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作者: 王建利 陈凤鸣     时间: 2023-02-14     

日前,韩城矿业公司与中国矿业大学课题组,经过一年半时间研究的全矿井应力场数字孪生同化反演技术,在韩城矿业桑树坪矿取得突破,并成功绘制了国内首张全矿井地应力-瓦斯综合等值线图。

据课题组负责人介绍,地应力、瓦斯和煤体强度是激发煤与瓦斯突出(以下简称突出)的最主要因素,地应力探测难度大、探测效率低,绘制全矿井大尺度应力场分布图更是世界性的难题。目前,国内外的防突参数主要基于瓦斯和煤体力学参数,存在很大缺陷。该技术通过和矿井瓦斯地质图的有机融合,实现了地应力、瓦斯地质信息在一张图上的充分体现,为煤与瓦斯突出矿井防突设计,规避采掘扰动应力集中,从整体上降低矿井突出风险等提供了重要依据。

2021年上半年,韩城矿业公司与中国矿业大学杨威教授课题组,携手组建矿井地应力场分布规律科研攻坚小组,针对桑树坪矿作为典型的地应力主导型突出矿井实际情况,开展了韩城矿区全时空采掘应力场同化反演技术研究,建成了桑树坪矿全矿井等比例数字孪生模型,最终成功绘制了首张全矿井地应力-瓦斯综合等值线图,填补了全矿井大尺度采掘应力场研究的空白。

据韩城矿业公司通风副总师介绍:为了绘制全矿井地应力-瓦斯综合等值线图,课题组在国内首次提出了建立全矿井大尺度等比例数字孪生模型的新思路,准确还原了矿井煤层、岩层、地表、地质构造等的分布特征。同时,结合矿井采掘接替平面图,在数字孪生模型中再现了矿井从建井开始,至今后数年内的采掘接替过程,获取了矿井历史上及今后的应力演化过程。通过井下原岩地应力、采掘扰动应力实测及地表岩层移动数据观测,验证了矿井应力场数字孪生结果的准确性。

值得一提的是,课题组还以桑树坪矿历次突出地点分布规律及突出点三向地应力演化规律为基础,阐明了扰动地应力与突出风险的耦合规律,提出了将采掘工作面沿最大主应力方向布置降低突出风险的新方法。同时,结合桑树坪矿突出地点三向扰动应力演化过程,进一步阐明了多采面联合开采对地应力的扰动规律,为矿井防突设计提供了更多的维度信息。(王建利 陈凤鸣)

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