基于TWF评价法的煤矿冲击危险性评价

冲击地压作为煤矿生产过程中常见的动力灾害,给煤矿安全生产带来极大威胁,因此,工作面回采前进行冲击危险性评价尤为重要。为构建冲击地压危险性的科学评价模型,本文收集和研究了140个煤矿工作面实例,分析了冲击地压的影响因素,从每个案例中提取14项评价指标,并建立了数据库。基于数量化理论评价法与模糊评价法,建立了适用性更强的TWF(theory of quantification with fuzzy evaluation)评价法,该方法继承了数量化理论和模糊评价法的优势,并将煤矿冲击危险程度划分为5个等级。以河南某煤矿工作面为背景,采用TWF冲击危险性评价模型对该工作面进行了冲击危险性评价,得出危险性指数为19.83,评价结果为无冲击危险性,与现场实际相符,表明该评价模型具有较强的适用性;开发了TWF综合评价系统,持续的案例补充可不断提高TWF评价模型的评价精度,研究成果可为冲击地压危险评价提供一定的理论参考。

新街矿区深部开采大能量矿震规律与发生机理研究

新街矿区所属煤矿在开采过程中,多次发生大能量矿震事件,严重制约了矿井的安全生产。为有效监测和防治矿井冲击地压事故,以新街矿区红庆河煤矿105采煤工作面“4·2”大能量矿震事件为研究背景,采用综合指数法评价工作面的冲击危险性,分析工作面多次出现大能量矿震的主要原因。研究表明:105工作面回采期间的冲击地压危险等级为中等冲击危险;105采煤工作面上方高位173~248m范围内的厚层砂岩是3-1煤层附近发生矿震的主要因素,当该区域高位厚层砂岩层达到承载极限时,随即发生破断造成大能量矿震的发生;103工作面辅运顺槽65m区段煤柱导致的上覆顶板垮冒不充分、105工作面相对于103工作面的外错布置导致的顶板不规则垮冒,以及105工作面与相邻的103工作面间的双工作面见方效应,都是新街矿区红庆河煤矿105工作面大能量矿震的主要影响因素。

铜矿峪矿地应力场特征及深部岩爆预测分析

目前,铜矿峪二期工程进入410 m中段开采。该段开采结束后,将转入深部工程开采。随着开采深度的不断增大,将面临地应力增大所带来的问题。以铜矿峪矿地应力场和深部岩爆预测为研究对象,采用应力解除孔壁应变法对800~870 m水平的原岩应力进行测量,得出了铜矿峪矿区地应力场的一般规律,并在220~410 m水平开展了18个钻孔岩心物理力学参数的测量,结合Barton法、国标法和陶振宇法等判据,完成了对220~410 m水平深部开采区域的岩爆预测分析。

岩爆的判别指标和分级标准及可拓综合判别方法

岩爆是岩体高地应力区的一种重要地质现象,是岩体山区地下工程建设中比较关注的重要工程地质问题之一。根据岩爆的发生机理,从内因和外因两个方面提出3个影响岩爆发生的核心因素:围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比、修改的岩爆倾向性指数和岩体完整性指数。对岩爆倾向性指数的计算方法进行修改,提出修改的岩爆倾向性指数,并将它和岩体完整性指数作为内因,将围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比作为外因,以这3个影响因素为判别指标,并确定了岩爆发生等级的判断标准。在此基础上采用可拓方法对岩爆及其发生等级进行综合判断,并运用已经完成的工程实例对该套方法进行验证,最后将其在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,得到较好的效果。

矿井冲击地压信息识别与预报方法的研究进展

随着煤炭工业的快速发展,煤矿采深逐年加大,矿井冲击地压对煤炭工业安全生产的威胁越来越严重,研究冲击地压监测前兆信息识别与预测方法对于防治矿井自然灾害具有重要意义。对冲击地压的发生机理、传统局部监测、现代地球物理系统区域监测方法与信息识别、预报等进行了总结,展望了今后的研究热点与方向。

隧洞岩爆机理与岩爆预测的断裂力学分析

在应用断裂力学原理分析岩体裂隙扩展特点的基础上， 分析讨论了岩爆发生机理， 提出了隧道围岩应力强度因子等值线的概念， 认为隧洞岩爆将沿该应力强度因子等值线 ＫⅡθ＝ ＫⅡＣ圈定的范围崩落， 岩体裂隙失稳扩展导致隧洞岩爆的必要条件为同时满足裂纹开裂判据 ＫⅡ＝ ＫⅡＣ及裂纹失稳扩展判据ｋ ＋ ｆ′（δ） ＜ ０ ， 并指出同时满足这两个条件的岩体裂隙有临界开裂和临界止裂两个长度。

秦岭公路隧道通风竖井岩爆预测和防治措施

秦岭公路隧道2号通风竖井,为国内乃至世界公路隧道规模最大的竖井工程。根据工程地质资料分析,岩爆是该竖井施工过程中的主要难题。为了从岩性角度评价竖井围岩的岩爆倾向性,开展了室内岩石单轴压缩变形试验和物理模型试验,根据改进脆性指数指标和模型试验的结果,表明竖井围岩有岩爆倾向性,必须加强岩爆预测和防治。根据水压致裂法的地应力测试结果和地应力分布特点,采用三维有限元回归分析反演了竖井工程区域的初始应力场。根据竖井围岩地应力场和Kirsch解得到的围岩二次应力场,结合Russenes和陶振宇岩爆判据,进行了竖井岩爆综合预测和分析,得出竖井有轻微和中等岩爆发生的结论,并提出岩爆防治措施。

地下采矿岩爆原因的新认识

深部采矿有时会发生岩爆。简述了传统的岩爆预测方法。以实际工程资料为基础,通过理论分析,提出了采矿洞窟周边各向应力均达到或超过洞窟周边岩体极限压碎强度时就会发生岩爆的结论,并根据此结论总结出了可有效预测岩爆的极限应力均衡法,并给出了一种洞窟周边各向应力计算新方法。用此新方法预测岩爆的结果,与实际情况有较好的吻合性。

多参量综合指标冲击地压预测技术研究

提出了"全局-区域-局部"多参量综合指标冲击地压预测技术,多种预测方法相互协调与配合、优势互补,形成空间上层次化全方位的预测体系,可极大提高冲击地压预测准确性。结合老虎台矿冲击地压发生机理与影响因素,提出利用微震法对采区全局范围内微震事件进行实时监测,划分具有冲击危险区域,全局范围预测冲击地压;利用电磁辐射法监测工作面及巷道近场围岩的应力场和煤岩变形破坏变化状况,确定近场围岩高冲击危险区域,局部范围预测冲击地压;采用矿压监测法和钻屑法对确定具有冲击危险的区域进行重点监测,判断冲击危险程度,对采取防治措施后的防冲效果进行检测;采用采空区气体分析法预测电磁辐射法和矿压观测法等无法监测到的采空区的冲击地压。实践证明:全局-区域-局部"多参量综合指标预测技术的各种预测方法在功能上表现出明显的互补特征,在老虎台矿的冲击地压预报中取得良好效果。

冲击地压危险性等级预测的Fisher判别分析方法

应用统计学理论并结合工程实际,选取影响冲击地压的主要因素如煤厚、倾角、埋深、构造情况、倾角变化、煤厚变化、瓦斯浓度、顶板管理、卸压、响煤炮声作为判别因子,建立冲击地压危险性分级预测的Fisher判别分析模型(FDA)。利用重庆砚石台煤矿23组实测数据作为学习样本进行训练和检验,建立相应线性判别函数并利用回代估计方法进行回检,误判率为0。利用该模型其他12组现场数据作为预测样本进行测试,预测结果与实际情况吻合较好。

地物化综合方法寻找隐伏岩体—以广西西大明山隐伏岩体的发现为例

广西西大明山地区是广西重要的整装勘查区之一。区内与岩浆活动密切相关的内生矿床丰富,然而仅在局部地表上发现少量的小型岩脉,区内隐伏岩体的预测研究一直是个热点。文章借助广西大规模地质矿产勘查项目,在成岩成矿理论的指导下,通过对区域地质、地球物理、地球化学及遥感等特征的系统分析,确定了西大明山地区深部隐伏岩体的大致分布范围和埋藏深度。在区内选定了埋藏较浅的隐伏岩体预测靶区,有针对性地采取了高精度的地、物、化等方法圈定隐伏岩体的具体位置,经验证有ZK31901、ZK40004两个钻孔分别在500m和960m以下发现了隐伏的黑云母花岗闪长岩,同时在隐伏岩体上部发现了具有工业价值的罗维钨铋矿床。预测靶区验证钻孔成功发现岩体,不仅为相邻地区的隐伏岩体预测工作提供了典型的范例,而且对西大明山地区成矿系统、矿床成因的研究乃至找矿勘查工作具有重要意义。

复杂条件下岩石工程安全性的智能分析评估和时空预测系统

采用人工智能、系统科学、岩石力学与工程地质学等多学科交叉,提出复杂条件下岩石工程安全性的智能分析评估和时空预测系统的新思路和新方法,包括赋存环境的认识、工程结构特征需求分析与施工约束条件识别、岩石工程稳定性(安全性)综合集成智能分析评估、岩石工程智能反馈分析方法、岩体模型和参数动态更新的岩石工程稳定性时空演化的综合集成智能分析方法、岩石工程安全性的分区自适应调控方法、岩石工程稳定性多元信息与多任务智能反馈分析集成系统。该系统在龙滩、八尺门、水布垭、拉西瓦等多个大型工程的边坡和地下厂房中的成功应用,显示了其科学性和先进性。

岩爆综合预测的模糊概率方法

在综合分析岩爆发生条件的基础上,从岩性条件、应力条件和围岩条件3个方面,分别选取能量储耗指数、岩石脆性指数、弹性应变能指数、线弹性能、切向应力准则、地应力指数、强度系数以及岩体质量RQD8个指标作为影响岩爆的主要因素。利用模糊概率理论,提出了一类新的岩爆综合预测方法,该方法较全面地考虑了岩爆评价中的模糊性与随机性,给出了岩爆影响因素的模糊权重,避免经典模糊综合评判方法在权重取值上的局限性。

基于AHP-FUZZY方法的隧道岩爆预测

在综合分析岩爆发生条件的基础上,对岩爆产生的影响因素进行了系统归类,并与系统工程决策方法和模糊数学评价方法有机结合,提出了一种层次分析法-模糊数学(AHP-FUZZ-Y)岩爆预测方法,该方法较全面地考虑了岩爆发生的多种影响因素,避免了仅考虑少数几种判据所带来的局限性,同时通过层次结构分析方法较为客观地给出了各种影响因素的影响程度值,为提高岩爆综合预测评价的可靠性创造了条件.工程实例表明:AHP-FUZZY预测与有限元模拟计算的结果基本一致,而且与隧道已开挖段岩爆发生的实际情况也基本一致.

基于Fisher判别分析的冲击地压危险性等级预测

针对矿井中发生的冲击地压危险性分级问题,应用因子分析和Fisher判别分析理论,选取煤层厚度、煤层倾角、埋深、构造情况、煤层倾角变化、煤层厚度变化、瓦斯浓度、顶板管理、卸压、响煤炮声为影响因素,分析影响因素之间的相关性,对相关性较强的因素进行因子分析,提取恰当的公共因子,进而建立基于因子分析的冲击地压危险性等级Fisher判别分析(FDA)模型。利用四川砚石台煤矿23组实测数据作为学习样本对模型进行训练。采用回代估计法检验模型的有效性,回判的误判率为0。将另外未参加训练的12组煤矿动力现象数据作为测试样本,对其危险性等级进行预测,并与传统的Fisher判别方法进行对比。结果表明,经过对样本因子分析后,指标个数减少,相关性降低,可以有效预测冲击地压的危险性等级,用该模型所得到的预测结果的误判率为0。

模糊综合评判法在隧道地质超前预报中的应用

为了更准确地进行隧道地质超前预报,在构建了隧道围岩稳定性等级划分综合评估体系的基础上,采用模糊综合评判法对沪蓉西扁担垭隧道某塌方段围岩稳定性进行了综合评估研究,并得出了修正后的扁担垭隧道围岩稳定性评价体系,其评估结果与实际情况一致。

人工鱼群投影寻踪回归在洞室岩爆预测中的应用

通过对国内外地下工程施工中所发生岩爆的实例进行分析,探讨了岩爆发生的机理,得出了影响岩爆发生的主要因素为:围岩最大切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、岩石单轴抗拉强度σt和岩石冲击倾向指数Wet。针对传统岩爆预测分析方法存在的问题,提出了基于人工鱼群算法岩爆预测的投影寻踪方法,并建立了相应的岩爆预测分析模型。选取15个工程实例作为训练样本、3个工程实例作为预测样本,以σθ/σc、σc/σt及Wet3个指标作为影响岩爆发生主要参数,进行了地下洞室的岩爆预测实例检验。研究表明,用投影寻踪回归分析法进行岩爆预测,评价过程中无需人为确定权重,避免了传统预测方法由于主观原因造成的误差,预测结果具有较高的准确率、方法简单,为岩爆的预测提供了新途径。

基于熵权TOPSIS法的岩爆预测

为了进行科学合理的岩爆预测,选取能够通过室内试验和现场测试获取原始数据的应力系数、脆性系数和弹性能量指数作为评价指标,通过计算指标原始数据的信息熵确定各指标权重,在此基础上,建立基于熵权TOPSIS法的岩爆预测模型,并应用于工程实例。

基于网格搜索和ELM的冲击地压危险等级预测

为提高冲击地压危险等级预测模型的泛化性能及预测精度,采用网格搜索法结合十折交叉验证法对极限学习机(ELM)中的隐含层神经元个数及激活函数的类型进行组合优化,进而建立冲击地压危险等级预测模型;选取重庆砚石台煤矿36组实测数据进行试验,对影响因素数据进行标准化处理,选择其中26组样本对模型进行训练,采用该模型对后10组样本中冲击地压危险等级进行预测,并与其他方法作对比。结果显示:经过十折交叉验证,用该模型得到的正确识别率为84.615%,高于朴素贝叶斯及Adaboost M1的76.92%、61.54%,采用该模型对测试样本集中冲击地压危险等级进行预测,预测准确率为90%,高于朴素贝叶斯及Adaboost M1预测准确率80%。

红阳矿区深部采区冲击地压综合预测及危险区域划分

为研究红阳三矿深部采区冲击危险程度,结合采区实际地质和生产条件分析并确定了冲击地压影响因素,把采深、上覆7#煤层遗留煤柱作为关键影响因素。采用综合指数法,对采区划分的网格进行冲击危险指数计算。根据计算结果,该采区地质影响因素综合指数为0.65属于中等冲击危险;开采条件影响因素中最大冲击指数为0.83,为强冲击危险;并对采区进行了冲击危险区域划分,其中受关键因素和火成岩墙影响区域为强冲击危险区域。