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(dòng)力學(xué)機(jī)理與多場耦合致災(zāi)機(jī)制　8
2.1　多場多尺度耦合作用下煤巖變形和裂隙擴(kuò)展特征　8
2.1.1　多場作用下覆巖采動(dòng)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(shí)驗(yàn)　28
2.2　復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造與采動(dòng)應(yīng)力疊加下沖擊地壓災(zāi)變機(jī)理及防治　38
2.2.1　復(fù)雜地質(zhì)賦存條件下沖擊地壓機(jī)理及誘因研究　38
2.2.2　工作面過斷層動(dòng)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(jī)理　46
2.3.1　基于應(yīng)力-應(yīng)變過程的能量積聚與釋放機(jī)制　46
2.3.2　巷道圍巖失穩(wěn)破壞的能量釋放機(jī)制　48
2.3.3　構(gòu)造應(yīng)力場煤巷掘進(jìn)沖擊地壓能量分區(qū)演化機(jī)制　51
2.3.4　煤礦深部開采沖擊地壓致災(zāi)機(jī)理與應(yīng)用分析　59
2.4　開采擾動(dòng)下多場耦合煤巖沖擊失穩(wěn)的動(dòng)力學(xué)機(jī)理　67
2.4.1　開采擾動(dòng)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(jī)理　71
2.5　高地壓煤層掘進(jìn)工作面圍巖多場演化規(guī)律及耦合誘沖機(jī)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(dòng)下煤柱應(yīng)力偏量集中區(qū)誘沖機(jī)制　79
第3章　煤與瓦斯突出災(zāi)變機(jī)理及復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害孕育機(jī)制　82
3.1　復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤與瓦斯突出的主控機(jī)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(shí)驗(yàn)　90
3.2　煤層采動(dòng)多相多場耦合誘突機(jī)理　93
3.2.1　采掘過程擾動(dòng)應(yīng)力場的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律　94
3.2.2　采動(dòng)區(qū)含瓦斯煤體多場耦合誘突機(jī)制及數(shù)值反演　100
3.3　煤與瓦斯突出的固氣兩相動(dòng)力學(xué)演化機(jī)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(dòng)力特征試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)分析　129
3.4.3　大尺度煤與瓦斯突出物理模擬實(shí)驗(yàn)分析　133
3.5　煤炭開采沖擊-突出復(fù)合型動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理及孕災(zāi)機(jī)制　143
3.5.1　沖擊-突出復(fù)合型動(dòng)力災(zāi)害主要表現(xiàn)特征　144
3.5.2　沖擊能量對(duì)沖擊-突出復(fù)合型動(dòng)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(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的動(dòng)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(dòng)力災(zāi)害孕災(zāi)機(jī)制探討　159
第4章　沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)智能判識(shí)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(jī)理與分類　161
4.1.1　沖擊地壓三場耦合致災(zāi)機(jī)理　161
4.1.2　震動(dòng)對(duì)煤巖體作用的試驗(yàn)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(xiǎn)主控因素智能辨識(shí)與危險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)綜合智能判識(shí)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)與檢驗(yàn)　182
4.3.3　沖擊危險(xiǎn)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(zhǔn)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(dòng)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(xiǎn)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(xiǎn)判識(shí)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(xiǎn)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(xiǎn)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(píng)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(shí)模型　257
5.3.4　突出多元信息融合動(dòng)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(jì)原則與總體架構(gòu)　269
5.5.2　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)　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(dòng)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(dòng)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(diǎn)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(diǎn)及基站研究　308
6.2.2　基于AODV路由優(yōu)化設(shè)計(jì)　315
6.2.3　無線自組網(wǎng)基站及節(jié)點(diǎn)樣機(jī)設(shè)計(jì)　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(dòng)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(dòng)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(hào)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(jìn)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(dòng)的煤礦災(zāi)害預(yù)警服務(wù)知識(shí)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(dòng)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(shí)主動(dòng)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(xiǎn)區(qū)域快速辨識(shí)及智能評(píng)價(jià)技術(shù)研究　378
7.5.1　礦山動(dòng)力災(zāi)害的全息預(yù)警方法　378
7.5.2　基于實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的礦山動(dòng)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(dòng)力災(zāi)害區(qū)域監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)　383
8.1　具有推理能力、語義一致性的煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害知識(shí)庫構(gòu)建技術(shù)　383
8.1.1　基于改進(jìn)七步法的煤礦典型動(dòng)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(jī)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(dòng)力災(zāi)害本體形式化表示　394
8.2　區(qū)域性煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)技術(shù)　397
8.3　面向煤礦動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)的區(qū)域性云架構(gòu)技術(shù)　405
8.4　煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研發(fā)　407
8.4.1　煤與瓦斯突出動(dòng)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(jì)　407
8.4.2　煤與瓦斯突出動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)　411
8.5　沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)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(zhǔn)化　416
8.5.2　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件設(shè)計(jì)　418
8.5.3　監(jiān)測數(shù)據(jù)集成傳輸軟件實(shí)現(xiàn)　420
8.5.4　沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)　421
第9章　煤礦典型動(dòng)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(dòng)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(dòng)力災(zāi)害主控因素與風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)方法集成　431
9.1.3　煤礦典型動(dòng)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(dòng)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(tái)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(tái)示范方案　437
9.2.2　山東能源集團(tuán)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(tuán)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(tái)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(tái)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(tái)示范方案　462
9.3.2　陽泉煤業(yè)(集團(tuán))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(tái)示范應(yīng)用結(jié)果　472
9.4　沖擊-突出復(fù)合型動(dòng)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(dòng)力災(zāi)害多元集成監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)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(dòng)力災(zāi)害多元集成監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)示范應(yīng)用結(jié)果　485
9.5　煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)綜合平臺(tái)應(yīng)用示范　485
9.5.1　煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害遠(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)綜合平臺(tái)應(yīng)用示范方案　486
9.5.2　煤礦典型動(dòng)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(yuǎn)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(tái)示范效果　490
主要參考文獻(xiàn)　491