本文選題：堅硬頂板 + 覆巖“拱殼”大結構��； 參考：《遼寧工程技術大學》2015年博士論文

【摘要】：大同礦區(qū)賦存有侏羅系和石炭系“雙系”煤層。開采石炭系特厚煤層的同忻礦,在覆巖多層堅硬頂板和上覆侏羅系多煤層開采殘留煤柱等復雜的開采條件下,開采期間礦壓顯現(xiàn)強烈。因此,對大同礦區(qū)堅硬頂板運動特征及綜放工作面礦壓影響進行研究,為大同礦區(qū)特厚煤層安全高效開采提供理論指導。論文建立“拱殼”覆巖大結構力學模型,對覆巖大結構的幾何特征和運動特征進行分析,堅硬巖層的強度、厚度和采厚共同決定了大結構的尺度,各關鍵層控制著空間覆巖大結構的形成和演化；結合關鍵層理論和材料力學的相關理論,確定了工作面覆巖大結構初次失穩(wěn)和周期失穩(wěn)的能量計算公式,計算結果表明大結構形成和失穩(wěn)對礦壓顯現(xiàn)具有重要的控制影響,揭示了大結構形成過程的圍巖應力升高、結構失穩(wěn)時能量突然釋放和失穩(wěn)后圍巖應力降低的礦壓顯現(xiàn)特征�；诟倪M的果蠅優(yōu)化算法和支持向量機理論,建立MFOA-SVM覆巖破壞高度預計模型,對石炭系特厚煤層工作面開采覆巖破壞高度進行預測,預測結果與EH4物理探測結果相互吻合,模型具有較好的適用性；采用相似材料模擬方法,分析雙系煤層開采的上覆巖層移動、破壞垮落特征以及相互之間的開采影響,堅硬巖層的破斷控制工作面礦壓顯現(xiàn)強度；運用FLAC3D數(shù)值模擬軟件,研究了侏羅系煤層群和石炭系煤層開采圍巖破壞特征,雙系煤層開采后采空區(qū)裂隙相互聯(lián)通；采用微震監(jiān)測分析了雙系煤層開采影響下的微震事件時空分布特征、微震事件的能量和頻次特征,得到工作面后方300 m-500 m范圍的采空區(qū)覆巖仍然在運動,工作面在侏羅系重疊煤柱下方區(qū)域開采覆巖運動更為強烈。采用UDEC數(shù)值模擬軟件,分析侏羅系煤柱影響下的石炭系工作面采動應力演化規(guī)律,工作面回采至侏羅系煤柱對應區(qū)域工作面圍巖應力升高,較非煤柱區(qū)域提高了32%-37%；通過對回采巷道和工作面進行礦壓監(jiān)測,確定回采巷道和工作面的礦壓顯現(xiàn)的時空演化規(guī)律,進一步驗證了大結構對礦壓顯現(xiàn)具有一定的控制作用；對不同工作面推進速度的圍巖應力、支架工作阻力和覆巖運動特征進行分析,確定特厚煤層工作面推進速度對礦壓顯現(xiàn)的影響,綜放工作面推進速度越快工作面礦壓顯現(xiàn)越明顯。對同忻礦強礦壓顯現(xiàn)的能量特征進行分析,確定同忻礦的強礦壓顯現(xiàn)是覆巖大結構失穩(wěn)、臨近采空區(qū)側向支承壓力、本工作面超前支承壓力和侏羅系煤柱應力傳遞多因素空間耦合作用引起的。
[Abstract]:There are Jurassic and Carboniferous "double system" coal seams in Datong mining area. In Tongxin Coal Mine of Carboniferous extra thick seam, under the complicated mining conditions such as overburden multi-layer hard roof and overlying Jurassic multi-seam mining residual coal pillar, the mine pressure appears strongly during mining. Therefore, the characteristics of hard roof movement in Datong mining area and the influence of mine pressure on fully mechanized caving face are studied to provide theoretical guidance for safe and efficient mining of extra thick coal seam in Datong mining area. In this paper, the mechanical model of "arch shell" overburden rock structure is established, and the geometric and kinematic characteristics of overburden rock structure are analyzed. The strength, thickness and mining thickness of hard rock layer together determine the scale of large structure. Each key layer controls the formation and evolution of the large structure of overlying rock in space, combined with the theory of critical layer and the theory of mechanics of materials, the energy calculation formulas for the first and periodic instability of large overburden structure in working face are determined. The calculation results show that the formation and instability of large structures have an important control effect on the formation of rock pressure, and reveal the characteristics of rock pressure behavior in the process of formation of large structures, such as the increase of surrounding rock stress, the sudden release of energy during structural instability and the decrease of surrounding rock stress after instability. Based on the improved Drosophila optimization algorithm and the support vector machine theory, the prediction model of MFOA-SVM overburden failure height is established, and the mining overburden failure height of the Carboniferous coal face is predicted. The predicted results are consistent with the EH4 physical detection results. The model has good applicability, the similar material simulation method is used to analyze the overlying strata movement, the characteristics of failure and caving and the influence of mining on each other in the mining of double system coal seam, and the breaking of hard rock strata controls the strength of rock pressure behavior in working face. The failure characteristics of surrounding rock of Jurassic coal seam group and Carboniferous coal seam mining are studied by using FLAC3D numerical simulation software. Microseismic monitoring is used to analyze the space-time distribution characteristics of microseismic events, the energy and frequency characteristics of microseismic events under the influence of double-system coal seam mining, and the results show that the overburden is still moving in the gob area of 300m-500m behind the working face. The mining overburden movement is stronger in the area below the superimposed pillar of Jurassic system. By using UDEC numerical simulation software, the evolution law of mining stress in Carboniferous coal face under the influence of Jurassic pillar is analyzed, and the surrounding rock stress of coal face in the corresponding area of coal pillar of Jurassic system is increased. Compared with the non-pillar area, it has been improved by 32-37.The time and space evolution law of the mining roadway and the coal face is determined by monitoring the mine pressure of the roadway and working face, which further verifies that the large structure has certain control function to the rock pressure appearance. Based on the analysis of surrounding rock stress, support working resistance and overburden movement characteristics of different working faces, the influence of advancing speed on the rock pressure in the face of extra thick coal seam is determined. The faster the advance speed of fully mechanized caving face, the more obvious the mine pressure appears. Based on the analysis of the energy characteristics of strong rock pressure in Tongxin mine, it is determined that the strong rock pressure behavior of Tongxin mine is the instability of overburden structure and the lateral bearing pressure near goaf. The multi-factor spatial coupling between the leading supporting pressure and the stress transfer of the Jurassic coal pillar in this working face is caused.
【學位授予單位】：遼寧工程技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD323

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本文編號：1807326