基于LP与小波包的复杂机电系统监测序列混沌降噪方法

针对流程工业生产系统监测数据存在强噪声和混沌性的特点,提出了一种局部投影方法(Local Projection Method)与小波包方法相结合的信号降噪方法。该方法先利用局部投影方法从动力学系统嵌入流形的角度进行多次迭代降噪,并根据关联维数来判定迭代终止;再利用小波包方法从频率的角度进行降噪,抑制高频噪声的干扰,取得了较好的降噪效果。用Lorenz时间序列进行仿真验证,对仿真时间序列加入不同程度的噪声,对比分析小波包、局部投影与该方法降噪后的相空间、SNR值和最大Lyapunov指数,证明了该方法对于中高强度噪声具有更好的降噪效果。并将该方法用于某压缩机组的实际监测数据降噪,评估三种方法的降噪效果,进一步验证了该方法的优越性。     

煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。     

特厚冲击煤层综放开采临空巷防冲优化设计

针对特厚冲击煤层综放开采大煤柱临空巷侧多次发生冲击的工程难题,采用理论分析、现场监测及现场试验等手段研究了屡次冲击的机制,并在主控力源基础上针对性优化了防冲措施,最终利用微震和矿压监测对优化前后的解危效果进行了对比分析,结果表明在优化了措施后105J能级微震事件减少了72.3%,冲击显现事件减少了62.5%,周期来压强度降低,冲击频次和强度也大幅降低,有力保障了宽煤柱临空工作面的安全开采。     

基于DCCA-NSEn的系统耦合网络建模与评估

针对流程工业生产系统监测点多,各监测点间具有相关性的特点,提出了一种基于去趋势交叉分析-网络结构熵(detrended cross-correlation analysis-net structure entropy,简称DCCA-NSEn)的复杂机电系统多变量耦合网络建模与状态评估的方法。该方法利用DCCA算法计算多变量两两之间的相关性,构建反映多变量耦合关系的加权网络模型,对监测序列进行滑移求解,得到系统耦合关系网络动态演化模型。利用NSEn方法分析耦合关系网络的结构熵,根据熵随时间的变化趋势对复杂机电系统的服役演化状态进行评估。笔者选取某压缩机组的真实生产数据进行DCCA-NSEn方法验证,然后用耦合去趋势波动分析(coupling detrended fluctuation analysis,简称CDFA)方法对同一组生产数据进行多变量分析,对两方法的分析结果进行对比。结果表明:与DCCA方法相比,本方法具有多变量同时监测评估的优势;与同样是多变量分析的CDFA方法相比,本方法具有评估效果稳定,对系统的异常状态检测效果更明显的优势。     

回采速度对坚硬顶板运动释放能量的影响机制

坚硬顶板破断释放的弹性能是冲击矿压的主要能量源之一,针对回采速度对坚硬顶板破断释放能量的影响机制,运用理论分析结合现场监测手段,对垮落带内的顶板悬臂梁结构,建立了基于弹性地基假设的三角增压载荷悬臂梁模型,推导得到回采速度控制下顶板梁的下沉量、弯矩及弯曲弹性能密度的解析解。对距煤层较近的低位未触矸破断式砌体梁结构,建立回采速度影响下的回转角与破断步距及破断释放能量的解析式,并进行讨论得到结论:加快回采速度使顶板悬臂梁的悬臂长度L和峰值应力集中系数a增加,使峰值距煤壁位置x0减小,3者均能造成顶板弯曲变形能增大,释放弹性能增加,且悬臂长度L和应力集中系数a影响效果更为明显;高速回采造成采空区充填程度低,促使关键块B的回转角增大,造成关键块A的破断步距增大,破断释放的能量也大幅增加,甚至促使原本为低位未触矸破断的砌体梁结构变为高位悬臂梁结构,其破断释放的弹性能更大,大能量矿震产生的动载易叠加高静载煤体诱发冲击,同时使超前段顶煤支护失效,造成冒顶事故;通过对关键层及围岩结构的判别,证实了两种坚硬顶板的破断模式,且微震监测表明坚硬顶板破断释放大能量矿震与回采速度有明显的正相关性,并得到坚硬顶板条件大采高工作面临界回采速度为4 m/d,科学指导了胡家河矿的开采强度优化。     

西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征

受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论,构建了2种水量损失模式动力系统模型,建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系,求解了水量损失动力系统模型参数,确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟,计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果表明:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程,决定了工作面采动顶板水量损失模式; 2种水量损失模式相比,复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度,改变了水量损失方式和时机,但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动,水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果,揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为"保水采煤"理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。     

软土地区深基坑优化设计及分区拆换撑技术

软土地区的深基坑工程往往设计和施工难度大、造价高且工程事故常有发生。因此,在进行此类深基坑工程设计时方案常偏于保守,从而大大增加了成本,延长了工期。以湛江市某深基坑工程为背景,通过设计方案比选,详细介绍了基坑优化设计的整个过程,并针对优化方案中拆换撑时支护桩悬臂段较长的问题,采取了斜向换撑及分区拆撑的技术措施。工程实施效果表明:基坑开挖和后续拆换撑过程中支护结构及周边环境的变形均满足规范要求,基坑整体稳定性较好;本方案显著节约了工程造价,加快了施工进度,具有明显的优越性,可为同类型深基坑的设计和施工提供参考。     

综放大煤柱临空侧巷道密集区冲击地压机制研究

冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层;根据采动矿压监测的顶板破断动载特征,利用理论和数值模拟揭示破断动载叠加多因素静载后临空侧巷道应力和能量的激增机制,得出结论:侧向覆岩结构传递的增压载荷导致侧向煤柱区域应力、能量基础值大幅提升,多因素累积叠加后易诱发冲击;坚硬顶板破断动载与多因素静载叠加后,超前距20～40 m内回风巷帮部垂直应力峰值陡升至56～63 MPa,相比纯静载提高约23％,弹性能密度峰值激增至3.0～3.5 MJ/m3,相比纯静载提高约40％,动载对能量的增益作用大于应力;动静载叠加后超前距0～40 m范围内回风巷帮部冲击驱动区发生了卸荷释能,证明帮部煤岩体发生冲击破坏,与实际现场相符.基于冲击机制,提出并论证了针对动静载荷的优化防治措施,为相似工程防冲难题提供借鉴.     

紧邻地铁侧方深基坑支护设计及变形控制

地铁沿线高强度、高密度的物业开发,必然会产生大量的深基坑工程,邻近地铁侧方深基坑开挖便是其中最常见的一种外部作业形式;此类深基坑工程必须采取安全可靠的支护方案来保证基坑和地铁结构的安全。以广州地铁侧方典型深基坑工程为例,介绍了内撑式和双排桩两种常用支护体系的特点及其工程应用情况,并通过地铁位移监测、基坑变形监测分析,探讨了基于地铁保护的深基坑支护设计及变形控制,所举实例的变形监测结果均可满足控制要求,表明合理的支护设计和土方开挖方案能有效控制侧方地铁隧道的变形,可为今后类似工程的设计和施工提供参考和积累经验。