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[硕士论文] 周少良
采矿工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:矿井生产过程中,大部分突水事故与断裂带导水有关。研究断裂带充填介质导水影响方式,对于预防和控制突水事故的发生具有十分重要的意义。本文将断裂带充填介质导水影响方式主要分为三个方面,一是水力作用致使断裂带渗透导水,二是采掘活动影响下断裂带导水性发生转变,三是断裂带充填介质岩性成分对断裂带导水的控制作用。本文综合运用理论分析、相似材料实验、数值模拟等研究方法,对断裂带充填介质导水影响方式进行实验研究。
  本文以断裂构造及其岩性和水理性研究为切入点,了解了断裂构造的基本类型;分析了断裂带充填介质的岩性特征;并研究了其在渗透水流作用下的弱化机理和破坏规律。
  本文采用相似实验研究方法,研制了断裂带充填介质的相似材料,作为本文的实验对象。根据断裂带渗透特性的差异,本文将断裂带充填介质划分为角砾岩充填介质、动力片状岩充填介质、泥质岩充填介质三种类型,并根据其岩性特征,选择合适的材料进行配比,研制了满足介质原岩特征的相似材料。
  以研制的相似材料为实验对象,通过设计不等水压条件下含水率对比实验,研究水压对断裂带导水的影响;通过设计不等浸水条件下单轴压缩对比实验,研究水对岩石弱化效应对断裂带导水的影响;通过设计不等受压条件下渗透系数对比实验,研究采掘活动对断裂带导水的影响;通过分析相似材料中主要成分含量对相关导水特征参数的影响规律,分析断裂带充填介质岩性成分对断裂带导水的影响。
[博士论文] 周鲁洁
安全科学与工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭是我国的主要能源,但煤矿事故严重威胁着煤矿安全生产。相关统计显示,我国煤矿企业的生产安全事故中80%是由人的不安全行为导致的。因此,深入研究人的不安全行为及其控制技术,对预防和控制煤矿事故发生率具有重要的现实意义和理论价值。本文根据现代安全科学理论,结合行为科学、信息技术和计算机网络技术等技术手段,通过集成DEMATEL-ISM法、Arena仿真建模技术、智能体建模、系统动力学、计算机编程技术的应用,对煤矿职工不安全行为控制问题进行了系统、深入的研究。
  首先,系统分析了煤矿职工不安全行为的特征与分类,并通过统计分析近十年(2008年-2017年)煤矿事故,找出了职工不安全行为对各类煤矿事故的影响规律,进而分析了煤矿职工不安全行为影响因素,构建了煤矿职工不安全行为评价指标体系。采用集成DEMATEL-ISM方法进行煤矿职工不安全行为模型计算分析,揭示了各因素间的相互影响机制和逻辑关系,明确了煤矿职工不安全行为影响因素的影响、作用规律,得到位于本质致因层的因素为心理状况和工作经验,可影响所有其他不安全行为因素。
  然后,开展了煤矿职工不安全行为风险传递Arena仿真研究,得到了煤矿职工行为风险传递规律。以节点11工作经验与节点13心理状况作为模型初始节点进行Arena仿真得出,涌现均值越大,节点处置风险时间越长,风险处置效果越好;节点免疫力的增加可提高风险拦截能力;节点风险处置速率提高可显著减小最大系统风险熵。
  再后,建立了煤矿职工不安全行为动态仿真模型,结合智能体与系统动力学,对煤矿职工不安全行为变化规律进行了动态仿真,发现不安全行为在不同群体间的仿真结果具有一致性;开展了煤矿职工不安全行为干预与控制对策研究,提出了煤矿职工不安全行为控制对策,建立了控制对策库。
  最后,利用ASP和数据库技术,研制了B/S模式的煤矿职工不安全行为预警控制系统,具备煤矿职工不安全行为的管控和行为预警等功能,为管理和控制煤矿职工不安全行为提供了信息化、网络化的工具和手段。
  通过本文研究,得出了煤矿职工不安全行为发展演变规律,开发了煤矿职工不安全行为预警控制系统,可对该领域的研究、应用提供理论和技术支持。
[硕士论文] 邢世平
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井水害一直是煤矿安全生产的主要危害,其中以煤层底板突水最常见。以孔庄矿东部采区(Ⅲ4、Ⅲ5采区)7煤底板太原组四灰含水层为研究对象,分析了研究区的地质条件以及水文地质条件;采用Piper三线图以及Schoeller图分析研究各含水层的水化学特征;利用钻孔漏水率和四灰含水层等水位线分析研究区太原组四灰岩溶发育规律和水动力规律;基于改进博弈论的FAHP-CRITIC建立脆弱性评价模型,并对孔庄矿东部采区7煤层底板四灰突水危险性进行分区,得出主要结论如下:
  (1)研究区属华北型石炭二叠系含煤地层,区内断层以平行展布为主,倾向一致,断层面的倾角均较大,主要发育的断层分别为F徐庄、F徐支、KF13、F6-2、F6-6。
  (2)四灰含水层水位变化较大,富水性不均,易接受浅部含水层的入渗补给,是7煤主要充水水源之一;四灰溶蚀程度随着深度增加而减弱;四灰含水层水位在整体上呈现为西高东低,仅在孔庄东部采区部分区域,水位为北高南低;四灰含水层大部分离子浓度变异系数相对较大,与外界含水层有一定联系。
  (3)7煤层底板脆弱性分区预测表明:突水脆弱区主要分布在研究区的中部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的22.5%;突水较脆弱区分布在研究区的中部、东部以及北部的部分区域,占整个研究区面积的25%;过渡区分布在研究区的西北部、中部、南部以及东部的部分区域,占整个研究区面积的25%;突水较安全区分布在研究区的西部以及中部的部分区域,占整个研究区面积的15%;突水相对安全区分布在研究区的西南部,占整个研究区面积的12.5%。最后采用脆弱拟合率VFP对评价模型进行验证,拟合率达100%,表明7煤层底板太原组四灰突水脆弱性评价模型可信;将脆弱性指数法与突水系数法对煤层底板突水危险性分区进行比较,认为脆弱性指数法对影响煤层底板突水因素的考虑更为全面,更具有现实和指导意义。
[硕士论文] 武义成
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:突水是制约煤矿安全可持续生产的常见灾害之一,在危害矿井安全生产的同时也威胁着工作人员的生命安全。因此,快速、准确地识别矿井突水水源,对于矿井防治水工作与水害防治具有重要的实际意义。
  本文以临涣矿区为研究对象,在矿区地质与水文地质资料的收集、整理与分析的基础上,分析了各含水层水样的水化学常规离子、TDS、PH等,研究了矿区岩溶水水化学特征,建立了矿区灰岩水突水的多种判别模式。主要成果如下:
  (1)将K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS与灰岩埋藏深度进行分析,得出埋藏深度的增加,K++Na+、Ca2+、Mg+、SO42-、Cl-TDS含量呈增大的趋势,HCO3-含量则减少。
  (2)采用piper三线图对矿区各含水层K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等常规离子含量分析,得出各含水层的水质类型:第四含水层为Cl-Na型以及Cl·SO4-Ca·Mg型;煤系地层砂岩裂隙含水层为HCO3-Na型以及Cl-Na型;太灰含水层为SO4-Ca·Mg型和以及Cl-Na型;奥灰含水层SO4-Ca·Mg型以及Cl·SO4-Ca·Mg型。矿区内灰岩岩溶裂隙水与四含水、煤系砂岩裂隙水均在一定程度上存在水力联系。
  (3)通过因子分析法,提取特征值,明确地下水化学演变过程中的主要水化学形成作用。
  (4)以K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS作为研究指标,在研究区内建立Fisher、模糊综合评判、BP三种模型,并对三种模型进行比较得出:BP神经网络具有更好的判别效果。
[硕士论文] 许紫灵
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:井筒是矿井的“咽喉”,是矿区人员和物料进出矿井、井上下信息沟通的重要工程。井筒的安全性对于矿井生产的稳定性具有决定作用。井筒在长期使用后,井壁混凝土会因为种种原因而发生结构劣化,这种现象轻则影响生产效率,重则威胁矿井安全。
  通过现场初步勘察,安徽马钢集团罗河铁矿副井井壁多处发生破坏,混凝土掉落、钢筋裸露,并有淋水现象。针对副井井壁破坏特征,在弄清区域地质及水文地质条件的基础上,通过室内模拟实验,揭示了井壁混凝土腐蚀破坏机理,并提出了相应的防腐蚀措施。主要研究成果如下:
  (1)使用Piper三线图和聚类分析法,将井筒淋水、井下出水点水及矿区地表水样与已知的砖桥组裂隙承压水做类比分析,结果表明井筒水样和矿区内地表水均来自于砖桥组承压含水层,而矿区外地表水与砖桥组承压水没有水力联系。
  (2)利用两种混凝土(井筒原状混凝土和抗硫酸盐混凝土)和两种水(井壁渗淋水和矿区内地表水)进行正交浸泡实验。对浸泡液中常规离子浓度变化趋势分析后,发现井筒原状混凝土所处的浸泡液中Mg2+和SO42-的浓度随着浸泡时间的增长而下降,这表明了井筒渗、淋水与矿区内地表水均对井筒原状混凝土产生了腐蚀。相比之下,抗硫酸盐混凝土表现出良好的耐性,但对镁盐腐蚀耐久性较差。
  (3)基于相关性分析,井筒原状混凝土参与的两组浸泡液中,Cl-与SO42-的相关系数别为-0.959,-0.842,这表明了溶液中的Cl-对SO42-参与的腐蚀反应起到了抑制作用。并且在该两组实验中,Cl-与Mg2++和Ca2+的相关系数分别为-0.936、-0.932、-0.868和-0.429,因此可以判断Cl-并未与其他阳离子结合生成氯盐对混凝土产生膨胀性破坏。
  (4)采用回归分析法,发现四组实验中室温对溶液pH值没有影响,两者间的回归系数分别为0.3951、0.3461、0.3104和0.4879。同时,由抗硫酸盐混凝土参与的两组实验中Mg2+与SO42-间的回归系数分别为0.2661和0.0099,说明在这两组实验中,强腐蚀性硫酸盐MgSO4没有对混凝土产生腐蚀作用。
[硕士论文] 於波
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:淮北临涣矿区水文地质条件较复杂,矿区内10煤层的开采普遍受到底板太原组灰岩含水层突水的威胁,并发生灰岩岩溶含水层突水灾害,因此研究灰岩含水层水文地质条件、地下水动态特征和灰岩水的疏放性,采取有效的灰岩水防治方法和措施,实现煤矿的安全生产,具有十分重要的意义。
  本文通过研究区太原组1~4灰岩岩性、渗透系数、浆液消耗量、测井曲线等资料的收集整理,对临涣矿区太原组灰岩的地层沉积特征、岩溶发育特征和控制机理进行了系统的分析。另外,在分析灰岩水水动力、水化学特征的基础上,利用Visual modflow软件模拟地下水位的动态变化,为太灰水的疏放性分析和10煤底板灰岩水的防治提供参考。取得的主要成果有:
  1、矿区灰岩岩溶裂隙以溶隙和溶孔为主要发育形态,裂隙发育和灰岩层埋深呈负相关关系;太原组三灰、四灰比一灰、二灰岩溶发育好,区内-500m以深的岩溶发育差;太灰岩溶的发育主要受灰岩成分、地质构造、地下水径流条件控制。
  2、通过灰岩水化学流场的分析,将矿区划分为东部、西北部和西南部三个水文地质亚单元;对灰岩水水动力特征和地下水径流条件的研究表明太原组灰岩水补给不充分,交替循环弱,垂向上可划分为滞留带、弱径流带和强径流带。
  3、通过矿区抽放水试验及水文地质条件的分析,建立了太原组灰岩含水层的概念模型和数学模型。在对模型进行识别和验证后,获得了研究区的水文地质参数,并模拟了地下水流场的动态变化过程,其结果为太灰水的疏放性评价提供了重要的参考依据。
  4、结合淮北矿区防治水的经验,提出研究区灰岩水防治采用“疏水降压、限压开采”为主,“局部注浆改造、抗压开采”为辅的防治水模式。
[硕士论文] 李文喜
地质工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:在煤炭开采中,矿井水害是影响煤矿安全生产的主要因素之一,煤层附近的富水区严重威胁着煤矿的生产安全,探明地下煤层附近富水区的情况,可以有效地指导煤矿水害的防治工作。在井下防治水工作中,所使用的主要方法,有瞬变电磁法和直流电法,井中直流电法又以高密度为主,本论文是在国内外矿井直流电法和有限元理论研究基础上,进行数值模拟、成像,分析矿井煤矿工作面底板异常体响应的特征,为实际的测量数据解释提供理论参考。
  本文采用的是直流电法中高密度的测量方式,选择二极测量装置,使用编程软件,对建立的多种地质模型进行数值模拟,然后在利用反演软件反演成像,将成像后的结果与地电模型对比解释分析,为煤矿防治水提供技术和理论支持。最后主要介绍了直流电阻率法在矿井中三维成像的应用实例和直流电阻率法在矿井中应用所存在的问题,以及今后需要研究的方向。
  如何在井下环境中,利用有限的空间,展开矿井三维直流电阻率法数值模拟以及勘探,是本论文进行研究的主要内容。首先介绍了直流电阻率法的相关理论、矿井直流电法的特点,以及正、反演理论和有限单元法的基本思想,包括三维点电源场的边值与变分问题、网格剖分、线性差值与单元分析、总电位计算等内容。其次是利用井下的两条巷道和联络巷首先建立地电模型,在模型的基础上再加入低阻异常体,用Visual Fortran编程软件对每个模型进行编程,建立全空间的有限元正演数值模拟,再用RES3DINV反演软件采用电极位于水层下反演方式进行反演成像,输出反演数据,用Surfer软件绘图,便于对每个模型进行对比。
[硕士论文] 王园园
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类的生存与发展离不开能源的支持,煤矿资源作为重要的能源之一在其中发挥着非常重要的作用。根据近年来煤矿事故死亡统计分析可知,瓦斯事故与以前相比已经越来越少,但仍有发生。由于矿区具有地质条件比较复杂、煤层很软、井下瓦斯含量高所以经常会产生一些突出危险等特点,这极大的阻碍了采煤的进程。尽管随着综合机械化采煤的迅速发展,从一定程度上加快了采矿区回采工作面的推进速度,但与此同时工作面瓦斯涌出量也急剧增加,从而造成瓦斯超限现象也常常会有发生。
  为了解决以上问题,本文在设计中特意将无线传感器网络引入综采面的瓦斯监控系统中,这对提高系统的可靠性,保障煤矿的安全高效生产具有重要的意义。
  本文首先对井下与井上两个部分进行详细的设计。井下部分主要实现的是数据采集功能。在底层节点中使用的是CC2530ZigBee节点,其支持ZigBee协议,通过将CO、瓦斯、甲烷和气压等传感器与其进行连接,可以实现对CO、瓦斯、甲烷等气体浓度的采集,并使用以ZigBee技术为基础构建的无线传感器网络对采集的数据进行传输,从而实现数据采集功能,同时又引入了瓦斯的涌出规律,有利于与后期终端收集的数据进行对比分析,预防瓦斯突出危险的发生。井上部分主要实现的是对各个节点的控制与管理并对井下采集的数据进行分析与判断的功能。在井下部分不是由终端直接对各个节点进行管理与控制等,而是通过网关实现对节点的管理与控制并对传递到网关的数据进行初步的处理等操作,然后在把所得的相关信息传输到终端,接着对本文在设计中使用的leach分层拓扑控制算法进行分析与介绍。本文为了进一步降低节点能耗,延长网络的寿命,对leach算法进行了改进,从而极大的提高了无线传感网络的整体性能。并对leach算法与改进的leach算法进行仿真,通过两者的仿真对比,改进的算法符合设计的要求。最后,本文对组网性能以及网关接入进行了测试及分析。
[硕士论文] 齐瑞
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:水害长久以来都是煤矿及各类矿床在采掘过程中所面临的主要灾害事故之一,也是制约矿产安全可持续开采的主要因素。水害防治的首要任务是迅速确切地判断矿井涌水来源,进而有针对性的开展下一步水害防治工作。
  潘北井田沉积环境以及控水构造在很大程度上制约了矿区地下水运动,矿井主要充水水源为老空水、煤系砂岩水、新生界下含水和太灰水。由于采动破坏,各含水层之间的水力联系较为密切,矿井水文地质条件变得更加复杂,需要建立综合突水水源判别模型来快速确定矿井突水来源,确保矿井水害防治工作高效进行。
  收集并分析潘北矿的水文地质资料、矿井主要含水层水样测验资料以及相关地球化学数据,通过Piper三线图、Durov图、Stiff图等来分析矿井主要充水含水层水化学特征,结果显示各充水含水层水样的水化学特征相似度比较高,较难区分开来。运用主成分分析法剔除水样中的无效信息和可能对后续建立模型造成干扰的信息,并借助SPSS和Matlab建立基于主成分分析的贝叶斯判别模型、多项Logistic回归模型及BP神经网络模型,交叉验证各判别模型的正确率,多项Logistic回归模型识别水样总体准确率达到79.6%;贝叶斯判别模型初始验证总精度为55.6%;BP神经网络综合判别正确率为88.24%。对比分析各个判别模型的优点和不足,确保快速准确判别突水水源所属含水层,保障矿井安全生产,并为类似矿井的水害防治工作提出可靠的参考依据。
[硕士论文] 许伟
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对告成煤矿煤层透气性差、煤质松软、瓦斯难以抽采等问题,采用理论分析、相似模拟试验、现场工业化试验相结合的研究方法,借助动态应变仪、网络并行电法仪等先进设备,系统研究了水力冲孔与爆破增透结合的煤层增透机理,并对技术工艺参数进行了优化。具体研究内容如下:
  首先,对冲爆联合区域性卸压增透机理进行了深入分析。分析了爆破能量、应力波、爆生气体以及控制孔在裂隙扩展过程中起到的作用,研究发现爆炸能量以应力波与高温高压的爆生气体向外释放,当应力波传播到控制孔表面,发生反向拉伸,使裂隙区进一步发展;爆生气体楔入应力波作用产生的裂隙中,促进了裂隙的扩展。
  其次,开展了冲爆联合区域性卸压增透相似模拟实验,获得了应力波的传播规律及区域性煤层损伤特征。依据相似理论和相似准则,确定了煤岩体模拟材料及配比;依据相似理论、断裂力学及告成煤矿地质数据等设计相似模拟试验方案;试验结果表明:控制孔对裂隙发育具有明显的导向作用,控制孔的存在提供了煤体爆破产生压碎区和裂隙区所需的空间,同时能够消除应力集中;动态应变仪采集的数据表明,应力波在煤体中产生明显的反复拉伸作用,且此作用在离爆破孔越近的地方越明显;通过电法仪采集数据可得,电法仪是一种可以直观、清晰观察煤层裂隙的新方法,具有实际应用价值。
  最后,开展了冲爆联合区域性增透现场工业化试验。实测数据表明,冲爆联合区域性增透的影响半径可达15m,抽采孔瓦斯抽采浓度与抽采纯流量在48小时以内保持较高水平;将爆破孔接入抽采管路进行瓦斯抽采,结果表明相对于抽采孔,爆破孔有更高的瓦斯抽采浓度,抽采效果优于抽采孔。
  冲爆联合区域性卸压增透技术在低透气性松软煤层中能够起到较好的增透效果,使瓦斯抽采效率大幅度提升。研究成果对于国内同类煤层,尤其是高瓦斯、低透气性松软煤层,具有较高的推广价值。
[硕士论文] 薛凉
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着煤矿开采地质条件越趋复杂性以及开采深度向纵向深度发展的趋势,矿井瓦斯问题日益严峻,尤其是煤与瓦斯突出现象造成人员伤亡、井巷破坏现象将更加严峻。大量实际观测资料和研究成果表明,瓦斯突出具有明显的分区分带性,地质构造是控制突出分区分带的主导性地质因素。但对地质构造复杂程度及其与瓦斯突出关系的认识,仍然停留在定性分析和经验描述的阶段,缺乏系统的规律性分析和定量化描述。
  本文以实现利用分形理论定量的研究地质构造对煤与瓦斯突出控制作用为研究主题,探讨了井田7、8和10主采煤层的瓦斯地质规律以及运用分形理论定量研究断裂和褶皱构造复杂程度的方法;研究了各主采煤层的构造煤厚度变化特征,最后采用多指标参数的灰色模糊综合评判方法对瓦斯灾害危险性进行了定量评价,取得了以下几方面的结论:
  (1)采用计算机模拟方法,得出影响分维数变化的敏感性因素是断层的数目和断层的长度,为采用分形手段研究地质构造复杂程度机理提供了初步的理论基础。
  (2)提出了井田断裂、褶皱分维数的统计方法,做出了井田断裂、褶皱和煤厚变化的分维值等值线图。总的来看,三个煤层的构造复杂程度均比较高,其地质构造发育的总体特征与井田内主要断层分布及其发育程度有着紧密的联系。
  (3)提出了表示煤厚变化复杂程度的分维数统计方法,实现了定量研究煤厚变化复杂程度。同时也表明了本次提出的煤厚变化分维数统计方法的准确性,以及运用分维数来表征煤厚变化是可行的。通过对煤体结构特征进行测井曲线解译,分析构造煤的分布特征。
  (4)选用瓦斯含量、断裂、褶皱、煤层厚度、煤厚变化、构造煤厚度等因素,运用灰色模糊综合评判方法对井田7、8和10煤层瓦斯突出危险性进行了定量评价。
  7煤层安全区分布面积较小,一部分分布在井田东南部的浅部地区;另外在10东2、12-3、13东2孔处为安全区域。突出危险区域大部分分布在勘探线7-8线与勘探线9西线之间的深部区域;另外在井田东南部和西南部浅部区域也存在着突出危险性。其余的区域都是从危险区过渡到威胁区,威胁区占有井田面积的大部分。
  8煤层7线到8线的浅部地区、8线到10线大部分地区都是危险区。明显8煤层的突出危险区较7煤层的大,在井田西部F24、F25较大断层处也从威胁区转变成危险区。
  10煤层瓦斯危险区域明显减小,只是在井田东部局部、中部局部、西部局部地区是危险区域,其余皆为威胁区与安全区。
[硕士论文] 丁一轩
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国是煤炭大国,煤矿行业职业危害严重,职业病新增病例逐年增加。煤矿职业危害因为其发病率高、危害性大,是职业危害防治重点。对煤矿井下工作场所职业危害因素进行分析研究,对于指导煤矿职业危害防治具有重要意义。
  本文选取了某煤矿的井下职业危害因素为对象进行分析研究,分成职业危害因素分析、职业危害因素检测和职业危害评价三部分来进行分析研究。对分析出的主要职业危害因素进行井下的采样和分析,并对煤矿的职业危害防护设施、个人使用的职业危害因素防护用品等进行调查,并研究分析大量国内外职业危害研究的资料,最后根据检测结果使用作业条件危险性评价法、风险评估法、模糊综合评价法三种不同方法对噪声、有毒有害气体和粉尘进行了评价。结合评价结果,提出符合煤矿作业场所职业危害的控制技术和管理措施。
  矿井下的几种主要生产工艺,如凿岩、通风、爆破、装载和运输等产生高强度的噪声。在几种工艺中凿岩过程产生的噪声和危险特别明显。井下噪声的主要来源是凿岩作业,凿岩机是井下采掘最常用和噪声最大的移动设备。噪声危害是具有潜在危险性的职业危害因素。对井下不同生产方式产生的粉尘样品分散度进行检测,发现粒径小于5微米的粉尘数量较多,呼吸性粉尘占比较大。其中采煤机采煤、刮板输送机输送等生产工序产生的粉尘分散度较高。对一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化硫及硫化氢5种有毒有害气体的检测结果表明:五种有毒有害气体的短时间接触浓度或最高容许浓度都符合中国职业接触限值规定。对噪声、有毒有害气体和粉尘危害风险进行了分析,结果表明:噪声危害属于“显著危险”等级;有毒有害气体中的硫化氢、一氧化氮、二氧化氮和一氧化碳为高风险的职业危害因素,二氧化硫为中等风险的职业危害因素;粉尘危害严重。
  本文以煤矿的安全生产为出发点,结合了三种职业危害因素评价结果,提出了有针对性的煤矿整改措施。
[硕士论文] 刘浩
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井涌水量是矿井水文地质条件复杂程度的重要评价指标,也是矿山制定开采方案及排水系统设计的依据。在矿山开采的过程中,矿井涌水量预测的准确性对于保障煤矿的安全开采、防止淹井事故的发生以及实现高效开采都有非常重要的意义。
  矿井涌水量是矿井在开采过程中水文地质条件的综合体现,不同水文地质条件的矿井涌水规律不同,同一水文地质单元的涌水规律相似。因此,不同水文地质单元的矿井采用同样的公式计算矿井涌水量,会产生较大的误差。为更加科学地预测潘谢矿区各矿井涌水量,根据地质构造、水文地质条件,将潘谢矿区划分为松散层补给区、灰岩补给区和推覆体补给区三个水文地质单元。
  在研究现有矿井涌水量预测方法适用性条件的基础之上,结合潘谢矿区不同水文地质单元矿井具体水文地质条件的差异性,探寻矿井预测涌水量与实测涌水量之间产生误差的原因。在综合考量现有涌水量预测理论技术与方法的同时,结合潘谢矿区具体水文地质条件分析确定矿井涌水量的影响因子,提出采用基于改进模糊层次分析法确定矿井涌水量的影响因子权重分布。将矿区现有的资料完整度与矿区实际情况相结合,建立适合潘谢矿区的涌水量预测优化模型,采用涌水量预测优化模型,对潘谢矿区不同的水文地质单元的矿井涌水量预测方法进行优化,确定不同水文地质单元的矿井涌水量最优预测方法。通过工程实例验证,采用优化的涌水量预测方法计算的结果与实测涌水量比较符合。因此,所建立的潘谢矿区矿井涌水量预测优化模型可以为该矿区内的各矿井涌水量预测提供支持。
[博士论文] 邱进伟
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿井瓦斯爆炸的危害性和破坏性十分严重,为煤矿各种灾害之首。瓦斯爆炸事故一旦发生,就会瞬间产生爆炸冲击波、高温气流、灾害气体,从而引起通风构筑物的破坏、造成矿井通风网络风流紊乱、导致人员窒息死亡。考虑瓦斯爆炸冲击波传播过程中可能会呈现特殊性和复杂性,因此,需要及时、准确掌握瓦斯爆炸时期各参数在矿井通风网络中的时空变化过程,为井下避灾救灾工作提供技术支持。
  本文采用理论分析、实验和数值模拟相结合的方法,研究了瓦斯爆炸冲击波在平直、拐弯、分叉、断面突变管道以及A型网络、并联网络中的传播特征和衰减规律,并以此为基础,开发了瓦斯爆炸灾变过程模拟仿真系统,并以中国某煤矿瓦斯爆炸事故案例为研究对象,验证仿真系统的应用效果。取得的主要研究成果如下:
  (1)建立了爆炸冲击波传播的基本关系式,分析了多爆源冲击波之间的相互影响关系。基于瓦斯爆炸平面模型,得出瓦斯爆炸冲击波在直巷中发生衰减后的超压、气流速度、传播速度与传播距离之间的关系。
  (2)搭建不同的瓦斯爆炸实验系统,开展了瓦斯量分别为0.23m3、0.28m3、0.31m3的瓦斯爆炸实验研究,得出直巷中修正后的瓦斯爆炸冲击波超压的衰减计算式;发现在拐弯或分叉管道中,瓦斯爆炸超压衰减主要受拐弯或分叉角度和初始压力的影响,由此建立拐弯或分叉处超压衰减系数与拐弯或分叉角度、初始压力的耦合关系式。
  (3)通过实验研究了冲击波超压在A型网络内的传播特征,发现A型网络两侧对称时,A型网络对称两侧及角联管道对称位置的爆炸波形和超压衰减特征呈现出明显的对称特征;当不对称时,即改变某一侧管道的阻塞率,发现阻塞率的增加对该侧冲击波超压起到加强作用。实验研究了冲击波超压在并联网络内的传播特征,得出最大超压整体呈现出单调减小的变化趋势,且沿着并联网络两侧的最大超压变化趋势相同。
  (4)通过数值模拟研究了冲击波超压在断面突变管道内的传播特征,发现断面由小到大突变时,冲击波超压减小;断面由大到小突变时,冲击波超压增加,且反射波的超压值超过了初始入射波的超压值;在此基础上,建立其突变处超压衰减系数、增大系数和反射系数分别与断面变化率、初始压力之间的关系。
  (5)给出了瓦斯爆炸灾变过程非稳态网络解算模型、风流温度传播和混合模型、火风压模型及灾害气体在通风网络中传播模型,提出了爆炸冲击波超压对通风构筑物破坏判定方法。通过对瓦斯爆炸各场量因素进行特性分析,提出瓦斯爆炸灾变过程的场量模型;由此建立瓦斯爆炸场模型类,并对场量时序性进行了分析,以瓦斯爆炸灾变过程仿真为核心,构建了一个集仿真计算、数据管理、时空过程可视化为一体的模拟仿真综合平台。
  (6)采用研发的瓦斯爆炸灾变过程仿真系统对中国某煤矿瓦斯爆炸事故案例进行仿真模拟,分析爆炸冲击波对通风构筑物的破坏情况、通风网络结构的动力演化、冲击波超压传播过程和灾害气体在网络中动态蔓延过程,并以此验证仿真系统效果。
  本研究成果不仅具有重要的理论和实践价值,而且对解决中国矿井瓦斯爆炸灾害事故及瓦斯爆炸后通风系统灾后修复具有重要的指导作用。
[硕士论文] 黄凯
地质工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文以龙东煤矿东二采区F孙断层为研究对象,在收集矿井地质资料的基础上,利用钻探技术,对F孙断层位置及其导、含水性进行了探查,基于探查工程所取断层带及两侧岩体岩芯,开展了岩石单轴压缩试验、劈裂试验及浸水试验,获得了断层带及两侧岩体的岩石物理力学参数,对F孙断层的工程地质特征进行了评价。根据地质条件建立了研究区地质模型,采用相似材料模拟和数值模拟方法,对近断层带岩体及煤层项底板采动效应进行了模拟研究。基于断层采动效应和公式计算,对F孙断层防水煤柱宽度进行了合理确定,为东二采区工作面布置及水害防治提供了科学依据。取得的主要成果有:
  1.通过对已有勘探资料的综合分析,结合本次井下探查,进一步确定了F孙断层的位置及其基本特征。
  2.基于抽水试验及井下探查,得出F孙断层为含水性弱、导水性差的断层;断层带岩石破碎,完整性较差,整体强度较低,断层带岩石遇水后,易产生塑性变形。
  3.建立了含F孙断层的相似材料模型,开展了煤层开采过程模拟试验,分析了在煤柱不断缩小情况下断层的采动效应特征,得出了煤层开采采动超前影响范围为30~50m。
  4.利用FLAC3D软件建立数值模型,开展了不同煤柱宽度下煤层开采的数值模拟,研究了不同煤柱宽度下的断层采动效应特征,得出了煤层开采采动超前影响范围为30~40m。
  5.考虑F孙断层落差变化特点,以勘探线剖面为计算对象,采用规范公式对F孙断层不同位置的防水煤柱宽度进行了计算,并结合断层采动效应特征,综合确定了相应位置的断层防水煤柱宽度。
[博士论文] 郑晓亮
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤与瓦斯突出是一种严重的煤矿动力灾害,准确进行突出预测是防治煤与瓦斯突出的关键,目前国内外用于突出预测的方法很多,但这些方法有一定的局限性,预测频繁,准确性有待提高,制约了煤矿的安全高效生产。本文针对瓦斯含量计算准确性、采样方法与装备、智能预测算法等几项关键技术进行了研究,改进了现有瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的含量测定精度和预测效果。
  对6次煤与瓦斯突出事故实例的能量进行了计算,分别对煤体弹性能、游离瓦斯内能和解吸瓦斯内能在有效潜能中的占比进行了分析,得到突出能量来源主要是瓦斯内能,弹性能所占比例很小,解吸瓦斯内能占比达到53.73%,瓦斯含量的大小是解吸瓦斯内能大小的直接体现。因此,将瓦斯含量作为预测突出的主要指标。突出过程中的瓦斯解吸要配合煤体结构物理力学性质等其他参数指标才能满足突出发展的能量要求,通过分析确定将瓦斯压力、孔隙率、煤层坚固性系数和瓦斯放散初速度作为突出预测的辅助指标。
  结合实验,对直接法测定瓦斯含量误差产生因素进行了分析,给出了降低测定误差的对策,编制了一套瓦斯含量计算软件,操作人员仅需输入相关参数即可,操作方便,软件可实现使用煤矿的数据汇总,为将来建立煤矿安全大数据提供了技术支持。为了降低煤样采集环节的瓦斯损失量,自主研制双管正压逆流采样装备,能够实现快速定点取样,同时完成了定点控制采样方法与装备的设计,并对其无线数据传输和采集仓门驱动电机两项关键技术进行了实验研究。
  针对煤与瓦斯突出事故数据缺失的问题,提出采用多重填补(MI)算法进行缺失数据填补,丰富事故数据集,提高机器学习算法预测的准确性。分别选用填补前和填补后的事故数据集进行预测算法学习,算法的识别率得到了提升,特别是对事故数据的识别率得到了大幅提升,验证了采用数据填补的可行性。选用随机森林(RF)算法对煤与瓦斯突出进行预测,通过与决策树(DT)、K最近邻(KNN)、支持向量机(SVM)算法比较,得到RF的预测平均识别率最高。为了提高煤与瓦斯突出预测率,在现有数据集中优化,选择数据,建立了事故识别率100%的预测模型。
  上述研究结论为基于瓦斯含量法的煤与瓦斯突出预测提供了技术支持。最后将研究成果在淮南矿业集团朱集煤矿11-2煤层进行了工程试验验证,应用效果良好。
[硕士论文] 范浩
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭在我国的能源消费中占主导地位,但与此同时我国也深受煤矿水害的影响。现阶段,由于冲水断层或者人为预防不当原因引起的矿井涌水事故时有发生。传统的矿下水文监测系统无法同时获取井下精确的水位信息与实时水位图像,这为安全生产带来了极大的不便。随着安全生产意识的提高,设计一套既能实时观测水位图像又能准确获得涌水量的可视化水文监测系统显得至关重要。
  针对中国矿井水文监测存在的现实问题,系统以机器视觉技术、嵌入式处理器平台以及OpenCV为基础,设计并实现了一套基于嵌入式视觉的矿井涌水量监测系统。该系统通过图像采集模块对水位图像进行采集,将采集到的水位图像在嵌入式视觉图像处理平台处理后转变为水位值,经由以太网通信发送到上位机后得到矿井下的涌水量。本设计为了更好的对水位图像进行处理,需要将Linux系统移植入ARM中,在此基础上再利用OpenCV库对水位图像进行处理。
  本文首先对现有的矿井涌水量监测方案进行分析,根据现有的涌水量监测方案弊端提出了基于嵌入式视觉监测的方案,同时对该监测系统整体结构进行设计;然后对该监测系统的硬件电路和软件部分进行了介绍;最后对整个监测系统进行测试、分析,验证了本设计的可行性。
[硕士论文] 李波
采矿工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:矿井底板水害严重威胁矿井安全生产,导水或者含水的断裂构造常作为导水通道、突水水源的存在而诱发矿井水害事故。在断层形成的构造运动过程中,由于岩体自身的各向异性及内部原生裂隙的存在,断层附近常常伴生有次生的断层,由于该类断层落差相对较小、隐蔽性强、探测困难,加之其所处位置及产状的特殊性,抗采动影响的能力较弱而常先于主断层而发生活化,甚至加速主断层的活化及导水通道的形成,而目前对次生断层研究相对较少。因此,为探究次生断层活化诱发矿井突水灾害的发生机理,开展了矿井底板次生断层活化突水致灾机理基础研究。
  本文围绕次生断层活化规律的理论、岩石力学实验、数值模拟实验、突水等级预测、次生断层发育程度分析与治理研究开展了理论及实验探究工作,获得了以下研究成果:
  (1)次生断层由于构造及赋存位置的特殊性,在采动影响下常发生扩展活化诱发矿井突水灾害,给工作面安全生产带来重大隐患,结合前人固液耦合断层突水机理研究,对含次生断层构造条件下(主要是对主次断层相交、相离两种情况)的次生断层受力特征及活化临界水压力进行了推导计算;
  (2)利用Flac3D模拟软件,对主次断层相交时不同次生断层角度(-60°、0°、45°)及主次断层相离时不同间距(15m、30m)两类共5种工况及含多条次生断层情况进行了研究,研究结果对不同工况下底板突水特征、突水难易程度、应力传播规律进行了分析;
  (3)通过配置脆性类岩石材料试件,进行了上述5种工况的单轴、真三轴实验探究,实验对裂纹起裂位置、发育规律、破坏形式进行了详细分析,得出了不同工况下的裂纹扩展特征;
  (4)采用模糊物元理论构建了含次生断层底板模糊物元突水预测模型,对含次生断层底板突水等级进行了预测,根据突水等级预测结果,提出了相应的水害治理方案,并进行了详细的叙述,对保证矿井安全生产,解放压覆煤炭资源,保证矿井社会经济效益具有重要作用。
[博士论文] 袁久党
安全科学与工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国能源需求的不断提高,煤矿开采深度逐渐增加,煤矿灾害事故率呈现增加趋势,矿井突水灾害已成为大采深背景下亟待解决的问题。
  我国煤矿水文地质条件复杂,煤层开采过程中受多种水体威胁,仅北方主要矿区受岩溶水威胁的煤炭储量就约有150多亿吨,而我国水害事故中仅底板水害就占88.1%,因此正确认识和分析采动过程中底板断裂构造破坏特征和突水力学机理,采取有效手段,合理确定断层防水煤柱及治理措施,不仅关系到矿井的生产安全和经济效益,也关系到煤炭资源回收、矿区水资源保护和煤炭工业的可持续发展。本文以“采动效应下断裂构造破坏特征及突水危险性评价研究”为题,深入开展相关研究工作,得到主要成果如下:
  1)在分析总结深部断裂构造破坏特征、矿井底板岩溶水存在特征及底板岩体力学特性等基础上,采用理论分析方法,分析了断裂构造破坏力学特性及采动效应下底板岩体损伤状态。
  2)采用JAW-600型数控岩体节理剪切渗流试验系统及MTS815.03电液伺服岩石试验系统,对含断裂构造岩体及深部岩样进行试验分析,获得了不同工况条件下含断裂构造岩体的渗透规律。
  3)借助相似材料模拟试验系统,分析探讨了完整底板结构工作面断层带承压水的导升特性、工作面上覆岩层运移破坏规律及含隐伏断裂构造发育工作面在采动过程中底板裂隙的空间分布形态及发育特征;再现了底板突水形成过程中的突水孕育段、突水萌生段和突水爆发段灾变演化过程,揭示了深部开采断裂构造由损伤渐进扩展到突变断裂的突水机理。
  4)采用数值模拟方法,研究了煤层底板的应力及位移分布特征、采动效应下底板断裂构造破坏特征及渗流场特征、深部开采工作面底板随工作面推进的变形破坏演化规律和不同工况条件下的底板变形破坏特征,揭示了底板破坏机理,为深部开采提供了科学依据。
  5)采用层次分析法及Fisher经典判别分析理论,确定了基于GIS技术的煤矿底板突水危险性分区情况,并对含断裂构造岩体底板进行了突水预测。
[硕士论文] 侯鑫
矿业工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:中国煤炭开采地质条件总体上复杂多变,这造成开采时遇到的问题较多。其中,对于高瓦斯厚煤层坚硬顶板工作面,初采期间顶煤难放、长悬顶板垮落冲击压力大、瓦斯难抽采等问题严重。因此,本文以山西潞安集团余吾煤业N1101工作面为例,通过理论分析、数值模拟、技术研发及现场试验等手段,在初采期间对该工作面进行端部强制放顶,改变覆岩力学结构,大大缩减了顶板破断步距,解决了初采期间顶煤难放及来压较大的问题。在分析顶板破坏规律的基础上,对高抽巷的位置进行变更,使其在合适位置逐渐下沉直至与切眼贯通,以解决初采期间瓦斯难抽采的问题。最后形成一套解决高瓦斯厚煤层坚硬顶板工作面安全初采问题的技术体系。
  理论计算强制放顶后N1101工作面下位直接顶垮落步距为8.97m,上位直接顶垮落步距为17.69m,基本顶断裂步距为25.13m,现场监测,工作面推进过程8m时下位直接顶垮落,推进14~16m时上位直接顶垮落、24m时基本顶断裂,模拟结果与理论计算和现场实测基本吻合。理论计算高抽巷应位于顶板上方15m处,通过对推进过程中塑性区发育的模拟,得出工作面推进100m时裂隙带范围在14~34m,此时高抽巷正好位于裂隙带下部,故在此处使高抽巷做出位置变更使其逐渐下沉最终与切眼贯通,通过后期现场探测,距切眼100m处裂隙带高度37.4m,初采期间高抽巷瓦斯抽采量在18m3/min,高抽巷能良好工作。
  研究表明,在N1101工作面采取端部切顶及对高抽巷位置进行变更能良好解决该工作面初采期间顶煤难冒放、顶板来压大及瓦斯难抽采的问题。
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