厚煤层旧采区复采矿压规律及其应用研究

发布时间：2017-11-01 19:27

  本文关键词：厚煤层旧采区复采矿压规律及其应用研究

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【摘要】：我国厚煤层经过“挖顶弃底”等落后采煤方法后,形成了厚煤层旧采区,其中赋存有大量的残留煤柱等遗弃的煤炭资源有待回收利用,因此,从理论和实践方面研究残煤资源赋存条件、矿压规律及其应用研究,这对类似条件下的残煤复采实践具有重要的理论和现实意义。主要成果表现在以下三个方面：(1)采用相似模拟和数值模拟方法研究了不同跨度残留空区顶板垮塌、不同宽度残留煤柱顶板应力以及向底板煤岩体传力影响角和影响深度,可推测出支承压力影响范围约为13m左右,塑性区宽度为4-5m；宽度大于5m的煤柱向底板传递应力随着煤柱宽度的增加逐渐增大,以等值线图中应力集中系数为1的等值线在煤柱边缘处做切线可得该条件下煤柱应力传递影响角6。(2)按照跨煤柱复采工作面存在的四种支架与围岩的相对关系,提出了厚煤层采区复采工作面支架初撑力和工作阻力在过煤柱和过空区两种状态下计算公式：①复采工作面支架初撑力在残留煤柱下可参考下式来计算确定：P0=(LC+LD)·hz·γz·LR②复采工作面支架工作阻力在残留煤柱下参考下式计算确定：取P1g与P1l中的较大值作为此条件下支架工作阻力值。③复采工作面支架初撑力在残留空区下可参考下式来计算确定：④复采工作面支架工作阻力在残留空区下可参考下式来计算确定：此条件下支架工作阻力值落于P2K-P2s范围内,由于残留空区大多为垮落状态,故其工作阻力值多数偏P2s的计算值。(3)采用"V-SVR"(支持向量机)方法预测了支架工作阻力。对支架整架工作阻力监测数据进行分析,剔除推进距离相近矿压数据,选择6个支架的样本数据,进行归一化处理后转化到区间[0,1],再选择最后3个样板数据为测试样板,其他为训练样板。预测结果显示6个支架整架阻力预测值与实测值之间的相对误差绝对值最大值为15.4%,平均值为6.4%,显然,预测值与实际检测值基本一致。因而采用V-SVR进行预测残煤复采工作面矿压,可作为指导井下开采工作的依据。将上述主要成果在山西华晋焦煤韩咀煤业有限公司的2107工作面进行了验证性研究,均取得了满意的效果。
【关键词】：厚煤层旧采区 复采 矿压规律 数值模拟 V-SVR(支持向量机)
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD323
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 残煤复采相关理论与技术发展现状12-17
• 1.2.1 残留煤柱稳定性和向底板压力传递的研究情况12-13
• 1.2.2 围岩控制研究现状13-15
• 1.2.3 厚煤层旧采区残煤复采技术发展与现状15-17
• 1.3 厚煤层残煤成因与复采类型分析17-19
• 1.3.1 厚煤层旧采区残煤成因分析17-18
• 1.3.2 残煤复采类型分析18-19
• 1.4 厚煤层旧采区残煤复采需解决的问题19-21
• 1.5 研究内容与方法21-23
• 1.5.1 研究内容21-22
• 1.5.2 研究方法22-23
• 第二章 厚煤层旧采区煤柱稳定性及应力传递分析23-50
• 2.1 概述23
• 2.2 残留煤柱稳定性的理论分析23-28
• 2.2.1 煤柱的载荷23-24
• 2.2.2 旧采区煤柱的应力分布24-26
• 2.2.3 煤柱的稳定性分析26-28
• 2.3 残留煤柱集中应力在复采底煤中的传递分析28-33
• 2.3.1 残留煤柱底板任一点的应力值28-30
• 2.3.2 残留煤柱底板破坏深度力学分析30-32
• 2.3.3 残留煤柱底板传递应力大小分析32-33
• 2.4 残留采空区覆岩稳定性分析33-36
• 2.4.1 覆岩断裂垮距理论分析33-34
• 2.4.2 非连续残留煤岩体运移相似模拟实验分析34-36
• 2.5 影响残留煤柱稳定性因素的数值模拟分析36-47
• 2.5.1 不同跨度残留采空区顶板变形数值模拟分析37-41
• 2.5.2 残留煤柱向底板应力传递分布规律数值模拟分析41-47
• 2.6 本章小结47-50
• 第三章 厚煤层旧采区工作面开采参数的分析50-83
• 3.1 厚煤层旧采区复采过程概述50-55
• 3.1.1 旧采区壁式复采过程相似模拟试验50-53
• 3.1.2 旧采区壁式工作面复采过程数值模拟研究53-55
• 3.2 实体煤柱下复采工作面顶板应力及合理采高的研究55-70
• 3.2.1 实体煤柱下复采工作面顶板应力的理论分析55-57
• 3.2.2 实体煤柱下复采工作面采高数值模拟计算结果分析57-70
• 3.3 残留采空区下复采工作面顶板应力及合理采高的研究70-80
• 3.3.1 残留采空区下复采工作面顶板应力的理论分析70-72
• 3.3.2 完全空区下复采工作面合理采高数值计算结果分析72-74
• 3.3.3 未充分垮落空区下复采工作面合理采高数值计算结果研究74-77
• 3.3.4 充分垮落空区下复采工作面合理采高数值计算结果分析77-80
• 3.4 复采工作面循环进度的确定80
• 3.5 工作面推进方向分析80-81
• 3.6 本章小结81-83
• 第四章 厚煤层旧采区复采工作面支架合理参数研究83-105
• 4.1 概述83-84
• 4.2 残留煤柱下复采工作面支架的合理参数研究84-85
• 4.2.1 煤柱下复采工作面支架的初撑力分析84
• 4.2.2 煤柱下残煤复采工作面支架的工作阻力84-85
• 4.3 残留采空区下厚煤层复采工作面支架合理参数85-89
• 4.3.1 残留采空区下厚煤层复采工作面支架的初撑力85-87
• 4.3.2 残留采空区下复采工作面支架的工作阻力87-89
• 4.4 基于支持向量机的厚煤层残采区残煤复采矿压研究89-95
• 4.4.1 支持向量机方法89-94
• 4.4.2 预测模型中的大规模训练样问题94
• 4.4.3 模型选择94
• 4.4.4 V-SVR预测流程94-95
• 4.5 工程实例95-104
• 4.5.1 理论计算支架的参数95-97
• 4.5.2 数值模拟支架参数97-102
• 4.5.3 矿压实测数据验证支架参数分析102-103
• 4.5.4 复采工作面支架整末阻力支持向量机预测103-104
• 4.6 本章小结104-105
• 第五章 厚煤层旧采区残煤复采技术应用研究105-121
• 5.1 韩咀煤业残采区概况105-109
• 5.1.1 2107复采工作面概况105
• 5.1.2 2107复采工作面残煤赋存状态105-106
• 5.1.3 2107复采工作面围岩物理力学性质106-109
• 5.2 旧采残留煤柱围岩稳定性及其对复采工作面影响109-110
• 5.2.1 旧采区顶板岩梁垮落分析109-110
• 5.2.2 残留煤柱集中应力在底煤中的传递分析110
• 5.3 2107复采工作面支架参数分析110-111
• 5.3.1 采煤方法的确定110-111
• 5.3.2 开采参数的确定111
• 5.4 复采工作面矿压显现规律实测研究111-113
• 5.5 厚煤层旧采区残煤复采安全技术研究113-121
• 5.5.1 复采工作面过煤柱顶板的管理113-114
• 5.5.2 松散冒落体状态顶板管理114-116
• 5.5.3 复采工作面过空区、空巷时顶板的管理116-118
• 5.5.4 残留采空区积水、积气处理措施118-121
• 第六章 结论与展望121-125
• 6.1 主要结论121-124
• 6.2 不足与展望124-125
• 参考文献125-136
• 致谢136-137
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研成果137-138
• 博士学位论文独创性说明138-139

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