煤礦底板采動(dòng)變形及帶壓開采突水評判方法研究.pdf

1、煤礦底板采動(dòng)變形問題的研究，不僅對于承壓水上帶壓安全開采具有科學(xué)價(jià)值，而且可為采區(qū)巷道圍巖變形控制維護(hù)提供關(guān)鍵依據(jù)。
　　本文對采動(dòng)底板應(yīng)力分布特征、底板應(yīng)力及其塑性區(qū)分布以及底板破壞深度等變形破壞規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究發(fā)現(xiàn)：在前人對支承壓力分布規(guī)律研究的基礎(chǔ)上構(gòu)建的采場完整支承壓力作用下的底板應(yīng)力分布模型能夠得到底板內(nèi)任一位置的應(yīng)力分布解析解，通過楊村煤礦4602工作面的底板應(yīng)力解析計(jì)算說明解析得出的底板下的應(yīng)力分布規(guī)律具有實(shí)

2、用性；從底板采動(dòng)變形的角度厘定了底板破壞深度的概念，并采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件開展了底板破壞深度斜長、頂?shù)装鍘r性組合、采深、采高、傾角的六因素五水平正交數(shù)值模擬試驗(yàn)，構(gòu)建了首次考慮頂板巖性組合這一因素的斜長-頂?shù)装鍘r性組合-采深-采高-傾角的底板破壞深度預(yù)測模型，通過10個(gè)煤礦相應(yīng)的工作面底板破壞深度實(shí)測實(shí)例進(jìn)行分析驗(yàn)證了該預(yù)測模型精度較高，可以滿足工程使用。
　　通過現(xiàn)場底板變形破壞綜合實(shí)測深刻揭示了底板礦壓顯現(xiàn)過程及其分區(qū)

3、特點(diǎn)、底板破壞深度分區(qū)特征以及底板變形與礦壓顯現(xiàn)的關(guān)聯(lián)規(guī)律，具體表現(xiàn)為：采動(dòng)礦壓對底板的影響具有較遠(yuǎn)距離的采前“超前”顯現(xiàn)和采后“滯后”延續(xù)的特點(diǎn)，且這種“超前”“滯后”影響具有分區(qū)特征；從采動(dòng)底板變形與采動(dòng)礦壓的關(guān)聯(lián)效應(yīng)角度將底板所受采動(dòng)礦壓的擾動(dòng)作用分為“超前聚壓擾動(dòng)”和“采后卸壓擾動(dòng)”兩種類型，為合理解釋底板采動(dòng)變形破壞的力學(xué)機(jī)制提供了力學(xué)依據(jù)；底板破壞經(jīng)歷超前聚壓破壞和采后卸壓破壞兩個(gè)過程，其破壞機(jī)制均為剪切破壞，前期為受壓狀態(tài)

4、下的剪切破壞，后期為受拉狀態(tài)下的剪切破壞，二者具有累進(jìn)關(guān)系，即在采前聚壓破壞基礎(chǔ)上采后卸壓破壞可導(dǎo)致破壞程度進(jìn)一步加劇，但對于采動(dòng)破壞深度不具有延伸效果。
　　在70組底板破壞深度實(shí)測資料統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，探索了底板破壞深度與其影響因素的規(guī)律，構(gòu)建了底板破壞深度預(yù)測的遺傳-改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（BP-GA、BP-GA-MOD）和PSO優(yōu)化SVM模型（PSO-SVM）?；贛ATLAB軟件平臺(tái)，編制了底板破壞深度非線性預(yù)測模

5、型系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)底板破壞深度快速準(zhǔn)確的預(yù)測。
　　最后，首次明確建立了煤礦底板突水的三級(jí)評判模型，以此實(shí)現(xiàn)對煤礦底板突水由粗到細(xì)、由經(jīng)驗(yàn)判別到力學(xué)分析的多級(jí)分布篩選遞進(jìn)評價(jià)預(yù)測。三級(jí)評判分別包括：煤礦底板突水初判、煤礦底板突水詳判與煤礦底板突水精判。底板突水初判判據(jù)為P=0.0025M2-0.0865M-16.8534/M+2.2440臨界方程，該方程是通過對華北七個(gè)礦區(qū)以及湖南漣邵礦區(qū)354個(gè)工作面突水點(diǎn)、202個(gè)巷道突水點(diǎn)以及

6、318個(gè)安全回采工作面的調(diào)查分析，應(yīng)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)回歸的方法所得。該臨界方程形式與考慮動(dòng)水壓力作用下的底板均質(zhì)裂隙弱板模型P-M臨界方程形式一致；煤礦底板突水的詳判，是在初判的基礎(chǔ)上對可能發(fā)生突水的區(qū)域進(jìn)行的進(jìn)一步突水判別，綜合指標(biāo)法考慮了影響底板突水的諸多因素，以此判別將更為全面，考慮模型的簡化，構(gòu)建了基于膨脹界限抗?jié)B強(qiáng)度的底板突水評判模型。煤礦底板突水精判，需要對底板巖體特性、含水層特性以及所賦存的地質(zhì)條件進(jìn)行更為詳細(xì)的勘查，掌握突水評