基于极限学习机的采煤机功率预测算法研究
摘要：为减少对领域专家的过分依赖,实现企业专家经验知识的继承,面向采煤机方案设计中总体技术参数的确定过程,结合采煤机条件属性与决策属性间的映射关系,提出了基于极限学习机的采煤机功率预测模型。采用遗传算法选定最佳隐层神经元个数,利用递进方式比选确定激励函数,随机产生输入权值及隐元偏置,由此计算隐层节点输出矩阵、隐层与输出层连接权重,进而完成建模与优化。模型可根据用户输入的不同原始设计条件输出采煤机功率的预测值。选用某煤机企业的实例数据进行算例分析,将其与基于支持向量机回归预测模型进行对比,实验结果表明,ELM模型可实现600 ms内完成单次功率预测,预测值与真实值平均相对误差在2.5%以内。其预测精度优于SVM模型,且在学习速度方面优势明显,推理效率显著提高。废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用
摘要：如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。冲击地压的地质动力条件与监测预测方法
摘要：系统研究了井田自然地质动力条件和开采工程效应对冲击地压的综合作用以及井下冲击地压监测预测方法。建立了冲击地压地质动力条件评价方法和指标体系;提出了应用锚索监测断层活动预测冲击地压的方法。阐明了自然地质动力条件是冲击地压发生的必要条件,开采工程效应是冲击地压发生的充分条件。矿井发生冲击地压必须具备相应的地质动力条件,开采等工程活动仅是诱发因素。测力锚索的应力变化与断层活动具有较大的相关性,当锚索测力计数值突变时,表明断层已经活动,据此可预测矿井近期将有冲击地压发生。研究成果在老虎台煤矿83003工作面进行了成功应用,提高了矿井安全生产水平。冲击矿压巷道支护锚杆杆体材料优选
摘要：针对目前冲击矿压巷道锚杆支护存在变形量大、锚杆易破断的问题,在实验室对HRB400,HRB600和CRM600三种锚杆杆体材料进行了常规力学性能试验和冲击载荷下力学性能试验。试验结果表明,CRM600锚杆材料不仅能够满足常规巷道支护的要求,在冲击载荷作用下表现出优越的瞬时延伸性能和吸能能力。在瞬时冲击载荷作用下,CRM600锚杆材料总变形量为HRB600锚杆材料的7.9倍,为HRB400锚杆材料的1.5倍;冲击全过程总吸收能量为HRB600锚杆材料的4.2倍,为HRB400锚杆材料的2.1倍。CRM600锚杆在冲击矿压巷道支护井下工业性试验中克服了锚杆破断的问题,巷道变形得到有效控制。特厚煤层综放开采大空间采场覆岩结构及作用机制
摘要：针对大同矿区石炭系3-5号特厚煤层坚硬顶板综放开采时工作面易出现压架、临空巷道超前区域变形、破坏严重等强矿压显现问题,采用理论分析、物理模拟及现场实测等方法,建立了特厚煤层开采大空间采场岩层结构演化模型。结果表明：特厚煤层综放开采覆岩远、近场关键层运动都可能会对采场矿压产生影响,近场关键层为＂竖O-X＂破断的＂悬臂梁＋砌体梁＂结构,远场关键层为＂横O-X＂破断的＂砌体梁＂结构模型。近场关键层结构主要影响工作面支架压力及其稳定性,近场关键层结构中,以＂悬臂梁＂结构破断运动的关键层层数越多,对支架安全越不利;远场关键层结构则主要对工作面临空侧巷道变形产生影响,其破断块体的回转运动对临空侧巷道围岩产生径向挤压作用,是造成巷道超前底臌的主要原因。据此开发了基于地面钻孔压裂与井下顶板预裂相结合的远、近场协同弱化的坚硬顶板预控技术,将有效降低岩层破断的能量释放和关键层结构失稳的压力传递,减轻特厚煤层综放开采采场矿压的显现强度。大倾角大采高综采面倾向长度尺度效应分析
摘要：以大倾角大采高综采为背景,通过理论分析、相似模拟和现场实测,对大倾角大采高综采基于工作面倾向长度尺寸效应导致的围岩灾变机理进行了分析,研究认为大倾角煤层直接顶和基本顶运动的不协调性使得控顶难度加大,工作面直接顶沿倾向可分为充填稳定段、易溃屈段和滑移段结构,相应矿压显现特征则呈现典型的＂弱—强—弱＂分布,即溃屈段为矿压显现最强烈区域,也是影响矿压显现的主控因素,对于特定赋存条件大倾角煤层,其工作面长度存在＂临界尺寸＂,工作面支护强度的确定除满足直接顶岩层岩法向方向的自重和部分基本顶载荷外,还需满足上部直接顶滑移产生的附加载荷,其中阻止溃屈段顶板的离层是支护强度确定的主要依据。高强度开采工作面煤岩灾变的推进速度效应分析
摘要：高强度开采工作面煤岩灾变存在冲击特征,采场围岩控制困难。采用室内试验、理论分析及数值模拟等综合研究方法,分析高强度开采条件下煤岩变形破坏和围岩应变能分布特征,并揭示采场煤岩动力灾变发生机制。研究表明：煤岩属于率相关材料,随着加载速率的提高,受压煤岩破坏形式由静态变为动力破坏,在后破坏阶段,存储于煤岩中的应变能降低形式以塑性功耗散转变为整体破坏后的快速释放,破坏用时减小;随着工作面推进速度提高,煤壁前方煤体中最大主应力加载速率和最小主应力卸载速率均增大,浅部煤体应变能密度升高,致使围岩发生动力灾变概率和危害程度升高;基本顶突然断裂和滑落,将贮存于顶板中的应变能快速释放并向下位煤岩传递,使煤层中应变能密度迅速升高,促使煤岩发生动压冲击性煤壁破坏;基本顶断裂前、后,煤体中应变能密度峰值点之间距离为超前段回采巷道动力灾变危险区,是采场围岩控制的重点区域。动静组合加载含水煤样的力学特征及细观力学分析
摘要：为分析含水煤样在动静组合加载下的力学性质,利用改进SHPB和RMT-150试验系统对义马矿区二1煤样进行动静组合加载、静载对比试验。结果表明：静载加载,煤样的应力-应变关系形态与动静组合加载应力-应变关系形态明显不同,煤样的峰值强度、弹性模量随饱水时间增加而降低,饱水3 d和7 d煤样抗压强度软化系数分别为0.66和0.52;动静组合加载,煤样动态峰值强度随饱水时间增加而降低,饱水3 d和7 d抗压强度软化系数分别为0.65和0.60,动态弹性模量却逐渐升高,提高系数分别为1.15和1.37,与饱水砂岩试验结果相比不同;动静组合加载煤样随饱水时间增加煤样破坏颗粒度逐渐减小,水对煤样动态破坏影响较显著;基于翼形裂纹受压扩展原理,推导出动静组合加载下饱水煤样动态强度计算公式;煤样动态强度比静态强度试验结果提高10%~30%,表明动静组合加载下煤样的变形、强度特征与煤样自身结构、含水状态和加载方式多重因素有关。基于UDEC数值模拟的滑动型地裂缝发育规律
摘要：为了研究西部黄土沟壑矿区煤炭资源开采引起的滑动型地裂缝发育规律,首先给出了滑动型地裂缝的定义和基本特征,提出了滑动型裂缝距和裂缝角的概念;采用UDEC数值模拟软件,分别建立了滑动型地裂缝动态发育模型、沟谷坡度模型、沟谷位置模型,分析了开采引起滑动型裂缝的动态发育规律,研究了滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系,并以大柳塔煤矿52304工作面为例,验证了模型的可靠性。研究表明：1滑动型地裂缝的发育分为累积期、形成期、动态发展期、稳定期4个阶段;2滑动型地裂缝发育位置与沟谷之间的关系模型为：滑动型裂缝角与沟谷坡度之间存在二次多项式关系,与沟谷位置之间存在线性关系;3工程实例表明,裂缝角的计算值与实测值之间的最大相对误差为3.4%,使用该模型进行滑动型地裂缝发育位置进行预测是可行的。煤粒多尺度孔隙中瓦斯扩散机理及动扩散系数新模型
摘要：为解决经典扩散模型不能准确描述煤粒瓦斯全时扩散的科学问题。采集我国典型矿区的代表性煤样,开展了各种条件下的煤粒瓦斯扩散实验。采用经典扩散模型拟合实验表明,某时刻前,扩散率的实验值大于理论值,此时刻后,实验值小于理论值,此规律惟一。经典扩散模型不能准确描述瓦斯扩散全过程,误差极大,进而发现了煤粒瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的特有现象。为此,提出了煤粒多尺度孔隙分布的新物理模型,新模型假设煤粒中孔隙呈非均质多尺度形态分布,并具有自相似分形结构,这种多尺度分形结构孔隙决定了煤粒扩散系数的多级分布,进而决定了瓦斯宏观扩散力学机理,即,煤体由表及里,孔隙由大到小分级分布,其扩散系数亦相应的由大到小逐级递减。扩散初期,瓦斯从扩散系数较大的大孔隙中快速逸出,扩散后期,从扩散系数较小的小孔隙中慢速逸出,直至深达微孔内部。正是这种逐级递减的孔隙形态及相应的多级扩散系数分布,形成了瓦斯扩散系数随时间延长而衰减的扩散机理。根据这一物理假设,引入初始扩散系数D0、扩散系数衰减系数β两个参数反映扩散系数动态衰减特征,提出了动扩散系数数学模型,经200余组数据检验,新模型能较准确描述各条件下的煤粒瓦斯（CH4,CO2,N2）扩散全过程。新模型涵盖了经典单孔隙扩散模型和双孔隙模型,将其推广到了多孔隙维度,并能解释经典单孔隙扩散模型出现的问题,新模型在准确性、简单性、解释性、预测性上优于国外双孔隙模型及其它经验公式。多尺度动扩散系数扩散模型为准确计算瓦斯（煤层气）含气量、储量、突出预测指标,解释各种条件下的瓦斯扩散机理提供了新物理模型和计算新方法。煤岩三轴蠕变-渗流-吸附解吸实验装置的研制及应用
摘要：为研究受载含瓦斯煤岩流变过程中的渗流规律和煤体瓦斯吸附解吸特性,自主研制了煤岩三轴蠕变-渗流-吸附解吸实验装置,该装置主要由主机、伺服加载系统、三轴压力室、孔压控制系统、吸附解吸系统、温度控制系统、变形测量系统以及安全防护系统等8个部分组成,其最大轴压为500 k N、最大围压为50 MPa、最高加热稳定温度为90℃,试件尺寸为？50 mm×100 mm。该装置具有以下主要优势：能实现煤岩孔隙率的测试、煤岩力学参数测试、煤岩瓦斯吸附解吸实验和受载含瓦斯煤的蠕变-渗流等多种实验,功能强大、性能稳定、测试准确;采用了滚珠丝杠加载方式,满足了蠕变-渗流等实验的长期加载需求,最长加载时间能达2个月以上;配备了高低温控制系统,能实现煤岩试样进气端、出气端和三轴压力室3处的气体温度保持一致,有效避免了温度变化所导致的气体流量上的测量误差。同时利用该装置分别开展了煤样孔隙率测试、受载含瓦斯煤样解吸特性和含瓦斯煤样的蠕变-渗流实验研究,实验验证了该装置在功能上的多样性和在测试上的准确性和可靠性。综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术
摘要：为研究综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域空间分布规律,及时预防耦合灾害事故发生,研究了综放采空区瓦斯与遗煤自燃耦合灾害危险区域重建技术。在对遗煤自燃与瓦斯爆炸耦合灾害致灾特性研究的基础上,分析了耦合灾害发生原因、判定原理和判定方法。以试验工作面为例,对采空区各气体浓度场测量、重建与分析,考虑其他可燃性气体对CH4爆炸界限的影响,叠加确定了各空间高度上耦合灾害危险区域平面范围,利用三维场重建程序结合空间插值技术,重建出耦合灾害危险区域空间立体分布情况,并对灾害空间参数进行了提取。最后,对采空区高位钻孔瓦斯抽放、隅角注防灭火材料技术方法进行了改进,使之满足耦合灾害防治需要,保证工作面的安全开采。基于煤层封存CO_2的煤中有机质超临界CO_2萃取试验装置的建立
摘要：为研究煤中Sc-CO_2可溶性有机小分子对煤封存CO_2影响及煤中生物标志物温和条件萃取方法研究奠定技术基础,以深部不可采煤层封存温室气体CO_2所涉及的超临界CO_2（Sc-CO_2）与煤有机质作用为背景,建立一套煤的Sc-CO_2萃取试验装置。根据煤中可萃取物量低和煤粉易于进入气路特点,开发出了可适于Sc-CO_2静态/动态的煤萃取试验装置。详细分析了CO_2增压和防煤尘方法、萃取条件控制方式、萃取物收集与富集过程。所开发的萃取装置集CO_2增压、煤萃取、萃取物收集和富集于一体。该装置可用于在可控及高压条件下煤中微量可溶性有机化合物的Sc-CO_2萃取试验研究。煤矿井下含/导水构造三维电阻率反演成像技术
摘要：为了实现煤矿井下含/导水构造的立体解释,预防和减少矿井水害的发生,开展了煤矿井下三维电阻率反演成像技术研究。应用全空间三维电阻率反演软件,建立含/导水构造模型并对其正演结果进行反演成像,对比分析了不同观测系统、数据采集密度、模型参数和噪音水平下的反演结果,并进行了复杂模型三维反演成像。结果表明,多巷道透视观测系统具有更高反演分辨率;当发射极距大于异常体尺寸而接收极距小于异常体尺寸时,可在较低数据采集密度下保持较高反演分辨率;反演所得电阻率值是模型尺寸、电阻率、埋深、水平位置及围岩电阻率等参数的综合反映;巷道空间影响等价约2%的噪声干扰,反演结果具有较强抗噪能力;可根据反演成像结果识别多个异常体并判断各异常立体展布范围,尽管尚难以准确圈定异常边界,但可采用电阻率等值面进行异常提取。复杂条件下矿井水文地质类型划分方法
摘要：矿井水文地质类型科学划分是煤矿制订防治水规划、实现防治水安全的技术前提,《煤矿防治水规定》（2009年）要求煤矿每3年评价1次矿井水文地质类型。具有多年开采历史的地质与开采条件复杂矿井的水文地质类型划分暴露出罗列矿井已有勘查资料、难以顾及不同水平与盘区水文地质条件差异、需进一步明析评价目的性和指导性等问题。以1984年曾发生特大型岩溶陷落柱突水、其后保持安全生产30 a的大型现代化矿井——开滦集团范各庄矿为例,实现了矿井水文地质类型的分水平、分盘区、分阶段评价与复杂等级划分。提出：矿井水文地质类型划分应该是对矿井当前揭露条件下水文地质特征的根本概括与评价;复杂条件下矿井水文地质类型评价与复杂等级划分应以煤矿中、长期防治水规划和防治水安全为目标,采用分水平、分盘区、分阶段评价的原则与方法,指导和服务于煤矿未来3~5 a生产规划,体现水文地质类型评价基础性、阶段性和指导性的根本特征。构造煤微晶取向生长机制探讨
摘要：构造煤是煤层受地质构造挤压、剪切作用的产物,其晶态结构可能记录了构造作用的痕迹。以煤变形变质为基础,结合X射线衍射（XRD）、核磁共振波谱（NMR）、气相色谱/质谱（GC/MS）等煤结构测试技术,通过对比研究不同类型煤的微晶结构特征和有机质结构演化等,揭示了构造煤微晶取向生长机制：1形成过程中煤层破坏产生断裂、微裂隙及劈理等,由封闭系转变为开放系,为构造煤微晶生长提供受限空间;2构造应力、重力及吸附作用等,是构造煤微晶取向生长的驱动力;3因受限空间和取向作用约束,构造煤微晶倾向于以平躺片晶的形式生长,煤大分子通过调节分子构象及链段排列等达到稳定状态。本研究成果有助于煤结构演化和构造煤物理-化学成因探讨,并能够丰富煤成烃和煤变质理论。阳泉一矿土地利用结构变化及景观综合稳定性评价
摘要：为揭示煤矸石回填复垦工程对复垦区景观生态的影响,运用GIS,RS和景观评价分析方法,选取2000年Landsat ETM和2014年Landsat OLI8遥感影像作为数据源,结合实地调查解译分类,分析了阳泉市一矿煤矸石回填复垦区景观变化状况,并对景观生态综合稳定性进行了评价。结果表明：在回填复垦区景观斑块变化状况中,未利用地和植被地类斑块面积分别减少了64和66hm2,建筑用地和煤矸石地类斑块分别增加了107和22 hm2。各类型斑块面积变化程度高说明回填复垦工程使区域景观受到了干扰,景观类型斑块和生态稳定性发生变化。整个复垦区内景观破碎程度逐渐降低,景观格局呈现连续化、均衡对等化和向高连通性变化的发展趋势。研究区生态影响综合指数计算结果为0.362 6,景观生态在研究时期内保持稳定。各景观斑块类型的景观生态稳定指数均远远大于各景观斑块类型的干扰传播条件指数,而区域景观总生态稳定指数为1.69%,说明经过长期的回填复垦,复垦区内景观格局具有很高的稳定性且抗干扰能力强,生态修复己经进入良性循环状态,区域生态环境质量得到改善。空气重介质流化床中细粒煤的流化与分选特性
摘要：3~1 mm粒级细粒煤介于煤粉与传统空气重介质流化床分选所适用的粒度之间,其在空气重介质流化床中被分选的同时对自身分选与流化特性产生重要影响。利用高速动态摄影等手段详细研究了空气重介质流化床分选3~1 mm细粒煤过程中不同流化数下床层的流化特性、压降波动、煤粒分离混合规律以及流化床中不同高度处的密度分布,阐释了气泡在分选过程中的作用机理。结果表明,加入一定量细粒煤后床层密度降低,流化效果发生了一定程度的改变。随着气速的增加,煤粒在流化床中先后经历了分离与混合两种状态,流化床各高度的密度也随之改变。当流化数在1.8~2.0时煤粒达到较好的分离效果。随着气速增大煤粒受气流影响增大,不再严格按照流化床密度分离。
