煤礦典型動力災害風險判識及監(jiān)控預警

目錄
前言
第1章　緒論　1
1.1　研究意義與當前研究不足　1
1.2　本書研究思想和內容　2
第2章　煤礦沖擊地壓失穩(wěn)災變動力學機理與多場耦合致災機制　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　復雜地質構造與采動應力疊加下沖擊地壓災變機理及防治　38
2.2.1　復雜地質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)力學響應特征研究　41
2.3　煤巖失穩(wěn)破裂過程中的能量演化機理　46
2.3.1　基于應力-應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　構造應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機理與應用分析　59
2.4　開采擾動下多場耦合煤巖沖擊失穩(wěn)的動力學機理　67
2.4.1　開采擾動下工作面圍巖應力場分布與變化規(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)沖擊地壓模型及應用　77
2.5.2　高地壓礦震擾動下煤柱應力偏量集中區(qū)誘沖機制　79
第3章　煤與瓦斯突出災變機理及復合動力災害孕育機制　82
3.1　復雜地質構造對煤與瓦斯突出的主控機制　82
3.1.1　斷層構造應力場分布規(guī)律研究　82
3.1.2　褶曲構造應力場相似模擬實驗　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-突出復合型動力災害發(fā)生機理及孕災機制　143
3.5.1　沖擊-突出復合型動力災害主要表現(xiàn)特征　144
3.5.2　沖擊能量對沖擊-突出復合型動力災害的影響規(guī)律研究　144
3.5.3　沖擊-突出復合型煤巖瓦斯動力災害發(fā)生的動態(tài)演化規(guī)律研究　154
3.5.4　煤炭開采沖擊-突出復合型煤巖瓦斯動力災害孕災機制探討　159
第4章　沖擊地壓風險智能判識與監(jiān)控預警理論及技術體系　161
4.1　沖擊地壓力學機理與分類　161
4.1.1　沖擊地壓三場耦合致災機理　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)測指標體系構建　178
4.3.1　預警指標構建　178
4.3.2　預警指標效能評價與檢驗　182
4.3.3　沖擊危險監(jiān)測多參量指標體系的建立　186
4.4　沖擊地壓三場監(jiān)控預警模型與技術體系　186
4.4.1　監(jiān)控預警的理論基礎　186
4.4.2　預警準確率的含義　188
4.4.3　三場監(jiān)控預警模型　188
4.4.4　沖擊地壓分源監(jiān)測方法權重模型　192
4.5　沖擊地壓三場監(jiān)測方法　195
4.5.1　應力場監(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　沖擊地壓應力場監(jiān)控預警技術與裝備開發(fā)　201
4.6.1　沖擊危險的雙震源一體化反演預警技術　201
4.6.2　沖擊地壓地應力連續(xù)監(jiān)控預警技術　203
4.7　現(xiàn)場應用與示范　206
4.7.1　礦井概況　206
4.7.2　KJ470雙震源一體化反演的應用　207
4.7.3　多參量監(jiān)控預警應用　207
第5章　煤與瓦斯突出風險判識與監(jiān)控預警理論及技術體系　221
5.1　煤與瓦斯突出風險因素分析及預警指標體系構建　221
5.1.1　煤與瓦斯突出風險因素分析　221
5.1.2　煤與瓦斯突出預警指標體系構建　226
5.2　煤與瓦斯突出前兆信息特征規(guī)律　227
5.2.1　瓦斯-應力-溫度互耦關系及前兆特征　227
5.2.2　聲發(fā)射和電磁輻射前兆特征　235
5.3　突出預警模型構建　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)預警模型　263
5.4　突出預警信息采集方法及途徑　268
5.5　煤與瓦斯突出預警系統(tǒng)　269
5.5.1　設計原則與總體架構　269
5.5.2　數(shù)據(jù)庫設計　272
5.5.3　系統(tǒng)功能模塊　272
5.6　典型工程應用　275
5.6.1　礦井概況　275
5.6.2　多元信息融合突出預警系統(tǒng)　275
5.6.3　預警應用　278
第6章　煤礦動力災害前兆采集傳感與多網(wǎng)融合傳輸技術及方法　279
6.1　煤礦典型動力災害多元前兆信息傳感技術及裝備　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　三軸應力傳感器研究　299
6.1.4　無線鉆屑瓦斯解吸指標測定裝置及鉆孔瓦斯涌出初速度測定裝置　306
6.2　關鍵區(qū)域無線自組網(wǎng)輸技術與裝備　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)化設計　315
6.2.3　無線自組網(wǎng)基站及節(jié)點樣機設計　317
6.3　關鍵區(qū)域設備非接觸供電及數(shù)據(jù)傳輸技術與裝備　322
6.3.1　礦用非接觸供電及電力載波技術研究　322
6.3.2　透明傳輸網(wǎng)關研究　332
6.4　災害前兆信息采集、解析及協(xié)同控制技術與裝備　333
第7章　基于數(shù)據(jù)融合的煤礦典型動力災害多元信息挖掘分析技術　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　基于字典學習的自適應微震數(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)壓縮感知中的應用　348
7.2　礦山監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘與在線預警理論與方法研究　351
7.2.1　基于Bagging算法的改進BP神經(jīng)網(wǎng)絡集成學習模型　351
7.2.2　基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的煤與瓦斯突出預測方法　356
7.2.3　基于Tri-training的數(shù)據(jù)流集成分類算法　359
7.3　需求驅動的煤礦災害預警服務知識體系及其關鍵技術研究　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害預警服務方法研究　362
7.3.3　面向煤礦災害預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、災害在線預警方法　369
7.4.1　基于特征漂移的煤礦沖擊地壓災害在線預警方法研究　369
7.4.2　研究結果與結論　373
7.5　基于大數(shù)據(jù)分析的災害危險區(qū)域快速辨識及智能評價技術研究　378
7.5.1　礦山動力災害的全息預警方法　378
7.5.2　基于實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的礦山動力災害模態(tài)預警方法　380
第8章　基于云技術的煤礦典型動力災害區(qū)域監(jiān)控預警系統(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害知識庫構建技術　383
8.1.1　基于改進七步法的煤礦典型動力災害本體構建方法　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模型的關系抽取　390
8.1.4　煤礦典型動力災害本體形式化表示　394
8.2　區(qū)域性煤礦典型動力災害風險判識技術　397
8.3　面向煤礦動力災害風險判識的區(qū)域性云架構技術　405
8.4　煤與瓦斯突出動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)研發(fā)　407
8.4.1　煤與瓦斯突出動力災害區(qū)域預警指標體系構建及系統(tǒng)概要設計　407
8.4.2　煤與瓦斯突出動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)開發(fā)　411
8.5　沖擊地壓動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)研發(fā)　416
8.5.1　監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標準化　416
8.5.2　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件設計　418
8.5.3　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件實現(xiàn)　420
8.5.4　沖擊地壓動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)設計及實現(xiàn)　421
第9章　煤礦典型動力災害監(jiān)控預警技術集成及示范　427
9.1　煤礦典型動力災害監(jiān)控預警技術集成架構建立　427
9.1.1　研究內容及方案　427
9.1.2　煤礦典型動力災害主控因素與風險判識方法集成　431
9.1.3　煤礦典型動力災害監(jiān)控預警技術架構體系構建　431
9.1.4　煤礦典型動力災害監(jiān)控預警技術裝備示范應用的流程　436
9.2　沖擊地壓多元集成監(jiān)控預警系統(tǒng)平臺應用示范　437
9.2.1　沖擊地壓多元集成監(jiān)控預警系統(tǒng)平臺示范方案　437
9.2.2　山東能源集團有限責任公司沖擊地壓示范工程　440
9.2.3　大同煤礦集團有限責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)控預警系統(tǒng)平臺示范應用結果　461
9.3　煤與瓦斯突出多元集成監(jiān)控預警系統(tǒng)平臺應用示范　462
9.3.1　煤與瓦斯突出多元集成監(jiān)控預警系統(tǒng)平臺示范方案　462
9.3.2　陽泉煤業(yè)(集團)有限責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)控預警平臺示范應用結果　472
9.4　沖擊-突出復合型動力災害多元集成監(jiān)控預警技術應用示范　473
9.4.1　沖擊-突出復合型動力災害多元集成監(jiān)控預警系統(tǒng)平臺示范方案　473
9.4.2　胡家河煤礦沖擊-突出復合型災害示范工程　474
9.4.3　沖擊-突出復合型動力災害多元集成監(jiān)控預警平臺示范應用結果　485
9.5　煤礦典型動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)綜合平臺應用示范　485
9.5.1　煤礦典型動力災害遠程監(jiān)控預警系統(tǒng)綜合平臺應用示范方案　486
9.5.2　煤礦典型動力災害多元信息挖掘分析技術應用示范　489
9.5.3　遠程監(jiān)控預警技術支持系統(tǒng)建設　489
9.5.4　綜合平臺示范效果　490
主要參考文獻　491