煤礦典型動力災(zāi)害風(fēng)險判識及監(jiān)控預(yù)警

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　研究意義與當(dāng)前研究不足　1
1.2　本書研究思想和內(nèi)容　2
第2章　煤礦沖擊地壓失穩(wěn)災(zāi)變動力學(xué)機理與多場耦合致災(zāi)機制　8
2.1　多場多尺度耦合作用下煤巖變形和裂隙擴展特征　8
2.1.1　多場作用下覆巖采動裂隙場演化規(guī)律研究　8
2.1.2　流固耦合作用下覆巖裂隙滲流特征物理實驗　28
2.2　復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造與采動應(yīng)力疊加下沖擊地壓災(zāi)變機理及防治　38
2.2.1　復(fù)雜地質(zhì)賦存條件下沖擊地壓機理及誘因研究　38
2.2.2　工作面過斷層動態(tài)力學(xué)響應(yīng)特征研究　41
2.3　煤巖失穩(wěn)破裂過程中的能量演化機理　46
2.3.1　基于應(yīng)力-應(yīng)變過程的能量積聚與釋放機制　46
2.3.2　巷道圍巖失穩(wěn)破壞的能量釋放機制　48
2.3.3　構(gòu)造應(yīng)力場煤巷掘進沖擊地壓能量分區(qū)演化機制　51
2.3.4　煤礦深部開采沖擊地壓致災(zāi)機理與應(yīng)用分析　59
2.4　開采擾動下多場耦合煤巖沖擊失穩(wěn)的動力學(xué)機理　67
2.4.1　開采擾動下工作面圍巖應(yīng)力場分布與變化規(guī)律　67
2.4.2　工作面圍巖多場耦合誘沖機理　71
2.5　高地壓煤層掘進工作面圍巖多場演化規(guī)律及耦合誘沖機制　77
2.5.1　體元－區(qū)域－系統(tǒng)沖擊地壓模型及應(yīng)用　77
2.5.2　高地壓礦震擾動下煤柱應(yīng)力偏量集中區(qū)誘沖機制　79
第3章　煤與瓦斯突出災(zāi)變機理及復(fù)合動力災(zāi)害孕育機制　82
3.1　復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對煤與瓦斯突出的主控機制　82
3.1.1　斷層構(gòu)造應(yīng)力場分布規(guī)律研究　82
3.1.2　褶曲構(gòu)造應(yīng)力場相似模擬實驗　90
3.2　煤層采動多相多場耦合誘突機理　93
3.2.1　采掘過程擾動應(yīng)力場的動態(tài)演化規(guī)律　94
3.2.2　采動區(qū)含瓦斯煤體多場耦合誘突機制及數(shù)值反演　100
3.3　煤與瓦斯突出的固氣兩相動力學(xué)演化機理　109
3.3.1　突出瓦斯-煤粉兩相流形成理論分析　109
3.3.2　突出瓦斯-煤粉兩相流動力特征試驗研究　112
3.4　煤與瓦斯突出過程的大尺度物理模擬分析及反演　122
3.4.1　煤與瓦斯突出物理模擬相似體系　122
3.4.2　小尺度瞬間揭露煤與瓦斯突出物理模擬實驗分析　129
3.4.3　大尺度煤與瓦斯突出物理模擬實驗分析　133
3.5　煤炭開采沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害發(fā)生機理及孕災(zāi)機制　143
3.5.1　沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害主要表現(xiàn)特征　144
3.5.2　沖擊能量對沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害的影響規(guī)律研究　144
3.5.3　沖擊-突出復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害發(fā)生的動態(tài)演化規(guī)律研究　154
3.5.4　煤炭開采沖擊-突出復(fù)合型煤巖瓦斯動力災(zāi)害孕災(zāi)機制探討　159
第4章　沖擊地壓風(fēng)險智能判識與監(jiān)控預(yù)警理論及技術(shù)體系　161
4.1　沖擊地壓力學(xué)機理與分類　161
4.1.1　沖擊地壓三場耦合致災(zāi)機理　161
4.1.2　震動對煤巖體作用的試驗研究　164
4.1.3　基于主控因素的沖擊地壓分類方法　168
4.2　沖擊危險主控因素智能辨識與危險評價方法　170
4.2.1　不同類型沖擊地壓主控因素分析　170
4.2.2　沖擊危險綜合智能判識評價模型　175
4.3　沖擊地壓三場監(jiān)測指標(biāo)體系構(gòu)建　178
4.3.1　預(yù)警指標(biāo)構(gòu)建　178
4.3.2　預(yù)警指標(biāo)效能評價與檢驗　182
4.3.3　沖擊危險監(jiān)測多參量指標(biāo)體系的建立　186
4.4　沖擊地壓三場監(jiān)控預(yù)警模型與技術(shù)體系　186
4.4.1　監(jiān)控預(yù)警的理論基礎(chǔ)　186
4.4.2　預(yù)警準確率的含義　188
4.4.3　三場監(jiān)控預(yù)警模型　188
4.4.4　沖擊地壓分源監(jiān)測方法權(quán)重模型　192
4.5　沖擊地壓三場監(jiān)測方法　195
4.5.1　應(yīng)力場監(jiān)測方法　195
4.5.2　震動場監(jiān)測方法　197
4.5.3　能量場監(jiān)測方法　197
4.6　沖擊地壓應(yīng)力場監(jiān)控預(yù)警技術(shù)與裝備開發(fā)　201
4.6.1　沖擊危險的雙震源一體化反演預(yù)警技術(shù)　201
4.6.2　沖擊地壓地應(yīng)力連續(xù)監(jiān)控預(yù)警技術(shù)　203
4.7　現(xiàn)場應(yīng)用與示范　206
4.7.1　礦井概況　206
4.7.2　KJ470雙震源一體化反演的應(yīng)用　207
4.7.3　多參量監(jiān)控預(yù)警應(yīng)用　207
第5章　煤與瓦斯突出風(fēng)險判識與監(jiān)控預(yù)警理論及技術(shù)體系　221
5.1　煤與瓦斯突出風(fēng)險因素分析及預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建　221
5.1.1　煤與瓦斯突出風(fēng)險因素分析　221
5.1.2　煤與瓦斯突出預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建　226
5.2　煤與瓦斯突出前兆信息特征規(guī)律　227
5.2.1　瓦斯-應(yīng)力-溫度互耦關(guān)系及前兆特征　227
5.2.2　聲發(fā)射和電磁輻射前兆特征　235
5.3　突出預(yù)警模型構(gòu)建　239
5.3.1　生產(chǎn)系統(tǒng)合理性評判模型　239
5.3.2　采掘工作面聲電瓦斯預(yù)警模型　250
5.3.3　防突措施失效判識模型　257
5.3.4　突出多元信息融合動態(tài)預(yù)警模型　263
5.4　突出預(yù)警信息采集方法及途徑　268
5.5　煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)　269
5.5.1　設(shè)計原則與總體架構(gòu)　269
5.5.2　數(shù)據(jù)庫設(shè)計　272
5.5.3　系統(tǒng)功能模塊　272
5.6　典型工程應(yīng)用　275
5.6.1　礦井概況　275
5.6.2　多元信息融合突出預(yù)警系統(tǒng)　275
5.6.3　預(yù)警應(yīng)用　278
第6章　煤礦動力災(zāi)害前兆采集傳感與多網(wǎng)融合傳輸技術(shù)及方法　279
6.1　煤礦典型動力災(zāi)害多元前兆信息傳感技術(shù)及裝備　279
6.1.1　光纖微震監(jiān)測裝置研究　279
6.1.2　分布式多點激光甲烷監(jiān)測裝置研究　288
6.1.3　三軸應(yīng)力傳感器研究　299
6.1.4　無線鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)測定裝置及鉆孔瓦斯涌出初速度測定裝置　306
6.2　關(guān)鍵區(qū)域無線自組網(wǎng)輸技術(shù)與裝備　308
6.2.1　無線自組網(wǎng)節(jié)點及基站研究　308
6.2.2　基于AODV路由優(yōu)化設(shè)計　315
6.2.3　無線自組網(wǎng)基站及節(jié)點樣機設(shè)計　317
6.3　關(guān)鍵區(qū)域設(shè)備非接觸供電及數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與裝備　322
6.3.1　礦用非接觸供電及電力載波技術(shù)研究　322
6.3.2　透明傳輸網(wǎng)關(guān)研究　332
6.4　災(zāi)害前兆信息采集、解析及協(xié)同控制技術(shù)與裝備　333
第7章　基于數(shù)據(jù)融合的煤礦典型動力災(zāi)害多元信息挖掘分析技術(shù)　338
7.1　井下傳感器數(shù)據(jù)的多元海量動態(tài)信息的聚合理論與方法　338
7.1.1　基于變分模態(tài)分解與小波包的微震信號降噪濾波方法　338
7.1.2　基于奇異值分解中值法的瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)降噪方法　341
7.1.3　基于字典學(xué)習(xí)的自適應(yīng)微震數(shù)據(jù)壓縮感知方法　345
7.1.4　基于有效投影的壓縮采樣匹配追蹤算法在瓦斯數(shù)據(jù)壓縮感知中的應(yīng)用　348
7.2　礦山監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘與在線預(yù)警理論與方法研究　351
7.2.1　基于Bagging算法的改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成學(xué)習(xí)模型　351
7.2.2　基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤與瓦斯突出預(yù)測方法　356
7.2.3　基于Tri-training的數(shù)據(jù)流集成分類算法　359
7.3　需求驅(qū)動的煤礦災(zāi)害預(yù)警服務(wù)知識體系及其關(guān)鍵技術(shù)研究　361
7.3.1　研究方法　361
7.3.2　基于SaaS模式的煤礦典型動力災(zāi)害預(yù)警服務(wù)方法研究　362
7.3.3　面向煤礦災(zāi)害預(yù)警需求的即時主動信息推送方法　365
7.4　基于特征漂移的煤礦沖擊地壓、災(zāi)害在線預(yù)警方法　369
7.4.1　基于特征漂移的煤礦沖擊地壓災(zāi)害在線預(yù)警方法研究　369
7.4.2　研究結(jié)果與結(jié)論　373
7.5　基于大數(shù)據(jù)分析的災(zāi)害危險區(qū)域快速辨識及智能評價技術(shù)研究　378
7.5.1　礦山動力災(zāi)害的全息預(yù)警方法　378
7.5.2　基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的礦山動力災(zāi)害模態(tài)預(yù)警方法　380
第8章　基于云技術(shù)的煤礦典型動力災(zāi)害區(qū)域監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺　383
8.1　具有推理能力、語義一致性的煤礦典型動力災(zāi)害知識庫構(gòu)建技術(shù)　383
8.1.1　基于改進七步法的煤礦典型動力災(zāi)害本體構(gòu)建方法　383
8.1.2　基于詞向量和條件隨機場的概念抽取　386
8.1.3　基于雙向MGU模型的關(guān)系抽取　390
8.1.4　煤礦典型動力災(zāi)害本體形式化表示　394
8.2　區(qū)域性煤礦典型動力災(zāi)害風(fēng)險判識技術(shù)　397
8.3　面向煤礦動力災(zāi)害風(fēng)險判識的區(qū)域性云架構(gòu)技術(shù)　405
8.4　煤與瓦斯突出動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)　407
8.4.1　煤與瓦斯突出動力災(zāi)害區(qū)域預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建及系統(tǒng)概要設(shè)計　407
8.4.2　煤與瓦斯突出動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)　411
8.5　沖擊地壓動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)　416
8.5.1　監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準化　416
8.5.2　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件設(shè)計　418
8.5.3　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件實現(xiàn)　420
8.5.4　沖擊地壓動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)　421
第9章　煤礦典型動力災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警技術(shù)集成及示范　427
9.1　煤礦典型動力災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警技術(shù)集成架構(gòu)建立　427
9.1.1　研究內(nèi)容及方案　427
9.1.2　煤礦典型動力災(zāi)害主控因素與風(fēng)險判識方法集成　431
9.1.3　煤礦典型動力災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警技術(shù)架構(gòu)體系構(gòu)建　431
9.1.4　煤礦典型動力災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警技術(shù)裝備示范應(yīng)用的流程　436
9.2　沖擊地壓多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺應(yīng)用示范　437
9.2.1　沖擊地壓多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺示范方案　437
9.2.2　山東能源集團有限責(zé)任公司沖擊地壓示范工程　440
9.2.3　大同煤礦集團有限責(zé)任公司忻州窯礦沖擊地壓示范工程　447
9.2.4　神華新疆能源有限責(zé)任公司沖擊地壓示范工程　453
9.2.5　沖擊地壓多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺示范應(yīng)用結(jié)果　461
9.3　煤與瓦斯突出多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺應(yīng)用示范　462
9.3.1　煤與瓦斯突出多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺示范方案　462
9.3.2　陽泉煤業(yè)(集團)有限責(zé)任公司煤與瓦斯突出示范工程　465
9.3.3　貴州盤江精煤股份有限公司煤與瓦斯突出示范工程　468
9.3.4　煤與瓦斯突出多元集成監(jiān)控預(yù)警平臺示范應(yīng)用結(jié)果　472
9.4　沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害多元集成監(jiān)控預(yù)警技術(shù)應(yīng)用示范　473
9.4.1　沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺示范方案　473
9.4.2　胡家河煤礦沖擊-突出復(fù)合型災(zāi)害示范工程　474
9.4.3　沖擊-突出復(fù)合型動力災(zāi)害多元集成監(jiān)控預(yù)警平臺示范應(yīng)用結(jié)果　485
9.5　煤礦典型動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)綜合平臺應(yīng)用示范　485
9.5.1　煤礦典型動力災(zāi)害遠程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)綜合平臺應(yīng)用示范方案　486
9.5.2　煤礦典型動力災(zāi)害多元信息挖掘分析技術(shù)應(yīng)用示范　489
9.5.3　遠程監(jiān)控預(yù)警技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)　489
9.5.4　綜合平臺示范效果　490
主要參考文獻　491