浅埋近距离煤层群开采过程中上覆采空区自燃危险区预测研究

为揭示浅埋深近距离煤层群开采过程中地表裂隙发育对上覆采空区遗煤自燃的影响规律及影响范围,以苏家沟煤矿为研究背景,建立采空区流场流动及低温氧化的数学模型和三维几何模型。采用FLUENT模拟软件模拟了下煤层工作面推进过程中上覆采空区的氧气分布情况,得到了浅埋近距离煤层上覆采空区基于裂隙动态发育的氧气场和风流场的分布规律。依据采空区自燃危险区域判定理论,对上部煤层采空区内的自然发火危险区域进行预测。结果表明:连通地表与采空区的裂隙数量随工作面的推进而增加,上覆采空区氧化升温区域主要集中在滞后工作面0~20 m范围内,采空区深部的氧化带分布在新、老裂隙附近,在进风侧靠近地表且在回风侧靠近裂隙底端;当工作面推进120 m,即产生3条贯通型裂缝时,采空区自燃危险性最大,结合风流场云图确定上煤层底板自燃危险区距工作面水平距离为97.5 m,是煤矿开采过程中的重点防护区域。

煤矸石山斜坡面矸石散体的空气渗流特性研究

煤矸石山斜坡面矸石散体的颗粒偏析现象对其渗透特性有重要影响。为了研究斜坡面的空气渗流特性,基于自主设计的室内渗透率测定装置,结合散体岩土力学理论、通风理论及FLUENT数值模拟,研究了煤矸石山斜坡面不同高度不同深度处矸石散体孔隙率与渗透率的整体分布规律及空气渗流和温度分布特征,并通过现场实测进行验证。结果表明:在研究预设条件下,矸石山斜坡面浅部的孔隙率和渗透率分布特征受到颗粒偏析现象的显著影响,随着高度与深度增大,呈现出非线性负指数衰减规律;随着斜坡面矸石散体的粒径增大,其孔隙率也呈增大趋势,并且其增速逐渐放缓;矸石山顶部覆盖黄土层,导致渗流速度缓慢,氧气质量浓度较低,不利于氧化放热反应的进行,底部孔隙率较大风速过快,积热条件不佳,因此高温区域位于矸石山中上部距坡面2~3 m处,最高可达780 K;风速场在热风压与外界风压的共同影响下,最高风速位于中上部近坡面处,可达0.06 m/s。此外,沿矸石山X方向和Z方向深入,渗流速度与氧气浓度下降速率逐渐减小;整体而言,矸石山斜坡面孔隙率的分布是影响矸石山内部空气渗流特性的一个极为重要的因素。通过对矸石山风速氧气以及温度场的研究,将矸石山大致划分为表层冷却区、聚热易燃区以及内部低温区。研究成果可为我国干燥多风的中西部矿区煤矸石山自燃火区的准确预测和判定提供基础参考。

边帮煤井工开采边坡变形失稳规律及控制技术研究

从边帮煤井工开采覆岩运移、边坡变形破坏、失稳滑移及控制角度出发,综合运用力学分析、物理模拟、数值模拟及现场工业性实测和应用等手段,对采动边坡变形破坏特征和失稳滑移规律等内容开展了系统研究,提出了针对关键岩块B回转的边坡失稳滑移控制技术。结果表明:采动边坡变形破坏经历了表生改造、结构改造和时效变形3个阶段,呈“横三区”和“竖二带”分布,1 360和1 400平盘移动趋势指向露天矿坑,且存在剪切滑移带生成,在关键岩块B回转形成水平推力作用下采动边坡1 360平盘局部发生失稳滑移;基于此,提出了控制关键岩块B回转的逆坡开采局部充填和回填压脚两种边帮煤安全、高效回收技术,并对其进行了对比分析,得出两种控制技术均能有效降低边坡内部覆岩的变形破坏程度、改变1 360平盘的移动方向及抑制剪切滑移带的生成,但回填压脚的控制效果要优于逆坡开采局部充填,基于此进行了工程应用和验证。

风速影响下煤矸石山自燃危险区分布规律研究

外界环境风速对煤矸石山自燃危险区分布有明显影响。为研究其变化规律,首先从渗流场、氧气场及温度场的角度进行理论分析,明确自燃机理。然后对煤矸石样品进行热重分析,通过热重微商热重(Thermogravimetry and Differential Thermogravimetry,TG DTG)与示差扫描量热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)转化率曲线得出煤矸石自燃过程中关键温度点,将关键温度点作为自燃危险区划分的判别条件。最后通过FLUENT模拟对不同环境风速下煤矸石山三场变化规律进行研究,计算自燃危险区面积并进行拟合,对煤矸石山现场进行治理效果验证。结果表明:在θ2温度点后,煤矸石山出现局部缓慢燃烧现象,转化率也进入急速增加阶段,因此将θ2温度点(332.42℃)作为自燃危险区划分的判别条件;煤矸石山自燃危险区面积随风速增加呈先增加后减小的趋势,当风速为1.65 m/s时,其面积达到最大值75.25 m^(2);当煤矸石山坡面覆土厚度为0.5 m、覆土时间为30 d时,其自燃危险区温度下降范围在202~232℃,治理效果良好。

近距离煤层重复采动覆岩破坏规律及“两带”发育高度分析

为研究近距离煤层重复采动下覆岩破坏规律与“两带”发育高度,预防工作面开采过程中由导水漏风通道引起的工作面顶板漏水、采空区自燃等各种安全事故,以鄂尔多斯市某煤矿为工程背景,采用井下窥视法和数值模拟对近距离煤层开采后覆岩破坏规律以及“两带”发育高度进行分析,揭示了规律形成的原因。研究结果表明:在近距离煤层重复采动影响下,“两带”发育高度远超过上煤层开采,下煤层推进80 m时裂隙带最大发育高度为88 m,与地表贯通形成导水漏风通道;初次采动与重复采动时的裂采比分别为19.33、29.33;裂隙带的发育呈台阶式上升,阶段间的变化表现为激跳形式;覆岩的破坏表现为“拱形→帽形→马鞍形→外O内蝶形”;数值模拟及拟合公式所预测的“两带”发育高度与实测值之间误差率为1%左右,验证了预测的准确性,可为相似工作面的开采以及相似工程提供借鉴。

机载三维激光扫描技术在公路地形测量中的应用研究

【目的】随着技术的不断更新发展,传统测量方法已无法满足公路地形测量的需求。三维激光扫描测量技术的应用使数据采集方法、处理方法及服务能力和水平均得到提高,因此,可以将三维激光扫描测量技术应用于公路地形测量中,从而提高测量效率。【方法】对机载三维激光扫描技术在公路地形测量中的数据扫描获取过程及后续数据的预处理、数学建模和绘制地形图中的应用进行研究,并结合平原区G310郑州境改扩建工程、山区沿大别山明港至鸡公山高速公路两个项目,对使用三维激光扫描地形得到的点云数据进行处理与分析,绘制出道路沿线1∶2000带状地形图,并进行检查分析。【结果】试验结果表明,机载三维激光扫描技术在公路地形测量中的应用取得了预期效果。【结论】通过机载三维激光扫描技术点云数据和图像数据获得的DOM、DTM、DLG产品精度满足要求,可直接应用于公路勘测设计。

浅埋近距离煤层上部采空区自燃危险区数值模拟研究

浅埋近距离煤层群开采下部煤层时,地表裂隙经过二次发育连通上部老采空区,造成采空区内漏风增加,自燃危险性相应增大。以苏家沟煤矿5-1_(上)煤层至地表空间为研究对象,借助Fluent数值模拟软件,研究地表漏风对复合采空区,特别是上部4-2_(中)煤层采空区的自燃危险区域的影响。研究结果表明:采空区内氧气浓度随着与工作面距离得增加而逐渐降低,连通上部采空区与地表的裂隙对采空区内的氧化带分布产生影响,依据自燃危险区的划分标准,结合风流场及氧化带的分布云图确定自燃危险区域的位置和范围。

基于综合指数法的厚煤层综采工作面冲击地压评价

为了更合理评价冲击地压危险性,避免冲击地压评价结果的不确定性,以某矿区164煤层综采工作面为研究对象,结合该工作面煤岩物理力学性质进行冲击地压的可能性分析。通过综合指数法对综采工作面进行危险性评估,确定该工作面冲击地压危险指数为0.23,属于无冲击危险。为该矿区冲击地压防治工作提供可靠的依据。

光伏电站电能质量评估中闪变分析和计算

针对光伏电站电能质量评估过程闪变评估缺乏通用性标准的问题,通过对现有光伏电能质量评估方法的梳理和分析,给出了查表和公式计算两种不同的闪变计算方法,分别计算了某光伏电站的闪变值,对比两种计算结果的差异,查表法与实际更为接近,公式计算法的结果偏小、过于理想。推荐光伏电能质量评估使用查表法,为光伏电站的电能质量闪变评估提供了依据。

门源M_(S)6.9地震前后地震异常时空演化

中国大陆发生强震动力来源主要是在印度—欧亚板块碰撞下,青藏高原的北向运动、东部地区的东向运动作用(Wang and Shen,2020);近20年青藏高原北缘地块运动主流观点是巴颜喀拉块体向东运动带动周边地块的运动,但从近十年的地震活动分析,柴达木和祁连块体向东运动是增强的,2022年门源M_(S)6.9地震等一系列地震是典型的震例。

环状电极电脉冲消融下心肌组织电场分布仿真结果与分析

电脉冲消融作为一种心房颤动新的消融能源,具有更高的组织选择性以及生物安全性,因此应用前景广阔。目前有关多极电极进行组织学电脉冲仿真消融的研究非常有限。在COMSOL5.5平台构建肺静脉环状多电极消融模型进行仿真研究。研究结果显示,当电压幅值达到约900 V即可使得部分位置达到透壁性消融,而电压幅值达到1 200 V形成的连续消融区域深度可达3 mm。当增加导管电极与心肌组织间距为2 mm时,至少需要约2 000 V的电压使连续消融区域深度达3 mm。通过环状电极电脉冲消融仿真,该研究结果可为电脉冲消融的临床应用时的电压选择提供参考。

沿江城市中小型闸控通江湖泊总磷变化特征及成因分析——以安庆市石塘湖为例

长江中下游沿江城郊闸控湖泊普遍面临总磷浓度偏高的现象,解析其总磷时空变化特征及影响驱动机制成为精准治理与修复此类湖泊前亟待解决的关键性问题。本文基于安庆市沿江城郊中小型闸控湖泊——石塘湖实测气象降雨、水文、河湖水质等数据,采用多因子相关性分析、变异系数法和主成分分析的方法,研究各指标因子与湖泊总磷浓度时空变化的响应关系。结果表明:(1)湖泊水质呈现丰(58月)、平(34月和910月)、枯(11次年2月)水期聚类效果显著,但湖泊空间差异不明显;湖泊水质的季节性变化受总磷浓度变化控制,其他理化指标影响较弱。(2)高强度降雨和汛期闸站调度下的水动力变化决定污染物迁移速率,是导致湖泊总磷浓度在丰水期更容易受入湖河流输入影响而达到峰值的主要驱动因子。(3)高强度人类活动导致入湖河流季节性输入是石塘湖总磷上升的决定性因素,从单位土地利用类型产生单位总磷负荷来看,农业用地远大于城镇建设用地,林地和草地充当污染物进入湖泊的预前“汇”。因此,从治理策略和途径来看,可在控制外源输入的同时,适当调节闸站以减弱丰水期水动力强度,减少入湖河流总磷输入影响的同时,发挥湖泊营养盐的滞留净化能力。本文主要从人类活动导致的外源污染及闸站抽排调度角度分析沿江城郊闸控湖泊石塘湖总磷变化、影响因素及驱动机制,可以为此类城郊中小型沿江闸控型湖泊污染治理提供理论参考。

湿热条件对多层碳纤维增强基复合材料圆柱壳的宏观力学性能影响研究

针对含有角度层和环向层的多层碳纤维增强基复合材料(CFRP)圆柱壳结构,在工程应用中不可避免会受到湿热环境的影响,以复合材料力学为基础,建立了温湿度与各层湿热应力的关联性方程,获得了各层纤维主方向应力计算解析式,研究了温度和湿度对各层应力的影响规律。研究分析表明:由于碳纤维材料本身和铺层结构的各向异性,温湿度会在CFRP圆柱壳层内产生最大约12.2 MPa的横向应力,同时从宏观力学角度分析,温度对CFRP内应力影响较大。因此,在CFRP结构设计和使用中,要考虑湿热条件对其力学性能的潜在影响,避免材料初始开裂或者分层等损伤的产生。

边帮煤采动影响下边坡变形演化特征及失稳形态分析

边坡在自然和人为因素相互影响下存在典型的变形破坏和失稳特性,在岩土及采矿工程界备受重视,尤其是在边帮煤开采中,受露天和井工双重影响变形演化特征和失稳形态更为复杂。物理相似试验是研究各类岩土体变形演化特征和规律的重要手段,也是对大型岩土体现场研究的重要补充,在矿山和岩土工程领域应用广泛,其中材料相似配比的确定是分析研究的基础和关键环节。由此,首先通过相关文献查阅及本着取材经济、方便的原则,确定以河沙/骨料、大白粉和石膏/胶结材料作为试验材料,采用2种配比方案制作标准试件,对其进行单轴压缩试验与原岩强度进行对比分析,确定方案2可作为物理试验的研究配比号;其次,在确定材料配比的基础上建立边帮煤开采的物理结构模型,分析得出边帮煤开采过程中边坡变形破坏演化特征按变形阶段可以划分为表生改造阶段、结构改造阶段、时效变形阶段,变形破坏后的岩体可以划分为“竖三带”,分别为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带,按工作面开采长度上煤层可以划分为初期、中期、末期3个阶段,下煤层可以划分为初期、末期2个阶段,上煤层开采至终采线边坡岩体变形演化特征是沿采空区中心向两边形成沉降减弱区,最终形成对称分布半“金字塔”状的下沉盆地,下层煤开采至终采线变形破坏的岩体呈半“类曲线”状;最后,在物理试验和现场监测的基础上分析得出边帮煤上煤层开采至120 m左右时,边坡会发生较小的失稳现象,下煤层开采至120 m左右时,上下煤层之间的采空区发生贯通,失稳加剧,直至开采至终采线,边坡上部1400平盘会形成局部指向露天矿坑的崩塌失稳区,其余平盘均表现为指向采空区的反倾向失稳。

中南半岛及南海海域烟雾混合层积云的微观特性研究

中南半岛地区生物物质燃烧活动使其成为东南亚烟雾气溶胶的高值区,排放的烟雾可以传播到南海海域,影响当地层积云的微观特性和降水活动,进而对气候产生影响。本文利用2007—2019年CALIPSO和CloudSat卫星数据筛选了190个烟雾气溶胶与层积云混合的个例,其中中南半岛等陆地上空(代表陆地)的烟雾混合层积云为88个,南海海域(代表海洋)的烟雾混合层积云为102个。基于个例的研究发现:相对于海洋上的烟雾混合层积云,陆地上的烟雾混合层积云中云的液态粒子数浓度(Number concentration of liquid water drops,LNC)、液态粒子有效半径(Geometric mean radius of liquid water drops,LER)和液态水含量(Liquid water content,LWC)的值都更高。与清洁层积云相比,烟雾气溶胶主要通过半直接效应影响海洋上的层积云,而主要作为云凝结核(Cloud condensation nuclei,CCN)通过间接效应影响陆地上的层积云。当气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth,AOD)≤0.6时,海洋上烟雾混合层积云内Twomey效应发挥主导作用,而陆地上烟雾混合层积云内反Twomey效应发挥主导作用;当AOD处于0.6~1.2时,烟雾混合层积云的半直接效应发挥主导作用。本文的研究对中南半岛和南海海域的气溶胶与云的相互作用机制有重要参考意义,并为改进模式结果提供理论支持。

基于Lite-YOLOv5s模型的刨花板表面缺陷检测方法

针对目前刨花板表面缺陷检测两阶段方法计算量大、机器学习识别方法鲁棒性低等问题,提出一种基于改进YOLOv5s的轻量化检测模型,即Lite-YOLOv5s。首先,在主干网络和颈部网络中引入Ghost Bottleneck模块以减少模型参数量,降低模型计算成本。其次,在主干网络中增加坐标注意力机制(coordinate attention,CA),并将空间金字塔池化模块(spatial pyramid pooling-fast,SPPF)替换为简化空间金字塔池化模块(simplify spatial pyramid pooling-fast,SimSPPF),保证模型在降低计算量的同时仍具有较好的检测效果。最后,在替换颈部网络中使用深度卷积模块(depth wise convolution,DWConv),进一步优化模型运行成本。应用Lite-YOLOv5s模型对某工厂刨花板四种表面缺陷数据集进行模型训练和验证,并将训练的模型用于刨花板图像的缺陷检测,结果表明:Lite-YOLOv5s模型针对刨花、胶斑、油污及粉尘斑四种缺陷的平均检测精度(mean average precious,mAP)可达90%以上,针对样本数量较少的漏芯缺陷mAP为75%以上;与原YOLOv5s模型相比,模型训练时间减少约3.58%,模型参数量下降约63.5%,模型权重文件大小下降约60.54%,模型浮点计算量下降约65.2%,在保证检测精度的前提下有效降低了模型运行成本,使其更容易部署在资源有限的边缘侧设备中。

2022年1月8日青海门源M6.9地震余震精确定位与断层面拟合

利用青海和周边87个地震台站于2022年1月8—13日记录的青海门源M6.9地震主震及680次余震资料,经双差地震定位重新进行震源位置的修定,获得633个地震重新定位后的震源信息。结果显示,此次地震的余震分布明显以昌马—俄博断裂南末梢端为界分为东、西两段,西段呈近EW向沿托勒山断裂东段分布,东段呈NWW向沿冷龙岭断裂西段分布。重新定位前余震初始震源深度集中分布在5~15 km,重新定位后变化为在0~20 km深度范围内偏正态分布。根据重新定位后余震分布特点并参考地表破裂带的展布,依据成丛地震发生在断层附近的原则,选取2个矩形区域,基于这2个区域内重新定位后的震源信息,利用模拟退火与高斯-牛顿相结合的算法进行断层面拟合计算,完整地获得每一个拟合区域的断层面参数。结果表明托勒山断裂东段断层面与冷龙岭断裂西段断层面分别为长约15 km总体走向为近EW向的高倾角左旋走滑断裂与长约12 km总体走向为NWW向的高倾角大型左旋走滑断裂。此次青海门源地震可能是上述两断层面末端相互挤压共同破裂形成的。

基于理论计算与FLAC 3D模拟的巷道支护优化设计

为了解决深埋煤层巷道掘进之后的片帮和冒顶事故,针对乌海某矿辅运回风巷道埋深大、应力高、围岩强度低,巷道掘进后变形严重且原支护方案不能满足巷道稳定性,采用理论计算和FLAC 3D数值模拟的方法,对锚杆、锚索联合支护参数进行了优化.支护实测表明:在顶板最大下沉值132 mm、两帮最大偏移值103 mm后,巷道趋于稳定,即优化后的锚杆与锚索联合支护参数,对巷道变形具有良好的控制效果,该支护方案可以为其他类似情况提供一定的参考.

孔隙率和风速对煤矸石山自燃的影响

煤矸石山一般以顺沟排放和自然堆积为主,长期堆积会导致其自燃。为减小煤矸石山自燃的风险,采用Fluent软件探究孔隙率和外界风速对矸石山内部温度场分布的影响。数值模拟表明,煤矸石山自燃的孔隙率范围为0.20~0.40;孔隙率为0.20时,对应的风速是0.5 m/s,高温危险区域与斜坡面垂直距离为4.0 m;孔隙率为0.35时,对应的风速是0.01~1.8 m/s,高温危险区域与斜坡面垂直距离为2.8~7.5 m;孔隙率不变时,风速的提高会导致矸石山高温区与斜坡面的垂直距离增大;风速不变时,孔隙率的提高会导致矸石山高温区温度先升高,后降低。

基于多函数交叉的地表动态沉陷预测模型及应用

为了研究工作面开采对地表沉陷的动态影响,以乌海某矿为研究的工程背景,通过使用Knothe时间函数与概率积分法交叉并结合Usher函数构建了地表动态沉陷预测函数模型,运用现场实测数据对预测模型的参数进行求取,最终得到走向、倾向动态沉陷预测公式;使用FLAC^(3D)模拟由工作面开采引起的地表动态沉陷过程。结果表明:工作面开采初期地表表现为隆起,中期由隆起转为沉陷,且当工作面推进至600 m时工作面达到充分开采,下沉曲线表现为“U型”;通过数值模拟与实测数据所绘制出的动态下沉曲线与走向、倾向动态沉陷预测公式绘制出的下沉曲线相似度较高,验证了动态沉陷预测公式的准确性与实用性。