深部金属矿山巷道TBM掘进技术应用现状及研究进展

未来10年,我国将有30%以上金属矿山开采深度达到或超过千米。深部金属矿山开采面临高地应力、高地温、地层多变、采掘强扰动等复杂地质环境,给巷道掘进带来严峻挑战。传统钻爆法巷道掘进非连续作业、效率低、灾害频发,难以满足建设需求,采用隧道掘进机(TBM)进行机械化连续掘进是深部金属矿山巷道建设的未来发展方向。然而,因深部金属矿山独有工程地质特点和巷道掘进需求,TBM技术在深部金属矿山巷道掘进中仍存在一些技术难题和挑战。本文首先总结了TBM技术在深部金属矿山巷道掘进中的三个应用难点:1)缺乏适用于深部金属矿山巷道的TBM适应性选型设计理论;2)缺乏适用于深部金属矿山巷道的TBM高效掘进技术;3)缺乏适用于深部金属矿山巷道的TBM掘进灾害监测预警与防控技术。然后,从六个方面介绍了深部金属矿山巷道TBM掘进技术应用的研究进展:适应性选型与设计技术、刀盘刀具高效破岩理论、掘进性能精准预测与评价方法、小半径转弯和倾斜巷道掘进技术、掘进灾害智能预警与防控技术、智能决策和辅助驾驶技术。上述研究成果为推动TBM掘进技术在深部金属矿山巷道中的广泛应用,实现深部金属矿山巷道快速掘进指明了发展方向。

智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用

我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制。以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径。研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统。基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度。以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层。

基于地质保障系统的煤矿灾害监测预警及综合防治平台研究

基于煤矿智能化建设的基本要求,提出了基于地质保障系统的煤矿灾害监测预警及综合防治平台,设计了由设备层、边缘层、基础设施层、平台层和应用层构成的系统总体架构;梳理了平台建设的业务流程,并对自然灾害监测预警、灾害综合防治等关键业务进行了详细研究;基于地质保障系统,研发了煤矿灾害监测预警及综合防治平台。通过在金凤煤矿的实际应用表明,煤矿灾害监测预警及综合防治平台集成了各灾害监测数据,解决了各类数据孤立分布、预测精度低、预警结果和风险评估不准确的问题,降低了灾害事故的发生率,提升了煤矿应对灾害时的防治水平和综合治理能力,应用灾害预警与评估技术实现了风险的智能识别与治理。

交叉学科视角下的综合灾害风险防范凝聚力模式与优化路径

综合灾害风险防范凝聚力模式是凝聚力在应急管理领域的应用,在综合防灾减灾救灾中发挥着重要的作用。加强对综合灾害风险防范凝聚力模式的研究既是应对自然灾害和突发事件的需求,也是总结和优化中国综合减灾模式的需求。该文综述了不同领域凝聚力的研究特征,梳理了不同领域凝聚力的作用机制和逻辑关系,阐述了综合灾害风险防范凝聚力运作的中国实践。研究发现:①综合灾害风险防范凝聚力模式运行受到灾害经济学、政府治理体制机制和社会网络的影响。②综合灾害风险防范凝聚力模式与灾害韧性和应急管理能力在主体特征、运作逻辑和灾前、灾中、灾后三阶段的任务有明显区别。③综合灾害风险防范凝聚力模式受到多个因素的影响,包括多元主体的利益取向、主体特征及其之间的关系和规章制度的完善程度等。提高综合灾害风险防范凝聚力模式运作效率的路径包括增加多元主体参与渠道和完善非政府主体参与的奖励机制、提高资源分配公平度、适当放权和完善监督机制、加强防灾减灾常态化建设、推动综合减灾的“举民体制”建设。

基于复杂网络的火后泥石流成灾机理的建模方法

为更加全面地对火后泥石流致灾因素进行定性分析,达到灾害防控目的,基于复杂网络理论,通过梳理既有的致灾机理研究,萃取了包含致灾因素和过程事件在内的39个节点,建立了火后泥石流触发网络。随后,基于有向网络的结构特点拓展了综合度的概念,并通过综合出(入)度、中介中心性、连边脆弱度3项复杂网络拓扑特征提出了节点风险扩散度指标(NRD)用于评估网络中的关键节点。最后,以3种攻击方式针对PDFTN,对比该网络的连通度变化,以验证NRD识别结果的有效性。结果表明:NRD能够有效识别出有向网络中的关键节点,其中NRD识别出的火后泥石流关键致灾因素为地表径流,该结果与现有研究结论一致。因此,致灾因素对火后泥石流灾害结果的影响可以通过本文提出的NRD指标进行有效表征,从而为火后泥石流灾害防控提供辅助决策依据。

基于综合物探的承压开采回采工作面底板注浆治理效果分析

为了验证承压开采回采工作面底板注浆治理效果,本文以霍州煤电汾源煤业5-104工作面底板注浆工程为例,注浆前采用多种(多次)物探技术手段,对承压开采回采作面内部及底板构造赋存、含水层富水性等情况进行综合探查;工作面需要开展多次注浆,每次注浆后采用物探手段进行验证,指导下一次注浆,为注浆治理工作提供“靶区”;将注浆前后综合物探数据进行对比分析,检验注浆治理效果,保障回采工作面安全回采。

矿井瓦斯灾害的防治现状与综合治理浅析

为了提高矿井瓦斯综合治理能力,通过梳理近年来我国煤矿生产事故变化趋势,分析了矿井瓦斯致灾特点,并通过对瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出及瓦斯窒息等典型灾害致灾机理和防治研究现状分析,提出了进一步提高矿井瓦斯灾害综合治理的对策,为制定矿井瓦斯灾害综合治理措施,提高企业安全高效生产提供参考。

煤矿甲烷传感器应用现状与发展前景思考

瓦斯是煤炭采掘过程中从煤岩体内涌出气体的总称,其主要成分为甲烷,可以严重威胁煤矿生产。甲烷传感器是煤矿瓦斯监控系统核心监测设备之一,对预防瓦斯灾害起到重要作用。为提高煤矿瓦斯监测能力,实现矿井智慧化管理,在系统梳理甲烷传感器发展历程基础上,文章阐述了目前广泛使用的7类甲烷传感器工作原理、适用场景及其特点;分析了现有甲烷传感器的不足,结合煤矿自动化,智能化安全开采需求及井下环境特征,提出了未来甲烷传感器的研发方向,以期为现代化矿井安全生产提供装备保障。

基于模糊综合评判法的瓦斯隧道施工灾害危险性评价

瓦斯地区隧道开挖过程中存在瓦斯爆炸和瓦斯突出的危险,须对可能发生的危险进行预测。基于某公路隧道工程,采用层次分析法对隧道等级进行评价,并采用模糊综合评判的方法,对隧道瓦斯发生危险性的概率进行分析。结果表明:隧道所处为瓦斯区的权重值为0.390;分级评价的评分为74.89,施工过程中应按照高瓦斯隧道等级制定瓦斯灾害控制措施;通过隧道瓦斯灾害危险性综合模糊评判,确认左线隧道施工危险发生的等级为4级,且危险发生的概率较大,有可能发生瓦斯灾害。

铁路全生命周期地质灾害防治技术对策

我国地域广阔,地质灾害严重。在铁路规划、设计、建设、运营和维护等各阶段,都需充分考虑地质灾害风险,并采取相应的预防和治理措施。研究提出贯穿铁路勘察设计、建设和运营全生命周期的铁路地质灾害防治总体技术框架,并采取以下技术对策:通过充分的地质勘察工作,查明沿线地质环境条件,为铁路规划和设计提供科学依据;施工过程中采取合理的施工方法和措施,对地质灾害进行防治,避免对环境造成破坏;加强运营维护期的地质灾害监测和预警,及时发现和处理潜在危险。研究提出的铁路全生命周期地质灾害防治技术对策已在多处投入应用,为确保铁路安全运行和可持续发展发挥了重要作用。

煤矿冲击地压地质灾害防治技术研究

本文深入分析了冲击地压灾害发生的主要条件和影响因素,总结了目前煤矿冲击地压防治的主要技术措施。研究表明,煤层与围岩的冲击倾向性、采动应力集中及能量释放空间是诱发冲击地压的关键条件。复杂的地质构造、不合理的开采顺序与方式以及开采深度的增加会显著增大冲击地压的发生风险。针对性地采取压力监测预警、卸压、注水、支护加强等综合防治技术是避免和减轻冲击地压灾害的有效途径。本研究对指导煤矿安全科学开采、降低冲击地压灾害风险具有重要意义。

煤矿灾害智能防治系统研究

首先介绍了煤矿灾害对人类生命和财产安全的严重威胁,以及传统防治系统存在的问题和局限性,阐述了智能防治系统的定义以及在煤矿安全管理中的重要性和优势;其次详细讨论了智能防治系统的核心技术和功能模块;最后展望了智能防治系统的发展趋势,强调了技术发展、系统完善和优化对煤矿安全管理的意义和影响。

煤矿采空区失稳灾害预测及综合防控技术

为减小煤矿采空区失稳灾害的发生概率、保证周边居民生命和财产安全、避免采空区失稳灾害带来大规模的生态破坏现象,对煤矿采空区失稳灾害进行预测和防控。利用粗糙集理论剔除冗余和缺陷信息,结合突变级数法得到失稳灾害预测指标体系,利用熵权理论获得地质、水文、环境、结构指标对应的灾害权重,引入置信度完善预测识别准则,完成失稳灾害预测,在此基础上,采用综合防控技术降低煤矿采空区自然灾害的发生频率。实验结果表明,所提方法的煤矿采空区失稳灾害预测结果精准度高,同时综合防控技术能够有效提高煤矿采空区的安全性。

考虑大型弃渣场的泥石流灾害综合防治研究

针对天然沟道中布置大型弃渣场的泥石流灾害防治问题,以金沙江上游旭龙水电站茂顶河泥石流沟为例,探讨天然沟道中大型弃渣场阻断下的泥石流灾害防范治理体系构建。从泥石流的形成条件、泥石流洪峰流量和泥石流规模入手,提出了“上拦+中停+下排”的综合治理方案,并基于OpenLISEM软件反演不同工况下泥石流运动-堆积演变规律,综合评估泥石流防治工程的合理性,形成了天然沟道中布置大型弃渣场的泥石流灾害防治方案。结果表明:空库条件下,拦淤坝排导槽进口底板高程以下库容可以拦截100 a一遇泥石流;初始满库洪水条件下,若发生100 a一遇和200 a一遇的泥石流事件,部分稀性泥石流和洪水混合体将进入排导槽内。研究成果可为天然沟道大型弃渣场阻断下的泥石流防治提供技术支撑。

智能化“一通三防”与安全监控系统的工程应用

为保证煤炭安全开采,预防事故发生,通过建设灾害智能分析管控系统,实现对矿井瓦斯、顶板、水文、火灾、粉尘等主要灾害进行全方位实时监测及预控,对矿井多种监测数据统一传输、采集和分类存储,实现灾害数据在控制层的深度融合、快速联动,为建设智慧矿山提供安全保障和技术支撑。

整合矿井复采条件下老空水防治技术体系研究

针对老空水害防治技术难题,以同一厚煤层上分层受小窑破坏严重的某整合矿井为例,开发了巷道掘进超前探测保障系统,实现了无盲区探查;提出了多次物探结合2类钻孔疏放水技术,将物探异常区作为靶区,将涌水量最大的常规钻孔作为靶点,在采区低位利用远距离定向钻孔沿煤层底板以下稳定岩层钻进至老空区截引老空动态补给水,取得了非常显著的效果,巷道掘进效率提高了4倍。采用多种物探结合常规钻孔全覆盖探查技术,治理了工作面内部“孤岛”型老空水,探明了富水异常区和地质异常区,保证了工作面安全通过老空区。利用超前短探、超前预判、巷探和疏放动态老空水技术,全面保障了工作面实时安全回采。体系的应用实现了工作面安全透明开采,创新了上分层受小窑破坏、且无序分布的老空水防治技术。

人工智能技术在煤矿水害防治智能化发展中的应用

煤矿智能化开发背景下,煤矿水害防治也随着煤炭开采逐步向智能化转变,而人工智能方法是煤矿水害防治智能化升级变革的重要手段。目前人工智能技术在煤矿水害防治中有了初步应用,已经开展了多方面智能化水害防治初步探索。重点综述人工智能在煤矿水害防治智能化发展过程中的应用现状,主要包括:煤炭开采前地质信息获取、水害致灾因素探测,开采过程中水情监测、判别及水害危险性评价,以及水灾发生后的应急响应;进一步总结并论述了人工智能技术在水害防治应用中的发展趋势与困境,为人工智能技术与水害防治智能化的深度融合提供了研究思路。

解除闭坑矿井水害威胁的综合防治水技术

针对矿井闭坑停止排水后矿井水积聚、可能突破矿井间防隔水煤柱承受极限而发生突水的问题,平顶山天安煤业股份有限公司二矿采用疏堵结合的防治水措施,制定了在闭坑矿井施工底板注浆和防水闸墙以封堵闭坑矿井上部涌水,在邻近矿井进行工作面和泄水巷工程以疏放闭坑矿井下部动态涌水的综合治理方案,在此基础上充分考虑应力对煤岩层的破坏,重新计算并留设防隔水煤柱。结果表明,堵水措施封堵了闭坑矿井上部100 m^(3)/h的动态涌水,减轻了生产矿井的防治水压力;疏水措施共疏放了闭坑矿井下部积水73.5万m^(3),其中疏放老空水静储量11万m^(3)、闭坑矿井动态涌水62.5万m^(3),解除了生产矿井的直接水害威胁。通过综合治理,有效解除了闭坑矿井水害威胁,解放了邻近矿井的煤炭资源。

山区小流域山洪综合防治能力提升技术探索——以天台县为例

浙江省的山区面积约占浙江省总面积的70%,复杂的地质地貌和多样的气候条件使得山洪成为近年来造成人员伤亡的主要灾种之一。天台县小流域众多,山洪灾害影响严重,防御能力有待提升。通过对小流域山洪的致灾机理进行研究,分析山洪风险识别和处置方面存在的问题,提出系统性的对策措施,全面提升山洪灾害防御能力,减轻灾害损失。

西安市西瓜根结线虫成灾原因与综合防控措施

根结线虫是危害西瓜生产的重要植物病原线虫。本文介绍了西安市西瓜根结线虫发生危害情况,分析了根结线虫的成灾原因,总结归纳出根结线虫成灾是其繁殖能力强、寄主范围广、生态适应性强等内因以及西瓜等易感品种种植面积大、轮作模式不合理、连作重茬和人为传播等外部因素综合作用的结果。在此基础上,本文提出了适宜西安地区推广应用的根结线虫综合防控措施,包括无病区的保护措施,以及发病区的垄沟式太阳能消毒、药剂处理土壤、合理轮作和健身栽培等防治措施。