煤矿突水行为研究系列试验装置研发及应用

随着煤矿开采深度和强度的不断提高,矿井面临底板突水、顶板突水和构造突水等多方面的挑战,针对不同类型突水机理及灾变模式利用现场监测等手段难以进行研究,因此采用实验室物理模拟试验手段成为解决研究此类复杂问题的关键。针对该问题,山东科技大学自主研发了采动煤层底板突水相似模拟试验系统、采动顶板涌水溃砂模拟试验系统、岩石应力渗流耦合真三轴试验系统等一系列试验设备,建立了突水行为研究实验室,利用物理试验实现了对矿井突水问题的探讨。系统实现了模拟高水压和高应力作用下的底板岩体破裂演化过程,获得了底板突水致灾演化规律和内在机制;实现了对水岩耦合作用下采动顶板突水溃砂灾变特征分析,透过试验机清晰地展现了煤层开挖后上覆岩层空间形成的结构形态和水砂突涌通道的分布形态;为模拟提供了深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力,实现了全数字化的数据采集过程,获得了岩体裂隙扩展演化规律和破裂过程的声发射行为。     

深部采动底板突水模拟试验系统的研制与应用

 针对深部采动岩体“三高一扰动”地质围岩特殊问题,为研究岩体固流耦合条件下破坏演变规律、监测矿井底板突水灾变通道演变过程中的多场信息,自行研制深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统。该系统主要包括试验台系统、伺服加载系统、水压控制系统和电脑信息采集系统,最大模型铺设尺寸为1 200 mm×800 mm×    1 600 mm(长×宽×高)。试验系统中,水平压力和竖直压力由伺服加载装置实现,侧向和竖向加载单元最大荷载可达300 kN,作动器2个最大行程分别为200和400 mm,位移传感器量程达30 mm;最大水压力达1.5 MPa,由伺服稳压系统实现;水箱上出水孔处均匀安置96个光纤传感器,用以检测水压力和流量变化。该系统克服以往试验台可视度低、保压性弱、自动化程度低的问题,具有多样性、可靠性、全过程等特点,系统体积小、精度高、操作简便,适用于深部开采突水物理模拟及相关岩体固流耦合等问题。     

管内压填防砂工具在庄海8ES—L8井的应用

针对埕海地区油藏具有埋藏浅、压实程度低、胶结疏松和出砂严重的情况,依据管内压填防砂机理,利用最新研制的压裂充填防砂工具,在大斜度井庄海8ES—L8实施了管内压填防砂工艺,现场应用效果较好,提高了大斜度井的防砂成功率,拓宽了埕海油田防砂工艺。     

深井围岩固流耦合相似模拟材料力学参数多元线性回归预测分析

深井围岩固流耦合相似模拟材料饱水状态下的单轴抗压强度(Rc)和弹性模量(E)是固流耦合相似模拟试验中的重要指标,为了研究该模拟材料饱水状态下的性质,通过实验室单轴压缩和不同应力渗透系数等物理学测试,验证固流耦合相似材料与深井岩石模拟的相似性,并将实测自然状态下相似材料的Rc、E与单位体积吸水率作为操纵变量,用于统计预测饱水状态下相似材料的Rc和E,基于多元线性回归理论,建立了相似材料的Rc和E值的多元线性回归预测模型。经F检验和t检验的计算结果证明,回归模型取量得当,模拟性强。     

条带煤柱充填开采围岩充填体相互作用分析

采用相似材料模拟方法,以岱庄煤矿膏体充填开采为背景,研究了条带煤柱膏体充填开采煤柱、充填体和围岩之间存在相互作用的空间关系,并与垮落法开采作对比分析,研究结果表明:充填开采上覆岩石离层不明显,岩梁曲率变形小;充填体对煤柱提供侧向约束力,降低了煤柱所受的最大垂直应力;充填体参与支撑顶板时,形成"煤柱-充填体-煤壁"共同支护顶板的结构,该结构可以有效地控制开采沉陷。模拟研究结果与现场实测基本相吻合。     

深部开采底板裂隙扩展演化规律试验研究

 为进一步研究深部底板岩体的破裂失稳机制,基于自主研制的高水压底板突水相似模拟试验系统,建立深部承压水上含小断层底板采动裂隙演化及导水通道形成的模型,通过在底板不同深度布设应力传感器和位移监测点,研究底板和断层附近岩体随工作面开采的应力及位移变化规律,反演得到底板及断层采动裂隙的发育及扩展演化规律,为深部开采工作面突水机制的研究提供了一种新的思路。结果表明：工作面开采过程中,底板岩体的受力变化规律主要有2种：(1) 开切眼左侧煤柱底板岩体的应力增量出现先增大后减小的变化趋势;(2) 采场底板岩体的应力增量出现先增大后减小至零再反向增大的变化趋势。深部底板岩体的采动裂隙主要在开切眼、采空区中部和回采工作面3个部位产生,裂隙类型以竖向张裂隙、剪切裂隙和层向裂隙为主,且在主要裂隙附近衍生出一些细微的小裂隙。距煤层较近的断层上、下盘岩体受到的应力差较大,断层上盘在强剪应力差的作用下形成了一条与断层走向平行的剪切裂隙,加快了断裂面破碎岩体的相对滑动程度,促进了断层的活化。     

基于硬调整孪生网络和代价敏感模型的恒星/星系识别

恒星星系的精准识别是开展很多天文海量数据分析和处理任务的基础.受环境因素影响,采集到的暗星体观测数据使得恒星和星系差异不明显,而且暗星体数据量较小,给分类带来困难,所以在恒星/星系识别任务中准确地识别暗星体成为近年来研究的重点.提出一种用于极暗星体识别的硬调整孪生网络模型,解决了小样本问题和困难样本挖掘问题,将极暗星体的识别效果较目前最好结果提升了8百分点左右;同时提出用于暗星体和亮星体识别的代价敏感模型,解决了数据量充足条件下的困难样本挖掘问题,暗星体和亮星体的识别效果较目前最好结果分别提升了1百分点和0.1百分点.     

固流耦合相似模拟材料研制及深部突水模拟试验

模拟深部开采底板岩层的裂隙演化特征是深入探讨煤层开采底板突水规律和演化机制研究的关键,为开展深部开采高水压底板突水通道形成的模型试验,基于固流耦合相似理论,以固体材料研究为基础,研制了新型的适用于深井条件下的相似材料,提出适应该材料渗透系数的测量方法,得到不同配比对材料力学性质的影响规律,将该材料应用于底板突水模拟试验,揭示相似材料的破坏特征和深部底板突水通道的演化特征,即受采动影响开切眼处裂隙发育迅速而且程度较高,解释了此处突水概率大易发生突水危险,对解决实际工程问题具有一定的指导意义。     

深部开采底板突水灾变模式及试验应用

深部采场高地应力、高岩溶水压和强开采扰动条件使得底板突水相比浅部采场形成特定构造、水-岩-应力及采掘工程相互作用影响下的复杂岩体水力学问题。基于不同地质构造受采动影响特征及其诱发煤层底板突水机理,将深部开采底板突水灾变模式划分为完整底板裂隙扩展型、原生通道导通型和隐伏构造滑剪型3种类型,并分析了对应的突水判据。研究认为完整底板裂隙扩展型归结于承压水影响下裂隙扩张造成彼此贯通引发承压水导升高度大于有效隔水层厚度,原生通道导通型归结于构造活化引发局部位移扩展与保护煤柱底板压缩区连通裂隙发生沟通,隐伏构造滑剪型归结于构造上方断面岩层失稳发生剪切破坏造成承压水以最短距离涌入采空区。利用深部采动高水压底板突水相似模拟试验系统探寻了3种突水灾变模式下突水通道的时空演变过程,验证了突水判据的准确性。