基于离散元法的岩石细观能量转化特征及影响因素分析

为揭示荷载作用下岩石细观能量转化特征及查明其影响因素,基于离散元PFC2D软件建立砂岩数学计算模型,通过试错法匹配试验应力—应变曲线标定细观力学参数,对不同围压、加载速率和颗粒直径下砂岩受压试验进行离散元研究。分析砂岩变形破坏全过程细观能量演化及转化特征,探讨细观能量转化机制及细观能量转化影响因素。研究结果表明:细观线应变能和黏结应变能在峰值应力前随变形增大而增大,峰值应力后释放并逐渐平缓发展;摩擦耗散能随变形增大而增大,阻尼耗散能演化趋势与宏观贯通裂纹形成相关;以耗散能转化率为例,能量转化经历了4个阶段,与裂纹发展趋势一致,且其极小值对应岩石损伤应力;损伤应力后,围压、加载速率的增大降低耗散能转化及其增长速率,颗粒直径的增大仅降低耗散能转化率,不影响其增长速率。     

基于COMSOL的顺层抽采钻孔漏气通及带压封孔技术研究

回顾了封孔效果影响因素,基于流-固耦合作用下顺层钻孔漏气通道模型,研究了钻孔周围应力及主动支护封孔技术效果,结果表明：钻孔钻进经历巷道前方“三带”,应力集中带内煤体裂隙发育|随着距钻孔壁距离的增加,钻孔施工的二次扰动作用逐渐减小,钻孔卸压松动圈与巷道卸压松动圈叠加效应出现在孔周局部范围内,并共同形成钻孔漏气主要通道|无支护力作用下,抽采负压与巷道大气压在短时间内,很容易通过钻孔卸压松动圈裂隙与巷道壁的卸压裂隙连通,形成漏气通道|支护力作用下,加固了孔周煤体,愈合卸压裂隙,减小漏气通道,加大了有效抽采时间,且随着支护力的增大,这种效果更明显。进一步试验了主动支护封孔技术,与原有普通囊袋式封孔相比,主动支护封孔单孔日平均抽采浓度提高近3倍,单孔日平均抽采纯量提高近1.6倍,主动支护封孔效果好,理论分析结果得到验证。     

基于残余瓦斯含量的顺层钻孔抽采有效半径阶梯式测定法

为确定瓦斯抽采合理钻孔间距,有效减少或消除抽采空白带,基于瓦斯抽采相关标准与行业规范,以突出煤层采煤工作面瓦斯含量临界值、采煤工作面回采前煤体可解吸瓦斯含量、采煤工作面瓦斯抽采率和预抽率作为抽采达标的4项基本指标,根据4项基本指标计算得出残余瓦斯含量最小值,将其作为考察指标,对顺层钻孔瓦斯抽采有效半径测定方法进行探索,提出阶梯式测定法.使用该测定法对山西霍尔辛赫煤业有限责任公司3号煤层瓦斯抽采有效半径进行现场测试,同时基于含瓦斯煤的流固耦合动态模型对测试结果进行数值模拟验证.结果表明:阶梯式测定法现场测试结果与数值模拟结果基本吻合,在该矿合理预抽期内,抽采有效半径为1.52 m,合理钻孔间距为2.50 m.研究结果对于完善瓦斯抽采有效半径测定方法、确保瓦斯抽采达标具有参考作用.     

基于SSA-LSTM的瓦斯浓度预测模型

为了更好地捕捉瓦斯浓度的时变规律及有效信息,实现对采煤工作面瓦斯浓度的精准预测,采用麻雀搜索算法（SSA）优化长短期记忆(LSTM)网络,提出了一种基于SSA-LSTM的瓦斯浓度预测模型。采用均值替换法对原始瓦斯浓度时序数据中的缺失数据及异常数据进行处理,再进行归一化和小波阈值降噪;对比测试了SSA与灰狼优化(GWO)算法、粒子群优化（PSO）算法的性能差异,验证了SSA在寻优精度、收敛速度和适应能力等方面的优势;利用SSA的自适应性依次对LSTM的学习率、隐藏层节点个数、正则化参数等超参数进行寻优,以此来提高全局寻优能力,避免预测模型陷入局部最优;将得到的最佳超参数组合代入LSTM网络模型中,输出预测结果。将SSA-LSTM与LSTM、GWO-LSTM、PSO-LSTM瓦斯浓度预测模型进行比较,实验结果表明：基于SSA-LSTM的瓦斯浓度预测模型的均方根误差（RMSE）较LSTM,PSO-LSTM,GWO-LSTM分别减少了77.8%,58.9%,69.7%;平均绝对误差（MAE）分别减少了83.9%,37.8%,70%,采用SSA优化的LSTM预测模型相较于传统LSTM模型具有更高...     

煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的淋溶特征研究

以大同煤矿集团忻州窑矿煤矸石为研究对象,采用动态淋溶装置模拟煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下的迁移,利用化学检测手段对淋溶前后煤矸石中所含多环芳烃进行定量分析,从而找到煤矸石充填重构土壤后多环芳烃的迁移特征。研究表明,煤矸石中所含多环芳烃在雨水淋溶作用下随着埋藏时间和覆土深度的增加逐渐全部迁移到周围土壤中,其迁移数量为中分子量物质小分子量物质高分子量物质,埋藏时间较覆土深度对多环芳烃的迁移影响更占优,在覆土4a埋藏50cm时,模拟结果与实际结果最大相对误差8.8%,说明该动态淋溶模拟装置的可靠性较高。     

顺层钻孔分段复合水力化增透技术应用研究

水力化增透技术是低渗煤层瓦斯强化抽采的重要手段,在分析水力割缝技术高压水喷射作用及水力压裂技术高压水压入作用特点的基础上,以增大钻孔卸压范围、联通孔周裂隙网络、提高瓦斯抽采效果为目的,提出顺层钻孔分段复合水力化增透技术,并在霍尔辛赫煤矿进行了现场试验。结果表明:在实施顺层钻孔分段复合水力化增透技术后,钻孔孔径提高3～4倍,卸压范围显著增大;单孔日抽采瓦斯纯量较对比钻孔提升幅度明显,抽采初期提高3～4倍;单孔抽采出现大幅度衰减迹象由10d提高到20d,抽采30d单孔累积抽量提高4～6倍;抽采30d单孔瓦斯抽采率提高3～5倍,增大了钻孔抽采有效控制范围。     

一维卷积神经网络特征提取下微震能级时序预测

微震能级随时间发生变化,高能级微震事件与冲击地压有良好的对应关系,为预测矿山微震能量时序变化,基于一维卷积神经网络（Convolutional neural networks,CNN）,建立微震能级时间序列预测模型;通过模型训练,实现以前十次微震事件的能量级别作为输入来预测下一次微震事件的能量级别。由于微震样本数据类间不平衡问题,导致模型测试时将106能量级别的微震事件全部判断为105能量级别的微震事件,为进一步提高模型对106能级微震事件预测的准确率,对模型进行改进并使用混合采样方法训练改进后的模型;利用砚北煤矿250202工作面微震能级实测部分数据,改进后模型的总体测试正确率达到98.4%,其中106能量级别的微震事件测试正确率提升到99%。将模型应用于砚北煤矿250202工作面进行微震能级时序预测,模型的预测正确率整体达到93.5%,且对高能级微震事件的预测正确率接近100%。      

厚煤层采场覆岩裂隙发育规律及高位钻孔参数优化研究

为了改善某矿现有高位钻孔瓦斯流量大、浓度小的情况,采用关键层理论和数值模拟相结合的方法,对该矿3207工作面覆岩"竖三带"进行了研究。研究表明:上覆岩层冒落带最高达15 m,裂隙带通过主关键层在整个基岩层发育,高位钻孔合理位置应在第二亚关键层之上。     

顺层钻孔抽采有效半径影响因素及测定方法研究

基于顺层钻孔抽采瓦斯气-固耦合模型,从煤层赋存参数、抽采参数两个方面分析有效半径影响因素,表明:初始渗透率对有效半径影响最大;其次是初始瓦斯压力,与有效半径成反比关系;抽采时间在很大程度上控制着有效半径,有效半径的测定应与抽时间建立关系。提出以抽采残余瓦斯含量为考察指标的有效半径测定方法,建立有效半径与抽采时间的关系,进而结合具体矿井采-掘-抽接替计划确定有效半径,测定更为普遍适用,该方法在霍尔辛赫煤矿得到了验证。     

大同煤田双系开采强矿压与地质动力环境关系研究

矿井动力灾害是在区域地质构造运动和开采扰动的共同作用下,局部煤岩体力学系统发生的剧烈动力破坏现象。本文从地质动力环境的角度对大同煤田双系开采条件下区域地质构造活动特征、构造应力场分布、天然地震与矿井强矿压之间的关系进行了分析。研究表明：活动地块边界及其活动断裂是强矿压孕育的动力学条件,区域地质动力环境为强矿压发生提供能量基础;大同煤田的构造作用以NW—NNW向的近水平压应力为主,侏罗系煤层水平地应力介于11.3～20.4 MPa,石炭系煤层地应力介于14.6～34.1 MPa,口泉断裂NW伸展的正断型应力场控制着矿区“双系两硬”煤层开采的动力灾害;大同煤田东北部地震活动频繁,与复杂的地质构造正相关,且最近10年呈上升趋势;大同煤田区域1983—2022年间应变释放率ε=5.8×10⁵J^1/2/a,相当于每年释放0.41次5级地震;区域应变能现今仍处于积累阶段,其应变值波动式增加。预测数年内地震活动性会明显增强,地质动力环境趋于活跃,矿井动力灾害将逐渐增加。