采动覆岩裂隙时空演化与突水溃砂危险性决策模型

发布时间：2020-10-17 19:37

　　 本文围绕近松散含水层下采煤,覆岩采动过程中应力与裂隙的时空演化规律及突水溃砂危险性空间多准则决策这一科学问题展开了研究。通过相似材料模型试验,基于信息熵理论与时空可视化分析方法对覆岩采动过程中应力与裂隙的时空演化规律进行了分析研究,结合分形几何理论,建立了采动覆岩裂隙时空演化状态的判据。最后,以泉店煤矿近松散含水层下煤层开采为例,建立了基于熵的采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策模型,并开发了采动覆岩突水溃砂空间多准则决策系统。论文主要取得了如下成果:(1)建立了采动覆岩应力的时空立方可视化分析模型,对采动过程中覆岩应力时空演化特征进行了分析。以河南泉店煤矿11050工作面近松散含水层采煤作为地质原型,建立了采掘覆岩破坏研究的工程地质模型,通过相似材料模型试验,对采动过程中覆岩应力时空演化进行了监测,从系统科学的观点出发,基于信息熵理论以及时空数据模型,提出了采动覆岩应力熵,建立了采动覆岩应力的时空立方可视化分析模型,对采动覆岩应力时空模型进行趋势分析,获得了采动过程中覆岩应力的时空演化特点。(2)建立采动覆岩裂隙的时空可视化分析模型,对覆岩受采动影响而产生的裂隙的发育状态进行了定量描述。以模型试验为基础,结合图像处理技术,获得了采动覆岩裂隙的时空演化过程,基于信息熵理论建立了描述裂隙发育方向或混乱程度特征的裂隙熵,并对采动过程中各个阶段的裂隙熵进行了计算。基于分形几何理论,对采动过程中各个阶段的覆岩裂隙的分形维数进行了计算,最后基于GIS对采动覆岩裂隙的时空演化及其时空差异进行了分析并建立了采动覆岩裂隙的时空可视化分析模型,提出了利用裂隙熵与分形维数结合的方法对采动覆岩裂隙的时空状态进行定量描述。(3)获得了近距离煤层上行开采与下行开采过程中,重复采动导致的覆岩裂隙的演化特征。上行开采重复采动导致的覆岩裂隙分形维数在工作面推进方向的分布特征为“马鞍型”,而下行开采重复采动导致的覆岩裂隙分形维数在工作面推进方向的分布特征为“梯型”。(4)建立了采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策模型,对采动覆岩突水溃砂危险性进行了决策分析。基于空间多准则决策理论,构建了采动覆岩突水溃砂危险性的决策因素体系:松散含水层、地质构造、隔水层、采动覆岩、开采活动。基于加权线性组合方法与层次分析法提出了地质构造复杂指数,并结合分形几何理论,对地质构造准则进行了量化分析。基于多元非线性回归与信息熵理论,对厚煤层综放开采导水裂隙带高度进行了预测。基于加权线性组合方法,提出了采动覆岩突水溃砂危险性指数,结合信息熵理论,基于GIS对采动覆岩突水溃砂危险性进行了空间多准则决策,采用自然间断点法把决策结果分成了5个区。最后通过局部敏感性分析方法,对模型的各个准则以及影响各个准则的子准则进行了敏感性分析。开发了具有数据存储计算、制图、输出、决策等功能的采动覆岩突水溃砂危险性多准则决策系统,实现了采动覆岩突水溃砂危险性的快速决策。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD745
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 文献综述
    1.3 存在问题
    1.4 研究方案
2 地质概况
    2.1 概况
    2.2 地层概况
    2.3 水文地质条件
    2.4 工程地质条件
    2.5 水体采动等级与煤岩柱类型
3 采动覆岩应力时空演化研究
    3.1 采动覆岩应力影响因素研究
    3.2 采动覆岩系统应力熵
    3.3 采动覆岩应力时空演化分析方法
    3.4 相似模型试验
    3.5 采动覆岩应力时空演化特征
    3.6 讨论与小结
4 采动覆岩裂隙时空演化研究
    4.1 分形和分维
    4.2 采动覆岩的裂隙特征
    4.3 采动覆岩裂隙特征参数计算
    4.4 采动覆岩裂隙的时空演化及其状态判据
    4.5 近距离煤层重复采动覆岩裂隙演化
    4.6 讨论与小结
5 基于熵的采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策
    5.1 空间多准则决策的分析过程与方法
    5.2 基于熵的采动覆岩突水溃砂危险性空间多准则决策
    5.3 不确定性分析
    5.4 采动覆岩突水溃砂空间多准则决策系统开发
    5.5 溃砂灾害预防与回采验证
    5.6 讨论与小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
作者简历
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本文编号：2845234