卸荷量临界值密切相关。

特厚煤层区段防水煤柱稳定性评价及保护技术研究

留设合理宽度的区段煤柱是确保特厚煤层综放工作面顺利接续和安全回采的关键。为确保芦子沟煤矿3107特厚煤层综放工作面仰斜开采过程中,双侧采空煤柱能够稳定承载并有效隔水,分析区段煤柱覆岩结构特征,建立区段煤柱应力计算模型,理论计算了双侧采空煤柱应力,结合数值模拟及理论分析手段对煤柱稳定性进行综合评价。通过实施科学合理的深孔爆破切缝卸压方案,降低了3107工作面采动应力对煤柱的影响,优化了煤柱应力环境,提高了煤柱稳定性,保证了3107工作面的安全回采。研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定及坚硬顶板条件下煤柱卸压具有一定意义。

综放工作面支架工作阻力影响因素分析及预计

以21例综放工作面液压支架工作阻力实测数据为基础,采用单因素回归,分析了支架工作阻力与煤层埋深、煤体硬度和顶煤厚度的关系;利用多元线性和非线性回归分析,分析支架工作阻力与煤层埋深、煤体硬度和顶煤厚度之间的统计关系式,最后结合现场监测对统计公式进行了验证。结果表明线性和非线性统计公式均能预测支架最大工作阻力,但线性统计公式具有较高的预测能力。

架间定向水力压裂提高含夹矸巨厚煤层冒放性研究

为改善含厚硬夹矸难冒顶煤的冒放性,以芦子沟煤矿合层开采的巨厚煤层作为工程研究背景,基于弹性力学理论研究硬厚夹矸层的力学结构,得出了厚硬夹矸层"短悬臂梁"结构发生拉断失稳和剪切破断失稳条件下的判据公式,作为确定架间定向水力压裂致裂夹矸层分段切槽的依据。同时结合KZ54型开槽钻钻头特征,将夹矸层分段致裂长度定为0.8 m。研究结果表明:水力压裂水压曲线波动变化不大,表明裂缝持续向前扩展;致裂后煤矸块度减小,顶煤体顺利放出;3107工作面上端头顶煤致裂后支架工作阻力增加;架间定向水力压裂技术有利于改善顶煤冒放性。

深部开采岩体围压卸荷-渗流致拉破裂机制

受开采卸荷扰动影响,深部岩体裂隙内的高压力承压水极易渗透进入采场或采空区而诱发突水灾害。为研究深部开采高应力岩体围压的卸荷-渗流致裂力学机制,基于岩体裂隙的应力集中演化方程及有效应力原理,计算并获得了围压卸荷-渗流过程中裂隙岩体内拉应力的演化规律,确立了岩体裂隙产生卸荷-渗流致拉破裂的条件及力学机制;结合应力卸荷量定义及Bandis双曲线裂隙变形公式,计算获得了不同采深岩体围压卸荷-渗流致拉破裂的卸荷量临界值变化规律,发现了裂隙岩体的渗透率突变点即为其卸荷-渗流致拉破裂的卸荷量临界值,对比分析了岩体围压卸荷-渗流过程中拉破裂与剪切破裂的关系,并进行了试验验证。结果表明:受围压卸荷及承压水渗流影响,深部裂隙岩体内部产生了与卸荷方向平行的附加拉应力Δσ_(T);且岩体内裂隙尺寸越大,Δσ_(T)峰值越高;Δσ_(T)随采深及承压水压力增加而增大。当Δσ_(T)大于等于岩体围压及裂隙结构抗拉强度之和时,岩体内产生拉破裂,并将导致岩体渗透率非线性突增,突变点恰为岩体拉破裂的卸荷量临界值;且采深及承压水压力越大,岩体渗透率突变点的围压卸荷量越小。而受裂隙岩体结构及属性参数影响,岩体拉破裂的卸荷量临界值可高于或低于剪切破裂;随采深增加,岩体可由剪切破裂向拉破裂转变。

坚硬顶板条件下周期来压规律分析

某矿8#煤层1201综采工作面下位顶板坚硬难冒,顶板悬露面积大,分析工作面采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,开采过程中将出现悬臂梁周期性破断和砌体梁结构周期性失稳,二者共同决定工作面的来压显现规律,分别使工作面形成小周期来压和大周期来压,顶板来压显现强烈。通过数值模拟与支架的工作阻力实测方法验证了采场顶板形成"短悬臂梁-砌体梁"结构,分析得出工作面大、小周期来压步距及大周期来压期间动载系数,这与顶板"短悬臂梁-砌体梁"结构破断规律相吻合。

我国煤矿充填开采应用现状与发展

为全面了解煤矿充填开采可行性,国家煤监局组织对我国充填开采技术应用现状进行系统调研,获取了我国不同区域、不同井型煤矿各种方法充填开采的详细资料。充填矿井生产实践表明:实施充填开采,消除了矸石山对生态环境的污染,有效遏制了地表沉陷,保护地表和地下水资源,避免了地面基础设施和建筑物损毁和村庄搬迁,减少了井下采空区涌水、降低采空区瓦斯积聚、浮煤自燃等事故发生可能性,取得良好的生态和社会效益。调研发现,我国仍有很多矿井面临生态环境破坏问题,有的可以通过充填开采予以解决,但真正选择通过充填开采解决实际问题和坚持长期充填开采的煤矿占比很小,通过深度调研了解了充填开采实施过程中存在的问题,分析了充填开采初期建设投资大、周期长、充填成本高、充填物料短缺、充填能力没有很好的发挥和缺乏政策激励等制约我国充填开采发展的主要因素。利用调研结果,探讨了区域经济、地质、生态、资源禀赋、产业特点、产业政策对充填开采的需求程度,以及不同地区、不同井型矿山对充填开采方式的优先选择原则,并对充填材料来源和充填重点区域进行了分析,研究了我国充填开采技术与装备的发展前景,提出了利用精准充填建设全过程生态矿山和井下“采选充留”技术路线。

基于稀疏恢复的MIMO-STAP干扰样本检测方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术在训练样本存在有源干扰时杂波抑制性能严重下降的问题,提出了一种干扰样本检测方法。首先使用正则化FOCUSS算法估计出各原子的空时功率谱值,接着设置谱值门限将谱值较大的原子取出,然后确定扫描带对空时二维平面进行扫描,最后根据进入扫描带最大原子数占总原子数的比例判别训练样本是否存在干扰。仿真实验表明,该方法可有效检测出训练样本中的干扰,使用该方法挑选出的无干扰训练样本恢复杂波谱可保证空时滤波器的杂波抑制性能,提升稀疏算法求解杂波谱时涉及到的样本的可靠性。

基于稀疏恢复的MIMO-STAP离散干扰抑制方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术在训练样本存在离散干扰时杂波抑制性能严重下降的问题,提出了一种离散干扰抑制方法。该方法首先使用改进的正则化FOCUSS算法估计出各原子的空时功率谱值,然后将空时功率谱值较大的原子挑出并找到其在空时二维平面上的对应点,将这些点进行线性回归处理估计正侧视条件下杂波脊线的解析式,最后计算出各原子与杂波脊线的距离并将距离较远的原子剔除,从而去除离散干扰。仿真实验表明,该方法可有效克服离散干扰的影响,能够恢复出精确的杂波谱,得到的空时滤波器杂波抑制性能良好。

网格失配下MIMO-STAP稀疏字典构造方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术使用稀疏方法求解杂波谱时存在的网格失配问题,提出了一种字典构造方法。该方法首先使用先验知识得到准确的杂波脊线,然后沿杂波脊线方向及其垂直方向形成网格,最后将各网格节点对应的空时导向矢量取出并将空间频率和多普勒频率超出最大取值范围的原子去除以得到能克服网格失配的字典。仿真实验表明,使用该字典可有效克服网格失配问题,网格失配条件下稀疏算法使用该字典的输出SINR性能要远优于传统字典。

MIMO-STAP稀疏字典降维方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术在使用稀疏方法恢复杂波谱时存在的计算复杂度高的问题,提出了一种字典降维方法。该方法直接使用训练样本估计出低分辨率的杂波空时谱,并在此基础上用FOCUSS算法的迭代式提升谱的分辨率,进而计算各原子的Capon功率谱并将谱值较大的原子挑出组成降维字典。当存在多普勒模糊时,则利用先验知识排除因多普勒模糊而入选的原子,将其余满足要求的原子取出组成降维字典。仿真实验表明:降维字典能够完全覆盖杂波脊线,使用降维字典在维持算法输出SINR性能的同时,可有效提升运算效率。

基于统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法

调研了目前近距离煤层上行开采可行性判别的常用方法,在开采地质条件日益复杂、下部煤层采高不断增大的开采背景下,分析了现有评价方法的适用性与局限性。基于丰富的近距离煤层上行开采案例统计,通过理论分析提出了以上部煤层台阶错动量为核心指标判别近距离煤层上行开采的可行性。运用UDEC数值模拟软件,开展大量数值模拟试验,构建以下部煤层开采厚度、煤层间距、层间岩层岩性指数为参量的上部煤层台阶错动量预计公式,得到台阶错动量与单一参数的协同关系。基于此,最终提出基于数据统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法,该方法可靠性高,适用性强、应用操作简单,具有一定的理论与实用价值。运用基于统计分析的近距离煤层上行开采可行性判别方法指导工程实践,经验证现场应用效果良好。

基于加权SPICE的MIMO-STAP稀疏恢复算法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术在非均匀杂波条件下动目标检测性能严重下降的问题,引入了加权SPICE算法用于杂波谱的稀疏恢复。加权SPICE算法可以将一大类稀疏恢复算法纳入到统一框架下,根据加权矢量不同可得LIKES,SLIM和IAA算法。这些算法不需要设置任何超参数,基于杂波样本协方差矩阵通过迭代求解未知稀疏参数。仿真实验表明,使用这些稀疏算法恢复杂波谱,可有效提升所恢复杂波谱的准确性,能够更好地实现动目标检测。

充填开采视阚下的河北省煤炭企业绿色低碳发展路径研究

课题在充分调研河北省煤炭资源开发及充填开采应用现状的基础上,针对煤炭开采过程中出现的沉陷问题,提出在充填开采视阚下河北省煤炭企业绿色低碳发展路径,在矿井设计、环评阶段将矿井传统开采设计与充填开采设计理论贯穿融合,在矿井生产阶段实现充填开采产能与环境承载能力协调匹配,在矿井开采后期技术改造中依据开采现状更新充填开采技术与装备,减少煤炭开采过程中造成的环境污染和生态破坏,保证整个区域生态的平衡性和健康性,并提出河北省煤炭企业绿色低碳发展的政策建议,为河北煤炭建设行业文明、绿色发展提供技术支持。

基于改进OMP的非正侧视MIMO-STAP 算法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)技术在非正侧视条件下杂波抑制性能严重下降的问题,提出改进的正交匹配追踪算法(OMP)用于杂波谱的稀疏恢复。该算法首先确定非正侧视条件下的杂波脊线;然后在OMP算法的基础上增加了一条原子挑选依据,即原子对应点与杂波脊线的距离大小;不断挑选原子进入支撑集,直到残差小于门限值。仿真实验表明,使用OMP改进算法恢复出的杂波谱精度较高,得到的空时二维滤波器杂波抑制性能良好。

煤炭型城市基于煤矿充填开采的固废处理模式研究

将城市固废处理与煤炭产业紧密结合,提出河北省煤炭型城市基于煤矿充填开采的城市固废处理新模式,该模式依托煤炭工业技术改造与技术创新,处理城市固废,成本低、效率高、能力大,能够大幅提升城市固废处理能力,为河北及其他资源型省份提供了新的城市固废处理理念,具有理论与实用价值。

不同轮作模式对马铃薯根际土壤真菌群落的影响

【目的】揭示不同轮作模式对马铃薯根际土壤真菌群落的影响,为土壤健康管理及维持马铃薯可持续生产提供科学依据。【方法】分别对旱地轮作和水旱轮作模式下的马铃薯健康植株及发生细菌性软腐病植株的根际土壤样品进行采集,将旱地轮作和水旱轮作模式下健康植株根际土壤样品分别记为HD.J和SH.J,将旱地轮作和水旱轮作模式下发生细菌性软腐病植株根际土壤样品分别记为HD.B和SH.B。利用Illumina高通量测序平台,分析真菌核糖体DNA内转录间隔区1(ITS1)的序列,比较在2种轮作模式下马铃薯根际土壤真菌群落特征的差异。【结果】马铃薯健康植株的根际土壤真菌群落组成和多样性特征在2种轮作模式下相似,主坐标分析也显示HD.J和SH.J的距离很接近。HD.J和SH.J在门水平已知的真菌类群中均以子囊菌门和担子菌门为优势菌门,子囊菌门的相对丰度分别为33.0%和30.0%,担子菌门的相对丰度分别为3.8%和9.6%;HD.J和SH.J的门水平未知真菌丰度分别为63.0%和60.0%。HD.J和SH.J的共有优势目是子囊菌门的肉座菌目、柔膜菌目、格孢腔菌目和粪壳菌目及担子菌门的伞菌目,推测是马铃薯根际土壤真菌群落的核心类群。2种轮作模式下的马铃薯根际土壤真菌群落Alpha多样性依次为HD.B>SH.J>HD.J>SH.B。HD.B和SH.B中担子菌门的相对丰度明显高于HD.J和SH.J,其中SH.B中担子菌门的地星目真菌丰度高达82.8%,HD.B中担子菌门的银耳目丰度为18.6%;HD.B中还有2个优势属分别是可引起马铃薯黄萎病的轮枝孢属和引起水稻菌核杆腐病的双曲孢属,丰度分别为6.8%和5.9%。通过比对FUNGuild数据库预测根际土壤真菌营养型,发现HD.J只有病原营养型真菌相对丰度较高(20.6%),HD.B的病原营养型真菌、腐生营养型真菌和病原—腐生—共生营养型真菌的相对丰度分别为15.4%、18.8%和21.4%;SH.J和SH.B的腐生营养型真菌相对丰度分别为28.2%和10.2%,其他营养型真菌的相对丰度总和分别为4.6%和4.9%。【结论】马铃薯根际土壤真菌优势类群在2种轮作模式下保持稳定,推测是马铃薯根际土壤真菌群落的核心类群,对维持马铃薯健康生长具有重要意义。旱地轮作模式可能更有利于根际土壤中病原营养型真菌的富集,发病马铃薯可能更有利于根际土壤中腐生营养型真菌生长,导致土壤微生态平衡被破坏,及时清理发病植株残体可加快恢复土壤健康。

基于逆变换ARIMA-GM组合模型对汇率的预测研究

本文在逆变换拟合残差ARIMA模型的基础上,研究了逆变换ARIMA-GM组合模型对汇率的预测。为了显示改进后的优点,将其与单一模型预测进行了对比分析,研究结果表明,组合模型对汇率的预测精度更高。

“两山”地区煤矿区全过程生态保护性开采模式研究与探讨

煤炭资源的开发对京津冀燕山、太行山地区生态环境破坏较为突出,为了实现“两山”地区生态修复,因地制宜,将生态工程、矿业产业与创新技术深度融合,多学科交叉,提出“两山”地区煤矿区基于充填开采的全过程生态保护性开采模式,实现生态环境被破坏后由修复向源头防护的转变。同时,提出应进一步加快煤矿区全过程生态保护性开采模式配套技术的研发和推广应用,深化政策支持,不断丰富煤矿区全过程生态保护性开采模式的内涵,全面提升煤矿区生态保护性开采模式的适用范围与服务能力。