煤矿矿柱强度(Coal Pillar Strength)综述---实实在在的软文

1 引言

句子和段落的相似度检查是机器学习和自然语言处理中一个非常重要的研究课题。在过去，我们已经作了大量的工作使用不同的方法和途径来进行这种数据挖掘。

这个笔记测试了其中的一个工作代码，首先根据搜索的句子产生出相似度极高的句子，然后再此基础上， 自动地产生出一篇文章。

矿柱强度预测

2 相似度查询

本文使用了关键词直接匹配的方法来获取相似句子。这种方法直接把查询的关键词与GeotechSet数据集中的每个句子进行比较，只要句子中包含所要查询的词，不管句子有多长，都算一个相似的句子。当然在实际写作中，没有人整篇文章都使用逗号而不使用句号。通过把一个句子分词，然后对分词进行组合C(n,3)对数据集(.txt)进行查询，能够把数据集中所有包含关键词组合的句子提取出来。下面简要描述这种方法的步骤：

(1)首先需要对查询句子进行分词处理，去掉无用的stopwords，当然我们也可以直接输入关键词。例如我们需要查询“PFC2D的边坡稳定性分析 slope stability"。

(2) 分词之后，从这四个分开的词组中组合其中的3个作为一个查询**。使用下面的代码进行组合计算。这样我们可以得到如下的组合：

[('PFC2D', '边坡稳定性', 'slope'), ('PFC2D', '边坡稳定性', 'stability'), ('PFC2D', 'slope', 'stability'), ('边坡稳定性', 'slope', 'stability')]

(3) 对其中每一个组合分别查询整个数据集，最后得出如下结果。

由于本文为了测试代码，因此仅使用了coal pillar strength这个单一组合进行搜索，共得到75个句子。

3 矿柱强度研究

通过对上述75个句子的分类，得出了一个简易的煤柱强度综述(A review of coal pillar strength)，为将来的研究提供了一些方向性的素材。应当指出，这个综述是由机器产生的，没有进行语句的修改，仅按照一定的逻辑进行了编排。尽管这样，这个软文仍显得文理不通，逻辑混乱。这个工作也可以自动处理，已经编写在另一个分离的代码中，但没有合并到目前的这个搜索代码。

矿柱荷载

(1) 更新强度经验公式

房柱开采是南非地下煤矿最重要的采煤方法，1960年Coalbrook灾难发生后，通过对煤柱强度的研究，南非煤矿在设计稳定煤柱时采用了安全系数的概念。根据稳定和破坏案例数据库确定煤柱强度方程的方法已经有50多年的历史，不同国家的研究者在不同的开采情况下都有应用，制定的煤柱强度方程。当煤层倾角接近（pi/4+phi(j)/2）时，煤柱强度最小，其中phi(j)为垫层平面的摩擦角。煤柱设计的核心问题是原位单轴抗压强度，南非煤柱强度领域的先驱是M.D.G.Salamon 和 A.H.Munro，他们倾向于采用对破坏和完好煤柱的统计反分析来确定煤柱强度，Z.T.Bieniawski的尝试则是基于利用各种尺寸的试样直接测定煤柱的强度。自1900年以来，许多研究者在试验室内根据对小试件进行的压缩测试，研究了预测煤矿柱强度的问题。南非蹲式煤柱强度公式是由矿业研究组织商会的研究人员在20世纪80年代制定的，该公式预测，一旦超过临界宽-高比5，煤柱强度将成倍增加。不过，将经验推导的煤柱强度方程应用于实际矿井稳定性问题时的局限性和潜在设计风险。没有找到合适的公式来估算包含所有这些因素的倾斜煤柱的强度。由开发的模型和平煤柱强度公式得到的安全系数的比较表明，平煤柱强度公式高估了倾斜煤柱的强度。

根据1904年以来发生的90起煤柱坍塌事故，审查了南非煤柱设计程序。它表明，虽然目前的煤柱强度公式在Salamon and Munro最初的经验范围内仍然有效，但必须考虑到当地的条件。因此主张应完善支柱设计程序，更合理地考虑不同煤层和顶板、底板地层的强度特性差异。对于目前大多数南非煤矿开采条件，采用新的煤柱强度计算公式，可以在不牺牲稳定性的前提下，留下较小的煤柱。因此，采用现有的煤柱强度公式可能会危及倾斜煤层的开采。虽然传统的煤矿设计在支柱强度方面比较保守，但局部故障如顶板坠落、支柱爆裂等仍然影响矿井安全和作业。尽管现有的方法已经得到了广泛的应用，但也有一些例子表明，将经验设计方法应用于与基础数据库不一致的煤柱设计问题，直接导致了失败的发生。因此需要更新强度公式。利用两种分析方法更新南非煤炭的煤柱强度公式。"南非煤的新支柱强度公式"。Salamon和Munro(1967年)在最初的分析中使用的失效煤柱案例数据库以经验方式确定煤柱的强度，为本研究报告作了更新。煤柱设计历来根据煤柱的估计强度和假定作用在煤柱上的覆土荷载赋予安全系数（FoS）或稳定系数（SF），为两个新的煤柱强度公式建立了安全系数与失效概率（PoF）之间的联系。有研究表明，煤柱强度可以通过有效宽度和高度的属性进行估算，然而不能单独考虑单个煤柱而估算出柱板失效导致地表沉陷的风险。

不同地质条件下的矿柱强度

(2) 潜在的研究方向

原位煤柱强度及失效机理。对煤矿的煤柱强度进行数值估算。使用数值模拟技术研究矿柱强度和能量释放特性；研究结构不连续性对煤柱强度的影响，研究确定煤层中不连续性的性质，并评估其对煤柱强度的潜在影响。作为提高煤柱系统设计安全性的基础；高壁开采中回填对煤柱强度影响的数值研究；考虑界面摩擦力影响，发展新的煤柱强度公式。包括对煤矿顶板评级(CMRR)、Mark-Bieniawski支柱强度公式和压拱加载模型的改进。建立煤矿煤柱强度估算和破坏后模量的统计表达式。运行了数值应变软化模型，代表了厚煤层内多煤层靠近和多道采掘的各种可能配置，并将峰值应力与经验方程确定的煤柱强度进行校核。另外，考虑到采掘扰动剧烈，巷道开拓时间间隔充裕，以及高强度支护方案，建议采用8m的小宽度煤柱，并在现场初步应用。

为了解决煤在各种约束应力下的强度行为，从而为煤柱设计优化提供启示，进行了0-8.0MPa横向约束下的抗压试验，并利用PFC模型从晶粒尺度上研究了强度增强机制。

为了提高数值模型的可靠性，对应变硬化球和应变软化矿柱材料进行了细致的校准，通过实验室直接剪切试验确定了煤/岩界面强度。采取了与Salamon和Munro煤柱强度公式相匹配的校核程序，同时采用类似的校核程序来估计煤柱的应力-应变响应。

对应变硬化的煤柱材料和应变软化的煤柱材料进行了细致的标定，并通过实验室直接剪切试验确定了煤/岩界面强度。本文根据其过去的表现，对该公式进行了重新评估，并研究了开采方式对煤柱强度的影响。南非蹲式煤柱强度公式点评，提供了支柱案例数据库的最佳代表；（2）为提高支柱强度预测能力，建议采用线性低摩擦公式对所有支柱设计采用安全系数=1.5（除w/h<=6的美国煤支柱需要较高的SF，最高可达SF=2.5）；当煤/顶板和煤/底板界面的摩擦力未知时，假设界面的摩擦力值较低，从而采用线性低摩擦公式预测支柱强度是有利的。对于宽高比(w/h)小于5的印度煤柱，煤柱强度几乎与w/h呈线性关系，与煤试样的单轴抗压强度呈非线性关系。介绍了一种修改后的煤柱设计表示和模型，其基础是煤柱对水平受力的上覆土进行加固，而不是悬吊不稳定的自重上覆土或断面，后者是历史上对煤柱强度和稳定性进行实证研究的核心。通过将煤柱的应力分布形状与极限强度理论相结合，得到煤柱的安全应力值为11.8MPa。

矿柱UDEC模型

(3)充填对矿柱的影响

采准巷道回填对煤柱强度的影响数值调查；伊利诺斯盆地软弱地层条件下回填土对煤柱强度和地层承载力的影响。据测定，随着回填土的抗剪性、抗拉强度和刚度的降低，煤柱强度的提高更多的是由于地下矿井的密闭性方面的原因，而不是材料本身的强度特性。

矿柱尺寸与矿柱强度的关系

(4) 地下水对矿柱强度的影响

澳大利亚昆士兰州一个废弃煤矿的洪水对矿柱强度的影响。煤和煤饱和度强度降低，对煤柱强度有影响。这些强度数据，以及矿井煤柱中矿柱的分布，被用作对煤柱在水饱和度上强度降低进行数值建模的输入。

矿柱的离散断裂网络(DFN)模型

(5) 敏感性分析

运用一些统计学和软计算方法，如Fisher判别分析法（FDA）和支持向量机（SVMs）方法，通过一些指标和力学性能，包括煤柱宽度、煤柱高度、煤柱宽度与煤柱高度之比、岩石单轴抗压强度和煤柱应力等，对从各种煤石矿井中选取的地下矿井的煤柱稳定性进行测定。进行敏感性分析，以确定最重要的影响因素，如矿柱宽高比、强度、主岩刚度和岩/煤界面特性。所有这些因素综合起来，有可能使失败案例对煤柱强度的反分析变得复杂和混乱。其中煤柱的顶板和底板的约束条件对矿柱的强度影响非常严重。方差分析表明，这两个因素对煤柱强度有统计学上的显著影响。此外，开采方式对煤柱强度也有影响。现场实践表明，无煤柱开采降低了煤柱的配重强度，提高了煤的回收率。

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