厚煤层综放工作面煤柱稳定性评价及控制技术

为解决厚煤层综放工作面区段煤柱失稳破坏问题,保障采掘工作正常接续,以韩城矿区桑树坪二号井3304工作面区段煤柱为研究对象,建立力学模型求解确定塑性区宽度,采用FLAC^(3D)数值模拟研究工作面侧向支承压力分布规律,综合分析不同宽度区段煤柱主应力差分布特征,据此针对性提出区段煤柱补强支护方案,并开展工业性试验,试验回采期间巷道围岩收敛量均处于允许范围内。研究结果表明:在工作面前方,现有宽度为10m的区段煤柱稳定性较好,煤体具有一定承载能力,但在工作面推采后,仍不可避免存在大范围片帮问题,根据煤柱帮变形破坏特征,在原有支护参数基础上,提出巷道煤柱帮锚索补强支护,可有效减少巷道两帮收敛变形,实现巷道围岩稳定性及次生灾害的综合控制。研究结果对类似开采条件下综放工作面区段煤柱稳定性控制具有一定参考价值。

基于IPSO-ELM模型的露天矿抛掷爆破效果预测研究

抛掷爆破效果直接影响露天矿剥离成本,对抛掷爆破—拉斗铲倒堆工艺系统生产效率具有重要影响,为提高露天矿抛掷爆破效果预测的精度,反馈优化抛掷爆破设计。在分析露天矿抛掷爆破效果影响因素的基础上,建立参数优化后粒子群算法和极限学习机相结合的露天矿抛掷爆破效果IPSO-ELM预测模型。利用Sigmoid惯性权重自适应调整和学习因子动态调整的参数优化方法,对传统粒子群算法中迭代效率低、易陷入局部收敛的缺点进行改善,采用黑岱沟露天煤矿抛掷爆破实测数据对该模型进行实例分析,选取炸药单耗、排距、台阶高度、孔距、最小抵抗线作为输入变量及有效抛掷率和松散系数作为输出变量,建立露天矿抛掷爆破效果IPSO-ELM预测模型,并将ELM模型、GA-ELM模型与其进行对比。研究结果表明:将常规粒子群算法中的惯性权值和学习因子进行自适应和动态调整的改进之后,模型的收敛速度明显提高;IPSO-ELM预测模型的运行时间短、收敛速度快,平均预测精度达到0.9895,均方误差、平均绝对误差、平均相对误差控制在0.2714、5.0565%、0.2603%,预测误差明显低于ELM、GA-ELM模型且预测精度最高,对预测露天矿抛掷爆破效果具有较好的适用性。

冻融循环对露天矿外排土场边坡影响规律

为了探究冻融循环条件对露天煤矿外排土场边坡稳定性影响规律,完善排土场边坡的稳定性评价准则,合理设计优化季冻区边坡,采用理论分析、公式推导、数值模拟的方法围绕边坡的稳定性进行研究,探讨了冻融岩土体边坡的稳定性影响因素和失稳机制,分别推导出冻结和融化过程中的稳定系数计算公式。结果表明:排土场边坡受冻融循环因素的影响,岩土体力学性质不断劣化,最终导致排土场边坡滑移失稳;当边坡处于融化状态,并且融化深度和岩土体饱和度均达到最大时,边坡的稳定性最差;边坡的下滑力集中分布区域仅与边坡本身形态有关,与冻融循环因素无关。

深部高应力双巷布置工作面煤柱宽度合理性研究

为确定深部高应力双巷布置工作面合理巷间煤柱宽度,提高巷道煤柱稳定性及资源回收率,以园子沟煤矿1022101工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟的研究方法,掌握巷道巷间煤柱应力分布规律,确定深部高应力巷间煤柱侧向支承压力分布特征,并采用FLAC^(3D)数值模拟分析了工作面多次回采影响下的不同宽度(7m、10m、13m、16m、19m、22m、25m)煤柱应力场分布特征,结合现场试验巷道15m、25m煤柱侧围岩破坏情况分析,最终确定深部高应力条件下合理巷间煤柱宽度。研究表明:当煤柱宽度为16~25m时,多次回采影响下煤柱应力集中,容易引发冲击地压;而宽度7~10m时煤柱整体压垮,巷道变形破坏严重。综合考虑资源回收、巷道围岩稳定性及动力灾害防治问题,确定园子沟煤矿深部高应力巷间煤柱宽度为13~15m时较为合理。

双巷布置工作面留巷围岩主应力演化规律及控制技术

为解决双巷布置工作面沿空留巷围岩稳定性控制技术难题,以园子沟煤矿1012001工作面辅助运输巷为研究对象,基于弹塑性力学理论公式求解确定围岩应力分布状态,进而采用FLAC 3D数值解算与现场监测综合研究手段,通过“一掘二采”三次扰动影响围岩变形破坏规律分析,结合一次、二次采动围岩最大、最小主应力及主应力差分布特征研究,揭示留巷围岩主应力演化规律,为留巷围岩稳定性控制提供理论支撑。研究结果表明:基于留巷围岩弹塑性变形状态解析,确定煤体破裂区、塑性区、弹性区和原岩应力区分布范围,即相对一次采动,二次采动煤柱煤体应力集中系数增加1.08,煤壁应力集中系数峰值增加1.47,塑性区范围增加2 m,揭示了多重采动影响下留巷围岩非对称破坏特征,基于此针对性提出锚网索喷补强支护对策,应用控制效果良好。研究成果可为类似条件下双巷布置工作面围岩稳定性控制提供参考。