薄基岩突水威胁煤层围岩破坏机理及应用研究
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摘要
开发东部地区厚松散层所覆盖的煤炭资源,对于缓解我国东部煤炭资源紧张具有重要意义,而研究厚松散层薄基岩煤层围岩破坏规律,是控制薄基岩厚松散层下采煤安全的关键问题之一。论文以水文地质条件评价、现场观测、实验室相似模拟试验、数值模拟为基础,采用材料力学、弹性力学和损伤力学等固体力学理论,运用分形理论和人工智能预测方法,较全面地研究了采动影响下厚松散层薄基岩突水威胁煤层围岩破坏规律,主要包括顶板的破坏特征和机理、覆岩破坏裂隙演化特征、不同基岩条件下煤层矿压显现规律、覆岩破坏高度和底板破坏深度,推出了老顶发生初次断裂的极限跨距计算公式、三铰拱失稳判据、顶板运移计算公式,建立了覆岩裂隙演化特征的分形损伤模型、覆岩破坏高度和底板破坏深度的预测模型,为进一步研究薄基岩煤层围岩破坏机理提供了理论依据,发展了矿山压力基础理论。论文研究成果在赵固一矿薄基岩突水威胁煤层条件下进行了应用,取得了显著的经济效益。
It is very important to develop the coal resources covered by thick unconsolidated layers in Easter region. This can ease the strain on coal resources of eastern china. However, research on the failure law of thin-bedded roof strata with thick unconsolidated layers is one of key problems to control mining safety under the thick unconsolidated layers of thin-bedded roof strata. Based on the evaluation of hydro geological conditions, field observation, laboratory similarity simulation experiment, numerical simulation, the thesis adopts theories of material mechanics, elastic mechanics, damage mechanics and so on, and applies fractal theory, artificial intelligence forecasting methods to study comprehensively the failure law for the threat of water-inrush causing by thick and loose thin-bedded roof strata under the influence of mining, which mainly includes the failure mechanism and feature of coal seam roof, evolution characteristics of overlying strata failure fracture, strata-pressure behavior of bedrock under different conditions, overburden rock damage height and coal floor failure depth. Besides, the thesis deduces the calculation formula for limited span of main roof primary fracture, instability judgment basis of three hinged arch, the calculation formula of roof displacement. Furthermore, the thesis establishes fractal damage model of evolution characteristics for overburden fracture and prediction models of damage height for overburden fracture and failure depth for coal seam floor respectively, which provide theoretical basis for the further study of rock failure mechanism of thin bedrock seam and develop the basic theory of mine pressure. The research results was used in condition that mine water inrush threats thin seam in Zhaogu mine, which has achieved remarkable economic benefit.
It is very important to develop the coal resources covered by thick unconsolidated layers in Easter region. This can ease the strain on coal resources of eastern china. However, research on the failure law of thin-bedded roof strata with thick unconsolidated layers is one of key problems to control mining safety under the thick unconsolidated layers of thin-bedded roof strata. Based on the evaluation of hydro geological conditions, field observation, laboratory similarity simulation experiment, numerical simulation, the thesis adopts theories of material mechanics, elastic mechanics, damage mechanics and so on, and applies fractal theory, artificial intelligence forecasting methods to study comprehensively the failure law for the threat of water-inrush causing by thick and loose thin-bedded roof strata under the influence of mining, which mainly includes the failure mechanism and feature of coal seam roof, evolution characteristics of overlying strata failure fracture, strata-pressure behavior of bedrock under different conditions, overburden rock damage height and coal floor failure depth. Besides, the thesis deduces the calculation formula for limited span of main roof primary fracture, instability judgment basis of three hinged arch, the calculation formula of roof displacement. Furthermore, the thesis establishes fractal damage model of evolution characteristics for overburden fracture and prediction models of damage height for overburden fracture and failure depth for coal seam floor respectively, which provide theoretical basis for the further study of rock failure mechanism of thin bedrock seam and develop the basic theory of mine pressure. The research results was used in condition that mine water inrush threats thin seam in Zhaogu mine, which has achieved remarkable economic benefit.
引文
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