充填采煤理论与技术的新进展及展望
摘要：充填采煤是绿色开采的核心，在综合阐述煤矿充填采煤技术发展历史的基础上，介绍了近年来我国综合机械化充填采煤理论及技术取得的重大突破，包括：长壁工作面采充一体化原理、综合机械化固体充填采煤技术、密实充填有效控制岩层运动的目标、充填采煤岩层移动预计的等价采高理论、密实充填采煤岩层移动的解析计算公式和充填采煤岩层移动与地表沉陷实测比较等．指出了研发新型低成本充填材料、提升充填采煤装备自动化水平、建立充填采煤基础理论与相关评价体系、协同充填采煤与地下水环境保护是煤矿充填采煤技术发展的必然趋势．俯斜开采超高水材料袋式充填体失稳机理及防治
摘要：针对俯斜开采条件下采空区超高水材料袋式充填体容易失稳的情况，进行了袋式充填体失稳机理及防治方法的研究．提出了采空区袋式充填体有垮塌失稳、滑移失稳和倾倒失稳3种失稳形式，建立了充填体力学模型，分析并计算了各种失稳形式下的充填体失稳条件，给出了防治方法．研究表明：减小工作面俯斜角对充填体的各种失稳形式均能起到有效的防治作用；减小充填体高度、提高充填体的早期强度、延长对充填体的临时支护时间有助于防止充填体发生垮塌失稳；增大充填体宽度、减小充填体高度有助于防止充填体发生倾倒失稳．另外，适当增大工作面的控顶距，待充填体与顶板接触后再移除其前方的支护设备，也可有效防止充填体发生滑移失稳和倾倒失稳．等效岩体力学参数识别及边坡稳定性数值模拟研究
摘要：以厂坝铅锌矿为工程背景，利用GPS监测数据和正交数值试验，开展岩质边坡岩体参数等效识别，由此获得了37线剖面等效岩体力学参数：E=4．72GPa，C=0．526MPa，φ=36°，Rt=0．058MPa．在此基础上，分别考虑干坡和降雨2种工况，进行矿山边坡的稳定性数值模拟．研究结果表明：在干边坡条件下，边坡的稳定安全系数达到1．25，满足矿山边坡稳定性要求．在降雨入渗的条件下，边坡稳定安全系数降低到0．94，表明边坡已经处于破坏状态．可见，受降雨渗流影响，边坡稳定性迅速降低，存在滑坡失稳风险．加强矿山边坡在降雨期间的变形监测和安全防控，对确保矿山安全生产至关重要．加载速率对煤样力学行为影响的试验研究
摘要：加载速率变化会对介质力学行为产生影响，选用煤进行不同加载速率单轴力学试验．结果表明：对于煤，其强度随加载速率增加表现出先升高后降低的现象，将转折点对应的加栽速率称为临界加载速率，低于该值时，煤样强度随加载速率增加而增大，高于该值时加栽速率增加强度反而降低．建立“骨架”模型对该现象进行解释，分析表明：较快的加载速率可减少裂隙损伤有利于承载，但同时微元体承载部分将储存更多的弹性能出现局部破坏不利于承载．故必然存在“最优”加载速率使强度出现最大值，此时即对应临界加栽速率．以此为基础，提出现场条件下低卸载速率配合均匀弱化介质的手段保证高强度生产的安全．双向冻结单向融化土冻融循环下的融沉及压缩特性
摘要：自行设计了冻土冻融循环装置，基于此开展不同上边界冻结温度条件下粉质黏土的冻融循环试验．试验结果表明：1）随冻融次数增加，经高温冻结冻融作用和经低温冻结冻融作用当干密度胁≤1．42g／cm^3时，试样以压密变形为主，而低温冻结冻融作用后胁〉1．42g／cm^3的试样则以膨胀变形为主；第2次冻融作用与第1次冻融作用相比，高温冻结冻融作用后的试样融沉系数a0大幅度降低，而低温冻结冻融作用后的试样a0则表现为增加；随冻融次数增加，a0趋于稳定值㈨，且a07随上边界冻结温度的增加而增加．2）当上边界冻结温度高于一2．8℃时（包含一2．8℃），不同干密度土样冻融1次后压缩系数mv均降低，当上边界冻结温度低于一2．8℃时，伪≥1．42g／cm^3的试样1次冻融后的mv增大，ρd〈1．42g／cm^3的试样mv则减小；随冻融次数增加，mv逐渐增大并逐渐趋于稳定值mv7且mv7随上边界冻结温度的降低而增加．基于增量型本构关系的深埋巷道开挖面附近围岩统一解
摘要：为了准确地评价矿山巷道开挖面附近围岩的安全性，基于统一屈服准则和增量型本构关系，分段地分析开挖面“空间效应”影响范围内的围岩稳定性；通过算例分析巷道各项安全性指标（即多种屈服准则解如：原岩应力阈值、围岩应力和位移分布、塑性区边界线）受岩石抗剪强度参数以及应力卸载或集中等的影响程度，由现场实测数据验证；为研究受开挖面“空间效应”影响的区段，引入了“虚拟支护阻力”，并给出“空间效应”影响段围岩的各项安全性指标的解析解．工程实践表明，本文计算结果符合实际．含瓦斯煤体非线性渗流模型
摘要：以前期获得的实验研究成果为基础，基于力学平衡方程，建立了描述瓦斯气体渗流特征的非线性渗流方程．分析了煤与瓦斯气体分子间的吸附作用对渗流过程的影响．结合自行设计的煤岩渗透特性测试装置，提出了确定非线性渗流关键参数的新方法．结果表明：达西定律需经修正方能描述瓦斯气体在煤体内的流动，煤与瓦斯气体分子间的吸附作用对瓦斯渗流影响显著．含瓦斯煤体内，非线性附加阻力来源于基质膨胀、边界层影响、吸附的动态传质过程．深厚表土薄基岩综放采场合理支护阻力研究
摘要：以新巨龙矿井2301采场为工程背景，通过数值模拟研究了深厚表土薄基岩采场合理支护阻力，结果表明：深厚表土薄基岩采场支架载荷具有显著的时间效应，支架载荷来自顶煤、直接顶自重、基本项破断产生的冲击载荷和厚表土层缓慢变形产生的附加载荷，建立了此类采场支护阻力的计算模型；综合考虑支架载荷显著的时间效应和试验采场多种岩层结构模型，确定试验采场合理支护阻力为13700kN；微震监测结果表明试验区域基岩层厚度为50m，直接顶厚度为30m，基本顶厚度为20m；支架载荷监测结果表明采场支架的工作阻力基本处于10000～14000kN，从而验证了所选支架的适应性，对深厚表土薄基岩综放采场支架选型具有参考意义．窄粒级煤泥浮选经典动力学模型的改进
摘要：通过煤泥窄粒级浮选速率实验，以煤泥浮选一级动力学为基础，对煤泥浮选动力学的关键参数进行研究，包括最大可燃体回收率ε∞的计算、浮选级数n的确定、浮选速率常数K的变化．结果表明：浮选动力学模型中ε∞的经验解比模型解更符合实际；窄粒级煤泥的浮选动力学级数最符合一级动力学；窄粒级煤泥的浮选速率常数K是时间的函数，可用幂函数或经验公式表达，先求出ε∞的经验解，再求解K（t）函数，所得模型非常符合煤泥浮选特征的浮选动力学模型．呼伦贝尔褐煤负压热解特性研究
摘要：利用改进的格金低温干馏仪考察了呼伦贝尔褐煤的负压热解特性．研究表明，随着热解压力的降低（101．32kPa降到20．32kPa），半焦产率减少0．83％，焦油产率增加1．27％．通过对热解产物组成的分析发现：随着热解压力的降低，半焦中碳元素含量减少，氧元素含量增加，半焦整体结构变得松散；热解焦油中中性化合物的含量随热解压力降低呈下降趋势，酸性化合物的含量呈升高趋势；焦油中轻质组分含量随热解压力的降低逐渐减少，可能是轻质烷烃和烯烃发生裂解反应生成了气态烃类物质进入热解气中；重质组分逐渐增多，可能是煤中本应留在常压热解半焦中的组分随热解压力的减小挥发选出进入焦油组分．饶阳凹陷沙河街组沙三下亚段沉积特征及意义
摘要：为了揭示饶阳凹陷沙河街组沙三下亚段层序地层特征及沉积演化规律，在区域沉积背景分析基础上，利用岩心、测井及地震资料，建立沙三下亚段层序地层格架，并对沉积演化规律进行了研究．认为沙三下亚段为一个完整的三级层序，可划分为低位、湖侵和高位3个体系域，主要发育辫状河三角洲、扇三角洲和湖泊等3种沉积相类型，辫状河三角洲发育于断陷西部缓坡带，扇三角洲发育于断陷东部陡坡带，湖泊发育于断陷中部．低位域、高位域时期辫状河三角洲、扇三角洲规模较大，储集体发育，湖侵域时期湖盆扩张，烃源岩发育．结果表明：高位域时期的水下分流河道储层物性最好，为工类有利区；低位域时期的水下分流河道、席状砂储层物性次之，为Ⅱ类有利区，此类砂体与湖侵域烃源岩形成有利的生储盖组合，是下步勘探的有利方向．泥页岩吸附气能力评价模型——以黔南坳陷牛蹄塘组吸附气含量为例
摘要：为了定量表征泥页岩储层吸附气的能力，选取黔南坳陷黄页1井牛蹄塘组泥页岩样品为研究对象．在泥页岩样品有机碳分析、X衍射全岩分析和等温吸附实验的基础上，建立泥页岩储层有机质、黏土矿物和其它矿物等3种组分吸附气评价模型．通过计算有机质、黏土矿物和其它矿物吸附气的能力，定量评价泥页岩储层吸附气能力．研究结果表明：黔南坳陷下寒武统牛蹄塘组下部泥页岩中有机质、黏土矿物和其它矿物吸附气能力分别为36．98m^3／t，3．05m^3／t和0．35m^3／t，它们吸附气能力各相差10倍左右；该模型可以计算埋深相近的同一套泥页岩储层中有机质、黏土矿物和其它矿物等3种组分对页岩气的吸附能力，进而定量评价泥页岩储层吸附气能力．构造成岩作用对裂缝有效性的影响——以库车前陆盆地白垩系致密砂岩储层为例
摘要：构造成岩作用是控制天然裂缝形成、分布及其有效性演化规律的主要因素，对预测有效裂缝分布规律具有重要意义．为了阐明构造成岩作用对有效裂缝的控制作用，根据野外露头、岩心以及薄片等资料，对库车前陆盆地白垩系致密砂岩储层裂缝的成因类型、有效性及其分布规律进行了分析，结合研究区构造演化和成岩作用分析，讨论了构造成岩作用对裂缝发育程度和有效性的影响．认为研究区发育有构造裂缝和成岩裂缝，以构造裂缝为主，裂缝发育程度主要受沉积微相、构造变形强度和成岩相控制．结果表明：研究区从北部的克拉苏构造带向南至前缘隆起带，裂缝的发育程度逐渐降低，但有效性却逐渐变好，说明裂缝发育程度和其有效性是受不同因素控制的，构造变形时间、后期构造抬升剥蚀作用、现今应力场方向、胶结作用以及溶蚀作用等是影响裂缝有效性的主要因素．煤层气直井排采过程中渗透率变化规律研究
摘要：基于煤层气储层地质参数的差异对排采过程中煤储层内部应力状态、力学结构性质、能量系统变化的影响，采用孔隙结构、弹塑性、损伤力学，能量平衡转化理论等方法，构建了排采过程渗透率变化的数理模型．提出了“回升系数”的概念，量化了不同条件下渗透率变化规律的差异．结果表明：排采过程中渗透率总体呈现“先降低后增大”的趋势，储层参数不同，渗透率降低幅度和回升能力存在较大差异，埋深越浅，渗透率回升至初值所需的弹性模量越小．当埋深在400m以浅，煤体弹性模量只需4～5GPa渗透率即可回升至初值，当埋深增至600m时，弹性模量需达到7～8GPa渗透率才能回升至初值，当埋深超过800m时，煤体弹性模量在8GPa内渗透率基本不能回升至初值．排采过程渗透率变化的临界地质参数值的确定，为现场的工程实施或渗透率理论研究提供了理论依据．矿井视频图像中人员目标匹配与跟踪方法
摘要：针对矿井视频图像人员跟踪中光照强度低、光照不均且变化剧烈、目标尺度变化频繁及矿工携带矿灯对目标外观特征影响明显等问题，提出了一种基于压缩感知的实时多尺度人员跟踪方法．基于压缩感知和归一化矩形特征，得到尺度不变压缩特征SICF，该特征被用于实时描述尺度变化的目标．基于SICF建立目标外观模型，并利用朴素贝叶斯分类器识别样本类别，确定样本与目标之间的相似度．为了降低矿灯对目标外观特征的影响，提出利用边缘颜色特征得到各样本置信度，并与SICF外观模型融合共同构建粒子滤波框架的观测模型；结合矿工运动特点和速度信息，利用二阶模型作为运动模型．通过对标准视频库和井下实际采集视频的实验结果表明：本文算法在精度、稳定性及对井下特殊环境的适应性上均优于当前国内外最新算法，平均跟踪帧速达24fps．GPS与加速度计融合桥梁变形信息提取模型研究
摘要：针对影响高精度全球定位系统（GPS）变形监测的多路径误差和观测噪声，建立基于经验模态分解的系统趋势分离与滤波去噪模型，改正GPS变形序列，构建带有正则化参数的加速度位移重构模型，分析GPS位移本征模态函数分量与加速度重构位移的相关性，通过加速度重构位移高频分量和GPS位移低频分量重构桥梁真实结构响应，达到提取桥梁变形信息的目的．模拟数据分析表明，基于经验模态分解（EMD）的滤波去噪能够有效削弱测量随机误差，不同噪声水平下，加速度重构位移信号均方根误差均小于1mm，重构位移相似度达到98％以上．利用Wilford悬索桥实测数据进一步验证得出，提出的模型能够提高桥梁位移监测精度及可靠性，最大的桥梁变形达到2cm，提取到桥梁的振动频率为0．16，1．64，2．16及4．51Hz．基于单位四元数描述的单像空间后方交会算法
摘要：针对基于旋转矩阵描述的单像空间后方交会算法在线性化过程中因舍弃高阶项而导致的对于相似变换参数初值选取要求较高的问题，立足于中心投影的构像方程（共线方程），利用单位四元数实现空间旋转变换的描述与表达，基于矩阵微分的方式实现了共线方程的微分，进而实现其线性化表达；给出了基于单位四元数描述的单向空间后方交会的详细实现思路，并对算法实现过程中所涉及的公式进行了详细推导；最后，通过实验对算法的可行性与有效性进行了论证．实验表明，基于单位四元数描述的单像空间后方交会算法有效地避免了共线方程的线性化所导致的相似变换初值选取问题，降低了其对于迭代初值的选择要求，且基于单位四元数的旋转变换表达方式还具备形式简单，易于编程实现的特点．面向矿井突水避险的双向搜索多最优路径算法
摘要：为节省煤矿水灾状况下的逃生时间，提高应急救援效率，在传统的Dijkstra算法基础上提出一种基于双向搜索的K则最短路径算法．首先综合考虑煤矿特殊巷道分布，提出井巷长度当量权值，然后利用灰色理论模型预测特定时间段内每条巷道的人流量，进而根据人流量对行走速度的影响关系式得到每条巷道的通行时间值，最终通过双方搜索策略改进算法，实现事故点到逃生井口的多条最佳逃生路线．根据井下巷道拓扑结构提取构建一个无向带权网络图，在MATLAB环境下利用上述优化算法进行仿真验证．结果显示，该改进算法具有更好的准确率和实用性．