钻屑温度测试煤体法向应力的试验研究

针对煤体法向应力测试问题,基于煤体法向应力的变化引起钻屑温度改变的实际,通过实验室实验,研究了钻屑温度与煤体法向应力的对应关系。实验研究结果表明:在一定范围内,煤体法向应力不同而其余实验条件相同的情况下钻屑温度随着煤体法向应力的增大而升高;钻头温度最大值、钻头温度上升速率、钻孔温度、煤屑温度与煤体法向应力基本呈线性关系。实验方法可用于测试煤体法向应力水平变化,为预测煤层冲击地压危险性提供新的思路。     

钻屑量采样技术分析及改进

用钻屑量指标预测煤与瓦斯突出时,由于采样装置落后和操作不规范等原因,导致预测结果可靠性降低。从现场实际操作方面分析了造成误差的主要原因,提出采用抽吸方法收集钻屑。在现有的采样设备基础上进行了技术改进和实验验证。结果表明,改进后的防突采样钻机在采样准确性、效率等方面都有显著提高。     

钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究

为准确预测预报冲击地压危险性,提出一种通过监测钻孔过程中钻杆推力、钻杆扭矩与钻屑量等钻孔多参量指标变化规律来预测冲击危险性的方法。利用自主研制的钻孔多参量一体化测试装置,在实验环境下对不同煤体应力状态下的多参量指标进行测试分析,发现钻杆扭矩与钻屑量均随着煤体应力的增大而增大,钻杆推力随着钻进时间的增加呈现先增大再减小,并出现波谷随后增大最后减小的规律。在相同钻机及钻具条件下,进行井下原位钻孔试验,结果表明：随着钻进深度增大,钻杆扭矩与钻屑量变化规律呈现较好一致性,在5 m深度前均先增大随后减小;钻杆推力在1~4 m内呈上升趋势,在5 m处下降至波谷位置,随后推力值再次上升,最后呈稳定趋势。对此区域应力分布带情况进行划分,可确定应力峰值点大致在孔深5 m处,并利用SPSS数据分析软件初步确定此试验点钻杆推力临界指标为7.5 kN,钻杆扭矩临界指标为50.0 N·m。研究结果可为冲击地压等煤矿动力灾害危险性的预测预报提供理论基础与工程指导。     

神经网络在冲击地压危险性预测预报研究中的应用

分析了影响冲击地压危险性的主要因素,首次利用神经网络模型模拟各个因素之间的复杂的非线性关系,消除了传统预测方法中的人为确定冲击危险指标的影响。检验结果表明 :模型可靠,预测精度高。为冲击地压与人工智能等高新技术的进一步结合奠定了基础。     

巷道诱发型冲击地压的发生机制及危险性分析

为了治理巷道诱发型冲击地压发生的灾害,从力学机制方面阐述了巷道诱发型冲击地压发生的静-动应力主导关系,揭示了巷道诱发型冲击地压发生的机制;将煤层巷道的围岩二次静应力和震源产生的动应力叠加,得到了巷道围岩二次应力与不同应力波叠加后的最大主应力和最小主应力表达式。从高应力差和巷道围岩冲击倾向性两方面考虑,提出了巷道诱发型冲击地压发生的判断方法;直接判断出巷道在特定深度、震源在某个位置、产生一定的应力波时,巷道发生冲击地压及冲击范围,并解释了巷道群附近产生大范围冲击的机制,成功分析了山东某煤矿掘进工作面发生冲击的原因。研究结果为分析诱发型冲击地压的危险性提供了理论基础,为治理诱发型冲击地压提供了技术途径。     

构造型冲击地压发生过程及防治措施研究

从房山矿区地质构造的基本情况出发，分析了构造型冲击地压发生的特点，从系统动力学的观战提出了冲击地压的基本规律，认为冲击地压的发生过程是煤体拉破裂与整体移动的复合过程，提出了防治冲击地压措施。     

吉林省道清矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性数值模拟

通化矿业(集团)公司道清煤矿地质构造复杂,且已经进入深部开采阶段,煤体采动所形成的矿压对安全生产造成较大威胁。为预测该矿北斜井南平峒煤层冲击地压危险性的程度,对其煤层进行冲击地压危险性数值模拟,分析了煤层在自重应力场和构造应力场下水平应力、垂直应力、XY剪切应力大小及分布规律,得出应力集中区出现在F3号逆掩断层与煤层交汇处,即此处冲击地压危险性程度相对较大,开采时应注意防范,确保矿井安全开采。     

基于进化神经网络的冲击地压非线性动力系统建模

冲击地压是一种危害很大的矿山灾害之一。理论研究表明,冲击地压实质为一种矿山岩体的动力现象,是矿山开采带来的一种动力学灾害。考虑到冲击地压的动力学特点,采用基于免疫进化规划的进化神经网络,进行了冲击地压非线性系统的建模研究。并采用一个矿山实测得到的震级数列,进行了进化神经网络方法的实用性验证,结果表明,进化神经网络,不但模型拟合精度高,而且,其预测性能也较好,是一种进行冲击地压非线性系统建模的较好方法。     

冲击倾向性煤层注水对钻进中吸钻卡钻的影响及试验

应用螺旋钻杆局部预测和评价冲击地压等动力灾害时易发生吸钻、卡钻等钻孔动力现象。为研究具有冲击倾向性煤层注水对吸钻、卡钻的影响规律,通过建立钻杆力学模型分析吸钻、卡钻动力现象产生机理,探明煤体应力和钻屑量是影响吸钻、卡钻发生的重要影响因素,推导了注水煤体的钻杆推力、钻杆扭矩等钻削力学参数计算公式,分析煤层注水后煤体应力重分布规律与钻屑量变化规律,并利用钻孔多参量测试系统,在井下对不同含水率煤体进行钻孔试验,从而研究钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量随煤体含水率的变化规律,并结合现场观测到的吸钻、卡钻动力现象,深入研究冲击倾向性煤层注水对煤体力学性质及吸钻、卡钻力学特性的影响。研究结果表明：吸钻时,钻杆推力值明显降低,卡钻时,钻杆扭矩值急剧升高;钻杆推力、钻杆扭矩均值增大幅度和钻屑量均值减小幅度随煤体含水率增大呈现先增大后减小的变化趋势;吸钻、卡钻点随煤体含水率的增大逐渐向煤壁深部转移;井下钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量的数据变化特征与煤体应力分布具有较好的对应关系。研究结果可为冲击地压预测和井下钻孔安全作业提供一定理论借鉴和工程指导。     

冲击地压的滑块模型研究

冲击地压具有典型的粘滑特性,用(Ruina,1983年)双状态变量模型(Two State Variable Model, TSVM)可以很好地模拟冲击地压的这一特性。在分析冲击地压系统的运动特性的基础上,根据冲击地压发生的力学和地质条件,研究了用双状态变量本构模型来模拟冲击地压的动力学和演化行为。分析表明：模型中参数K,β对冲击地压系统动力学行为和状态变量演化行为贡献较大,而系统动力学和演化行为对 , f初值的敏感性相对较低。模型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地压系统的动力失稳过程,较好地解释了冲击地压发生机理,为冲击地压失稳破坏的预测预报提供了理论依据。     

基于HHT方法的岩石钻进振动信号分析

为了分析岩石在钻头破岩工作时产生的振动与岩石性质的关系,利用数值模拟软件提取了岩石钻进时的振动信号,并通过希尔伯特-黄变换（HHT）分析方法进行了信号特征分析,获得不同岩石的振动信号的边际谱,从频域特性上分析了岩石的性质与岩石振动之间的关系。研究表明：岩石的性质和岩石振动有着密切关系,不同性质的岩石在不同频率范围内出现振动特征集中现象,并且存在一个与岩石固有频率相接近的特征峰值频率。研究冲击钻进过程岩石的振动特性,对钻进参数设置以及岩性的识别有重要意义。     

冲击地压预测的煤岩变形局部化方法

针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题,以山西晋中左权五里堠煤矿3号煤层开采地质条件为工程背景,提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法。根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理,获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式,并结合弹性力学理论,分析冲击力作用下煤体应力场分布特征、裂隙类型、破裂范围及程度。结果表明：(1) 冲击力与交流电电压及线圈级数呈正相关关系,与交流电频率及每米线圈匝数呈负相关关系。其中,电压是调控冲击力的最主要因素,综合考虑认为电压取660 V为宜。(2) 计算显示钢锥长度与直径仅需1 cm和1.28 cm,与之匹配的2级加速线圈总长为2 cm,可实现冲击装置的微型化,便于在钻孔内灵活布置。(3) 冲击力使钻孔横截面围岩出现集中系数为4.0~16.7的叶状极高应力区,其延伸长度为5倍钻孔半径,区内发育张拉裂隙;叶状区之外为集中系数1.7~3.3的高应力区,发育压剪裂隙,其范围可达50倍钻孔半径,据此得到卸压钻孔间距为2.5 m。(4) 按卸压段长度,每孔内设置2个间距2 m的冲击装置,冲击力使钻孔纵截面围岩呈现针状极高应力区,相邻针状区间分布椭圆形压剪裂隙区,两者一起贯通2 m厚煤层,实现有效破煤卸压。研究成果为探索基于磁力钢锥冲击的煤层卸压技术奠定初步理论基础。

     

A logistic regression classifier for long-term probabilistic prediction of rock burst hazard

Rock burst is a complex dynamic process can lead to casualties, to failure and deformation of the supporting structures, and to damage of the equipment on site; hence, its prediction is of great importance in underground construction. We present a novel empirical method to predict rock burst based on the theory of logistic regression classifiers. An extensive database collected from the literature, which includes observations about rock burst occurrence (or not) in underground excavations in projects from all over the world, is used to train and validate the model. The proposed approach allows us to compute new class separation lines (or planes) to estimate the probability of rock burst, using different combinations of five possible input parameters—tunnel depth, H; maximum tangential stress, MTS; elastic energy index, W _et; uniaxial compressive strength of rock, UCS; uniaxial tensile strength of rock, UTS—among which it was found that the preferable model could be developed in H–W _et–UCS space. The proposed model is validated with goodness-of-fit tests and nine-fold cross-validation; results show that its predictive capability compares well with previously proposed empirical methods and confirm that, as expected, the probability of rock burst increases with excavation depth, and that both W _et and UCS have a similarly significant influence on rock burst occurrence. Finally, expressions are proposed for identification of conditions associated with several reference values of rock burst probability, which can be employed in preliminary risk analyses.     

基于岩石性质的钻进振动响应分析

岩石在钻头破岩工作时会产生振动,为了研究岩石特性对钻进过程中岩石振动的影响,提出一种基于振动的岩石特性识别方法。通过振动学理论和弹性力学知识建立岩石振动方程,利用数值模拟软件分析不同参数对岩石振动的影响。研究表明：冲击荷载下岩石产生振动,岩石特性对振动有紧密关系;岩石的密度、刚度和抗压强度对岩石的振动都有一定影响,其中岩石强度对振动的影响最为明显;岩石刚度越小,强度越小,在冲击荷载作用下,岩石振动越大。研究冲击钻进过程岩石的振动特性,对钻进参数设置以及岩性的识别有重要意义。     

基于岩爆危险性评价的川藏铁路某深埋硬岩隧道线路方案比选研究

川藏铁路穿越区域地形起伏大,区域地质构造作用强烈,隧道建设中面临的高地应力问题异常复杂,特别是深埋硬岩隧道中的岩爆灾害问题,成为制约选线、设计乃至施工建设的难题。由于隧道工程地质条件复杂,如果岩爆评价指标针对性不强,往往会造成评价结果与实际偏差较大。通过综合分析影响岩爆的关键因素,选取岩石单轴抗压强度与洞壁最大主应力比、洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比、岩石强度脆性系数、岩石弹性能指数及岩体完整性系数建立了岩爆评价指标体系。根据熵权法确定各指标权重,基于理想点的基本理论及计算规则,构建了一种岩爆危险性评价模型。通过计算各里程段与理想点的距离,对新建川藏铁路某隧道的3种线路方案进行岩爆风险评估的综合比选。研究结果表明B线路总岩爆段落占比24.9%,其中不可控岩爆段落占比13.4%,比另外两条比选方案低4%左右,综合对比B线路为最优方案。该方法可为深埋硬岩隧道地质综合选线提供必要的科学依据和技术支撑。     

岩石全应力-应变试验与岩爆理论研究

在高应力地区的地下工程中,岩爆现象日益受到重视.由于岩体自身的复杂性,岩爆的理论研究进展缓慢.用岩石刚性伺服试验机开展岩石力学试验,可得到完整的岩石全应力-应变曲线,对于揭示岩石强度、变形特征具有实际的意义,从而成为人们研究岩爆机理的一种首选方法.     

基于三维地应力测量的岩爆预测问题研究

岩爆预测中常用的动态指标切向应力σθ是与初始地应力场密切联系的。根据开阳磷矿实测三维地应力值和该矿多层岩体赋存的特点,分析了洞室围岩岩性、空间巷道、倾斜层理等因素对σθ的影响。开阳磷三维地应力测试成果表明,埋深浅的砂岩比埋深大的红页岩的垂直地应力值要大近3倍,提出了考虑测点岩性的地应力场区域应用观点和考虑巷道轴向空间性的三维地应力空间分解方法。按上述方法,通过数值模拟研究发现,考虑倾斜层理时发生岩爆的位置主要在右帮底部。这与马路坪矿现场观测的破坏结果较吻合。区域空间分解法的岩爆预测结果比线性拟合回归法更接近实际。