带压开采煤层底板突水评价方法研究

发布时间：2017-04-29 09:05

  本文关键词：带压开采煤层底板突水评价方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：经过几十年简单、粗放、大规模、高强度的勘探开发,华北岩溶矿区大部分矿井都转入深部煤层开发状态。受复杂的地质、水文地质条件制约,很多矿井都面临煤层底板岩溶含水层水的威胁,矿井防治水形势严峻。针对研究区深部煤层下伏承压含水层水头高、静储量大的现状和复杂的地质环境,探讨了影响底板突水的主导因素,重点探索了煤层底板隔水层的阻水能力。在分析了煤层底板突水理论的基础上,围绕煤层底板突水的主导因素,运用矿井水文地质学、岩体力学等地学理论,采用现场试验、人工神经网络、突水系数、有限差分和层次分析等手段和方法对突水危险性评价方法进行了研究。首先,利用现场测试对3个不同工况工作面采动过程中的底板变形特征进行探测与研究。结果表明,三个不同开采条件工作面底板变形特征与采深、采宽和承受奥灰水压关系密切,特别是还与顶板岩性特征有关。然后,利用74组底板破坏深度探测实例,借助MATLAB仿真平台构建了煤层底板破坏深度预测模型,预测最大误差百分比为7%。最后,基于煤层底板突水的实质,分别利用突水系数法、数值模拟法和层次分析法建立了突水危险性评价模式,详细阐述了不同评价方法的基本原理以及评价参数的获取途径。然后,以M1矿4#煤综采工作面为例,应用三种判别方法对4#煤采掘工程突水危险性进行了评价。①突水系数判别法的计算结果为0.107MPa/m,大于临界突水系数经验值0.076MPa/m,表明该工作面突水可能性较大。②利用FLAC3D构建的突水评价力学模型计算结果表明,底板隔水层中最小主应力值最大为8MPa,小于奥灰水压9MPa;而最大破坏深度为26m,小于底板隔水层厚度110.05m,综合分析认为工作面发生突水可能性较小。③AHP模型计算得出的判断矩阵的特征向量最大值为0.3004,对应的评价结果为“危险”,即该工作面有突水危险。综合三种评价结果,认为M1矿4#煤综采工作面在不采取相应安全措施的情况,突水可能性较大。
【关键词】：底板突水 危险性评价 非线性预测 力学模型 AHP
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 突水系数理论13-14
• 1.2.2“下三带”与“下四带”理论14-15
• 1.2.3 原位张裂与零位破坏理论15
• 1.2.4“关键层”理论15
• 1.2.5 脆弱性指数和五图-双系数法15-17
• 1.3 研究内容17
• 1.4 研究方案17-19
• 第2章 研究区地质背景条件分析19-25
• 2.1 研究区概况19
• 2.2 地质条件19-21
• 2.2.1 地层与煤层19-20
• 2.2.2 构造20-21
• 2.3 水文地质条件21-24
• 2.3.1 区内岩溶裂隙含水层特征22-23
• 2.3.2 研究区隔水层特征23
• 2.3.3 研究区充水条件特征23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 底板扰动变形机制研究25-42
• 3.1 底板扰动理论剖析25-27
• 3.1.1 原岩应力分布25-26
• 3.1.2 采动底板岩体附加应力分布规律26-27
• 3.2 M1 矿 4~#煤综采面底板探测27-34
• 3.2.1 工程布置27-28
• 3.2.3 监测结果分析28-34
• 3.3 M2 矿 6~#煤工作面底板探测34-37
• 3.3.1 试验工程布置34-35
• 3.3.2 监测结果分析35-37
• 3.4 M3 矿 9~#煤综采工作面底板探测37-40
• 3.4.1 监测试验布置38
• 3.4.2 监测结果分析38-40
• 3.5 探测结果对比分析40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 底板破坏深度非线性预测42-52
• 4.1 主控因素统计42-45
• 4.2 底板破坏深度模型构建45-46
• 4.2.1 输入、输出层和隐含层确定45
• 4.2.2 模型参数设置45-46
• 4.3 模型构建及样本训练46-51
• 4.3.1 样本训练46-48
• 4.3.2 训练结果测试分析48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 煤层底板突水评判模式52-71
• 5.1 突水系数法判别52-54
• 5.2 底板力学模型54-62
• 5.2.1 判别原理54
• 5.2.2 数值模拟实例54-62
• 5.3 层次分析法判别62-69
• 5.3.1 判别原理62-64
• 5.3.2 突水危险性判别模型构建64-68
• 5.3.3 实例分析68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论与展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78
• 作者简介78
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果78-79

【参考文献】

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本文编号：334560