加载速率影响的煤体破裂过程声-电荷试验研究

为建立加载速率影响下煤体不同失稳形式的声发射-电荷判据,以阜新五龙矿某工作面为研究对象,采用物理试验研究方法,开展了不同加载速率下煤体破裂过程声-电荷监测试验,深入研究了加载速率影响的煤体力学性质、破裂规律和煤体破裂过程能量耗散与声发射-电荷信号的对应关系。研究结果表明:加载速率越高,应力调整越提前,煤样单轴抗压强度增加,累积变形能耗散加剧,煤体失稳形式由静载失稳过渡到类动载扰动失稳,煤体失稳破坏的动力特征明显,压缩型冲击地压动力灾害发生几率增大;不同加载速率下煤岩破裂过程产生的声-电荷信号变化与煤岩受载的应力突变具有较好的一致性;对所用煤样的声发射-电荷信号进行量化分析,初步提出了判定煤体失稳形式的声-电荷复合判定依据,在不同矿区、不同工作面上,可依据监测获得的声-电荷现场数据辅以采动应力场的变化情况,对采动过速诱发的煤体压缩型冲击地压的发生几率进行预测和预警。     

支持向量机对采空区稳定时间的预计

支持向量机是基于结构风险最小化原理的机器学习技术,在广泛收集金属矿山采空区失稳塌陷时间资料的基础上,建立了基于支持向量机的采空区稳定时间的预计模型。通过对采空区稳定时间测试样本的预测研究表明,用支持向量机来预计采空区的稳定时间是可行的。     

受载煤岩力电耦合的损伤力学模型研究

电磁辐射技术在地震和矿山煤与瓦斯突出、冲击矿压预报已经进行了较为广泛的应用,受载煤岩体电磁辐射与变形破裂过程紧密相关.根据煤岩强度的统计理论和损伤力学理论,建立了受载煤岩力电耦合的损伤力学模型,用该模型对实验结果进行了数值模拟.结果表明,煤岩材料的破坏是内部代表性体元微损伤累积的结果,电磁辐射可以反映煤岩体的损伤程度,该模型能够较好地描述电磁辐射与应变之间以及应力-应变之间的关系,可以为电磁辐射方法现场评定煤岩体受力状态和预测预报煤岩动力灾害现象提供理论基础.     

区域滑坡灾害预测预警与风险评价

区域滑坡灾害预测预警是滑坡灾害研究领域的难点和热点。过去10多年来在这方面的研究主要集中在区域降雨与地质环境的结合方面。文章总结了目前国内外滑坡灾害预测预报、预警和风险管理研究现状,认为把滑坡灾害预警预报与风险管理相结合是减灾防灾的需要,也是今后该领域研究的发展趋势。文章从区域滑坡灾害空间预测、时间预警预报的角度提出了滑坡灾害预测预报的分类和理论基础,并在此基础上,利用MapGIS软件平台进行二次开发,建立了基于WebGIS的滑坡灾害信息管理系统和实时预警发布系统。以2004年"云娜"台风期间浙江省永嘉县滑坡灾害预警预报为例,进行了滑坡危险性预测、人口易损性预测、经济易损性预测到风险预测的实例研究。     

暴雨山洪水动力学模型研究进展

山洪灾害突发性强、破坏性大、预测难度高,其预报是水文学及水动力学面临的重大科学问题。深入理解流域暴雨山洪响应机理是准确预测山洪灾害的关键。暴雨山洪通常发生在资料较为匮乏的小流域,给适用于较大流域的水文模型应用带来了挑战;而暴雨山洪完整水动力学方法对历史资料需求低,充分考虑了暴雨山洪形成与演化的物理机制,能够准确地描述降雨-产汇流-沟道洪水演进的全过程,减小了暴雨山洪预报的不确定性。本文首先比较了应用水文学方法和水动力学方法模拟暴雨山洪的优缺点;其次,详细梳理了暴雨山洪水动力学模型的关键技术,特别是结合暴雨山洪非规则坡面流动的特点,总结概括了浅水动力学控制方程离散中的地形源项和阻力源项处理方法;然后,系统探究了暴雨山洪水动力学关键物理因子（降雨、下渗、阻力等）作用规律及其定量化方法;最后,展望了模型精度、计算效率、应用领域等发展方向。     

岩体演化的非线性动力学模型与稳定性分析

以时间序列为基础,应用支持向量机建立岩体演化的非线性动力学模型,依据Lyapunov指数给出最长可预报时间,并通过函数拟合、变量代换将其化为标准的尖点突变模型,利用突变理论对其进行稳定性分析。结果表明,该模型预测效果理想,并具有良好的推广能力。     

组合煤岩冲击倾向电荷判据试验研究

针对深部煤层冲击倾向指标评价冲击危险出现的差异现象,开展了煤、岩石和组合试样冲击倾向指标试验研究,对组合煤岩试样破裂过程的电荷信号进行监测。试验结果表明:顶、底板岩石对煤体的冲击倾向有显著影响,岩石厚度越大,冲击倾向指标越高;组合试样破裂过程的力-电荷变化具有一致性,冲击倾向性强的组合试样,其应力强化直至破坏阶段的电荷信号幅值相差显著。由此提出了组合煤岩峰后电荷变化率冲击倾向判据。回采面的电荷监测表明,冲击危险发生过程获得的电荷变异系数迅速升高和衰减以及试验获取的峰后电荷变化率的量化分析结果相一致,从而验证了峰后电荷变化率作为冲击倾向判据的正确性,为形成深部开采条件下组合煤岩冲击危险及发生几率的电荷预测方法提供了试验指导,为煤岩体失稳破坏预测、矿井动力显现预警提供了试验依据。     

秦皇岛滨海平原海水入侵灾害动态监测研究

海水入侵是沿海地区典型的资源一环境一灾害问题，准确掌握海水入侵动态变化的规律和信息是预测、预报、预警防灾的科学基础和工作依据。通过海水入侵动态监测因素分析构建动态监测信息管理系统，为海水入侵的实时监测、分析预测及减灾方案决策提供了一个完善系统。     

黄土地区公路边坡降雨失稳预报研究

为了研究黄土地区公路边坡降雨失稳灾害的预测预警方法,通过现场调查和理论分析,研究了黄土地区公路边坡降雨灾害危险性初步判别的标准;在分析公路边坡稳定性主要影响因素(边坡结构、边坡形态和植被特征)的基础上,提出了黄土地区公路边坡标准坡型的模型;以标准边坡坡型为基准,根据边坡失稳资料和降雨数据,建立了公路边坡抗灾能力评分表和评分标准。由此提出了适合于陕北黄土地区(包括砂黄土地区和典型黄土地区)公路边坡降雨灾害预测预警的抗灾雨量法,可以针对某个具体的黄土地区公路边坡的降雨灾害进行工点失稳预报。工程应用表明抗灾雨量法可操作性较好。     

浙江省永嘉县区域滑坡灾害人口易损性评价和伤亡风险预测

区域滑坡灾害人口易损性及人口伤亡风险预测研究是区域滑坡灾害预警预报工作的一个重要环节,该研究对提高预警预报工作的针对性和有效性具有关键作用.在对浙江省永嘉县有关资料进行分析的基础上,从研究区人口年龄结构、居民对滑坡灾害风险的防范意识、政府对滑坡灾害的重视程度及滑坡灾害预警预报体系的完善程度4个方面评价了研究区人口易损性,并给出了计算人口易损性的公式,据此得到了永嘉县人口易损性分布图.根据永嘉县的实际情况,提出了耕地人口密度的概念.综合人口易损性分布图、人口密度分布图和滑坡灾害易发性预测图得到了研究区受威胁人口伤亡风险预测图,为当地政府职能部门实施滑坡灾害风险的控制和管理提供决策依据.     

河北唐山某老采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价

研究区内历史上存在强烈的以采煤为主的采矿活动,形成了大规模的采空塌陷,为了集约用地和防灾减灾,运用理论分析、定量计算及现场观测相结合的技术路线,根据“三带”理论对采空区波及地表的影响程度和地表移动的范围定性定量评价,应用应力分析法对场区进行稳定性分析。结果表明：该区大部分采空区基本稳定,目前可能处于残余变形阶段,地表处于相对稳定状态,残余变形在建筑物可承受范围之内;浅部采空区存在未完全塌实区,在地表建筑物荷载、地震及地下水等因素的影响下,仍存在二次活化的可能;中南部深部老采空区均超过5a,其“活化”是比较平稳和长期的过程,一般对地表的影响是较小的和缓慢的沉降,其不均衡沉降量是有限的;中南部存在原开滦矾土矿,采矿方式为洞采,赋存深度较浅,在地表建筑物荷载的作用下极易发生塌陷而发生“活化”,危险性大。针对不同的区域和“活化”类型,提出相应的防治措施,对于建设场地地基稳定性评价工作具有一定的参考价值。     

榆神府区矿井水文地质条件分类研究

煤矿突水灾害是仅次于顶板、瓦斯的第三大灾害,煤矿水文地质条件分类是科学确定矿井水文地质条件、突水危险性的手段,以大量的勘查、矿井开采实际资料为基础,从受采掘影响的含水层水文地质特征、矿井涌水量、矿井突水、老窑积水及其危害性、防治水工作难易程度等5个方面,分析了榆神府矿区矿井水文地质分类的主要指标,提出了新民区主要为简单类型,神木北部矿区以中等类型为主,榆神矿区以复杂类型为主的科学分类,为榆神府矿区煤矿防治水、保水开采提供了基础资料。     

煤矿采空区四维地震特征分析及识别方法:以淮南煤田张集矿区为例

煤矿采空区塌陷是一个重要的地质问题,由于采空塌陷区地震、地质条件的复杂性,传统三维地震勘探探测方法难以准确查明采空区边界。本研究提出一种基于四维地震特征的煤矿采空区识别方法,并以淮南煤田张集煤矿为靶区开展采空区探测。该方法从模型驱动入手,通过建立煤层开采前、后地质模型及进行正演模拟,利用模型地震叠前时间偏移剖面回溯分析采空区引起的地震特征差异。根据模型数据采空区的地震反射特征,指导识别实际地震数据中的采空区,并通过地震解释圈定采空区范围。张集煤矿的实际四维地震数据分析结果显示,采空区域反射波连续性变差,采空区边界出现同相轴错断现象;因此,利用采空区四维地震特征差异能够有效识别煤矿采空区,并能准确圈定采空区的范围。     

晋城矿区王台铺煤矿采空区积水防治探讨

晋城矿区王台铺煤矿经过多年的开采,上煤组（3#煤）资源枯竭,目前开采下组煤（9#煤和15#煤）,面临着上组煤采空区积水的威胁。运用地质资料和瞬变电磁法对该矿九五盘区上部采空区积水进行了预测。井下的泄水孔排水量证实,运用地质分析法预测的水量偏大,瞬变电磁法的水量偏小,但总体误差不大。本次泄水的成功,可解放9＊煤层145万t的可采储量,确保矿井采掘衔接的正常,同时也可从根本上杜绝了矿井突水事故的发生。     

五轮山井田初期采区矿井充水因素分析

通过对五轮山井田水文地质条件、地表水及地下水动态特征及井巷开拓过程中反映的水文地质资料的研究与分析,认为正常情况下,五轮山井田各含水层对煤层开采不构成直接威胁,浅部煤层开采时局部与第四系孔隙水会有直接的水力联系,矿井田初期开采防范的重点是老窑积水和断层导水,其造成的灾害可能是毁灭性的。     

三维地震技术在探测煤矿腔状采空区中的应用

采用三维地震勘探方法对采空区进行勘探,虽积累了大量的经验,但在实际应用中,解释误差依然存在,尤其是煤层顶板悬空,并在一定范围内呈"腔状"类型的采空区,会出现较高的"漏检率"。为此根据实际地层序列设计了地质模型,对采空区的地震反射波场特征进行了研究。将腔状采空区充气、充水时的正演地震剖面,与煤层开采前正常地层波场响应特征进行对比发现,煤层开采后将会产生比正常波场能量更强的反射波组。另外根据腔状采空区充水和充气反射波最大振幅及反射波频谱对比结果,还发现充气时产生的反射波能量比充水时产生的反射波能量强;充气时产生的反射波频率比充水时产生的反射波频率要低。山西左权佳瑞煤业有限公司的应用实例佐证了三维地震勘探技术探测腔状采空区的有效性。     

基于GIS的采空区煤层气聚集分析

通过研究阜新王营矿各煤层采空区情况,根据煤层气游离态的运移规律,利用GIS进行采空区煤层气聚集分析,找出了采空区最易冒落的地区以及煤层气易聚集的地方,为将来开采和利用煤层气资源提供了依据。      

Numerical simulation on tendency mining fracture evolution characteristics of overlying strata and coal seams above working face with large inclination angle and mining depth

In order to master the tendency mining-fracture-evolution characteristics of overlying strata and coal seams above working face with large inclination angle and mining depth in mining process, the 1221 working face in Zhao mine is selected as the engineering background and a mathematical model is established. The displacement variation, stress and strain of overlying strata and coal seams are simulated by using ANSYS software. In the mining process, the movement characteristics, displacement variation laws and fracture evolution characteristics of overlying strata and coal seams above working face with large inclination angle and mining depth along inclination direction are discussed. Simulation results show that with the advance of working face, the fracture development of overlying strata and coal seams is larger and larger; the area of gob is gradually expanding and the transverse stress of overlying strata and coal seams is also expanding. Stress contour of overlying strata and coal seams at both ends of gob becomes denser and denser; the activity of the overlying strata and coal seams near the up-roadway side of the gob is violent. The pressure relief zone is formed in the upper part of the strata and the roof above the gob. Large inclination angle of coal seam results in larger supporting pressure in the underside of the gob and smaller supporting pressure in the upper side of the gob. Along the inclination direction of the working face, the pressure relief zone is mainly concentrated in the outlet roadway of the working face; the fracture development and strata separation are obvious, which offer good passage for gas flow and migration.     

煤炭绿色开发地质保障体系的构建

煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭...     

Simulation of Asymmetric Destabilization of Mine-void Rock Masses Using a Large 3D Physical Model

When mechanized sub-horizontal section top coal caving (SSTCC) is used as an underground mining method for exploiting extremely steep and thick coal seams (ESTCS), a large-scale surrounding rock caving may be violently created and have the potential to induce asymmetric destabilization from mine voids. In this study, a methodology for assessing the destabilization was developed to simulate the Weihuliang coal mine in the Urumchi coal field, China. Coal-rock mass and geological structure characterization were integrated with rock mechanics testing for assessment of the methodology and factors influencing asymmetric destabilization. The porous rock-like composite material ensured accuracy for building a 3D geological physical model of mechanized SSTCC by combining multi-mean timely track monitoring including acoustic emission, crack optical acquirement, roof separation observation, and close-field photogrammetry. An asymmetric 3D modeling analysis for destabilization characteristics was completed. Data from the simulated hydraulic support and buried pressure sensor provided effective information that was linked with stress–strain relationship of the working face in ESTCS. The results of the 3D physical model experiments combined with hybrid statistical methods were effective for predicting dynamic hazards in ESTCS.