书籍详情
煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警
作者：袁亮 著
出版社：科学出版社
出版时间：2022-06-01
ISBN：9787030720290
定价：¥398.00
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内容简介
本书围绕拟解决的重大科学问题“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警”，以煤与瓦斯突出、冲击地压等典型的煤矿动力灾害为研究对象，通过对煤矿典型动力灾害多相多场耦合灾变机理研究及深度感知等技术和装备的研发，促进煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力的提升，最终实现煤矿重大灾害灾变隐患在线监测、智能判识和实时准确预警。本书首先从理论上提出了多相多场耦合条件下动力灾害孕育演化机理和煤矿典型动力灾害多参量前兆信息智能判识理论及预警方法，其次在技术上涉及了基于大数据与云技术的动力灾害多元海量前兆信息提取挖掘方法、关键区域人机环参数全面采集、多元信息共网传输新方法、煤矿典型动力灾害前兆深度感知、泛在采集技术和装备，从而实现了煤矿典型动力灾害监控预警基础研究-关键技术开发-应用示范有机融合。
作者简介
暂缺《煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警》作者简介
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究意义与当前研究不足 1
1.2 本书研究思想和内容 2
第2章 煤矿冲击地压失稳灾变动力学机理与多场耦合致灾机制 8
2.1 多场多尺度耦合作用下煤岩变形和裂隙扩展特征 8
2.1.1 多场作用下覆岩采动裂隙场演化规律研究 8
2.1.2 流固耦合作用下覆岩裂隙渗流特征物理实验 28
2.2 复杂地质构造与采动应力叠加下冲击地压灾变机理及防治 38
2.2.1 复杂地质赋存条件下冲击地压机理及诱因研究 38
2.2.2 工作面过断层动态力学响应特征研究 41
2.3 煤岩失稳破裂过程中的能量演化机理 46
2.3.1 基于应力-应变过程的能量积聚与释放机制 46
2.3.2 巷道围岩失稳破坏的能量释放机制 48
2.3.3 构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制 51
2.3.4 煤矿深部开采冲击地压致灾机理与应用分析 59
2.4 开采扰动下多场耦合煤岩冲击失稳的动力学机理 67
2.4.1 开采扰动下工作面围岩应力场分布与变化规律 67
2.4.2 工作面围岩多场耦合诱冲机理 71
2.5 高地压煤层掘进工作面围岩多场演化规律及耦合诱冲机制 77
2.5.1 体元－区域－系统冲击地压模型及应用 77
2.5.2 高地压矿震扰动下煤柱应力偏量集中区诱冲机制 79
第3章 煤与瓦斯突出灾变机理及复合动力灾害孕育机制 82
3.1 复杂地质构造对煤与瓦斯突出的主控机制 82
3.1.1 断层构造应力场分布规律研究 82
3.1.2 褶曲构造应力场相似模拟实验 90
3.2 煤层采动多相多场耦合诱突机理 93
3.2.1 采掘过程扰动应力场的动态演化规律 94
3.2.2 采动区含瓦斯煤体多场耦合诱突机制及数值反演 100
3.3 煤与瓦斯突出的固气两相动力学演化机理 109
3.3.1 突出瓦斯-煤粉两相流形成理论分析 109
3.3.2 突出瓦斯-煤粉两相流动力特征试验研究 112
3.4 煤与瓦斯突出过程的大尺度物理模拟分析及反演 122
3.4.1 煤与瓦斯突出物理模拟相似体系 122
3.4.2 小尺度瞬间揭露煤与瓦斯突出物理模拟实验分析 129
3.4.3 大尺度煤与瓦斯突出物理模拟实验分析 133
3.5 煤炭开采冲击-突出复合型动力灾害发生机理及孕灾机制 143
3.5.1 冲击-突出复合型动力灾害主要表现特征 144
3.5.2 冲击能量对冲击-突出复合型动力灾害的影响规律研究 144
3.5.3 冲击-突出复合型煤岩瓦斯动力灾害发生的动态演化规律研究 154
3.5.4 煤炭开采冲击-突出复合型煤岩瓦斯动力灾害孕灾机制探讨 159
第4章 冲击地压风险智能判识与监控预警理论及技术体系 161
4.1 冲击地压力学机理与分类 161
4.1.1 冲击地压三场耦合致灾机理 161
4.1.2 震动对煤岩体作用的试验研究 164
4.1.3 基于主控因素的冲击地压分类方法 168
4.2 冲击危险主控因素智能辨识与危险评价方法 170
4.2.1 不同类型冲击地压主控因素分析 170
4.2.2 冲击危险综合智能判识评价模型 175
4.3 冲击地压三场监测指标体系构建 178
4.3.1 预警指标构建 178
4.3.2 预警指标效能评价与检验 182
4.3.3 冲击危险监测多参量指标体系的建立 186
4.4 冲击地压三场监控预警模型与技术体系 186
4.4.1 监控预警的理论基础 186
4.4.2 预警准确率的含义 188
4.4.3 三场监控预警模型 188
4.4.4 冲击地压分源监测方法权重模型 192
4.5 冲击地压三场监测方法 195
4.5.1 应力场监测方法 195
4.5.2 震动场监测方法 197
4.5.3 能量场监测方法 197
4.6 冲击地压应力场监控预警技术与装备开发 201
4.6.1 冲击危险的双震源一体化反演预警技术 201
4.6.2 冲击地压地应力连续监控预警技术 203
4.7 现场应用与示范 206
4.7.1 矿井概况 206
4.7.2 KJ470双震源一体化反演的应用 207
4.7.3 多参量监控预警应用 207
第5章 煤与瓦斯突出风险判识与监控预警理论及技术体系 221
5.1 煤与瓦斯突出风险因素分析及预警指标体系构建 221
5.1.1 煤与瓦斯突出风险因素分析 221
5.1.2 煤与瓦斯突出预警指标体系构建 226
5.2 煤与瓦斯突出前兆信息特征规律 227
5.2.1 瓦斯-应力-温度互耦关系及前兆特征 227
5.2.2 声发射和电磁辐射前兆特征 235
5.3 突出预警模型构建 239
5.3.1 生产系统合理性评判模型 239
5.3.2 采掘工作面声电瓦斯预警模型 250
5.3.3 防突措施失效判识模型 257
5.3.4 突出多元信息融合动态预警模型 263
5.4 突出预警信息采集方法及途径 268
5.5 煤与瓦斯突出预警系统 269
5.5.1 设计原则与总体架构 269
5.5.2 数据库设计 272
5.5.3 系统功能模块 272
5.6 典型工程应用 275
5.6.1 矿井概况 275
5.6.2 多元信息融合突出预警系统 275
5.6.3 预警应用 278
第6章 煤矿动力灾害前兆采集传感与多网融合传输技术及方法 279
6.1 煤矿典型动力灾害多元前兆信息传感技术及装备 279
6.1.1 光纤微震监测装置研究 279
6.1.2 分布式多点激光甲烷监测装置研究 288
6.1.3 三轴应力传感器研究 299
6.1.4 无线钻屑瓦斯解吸指标测定装置及钻孔瓦斯涌出初速度测定装置 306
6.2 关键区域无线自组网输技术与装备 308
6.2.1 无线自组网节点及基站研究 308
6.2.2 基于AODV路由优化设计 315
6.2.3 无线自组网基站及节点样机设计 317
6.3 关键区域设备非接触供电及数据传输技术与装备 322
6.3.1 矿用非接触供电及电力载波技术研究 322
6.3.2 透明传输网关研究 332
6.4 灾害前兆信息采集、解析及协同控制技术与装备 333
第7章 基于数据融合的煤矿典型动力灾害多元信息挖掘分析技术 338
7.1 井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法 338
7.1.1 基于变分模态分解与小波包的微震信号降噪滤波方法 338
7.1.2 基于奇异值分解中值法的瓦斯浓度数据降噪方法 341
7.1.3 基于字典学习的自适应微震数据压缩感知方法 345
7.1.4 基于有效投影的压缩采样匹配追踪算法在瓦斯数据压缩感知中的应用 348
7.2 矿山监测数据挖掘与在线预警理论与方法研究 351
7.2.1 基于Bagging算法的改进BP神经网络集成学习模型 351
7.2.2 基于RBF神经网络的煤与瓦斯突出预测方法 356
7.2.3 基于Tri-training的数据流集成分类算法 359
7.3 需求驱动的煤矿灾害预警服务知识体系及其关键技术研究 361
7.3.1 研究方法 361
7.3.2 基于SaaS模式的煤矿典型动力灾害预警服务方法研究 362
7.3.3 面向煤矿灾害预警需求的即时主动信息推送方法 365
7.4 基于特征漂移的煤矿冲击地压、灾害在线预警方法 369
7.4.1 基于特征漂移的煤矿冲击地压灾害在线预警方法研究 369
7.4.2 研究结果与结论 373
7.5 基于大数据分析的灾害危险区域快速辨识及智能评价技术研究 378
7.5.1 矿山动力灾害的全息预警方法 378
7.5.2 基于实时监测数据的矿山动力灾害模态预警方法 380
第8章 基于云技术的煤矿典型动力灾害区域监控预警系统平台 383
8.1 具有推理能力、语义一致性的煤矿典型动力灾害知识库构建技术 383
8.1.1 基于改进七步法的煤矿典型动力灾害本体构建方法 383
8.1.2 基于词向量和条件随机场的概念抽取 386
8.1.3 基于双向MGU模型的关系抽取 390
8.1.4 煤矿典型动力灾害本体形式化表示 394
8.2 区域性煤矿典型动力灾害风险判识技术 397
8.3 面向煤矿动力灾害风险判识的区域性云架构技术 405
8.4 煤与瓦斯突出动力灾害远程监控预警系统研发 407
8.4.1 煤与瓦斯突出动力灾害区域预警指标体系构建及系统概要设计 407
8.4.2 煤与瓦斯突出动力灾害远程监控预警系统开发 411
8.5 冲击地压动力灾害远程监控预警系统研发 416
8.5.1 监控系统的数据标准化 416
8.5.2 监测数据集成传输软件设计 418
8.5.3 监测数据集成传输软件实现 420
8.5.4 冲击地压动力灾害远程监控预警系统设计及实现 421
第9章 煤矿典型动力灾害监控预警技术集成及示范 427
9.1 煤矿典型动力灾害监控预警技术集成架构建立 427
9.1.1 研究内容及方案 427
9.1.2 煤矿典型动力灾害主控因素与风险判识方法集成 431
9.1.3 煤矿典型动力灾害监控预警技术架构体系构建 431
9.1.4 煤矿典型动力灾害监控预警技术装备示范应用的流程 436
9.2 冲击地压多元集成监控预警系统平台应用示范 437
9.2.1 冲击地压多元集成监控预警系统平台示范方案 437
9.2.2 山东能源集团有限责任公司冲击地压示范工程 440
9.2.3 大同煤矿集团有限责任公司忻州窑矿冲击地压示范工程 447
9.2.4 神华新疆能源有限责任公司冲击地压示范工程 453
9.2.5 冲击地压多元集成监控预警系统平台示范应用结果 461
9.3 煤与瓦斯突出多元集成监控预警系统平台应用示范 462
9.3.1 煤与瓦斯突出多元集成监控预警系统平台示范方案 462
9.3.2 阳泉煤业(集团)有限责任公司煤与瓦斯突出示范工程 465
9.3.3 贵州盘江精煤股份有限公司煤与瓦斯突出示范工程 468
9.3.4 煤与瓦斯突出多元集成监控预警平台示范应用结果 472
9.4 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警技术应用示范 473
9.4.1 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警系统平台示范方案 473
9.4.2 胡家河煤矿冲击-突出复合型灾害示范工程 474
9.4.3 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警平台示范应用结果 485
9.5 煤矿典型动力灾害远程监控预警系统综合平台应用示范 485
9.5.1 煤矿典型动力灾害远程监控预警系统综合平台应用示范方案 486
9.5.2 煤矿典型动力灾害多元信息挖掘分析技术应用示范 489
9.5.3 远程监控预警技术支持系统建设 489
9.5.4 综合平台示范效果 490
主要参考文献 491
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究意义与当前研究不足 1
1.2 本书研究思想和内容 2
第2章 煤矿冲击地压失稳灾变动力学机理与多场耦合致灾机制 8
2.1 多场多尺度耦合作用下煤岩变形和裂隙扩展特征 8
2.1.1 多场作用下覆岩采动裂隙场演化规律研究 8
2.1.2 流固耦合作用下覆岩裂隙渗流特征物理实验 28
2.2 复杂地质构造与采动应力叠加下冲击地压灾变机理及防治 38
2.2.1 复杂地质赋存条件下冲击地压机理及诱因研究 38
2.2.2 工作面过断层动态力学响应特征研究 41
2.3 煤岩失稳破裂过程中的能量演化机理 46
2.3.1 基于应力-应变过程的能量积聚与释放机制 46
2.3.2 巷道围岩失稳破坏的能量释放机制 48
2.3.3 构造应力场煤巷掘进冲击地压能量分区演化机制 51
2.3.4 煤矿深部开采冲击地压致灾机理与应用分析 59
2.4 开采扰动下多场耦合煤岩冲击失稳的动力学机理 67
2.4.1 开采扰动下工作面围岩应力场分布与变化规律 67
2.4.2 工作面围岩多场耦合诱冲机理 71
2.5 高地压煤层掘进工作面围岩多场演化规律及耦合诱冲机制 77
2.5.1 体元－区域－系统冲击地压模型及应用 77
2.5.2 高地压矿震扰动下煤柱应力偏量集中区诱冲机制 79
第3章 煤与瓦斯突出灾变机理及复合动力灾害孕育机制 82
3.1 复杂地质构造对煤与瓦斯突出的主控机制 82
3.1.1 断层构造应力场分布规律研究 82
3.1.2 褶曲构造应力场相似模拟实验 90
3.2 煤层采动多相多场耦合诱突机理 93
3.2.1 采掘过程扰动应力场的动态演化规律 94
3.2.2 采动区含瓦斯煤体多场耦合诱突机制及数值反演 100
3.3 煤与瓦斯突出的固气两相动力学演化机理 109
3.3.1 突出瓦斯-煤粉两相流形成理论分析 109
3.3.2 突出瓦斯-煤粉两相流动力特征试验研究 112
3.4 煤与瓦斯突出过程的大尺度物理模拟分析及反演 122
3.4.1 煤与瓦斯突出物理模拟相似体系 122
3.4.2 小尺度瞬间揭露煤与瓦斯突出物理模拟实验分析 129
3.4.3 大尺度煤与瓦斯突出物理模拟实验分析 133
3.5 煤炭开采冲击-突出复合型动力灾害发生机理及孕灾机制 143
3.5.1 冲击-突出复合型动力灾害主要表现特征 144
3.5.2 冲击能量对冲击-突出复合型动力灾害的影响规律研究 144
3.5.3 冲击-突出复合型煤岩瓦斯动力灾害发生的动态演化规律研究 154
3.5.4 煤炭开采冲击-突出复合型煤岩瓦斯动力灾害孕灾机制探讨 159
第4章 冲击地压风险智能判识与监控预警理论及技术体系 161
4.1 冲击地压力学机理与分类 161
4.1.1 冲击地压三场耦合致灾机理 161
4.1.2 震动对煤岩体作用的试验研究 164
4.1.3 基于主控因素的冲击地压分类方法 168
4.2 冲击危险主控因素智能辨识与危险评价方法 170
4.2.1 不同类型冲击地压主控因素分析 170
4.2.2 冲击危险综合智能判识评价模型 175
4.3 冲击地压三场监测指标体系构建 178
4.3.1 预警指标构建 178
4.3.2 预警指标效能评价与检验 182
4.3.3 冲击危险监测多参量指标体系的建立 186
4.4 冲击地压三场监控预警模型与技术体系 186
4.4.1 监控预警的理论基础 186
4.4.2 预警准确率的含义 188
4.4.3 三场监控预警模型 188
4.4.4 冲击地压分源监测方法权重模型 192
4.5 冲击地压三场监测方法 195
4.5.1 应力场监测方法 195
4.5.2 震动场监测方法 197
4.5.3 能量场监测方法 197
4.6 冲击地压应力场监控预警技术与装备开发 201
4.6.1 冲击危险的双震源一体化反演预警技术 201
4.6.2 冲击地压地应力连续监控预警技术 203
4.7 现场应用与示范 206
4.7.1 矿井概况 206
4.7.2 KJ470双震源一体化反演的应用 207
4.7.3 多参量监控预警应用 207
第5章 煤与瓦斯突出风险判识与监控预警理论及技术体系 221
5.1 煤与瓦斯突出风险因素分析及预警指标体系构建 221
5.1.1 煤与瓦斯突出风险因素分析 221
5.1.2 煤与瓦斯突出预警指标体系构建 226
5.2 煤与瓦斯突出前兆信息特征规律 227
5.2.1 瓦斯-应力-温度互耦关系及前兆特征 227
5.2.2 声发射和电磁辐射前兆特征 235
5.3 突出预警模型构建 239
5.3.1 生产系统合理性评判模型 239
5.3.2 采掘工作面声电瓦斯预警模型 250
5.3.3 防突措施失效判识模型 257
5.3.4 突出多元信息融合动态预警模型 263
5.4 突出预警信息采集方法及途径 268
5.5 煤与瓦斯突出预警系统 269
5.5.1 设计原则与总体架构 269
5.5.2 数据库设计 272
5.5.3 系统功能模块 272
5.6 典型工程应用 275
5.6.1 矿井概况 275
5.6.2 多元信息融合突出预警系统 275
5.6.3 预警应用 278
第6章 煤矿动力灾害前兆采集传感与多网融合传输技术及方法 279
6.1 煤矿典型动力灾害多元前兆信息传感技术及装备 279
6.1.1 光纤微震监测装置研究 279
6.1.2 分布式多点激光甲烷监测装置研究 288
6.1.3 三轴应力传感器研究 299
6.1.4 无线钻屑瓦斯解吸指标测定装置及钻孔瓦斯涌出初速度测定装置 306
6.2 关键区域无线自组网输技术与装备 308
6.2.1 无线自组网节点及基站研究 308
6.2.2 基于AODV路由优化设计 315
6.2.3 无线自组网基站及节点样机设计 317
6.3 关键区域设备非接触供电及数据传输技术与装备 322
6.3.1 矿用非接触供电及电力载波技术研究 322
6.3.2 透明传输网关研究 332
6.4 灾害前兆信息采集、解析及协同控制技术与装备 333
第7章 基于数据融合的煤矿典型动力灾害多元信息挖掘分析技术 338
7.1 井下传感器数据的多元海量动态信息的聚合理论与方法 338
7.1.1 基于变分模态分解与小波包的微震信号降噪滤波方法 338
7.1.2 基于奇异值分解中值法的瓦斯浓度数据降噪方法 341
7.1.3 基于字典学习的自适应微震数据压缩感知方法 345
7.1.4 基于有效投影的压缩采样匹配追踪算法在瓦斯数据压缩感知中的应用 348
7.2 矿山监测数据挖掘与在线预警理论与方法研究 351
7.2.1 基于Bagging算法的改进BP神经网络集成学习模型 351
7.2.2 基于RBF神经网络的煤与瓦斯突出预测方法 356
7.2.3 基于Tri-training的数据流集成分类算法 359
7.3 需求驱动的煤矿灾害预警服务知识体系及其关键技术研究 361
7.3.1 研究方法 361
7.3.2 基于SaaS模式的煤矿典型动力灾害预警服务方法研究 362
7.3.3 面向煤矿灾害预警需求的即时主动信息推送方法 365
7.4 基于特征漂移的煤矿冲击地压、灾害在线预警方法 369
7.4.1 基于特征漂移的煤矿冲击地压灾害在线预警方法研究 369
7.4.2 研究结果与结论 373
7.5 基于大数据分析的灾害危险区域快速辨识及智能评价技术研究 378
7.5.1 矿山动力灾害的全息预警方法 378
7.5.2 基于实时监测数据的矿山动力灾害模态预警方法 380
第8章 基于云技术的煤矿典型动力灾害区域监控预警系统平台 383
8.1 具有推理能力、语义一致性的煤矿典型动力灾害知识库构建技术 383
8.1.1 基于改进七步法的煤矿典型动力灾害本体构建方法 383
8.1.2 基于词向量和条件随机场的概念抽取 386
8.1.3 基于双向MGU模型的关系抽取 390
8.1.4 煤矿典型动力灾害本体形式化表示 394
8.2 区域性煤矿典型动力灾害风险判识技术 397
8.3 面向煤矿动力灾害风险判识的区域性云架构技术 405
8.4 煤与瓦斯突出动力灾害远程监控预警系统研发 407
8.4.1 煤与瓦斯突出动力灾害区域预警指标体系构建及系统概要设计 407
8.4.2 煤与瓦斯突出动力灾害远程监控预警系统开发 411
8.5 冲击地压动力灾害远程监控预警系统研发 416
8.5.1 监控系统的数据标准化 416
8.5.2 监测数据集成传输软件设计 418
8.5.3 监测数据集成传输软件实现 420
8.5.4 冲击地压动力灾害远程监控预警系统设计及实现 421
第9章 煤矿典型动力灾害监控预警技术集成及示范 427
9.1 煤矿典型动力灾害监控预警技术集成架构建立 427
9.1.1 研究内容及方案 427
9.1.2 煤矿典型动力灾害主控因素与风险判识方法集成 431
9.1.3 煤矿典型动力灾害监控预警技术架构体系构建 431
9.1.4 煤矿典型动力灾害监控预警技术装备示范应用的流程 436
9.2 冲击地压多元集成监控预警系统平台应用示范 437
9.2.1 冲击地压多元集成监控预警系统平台示范方案 437
9.2.2 山东能源集团有限责任公司冲击地压示范工程 440
9.2.3 大同煤矿集团有限责任公司忻州窑矿冲击地压示范工程 447
9.2.4 神华新疆能源有限责任公司冲击地压示范工程 453
9.2.5 冲击地压多元集成监控预警系统平台示范应用结果 461
9.3 煤与瓦斯突出多元集成监控预警系统平台应用示范 462
9.3.1 煤与瓦斯突出多元集成监控预警系统平台示范方案 462
9.3.2 阳泉煤业(集团)有限责任公司煤与瓦斯突出示范工程 465
9.3.3 贵州盘江精煤股份有限公司煤与瓦斯突出示范工程 468
9.3.4 煤与瓦斯突出多元集成监控预警平台示范应用结果 472
9.4 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警技术应用示范 473
9.4.1 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警系统平台示范方案 473
9.4.2 胡家河煤矿冲击-突出复合型灾害示范工程 474
9.4.3 冲击-突出复合型动力灾害多元集成监控预警平台示范应用结果 485
9.5 煤矿典型动力灾害远程监控预警系统综合平台应用示范 485
9.5.1 煤矿典型动力灾害远程监控预警系统综合平台应用示范方案 486
9.5.2 煤矿典型动力灾害多元信息挖掘分析技术应用示范 489
9.5.3 远程监控预警技术支持系统建设 489
9.5.4 综合平台示范效果 490
主要参考文献 491
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