基于微震监测关键层破断诱发冲击地压的物理相似材料模拟实验研究 被引量：49

1

作者 崔峰 杨彦斌 +1 位作者 来兴平 曹建涛 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期803-814,共12页

为研究冲击倾向性顶板破断及其能量释放规律,采用物理模拟材料模拟实验,结合微震监测仪器、压力传感器,研究实体煤和采空区下回采工作面微震事件的分布特征及其与矿压分布规律之间的关系,分析矿压对煤岩体能量积聚与释放的影响,揭示关... 为研究冲击倾向性顶板破断及其能量释放规律,采用物理模拟材料模拟实验,结合微震监测仪器、压力传感器,研究实体煤和采空区下回采工作面微震事件的分布特征及其与矿压分布规律之间的关系,分析矿压对煤岩体能量积聚与释放的影响,揭示关键层破断诱冲机制。研究表明:实体煤下微震事件主要发生在工作面前方顶板岩层中,微震事件能量释放值高于采空区下;采空区下微震事件主要发生在工作面后方顶板岩层中,微震事件发生的频次高于实体煤下回采。依据相似定理推导了能量相似比公式,定义物理相似材料模型中覆岩垮落发生大事件的能量值为333.33 J,发现大事件多发生在应力增高区"倒梯形"结构附近。随着工作面距离开切巷距离的缩短,微震事件能量积聚与释放周期随之减小。关键层破断诱发冲击地压时,主关键层积聚弹性能为冲击地压显现提供能量,冲击地压显现的位置一般处在受采动影响的应力增高区。为此,提出控制源头、降低应力集中、降低应力传导效率的控制策略,工程实践效果监测表明工作面顶板得到了有效控制,保障了安全生产。 展开更多

关键词 采矿工程 冲击地压 相似模拟 关键层 微震 大能量事件

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近距离强冲击倾向性煤层上行开采覆岩结构演化特征及其稳定性研究 被引量：36

2

作者 崔峰 贾冲 +1 位作者 来兴平 陈建强 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期507-521,共15页

针对近距离强冲击倾向性煤层上行复采覆岩结构演化特征与稳定性问题,以宽沟煤矿B4-1强冲击倾向性煤层复采为背景,建立强冲击倾向性煤层上部倒梯形覆岩结构与冲击发生临界位置的关键层结构力学模型,提出煤柱最小安全距离的分析方法。采... 针对近距离强冲击倾向性煤层上行复采覆岩结构演化特征与稳定性问题,以宽沟煤矿B4-1强冲击倾向性煤层复采为背景,建立强冲击倾向性煤层上部倒梯形覆岩结构与冲击发生临界位置的关键层结构力学模型,提出煤柱最小安全距离的分析方法。采用物理材料相似模拟与数值模拟相结合的方法,运用压力传感器与SOS微震监测系统,对覆岩结构演化、矿压显现以及震源分布特征展开分析,利用覆岩结构的稳定性分析对冲击危险性进行评估。结果表明:B4-1强冲击倾向性煤层上行复采过程中,上部覆岩呈现以关键层为分界的"双倒梯形体"结构与关键层上部岩层集中垮断后的"单倒梯形体"结构动态式演变过程;余煤尺寸较小时上部倒梯形覆岩结构震源集中、能量大,采空区活化区域震源分散、能量小。提出了余煤复采中倒梯形覆岩结构稳定性分析的冲击地压危险性指数I_m、冲击临界位置关键层受力分析的冲击地压危险性指数I_n,定量化分析冲击危险性指数变化趋势,将B4-1煤层复采划分为覆岩相对稳定区、周期性明显破坏区、冲击危险区域3部分。数值模拟分析底板应力验证了双峰值应力叠加效应的准确性。采用三种方法综合分析得到了为确保近距离强冲击倾向性B4-1煤层上行开采的煤柱剩余尺寸为39.2m。研究结果为近距离强冲击倾向性煤层上行开采覆岩结构稳定性研究提供了科学指导。 展开更多

关键词 采矿工程 动力灾害 重复采动 覆岩结构 稳定性分析 微震监测

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含水承载煤岩损伤演化过程能量释放规律及关键孕灾声发射信号拾取 被引量：27

3

作者 来兴平 张帅 +3 位作者 崔峰 王泽阳 许慧聪 方贤威 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期433-444,共12页

不同含水状态对煤岩样损伤演化过程有重要的影响,为了研究不同含水状态煤岩样单轴压缩全过程煤岩样损伤演化过程能量释放规律,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信号,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害... 不同含水状态对煤岩样损伤演化过程有重要的影响,为了研究不同含水状态煤岩样单轴压缩全过程煤岩样损伤演化过程能量释放规律,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信号,以指导声发射技术在岩体工程监测和灾害预警中的应用。利用岩石力学试验系统和全信息声发射信息分析仪,开展不同含水状态煤岩样的单轴压缩试验,主要对不同含水状态下煤岩样的力学特性、能量释放规律、破坏模式以及关键部位孕灾声发射信号进行拾取。试验结果表明,不同含水状态煤岩样力学性质各不相同,含水率的增大能有效弱化煤岩样强度。不同含水状态煤岩样能量释放规律各不相同,水在软化煤岩基质的同时,也对弹性应变能进行大量吸收,进一步导致含水煤岩受载屈服阶段弹性应变能占比增大,耗散应变能迅速降低,对应蓄能期(声发射平静期),待其孔隙水压力增大到对裂隙进行了扩展与贯通,即试样马上进入破坏阶段。不同含水状态下煤岩样单轴压缩破坏模式均为剪切形式,且含水率增大,剪切裂纹趋于复杂。同时验证了基于能量贡献率和振铃计数贡献率计算准则的声发射信号拾取方法可行,并与其他常规声发射参数形成对应关系,可为具体分析前兆特征分析和灾变预警提供参考。 展开更多

关键词 采矿工程 含水状态 力学性质 损伤演化 声发射特性 孕灾信号

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缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动下覆岩两带发育规律研究 被引量：25

4

作者 崔峰 贾冲 +2 位作者 来兴平 曹建涛 单鹏飞 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期514-524,共11页

针对缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动影响下覆岩裂隙发育规律,采用物理相似材料模拟实验,运用钻孔电视、微震监测系统与离散元软件相结合的分析方法,研究了该条件下覆岩裂隙的分布特征与两带发育规律。结果表明:钻孔电视所测覆岩... 针对缓倾斜冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动影响下覆岩裂隙发育规律,采用物理相似材料模拟实验,运用钻孔电视、微震监测系统与离散元软件相结合的分析方法,研究了该条件下覆岩裂隙的分布特征与两带发育规律。结果表明:钻孔电视所测覆岩裂隙数量基本随深度呈递增趋势,在宽沟煤矿冲击倾向性顶板特厚煤层重复采动后,物理模型覆岩主要受到北偏西23°方向的采动应力场作用,使裂隙主要集中在292°~22°与112°~220°区域内;钻孔监测B4-1煤层回采后,垮落带、裂隙带高度约为煤厚的3.7倍、16倍,冲击倾向性顶板B2特厚煤层重复采动后,垮落带、裂隙带高度约为已采煤层累积厚度的4.7倍、10.2倍;微震监测结果验证了钻孔监测与离散元分析结果的准确性,3种分析方法表明裂隙带经验公式之二的计算结果基本符合冲击倾向性顶板在重复采动下的高度,因冲击倾向性顶板裂隙扩展明显,在运用此公式估计冲击倾向性顶板重复采动下的裂隙带高度时应将计算值提高8.6%以保证保水开采的顺利进行,该研究结果为冲击倾向性顶板重复采动下保水开采问题的解决提供了科学指导。 展开更多

关键词 缓倾斜煤层 重复扰动 综放开采 两带分布规律

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厚松散层下三软煤层开采覆岩导水裂隙发育规律 被引量：24

5

作者 来兴平 张旭东 +3 位作者 单鹏飞 崔峰 刘伯伟 白瑞 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1739-1750,共12页

为掌握厚松散层下三软煤层开采覆岩运移及导水裂隙发育规律,以澄合矿区为背景,采用物理相似材料模拟实验,综合运用全站仪监测、高清钻孔电视监测、3DEC离散元数值模拟软件以及SPSS专业统计分析软件相结合的研究方法,同时引入开采损害理... 为掌握厚松散层下三软煤层开采覆岩运移及导水裂隙发育规律,以澄合矿区为背景,采用物理相似材料模拟实验,综合运用全站仪监测、高清钻孔电视监测、3DEC离散元数值模拟软件以及SPSS专业统计分析软件相结合的研究方法,同时引入开采损害理论,研究该条件下覆岩运移规律、裂隙发育演化及导水裂隙带分布特征。结果表明:覆岩运移呈现非对称性,最大下沉值处于采空区中央偏开切眼侧,松散层运移范围大于基岩顶部岩层,整体呈现出"类双曲线"状。理论公式推导得出基岩破断角较小,为56°~58°。垮落带高度13.75 m,垮采比3.06,导水裂隙带高度75m,裂采比16.67;裂隙发育数量自地表而下逐渐增多且在导水裂隙带区域突然增多,裂隙发育主要受到北偏东33°方向上采动应力场控制,导水裂隙带发育演化呈现出"缓慢发育→逐级渐进升高→大幅突然升高→周期小幅升高→稳定发育"五个阶段;通过3DEC数值模拟得出,导水裂隙带高度与松散层厚度成指数函数关系,与采高成线性关系,与埋深和工作面斜长成对数函数关系。运用SPSS专业统计分析软件,基于多元非线性回归理论拟合出导水裂隙带高度预测经验公式。通过对比计算结果,验证了回归经验方程在预测导水裂隙带高度时的合理性;由于K5砂岩含水层单位涌水量较大且距煤层较近,对工作面开采过程中覆岩裂隙导水影响较大,为避免煤层的开采受到覆岩K5砂岩含水层的影响,根据所得预测经验公式,煤层的最大采高应不超过3.8 m。该研究对相似地质条件下煤矿保水开采等具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 采矿工程 厚松散层 三软煤层 非对称性 导水裂隙发育 多元非线性回归

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短壁块段式充填采煤覆岩导水裂隙发育机理及控制研究 被引量：20

6

作者 张云 曹胜根 +2 位作者 来兴平 赵长政 都书禹 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期1086-1092,共7页

针对矿区开采遗留的"三下"压煤、边角煤柱、工广煤柱以及不规则块段等煤炭资源的回收问题,同时为解决矸石堆积危害和煤炭开采造成的水资源流失,提出采用短壁块段式充填采煤技术回收该资源。为了准确地计算短壁块段式充填开采... 针对矿区开采遗留的"三下"压煤、边角煤柱、工广煤柱以及不规则块段等煤炭资源的回收问题,同时为解决矸石堆积危害和煤炭开采造成的水资源流失,提出采用短壁块段式充填采煤技术回收该资源。为了准确地计算短壁块段式充填开采造成的导水裂隙带发育高度,在分析块段式充填开采工艺特点和上覆岩层移动特征的基础上,采用弹性地基梁理论,建立了一种计算块段式充填采场覆岩导水裂隙带高度的力学分析模型。以现场实验区域为例,研究得到实验工作面导水裂隙带高度不发育至含水层的最小煤宽度柱和采空区充实率分别为5 m和65%;鉴于此,现场设计保护煤柱宽度为5 m,充实率为80%。 展开更多

关键词 水资源保护 短壁块段式充填采煤 导水裂隙带高度 弹性地基梁

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急倾斜煤层开采覆岩联动致灾特征分析 被引量：19

7

作者 来兴平 代晶晶 李超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期122-130,共9页

针对乌鲁木齐矿区急倾斜煤层采空区顶板冲击失稳诱发动力灾害问题,根据乌东煤矿地质条件进行灾害成因分析,建立急倾斜煤层覆岩结构力学模型,结合顶板岩梁能量分布特征,明确致灾源头,提出防控措施;鉴于此,设计覆岩联动致灾物理相似模拟试... 针对乌鲁木齐矿区急倾斜煤层采空区顶板冲击失稳诱发动力灾害问题,根据乌东煤矿地质条件进行灾害成因分析,建立急倾斜煤层覆岩结构力学模型,结合顶板岩梁能量分布特征,明确致灾源头,提出防控措施;鉴于此,设计覆岩联动致灾物理相似模拟试验,采用红外热像与岩石破裂声发射(Acoustic Emission,AE)综合监测手段分析覆岩联动致灾阶段性“声-热”演化规律,结合3DEC离散元数值计算,确定灾源时空信息,指导动力灾害防控。研究结果表明:急倾斜煤层开采顶板岩梁与覆岩应力拱形成的“拱-梁”结构具有空间结构关联特征,该结构在高阶段水平分段短壁综放开采条件下失稳诱发动力灾害,将顶板岩梁按能量等级划分为本水平梁端起裂区、中部离层演生区和上水平拱脚高能区3个区域,其中上水平拱脚高能区为重点致灾区域;同时,在急倾斜煤层开采过程中覆岩结构动态破裂具有阶段性“声-热”演化规律,结合三区内热值异化程度与AE能率演化特征,将顶板破断周期划分为低水平发展、震前平静、加速活跃和松弛阶段,其中加速活跃阶段为灾害孕育期;基于研究结果制定了采空区顶板预裂爆破切顶解危措施,经全景智能钻孔窥视监测,致裂效果明显,灾害得到有效控制,为急倾斜煤层开采动力灾害防控提供借鉴。 展开更多

关键词 急倾斜煤层 动力灾害 覆岩结构 红外热像 “声-热”演化特征

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采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征 被引量：17

8

作者 来兴平 刘小明 +3 位作者 单鹏飞 张帅 方贤威 胥海东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期777-785,共9页

高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异... 高应力强卸荷下煤岩动力破坏现象频发,明确煤岩破裂前兆信息是保障深部煤炭安全开采的重要内容。为定量研究采动裂隙煤岩破裂过程热红外辐射异化特征,采用实验手段分析受载下裂隙煤岩体损伤直至破裂过程热红外辐射温度时域演化规律与异常区域迁移特征,对比分析预制结构面对红外辐射异化特征的影响,揭示热红外辐射温度场与声发射耗散能量间的关系。结果表明:裂隙煤岩破裂过程热红外辐射温度时域演化规律划分为Tave的平静、小幅波动、快速增加和快速降低4个阶段。Tave极值出现在0.77σp,可作为煤岩临近破裂的前兆特征;热红外辐射异常区域的迁移特征可作为煤岩破裂的重要前兆现象,σ≥0.30σp开始出现大面积整体性升温,σ≥0.77σp温度仍保持整体性增加,但温度最大值开始降低,σ≥σp以热红外辐射低温异常区域为主;预制结构面的存在对裂隙煤岩的力学响应特征起到决定性作用,且平行结构面造成的强度劣化最为显著,对岩石工程的安全影响最大。裂隙煤岩破裂红外辐射异常区域集于制结构面附近,红外辐射温度异常区域迁移与声发射能量突变基本保持一致。 展开更多

关键词 岩石力学 裂隙煤岩 受载破裂 红外辐射 动力灾害

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基于加卸载响应比的冲击地压矿井急倾斜巨厚煤层推进速度研究 被引量：15

9

作者 崔峰 贾冲 +3 位作者 来兴平 陈建强 张随林 何仕凤 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期745-761,共17页

工作面推进速度过快易诱发冲击地压等动力灾害,探讨合理的工作面推进速度已成为冲击地压矿井安全高效开采亟待解决的关键。采用数值模拟、岩石力学试验和现场微震监测等方法,通过研究急倾斜巨厚煤层推进速度影响下工作面前方煤体经历的... 工作面推进速度过快易诱发冲击地压等动力灾害,探讨合理的工作面推进速度已成为冲击地压矿井安全高效开采亟待解决的关键。采用数值模拟、岩石力学试验和现场微震监测等方法,通过研究急倾斜巨厚煤层推进速度影响下工作面前方煤体经历的采动应力路径,分析推进速度采动应力路径下的煤样力学行为特征。完成了采动应力路径下煤样加卸载响应比的变化规律研究与急倾斜巨厚煤层工作面推进速度的合理确定,开展了现场工程实践验证。研究结果表明:急倾斜巨厚煤层工作面推进速度增加使得采动应力峰值增大,同时其采动应力路径的循环加卸载幅度增加,循环次数减小,主要影响区域范围增加,而作用时间减小。不同推进速度应力路径下的煤样强度呈非线性递增趋势,且其递增幅度逐渐增加,煤样破坏程度、声发射累计计数及能量均随应力路径所处推进速度的增加而增大。类比冲击矿压评价指标得到6.4 m/d应力路径下的煤样可视为冲击煤样,同时引入加卸载响应比,提出了基于采动加卸载响应比的冲击地压矿井工作面推进速度合理确定方法,形成了不同推进速度采动应力路径影响的加卸载响应比评价指标,确定了满足+425 m水平工作面的安全高效开采推进速度。现场微震实测结果验证了基于采动加卸载响应比确定工作面推进速度的有效性。 展开更多

关键词 推进速度 急倾斜巨厚煤层 冲击地压 加卸载效应 响应比

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产教融合驱动双碳背景下高质量人才培养路径探索与实践——以西安科技大学为例 被引量：15

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作者 来兴平 张云 +5 位作者 李超 曹建涛 单鹏飞 崔峰 张楠 杨森 《技术与创新管理》 2022年第2期135-140,共6页

基于“双碳”高质量人才目标,溯源产教融合过程特点,从高质量人才特征、培养过程、实践效果等方面,综合剖析了双碳背景下的高质量人才培养思路与实践效果。梳理发现,产教融合过程中必须聚焦稳健性、微调性、震荡性、跃迁性4个典型动力... 基于“双碳”高质量人才目标,溯源产教融合过程特点,从高质量人才特征、培养过程、实践效果等方面,综合剖析了双碳背景下的高质量人才培养思路与实践效果。梳理发现,产教融合过程中必须聚焦稳健性、微调性、震荡性、跃迁性4个典型动力学特点。基于产教融合,通过突出立德树人、需求导向、专业调整,形成“双碳”元知识体系,构筑契合“双碳”目标实现亟需的高质量人才培养模式。创新应用系列卓有成效的措施,大幅提高了高质量人才学术水平。通过对接国家重大战略和行业产业创新发展需求,以问题为导向,强化校企校地产学研深度合作,实习实训等项目实现科教融合,增强实践能力,赋能高质量,为产教融合驱动双碳高质量人才培养现实路径提供了有益借鉴。 展开更多

关键词 双碳目标 高质量人才 元知识体系 产教融合 应用实践

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基于改进Faster R-CNN的综放煤矸混合放出状态识别方法 被引量：14

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作者 单鹏飞 孙浩强 +3 位作者 来兴平 朱兴攀 杨建辉 高健铭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1382-1394,共13页

放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放... 放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放出状态分析识别方法。该方法以综放开采工作面煤矸石下落状态为背景,将注意力机制算法(CBAM)融入ResNet50特征提取网络,研究了注意力机制融合于ResNet50主干特征提取网络的融合优化方法,确定了以煤矸石下落状态检测为目标的最佳融合位置,增加了提取煤与矸石权重信息的能力,使得特征提取过程重点关注煤矸运动状态参量;构建了粉尘环境下综放开采煤矸混合放出状态试验平台,对高速摄像机所采集的煤矸原始运动图像进行暗通道去雾与模糊集增强预处理操作,分析识别不同工况下静态图像,定量研究了模型权重优化以及粉尘环境预处理对煤矸混合放出状态识别的影响。研究结果表明:基于CBAM Faster R-CNN模型的预处理图像识别精确率较原始图像提升了8.84%,召回率提升了6.68%;模型优化效果方面,CBAM Faster R-CNN模型平均查准率和召回率分别为82.63%,86.53%,高于经典模型的74.69%,79.93%;F_(1)-score值较经典模型提升了7%。因此,基于“预处理+CBAM Faster R-CNN”的图像识别方法为实现粉尘环境下综放开采放煤量的精准辨识提供了可靠的理论支撑。 展开更多

关键词 综放开采 煤矸混合放出 粉尘环境 图像识别 检测算法

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水力耦合作用下煤岩多尺度损伤演化特征 被引量：14

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作者 来兴平 张帅 +2 位作者 代晶晶 王泽阳 许慧聪 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期3217-3228,共12页

水力耦合作用对深部煤岩体的力学性质和破坏机制有着重要的影响。为了研究水力耦合作用下煤岩样单轴压缩软化效应及多尺度损伤演化特征,利用岩石力学试验系统和声发射监测系统,开展不同含水状态下煤岩样的单轴压缩试验,首先借助于扫描... 水力耦合作用对深部煤岩体的力学性质和破坏机制有着重要的影响。为了研究水力耦合作用下煤岩样单轴压缩软化效应及多尺度损伤演化特征,利用岩石力学试验系统和声发射监测系统,开展不同含水状态下煤岩样的单轴压缩试验,首先借助于扫描电镜辨识微观结构,其次从宏观尺度对煤岩样力学性质和破坏模式进行分析,再次从细观尺度依托声发射参数反演煤岩样损伤演化过程,最后论述水力耦合作用下宏细观尺度损伤演化特征。结果表明:不同含水状态煤岩样宏观尺度软化效应较类似,含水率的增大能有效软化煤岩样力学参数,且软化效应明显的阶段为低含水率状态;不同含水状态煤岩样微观尺度软化效应差异明显,煤样的声发射参数随含水率增大呈现软化趋势,而岩样的声发射参数随含水率增大,呈现先减小后增大趋势。说明水能有效减缓煤样的损伤演化过程,最终弱化煤样的冲击倾向性,而较高含水率促使水膜与孔隙水耦合提供刚度加速岩样的损伤演化过程,最终与冲击地压防治理论的降低岩体破坏剧烈程度相违背,研究结论可为深部煤岩注水软化预防冲击地压措施提供理论依据。 展开更多

关键词 岩石力学 水力耦合 力学性质 声发射参数 多尺度 损伤演化 软化系数

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特厚煤层相邻工作面开采覆岩运移规律研究 被引量：14

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作者 来兴平 李军伟 +1 位作者 崔峰 单鹏飞 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2020年第2期70-75,共6页

为了掌握相邻工作面煤层开采后覆岩运移规律,采用FLAC有限元软件模拟某矿相邻工作面先后开采后覆岩应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:相邻采空区残余支承压力在中间区段煤柱叠加,煤柱覆岩在极大应力的作用下产生较大的垂直位移和剪... 为了掌握相邻工作面煤层开采后覆岩运移规律,采用FLAC有限元软件模拟某矿相邻工作面先后开采后覆岩应力、位移和塑性破坏特征。结果表明:相邻采空区残余支承压力在中间区段煤柱叠加,煤柱覆岩在极大应力的作用下产生较大的垂直位移和剪切破坏,使得两侧采空区高位覆岩向下同步运动;采空区覆岩随工作面回采呈现"增大-稳定"的拱形破坏,沿倾向形成双拱破坏,其与中间煤柱覆岩较大的剪切耦合形成1个横跨两采空区的破坏拱。最后通过现场钻孔窥视证实覆岩运移破坏特征,并结合经验公式得到相邻工作面开采覆岩"两带"破坏高度取估算上限值更为合理。 展开更多

关键词 特厚煤层 相邻工作面 数值模拟 采动应力 覆岩运移和破坏

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脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律分析 被引量：14

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作者 来兴平 方贤威 +4 位作者 单鹏飞 崔峰 陈建强 张帅 刘旭东 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1005-1014,共10页

能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩... 能量蓄积和释放是煤岩变形破坏的本质属性,含孔煤岩破坏模式及能量蓄积释放规律的认识对裂纹发育演化、巷道硐室围岩稳定性以及动力学灾害防控至关重要。为了得到脆性孔洞煤样承载过程破坏模式及能量阶段蓄积释放规律,通过开展单轴压缩试验,运用高速摄像机和声发射监测系统分别对承载煤样的破坏过程及内部损伤演化信息进行监测,并对煤样力学特性、破坏模式以及能量蓄积释放规律等进行分析。研究结果表明:含孔煤样脆性发生降低,单轴抗压强度和弹性模量等力学参数均发生了劣化,平均峰值应变却有所增加。完整和含孔煤样均为典型的拉伸破坏模式,含孔煤样裂纹发育和破坏形式更加复杂。完整和含孔煤样在初始压密阶段、弹性阶段、稳定破坏阶段、非稳定破坏阶段及峰后破坏阶段的能量演化规律大致相同,但完整煤样峰值破坏瞬间各项能量均高于含孔煤样,完整煤样弹性阶段蓄能时间持续较长,非稳定破坏阶段释能时间持续较短,含孔煤样刚好相反。孔作为初始缺陷不仅对煤样强度具有劣化作用而且改变了煤样蓄能和释能的持续时间,降低了弹性能的积聚和释放速率,降低了峰值破坏时的剧烈程度。孔的存在也改变了煤样峰后力学特性,降低了其脆性,提高了煤样平均残余强度,延长了峰后破坏时间,降低了平均峰后割线模量。这为钻孔卸压防治动力灾害提供了科学依据。 展开更多

关键词 能量蓄积释放 孔洞 破坏模式 声发射 动力灾害防控

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壁式连采连充保水采煤条件下隔水层与地表变形特征 被引量：13

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作者 马立强 许玉军 +3 位作者 张东升 来兴平 黄克军 都海龙 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期30-36,共7页

针对传统长壁式充填开采存在的充填与开采相互制约,有效充填空间不足等问题,提出了壁式连采连充保水采煤方法。首先将整个开采块段按照长壁系统设计运煤、运料及通风系统。此后,将块段内的采场巷道(宽巷)划分为若干开采阶段,在开采阶段... 针对传统长壁式充填开采存在的充填与开采相互制约,有效充填空间不足等问题,提出了壁式连采连充保水采煤方法。首先将整个开采块段按照长壁系统设计运煤、运料及通风系统。此后,将块段内的采场巷道(宽巷)划分为若干开采阶段,在开采阶段内对采场巷道进行跳采式开采。每条采场巷道开采完毕,然后对其进行充填,直到开采并充填完阶段内的所有采场巷道,再进行下一阶段采场巷道的开采和充填,最终实现保水采煤。采用实验室物理模拟研究壁式连采连充"采充并行"保水采煤条件下的隔水层与地表变形特征,并进行了现场工业性试验。研究结果表明,所有阶段开采充填完毕后,隔水层的水平变形最大值小于2～3mm/m,隔水层仍具有隔水能力,可以实现保水采煤。在块段采出率超过90%的条件下,地表变形指标的最大值均小于国家规定的建筑物Ⅰ级损坏等级指标。 展开更多

关键词 壁式连采连充 采充并行 保水采煤 隔水层 地表

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冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征及其产能 被引量：12

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作者 崔峰 张廷辉 +3 位作者 来兴平 王苏健 陈建强 钱德雨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3781-3793,共13页

开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因,而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后,冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多,研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征,进而根据采动煤岩力学响应... 开采扰动是导致深部煤岩体发生变形、冲击、失稳的根本原因,而开采扰动特征与采动强度密切相关。进入深部开采后,冲击地压矿井数量随采动强度的增大而不断增多,研究冲击地压矿井不同采动强度下的开采扰动特征,进而根据采动煤岩力学响应特征确定合理的采动强度对冲击地压防控具有重要意义。以典型冲击地压矿区彬长矿区为例,利用数值模拟及理论分析根据不同采动强度下煤岩采动应力、能量释放及覆岩垮落结构特征,分析了不同推进速度、不同采厚下的开采扰动特征,评估了不同采动强度时采动煤体的冲击危险性,并探讨了开采扰动特征在矿井产能调控及开采方法优选等方面的应用。研究结果表明:(1)煤炭年产量与冲击地压矿井数量呈正比例关系,且深部矿井发生冲击地压的可能性明显高于浅部矿井;(2)整层开采的顶底板应力、超前支承压力及冲击危险性均大于分层开采,且前者存在明显的应变能峰值前移现象;(3)工作面采厚增加将会引起关键块的回转角及断裂度增大,提高了滑落失稳及回转失稳的可能性,推进速度加快将会提高回转失稳的可能性,更易诱发上覆岩层破断及能量大量释放,从而提高冲击危险性;(4)揭示了不同采动强度下的深埋煤层工作面的开采扰动特征,提出了根据不同采动强度下的开采扰动特征反向确定矿井合理的采动强度,进而确定矿井产能的方法,并基于开采扰动特征优选了孟村煤矿开采方法,为指导矿井冲击地压灾害防治提供了科学依据。 展开更多

关键词 采动强度 开采扰动 冲击地压 矿井产能 深部开采

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急斜煤层顶板应力叠加效应致灾特征综合分析 被引量：12

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作者 来兴平 杨毅然 +2 位作者 单鹏飞 吕兆海 王宁波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期70-78,共9页

针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,... 针对乌鲁木齐矿区急斜煤层粉砂岩顶板可能面临的突然性断裂垮落所引发的动力灾害问题,采用现场调研、理论分析、数值计算和联合分析方法,综合分析综放短壁工作面顶板集中应力叠加效应诱致动力灾害特征。根据煤岩层赋存条件和开采布局,考虑采场裂隙分布规律和开采扰动影响,采用分区组合方法构建三维有限差分数值计算模型。计算结果表明:(1)43号和45号煤层顶板均以其深部区域岩体为"支点"产生倾向和走向撬压效应,两者在空间上的叠加效应加剧了局部岩体的应力集中程度,使顶板岩层破断呈现"破断—平衡—破断"周期规律性;(2)两煤层顶板集中应力分别位于其相应工作面南巷南帮的左下方和左上方,距南帮中点20.5和13.7 m;(3)顶板应力集中区走向长度分别为68.2和61.5 m,集中应力峰值分别位于工作面前方28.5和25.3 m,顶板对巷帮应力集中影响系数分别为0.52和0.81。基于研究成果制定了"注水-爆破"耦合致裂顶板防控措施,动力灾害得到有效控制,这为急斜煤层开采顶板动力灾害防控提供借鉴。 展开更多

关键词 急斜煤层 叠加效应 动力灾害 分区组合模型

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基于免疫粒子群混合算法优化BP网络的矿压预测方法 被引量：7

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作者 来兴平 万培烽 +4 位作者 单鹏飞 张云 张雷铭 穆楷文 孙浩强 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期1-8,共8页

为攻克综采工作面顶板矿压显现规律预测预报的难题,构建一种基于免疫粒子群混合算法优化BP神经网络的矿压预测模型(IA-PSO-BP),针对BP神经网络收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,采用免疫粒子群混合算法优化BP神经网络,并选取11种矿压... 为攻克综采工作面顶板矿压显现规律预测预报的难题,构建一种基于免疫粒子群混合算法优化BP神经网络的矿压预测模型(IA-PSO-BP),针对BP神经网络收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,采用免疫粒子群混合算法优化BP神经网络,并选取11种矿压主要影响因素作为模型基础数据,对工作面来压强度和来压步距进行预测。结果表明:IA-PSO-BP网络模型的收敛速度较BP网络模型和PSO-BP网络模型分别提高8倍和2倍,IA-PSO-BP网络模型的预测值与实测值基本吻合,预测结果的相对误差分别约为BP网络模型和PSO-BP模型的1/5和1/3。基于IA-PSO-BP的工作面矿压预测方法具有较快的收敛速度和较高的准确率,实现了工作面初次来压强度、周期来压强度、初次来压步距和周期来压步距距预测,为煤矿井下工作面矿压预测提供了一种新的技术途径。 展开更多

关键词 矿压预测 BP神经网络 免疫算法 粒子群优化

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急倾斜巨厚煤层开采深度影响的覆岩能量演化规律研究 被引量：7

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作者 来兴平 贾冲 +5 位作者 崔峰 张楠 陈建强 孙敬轩 张随林 冯港归 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期261-274,共14页

针对急倾斜巨厚煤层开采深度影响下的能量变化及传递问题,采用物理模拟实验方法,运用微震监测设备,对开采深度影响的能量分布及其变化特征加以分析,由微震事件聚类分析理清开采深度影响的能量迁移路径,结合数值模拟实验得到开采深度对... 针对急倾斜巨厚煤层开采深度影响下的能量变化及传递问题,采用物理模拟实验方法,运用微震监测设备,对开采深度影响的能量分布及其变化特征加以分析,由微震事件聚类分析理清开采深度影响的能量迁移路径,结合数值模拟实验得到开采深度对急倾斜煤岩体弹性能与水平应力的影响规律,掌握向深开采诱使动力灾害发生的能量动态响应特征,形成急倾斜巨厚煤层动力灾害防治理念与策略。研究结果表明:伴随着急倾斜巨厚煤层开采深度的增加,集中区域内峰值能量大小及集中程度明显增加,微震能量、频次、大能量事件的数量与占比明显增大;煤岩弯曲加载蓄能源头主要位于综放面开采水平及其上方2个开采阶段的夹持岩柱范围内,能量主要沿夹持岩柱作为优势路径进行能量传导,且向深开采过程中的震源中心存在由岩柱中部向两端逐渐偏移的变化趋势。急倾斜煤岩体能量密度峰值、高能量积聚区的面积均随开采深度的增加而增大,当工作面采至+400水平时较+475水平的峰值应力增加约30.14%,增速约为0.11 MPa/m。开采深度增加使得工作面单次推进的最大水平应力变化量明显增加,即工作面单次推进下的加载速率增大。通过模拟实验与现场微震实测的综合分析,揭示了急倾斜巨厚煤层向深开采过程中动力灾害发生“靶向源头-优势传导路径-释放终端”机制,并提出了“弱化源头-转移路径-加强终端”的急倾斜巨厚煤层向深开采的动力灾害防治理念。研究结果为急倾斜巨厚煤层的安全开采提供了科学依据。 展开更多

关键词 采矿工程 急倾斜巨厚煤层 开采深度 能量演化 微震监测 能量传递

原文传递

基于相空间重构与深度学习的冲击地压矿井时间序列b值趋势 被引量：6

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作者 崔峰 何仕凤 +4 位作者 来兴平 陈建强 孙秉成 贾冲 高远江 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期2022-2034,共13页

冲击地压是制约煤炭安全高效开采的重大灾害之一,实现冲击地压的智能化预警是保障煤矿智能安全开采的关键路径。b值作为监测冲击地压的有效指标,掌握矿井开采过程中b值演化趋势对冲击地压的及时预警具有重要意义。为此基于相空间重构(P... 冲击地压是制约煤炭安全高效开采的重大灾害之一,实现冲击地压的智能化预警是保障煤矿智能安全开采的关键路径。b值作为监测冲击地压的有效指标,掌握矿井开采过程中b值演化趋势对冲击地压的及时预警具有重要意义。为此基于相空间重构(PSR)与深度学习提出了对矿井开采中时间序列b值的短期预测方法,运用相空间重构技术将卷积神经网络识别及降噪后的b值映射到高维空间,混合遗传算法(GA)优化的长短期记忆网络(LSTM)学习高维数据特征构成b值预测模型(PSR–GA–LSTM)。实例结合冲击地压矿井宽沟煤矿W1123综采工作面,计算了降噪后b值的重构参数且实现了数据的重构。评价了不同模型的预测性能并对最优预测模型进行了实例分析。研究结果表明:时间序列b值经过降噪技术处理后,能增强模型对于b值趋势特征的学习能力和降低噪点对于冲击前兆信息的干扰;时间序列b值经过相空间重构及长短期记忆网络的超参数得到优化后,模型的预测精度能得到明显提升;较其他模型相比PSR–GA–LSTM的残差波动范围最小稳定在0.005以内,其误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别为0.00151、0.00133、0.29%都低于其他模型;PSR–GA–LSTM模型经过时间序列b值训练后,所预测的b值趋势蕴含着冲击前兆信息,能预先对冲击事件的发生提供b值预警指标。该模型对于匀速推进的冲击地压矿井b值趋势发展有着较好的预测能力,所用方法可为在冲击地压时间上演化发展的预测预警研究提供借鉴与参考。 展开更多

关键词 冲击地压 B值 LSTM 相空间重构 预警 深度学习

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