煤层底板隐伏陷落柱突水预测及采前注浆加固评价

华北型煤矿开采受底板岩溶强含水层威胁,通过对淮南张集矿1613A工作面底板隐伏岩溶陷落柱突水危险性分析,采用FLAC3D方法模拟采动条件下岩溶陷落柱活化过程。模拟结果显示:陷落柱上方的煤层底板岩体发生塑性变形,导致陷落柱附近岩体失稳,陷落柱筒壁产生局部剪切破坏,剪切破坏位置易导致奥灰强含水层发生陷落柱突水。采前采用注浆方法改造岩溶陷落柱,对改造后的陷落柱进行数值模拟分析,其内部注浆岩体对陷落柱筒壁具有良好的支撑作用,抑制了筒壁位置剪切破坏的发生,使有效隔水层厚度增大,降低了陷落柱突水的危险性。

基于主成分分析与贝叶斯判别法的矿井突水水源识别方法研究

结合主成分分析和贝叶斯(Bayes)判别简化构建突水水源识别模型,水样变量因子选取Ca^(2+)、Na^++K^+、Mg^(2+)、HCO_3^-、Cl^-、SO_4^(2-)六个指标。采用潘二矿新生界松散层、煤系砂岩以及太原组灰岩中的水质分析资料作为训练样本和预测样本,其中,训练样本24个,预测样本11个,判别结果表明:松散层水正确率为81. 8%,砂岩水正确率为83. 3%,灰岩水正确率为85. 7%,整体正确率为83. 3%,判别结果可信度高。同时,将主成分分析和贝叶斯结合突水识别模型与贝叶斯模型比较表明利用主成分分析和贝叶斯结合的模型能有效消除冗余信息,使判别结果更加快速准确。

基于粒子群优化随机森林的煤矿涌(突)水水源机器学习识别技术

随着华北型煤田不断向深部开采,突水水源的威胁日益严重,涌(突)水事故不时发生。从宿南矿区的3种含水层中提取了120个水样,基于6个地下水常规离子数据,划分了100个训练集和20个测试集,采用粒子群算法对随机森林的参数进行优化,并结合随机森林建立了水源判别模型。研究结果表明,单一随机森林的测试集综合准确率为85%,粒子群优化的随机森林模型(PSO-RF)测试集水源判别综合精确度为95%。PSO-RF判别模型远高于传统的单一RF模型。因此,提出PSO-RF水源判别模型以提高识别精度有助于矿井水害精准预防与控制。

加权灰色局势决策法预测导水裂隙带高度

为煤矿开采时合理确定开采上限,以30组实测导水裂隙带发育高度实测数据,选取选取采厚(M)、硬岩岩性比例系数(b)、工作面斜长(L)、采深(h)作为影响导高的主要因素,应用独立性权数法和灰色局势决策法,建立了加权灰色局势决策模型。利用该模型对五个待测导高样本进行预测,将预测结果与实际结果进行了对比研究,其平均绝对误差和平均相对误差分别为2.36和4.27%。结果表明,该模型预测结果较为准确具有一定的适用价值且精度满足实际工程需求。

基于AHP与独立性权系数综合确权的煤矿含水层富水性评价

为克服传统多源信息融合方法在评价含水层富水性中多采用单一主、客观赋权的不足,以徐庄煤矿为例,在充分考虑影响7煤顶板(即山西组7煤至下石盒子组底界之间的层段)砂岩含水层富水性各因素的基础上,确定了断裂分维、平面变形系数、断层强度、砂岩含水层厚度、砂泥比、岩芯采取率、钻孔冲洗液消耗量、井下涌(突)水点涌水量作为影响其富水性的8大主控因素;采用AHP法和独立性权系数法分别计算了各主控因素的主、客观权重,通过乘法合成归一法得到综合权重,结果表明:褶皱平面变形系数、断裂分维对7煤顶板砂岩含水层富水性影响大,钻孔冲洗液消耗量、岩芯采取率、砂泥比对其富水性影响小;建立了基于AHP与独立性权系数法综合确权的含水层富水性指数法评价模型,通过ArcGIS得到了研究区含水层富水性分区图,并通过已知突水点的分布,对该评价模型进行识别与检验,验证了该模型评价效果的准确性,圈定了顶板防治水的重点靶区。本研究成果为预测矿井含水层富水性强弱、防治顶板水害问题提供了有益参考。

基于水化学特征分析判别朱集矿矿井突水水源

对朱集井田不同类型含水层水样数据进行分析处理,利用Piper三线图和灰色关联度理论对突水点水样与井田内各含水层水质进行比较分析,得出突水点水源来自新生界含水层。分析结果表明,Piper三线图可较好地分析各含水层的水化学性质,灰色关联度理论可以排除相关干扰因素,能够精确识别突水水源,两者的结合可以快速准确查明矿井充水水源,从而为矿井水害的防治提供理论依据。

矿井突水水源判别方法

针对现有基于水化学特征的突水水源判别方法过程繁琐、难以判别单个涌水点、忽略了水化学特征之间的相互关联、计算量大等问题,结合Bayes判别法和可拓判别法,提出了一种基于Bayes-可拓判别法的矿井突水水源判别方法.选取潘二煤矿26组不同含水层水样、4组待判水样,以水样中SO4^2-,Cl^-,HCO3^-,K^++Na^+,Mg^2+,Ca^2+含量作为水化学特征指标,建立了水样物元模型,采用可拓判别法求得待判水样与已知水样的关联度;结合Bayes判别法的误判损失和待判水样关于已知水样的密度函数,得出Bayes-可拓解,根据Bayes-可拓解最小值判断突水水样类型.分别采用Piper三线图、可拓判别法、Bayes-可拓判别法判别矿井突水水样类型,结果表明:Piper三线图难以准确判断某一水样类型,可拓判别法存在误判情况,Bayes-可拓判别法能够准确判别突水水样类型.

矿井断层构造采动活化因素关联度分析

为研究断层活化因素的关联度,采用FLAC3D软件、DPS软件、SPSS20软件,通过数值模拟、灰色关联度分析以及单因素分析相结合的方式,列举了8种影响因素,分析了其对断层活化的影响程度,结果表明:所有因素关联度排序为采宽>采高>断层倾角>断层带宽度>采深>断层落差>回采步距>回采速度,且前四者对断层活化的影响程度远大于后四者。其中断层倾角、断层带宽度对断层活化的影响程度最大,确定为主控因素。分析了两者对断层活化的具体影响,发现倾角越大断层越易活化,断层带宽度越大断层越易活化。

基于多元统计与Bayes判别模型的水源判别

准确判别突水水源是矿井水害治理方案制定的基础,对保障矿井安全意义重大。以淮北袁店一矿为例,首先对37组水样进行了常规离子含量测定。其次,利用因子分析法,提取出能够代表水样特性的关键因子及其组合特征,从而达到降维简化的目的。再次,利用Q型系统聚类,结合不同含水层水样特征,剔除离群数据。最后,基于Bayes函数建立突水水源判别模型。结果表明:基于多元统计分析与Bayes模型的判别方法准确率达96.7%,相对于单一Bayes判别模型的准确率有所提高,尤其对太原组灰岩水。研究成果对提高矿井突水水源判别的准确性具有重要意义。

许疃煤矿地温分布规律及热害预测分析

通过收集整理矿井内地温资料及井下采样分析测试岩石热物理参数,利用基于有限元的Comsol Multiphysics数值模拟,分析主采区的地温分布特征及致热因素,并将实测温孔与数值模拟对比验证,研究许疃煤矿地温分布规律及其影响因素。同时计算获取研究区内大地热流值,绘制矿井热害影响程度分区图,预测受热害影响的范围,为煤矿下一步的热害防治提供有针对性的对策。

煤层采动围岩破坏及断层活化特征分析

通过收集整理东滩煤矿一采区断层水文地质资料,采用FLAC 3D 数值模拟软件对一采区F 2断层围岩采动破坏进行模拟研究,并对断层活化特征及导水裂隙带发育规律进行分析。结果表明,煤层开采时断层影响围岩破坏,且对顶板的破坏程度大于底板;不同的开挖步距影响断层活化,开挖步距为10和20 m时出现断层活化位置相同,开挖步距为20和40 m时断层活化加剧的位置相同;开采工作面距断层带越近,导水裂隙带发育高度越大,开采至断层带时达到最大值140 m,过断层后出现回落;由于3煤上覆隔水层厚度远大于导水裂隙带高度最大值,故无需专门留设防水安全煤柱。

基于PCA-Bayes综合判别方法的祁东矿煤层顶板突水水源判别研究

祁东煤矿煤层顶板压架突水事故频发,准确、快速地识别突水水源是防止突水再次发生的关键。为此,从祁东煤矿二类含水层中提取了28个训练水样以及潘二矿三类含水层的11个水样作为验证样本,以Ca2+、Mg2+、Na++ K2+、HCO3-、CI-、SO42-为评价变量。采用主成分分析法消除训练样本中的冗余离子变量,然后结合Bayes法建立模型,判别结果表明:新生界松散含水层(I)水样判别正确率为100%,煤系砂岩水(II)水样判别正确率为66.67%,太原组灰岩水(III)水样判别正确率为100%,模型的综合精度为90.91%。与单一Bayes判别方法相比,该方法具有准确率高、速度快等优点,基于该模型判别结果,可在煤矿突水事故发生后快速查明突水原因,有效预防矿井水害。

基于地应力特征的断层滑动失稳评价方法研究

深部开采时高地应力影响着深部断层以及巷道的稳定性。以淮南矿区实测地应力数据为基础,通过分析不同深度的地应力特征,从地应力的角度研究得出了断层滑动失稳判据。结果表明:深部侧压系数KH值总体上大于1,Kh值均小于1,应力场类型主要为σH>σv>σh型,主要受走滑断层控制;结合库伦滑动准则和Anderson断层理论,得出淮南矿区深部逆断层滑动摩擦系数临界值为0.2,正断层和走滑断层临界值为0.4。最后应用该判据验证了淮南矿区各井田典型断层的稳定性,结果与实际情况一致,均处于稳定状态。