华北型承压水体上采场底板破坏研究与突水判别系统开发

Introduction

       煤炭是我国国民经济发展的战略性能源，在我国目前能源结构中占据支柱地位。影响煤炭安全经济开采的原因有很多，其中开采环境的8益复杂是制约我国采矿行业可持续发展的重要因素。随着煤炭开采逐步向深部发展，在复杂的水文地质环境下，采场及巷道底板突水危险性将更加突出，安全高校经济回采深部煤炭资源的技术保障难度大大增加。
       本课题结合安徽淮北某煤矿的地质赋存及开采装备条件，应用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的方法，研究了该矿某工作面底板在支承压力和承压水水压共同作用下的应力场和底板破坏特征。根据煤层回采过程中围岩状态演化特征，对基本顶初次来压和周期来压对底板岩层的应力及破坏特征进行了分析研究。应用弹性理论中半平面无限体受分布力作用时任意一点的应力分布，对承压水不同水压作用下底板任意一点的应力，支承压力在底板任意一点引起的应力进行了理论推导。应用弹性力学中的相应公式求出最大主应力和最小主应力，运用摩尔库伦准则判定底板岩层的弹性区范围和塑性区范围，求解了底板的最大破坏深度和破坏区的范围。对煤层回采过程中底板岩层的应力场和破环特征应用FLAC3D数值模拟软件进行了模拟，得出相应推进距离下底板岩层的应力分布和破坏特征。结合现场实际条件，对煤层回采过程中底板破坏特征进行现场实测，实测结果验证了理论计算结果和数值模拟结果的可靠性。
       本课题结合华北型煤田承压水上开采煤层赋存一般较深的特点，探讨了深井临界深度，分析了各因素在深井底板突水中的作用，建立了深井底板突水评价指标体系。运用层次分析法选出深井底板突水的主控因素，建立层次分析法自动调整模型程序，解决动态判断矩阵的整体一致性难以满足的难题。通过建立隶属度和隶属函数实现各因素信息数据的归一处理，构建基于模糊神经网络的深井底板突水判别模型，选取工程实例验证了模糊神经判别模型的可靠程度。通过灰色关联分析验证了层次分析法得到的主控因素，应用嫡值调整法确定了各主控因索在突水过程中的贡献权重。构建了深井煤层底板突水最优灰色物元和线性灰色物元判别模型，通过工程样本验证模型确定了危险区、脆弱区和安全区的國值。以最优灰色物元和线性灰色物元判别模型为基础，采用VB开发了深井底板突水组合灰色物元判别系统，系统包括信息管理、突水评判、系统维护和系统服务四个模块。采用底板突水系数法对下组煤层群开采掘进工作面及回采工作面进行了底板水患威胁分析，对深部高承压水薄隔水层煤层群回采工作面进行了开采安全性评价及可选采煤方法的可行性分析。结合矿区水害防治现状，提出复杂条件下煤层群开采底板水害综合防治技术。本课题研究成果可以为现场提供理论参考，对类似条件下煤层的回采也有一定的借鉴意义。
       本书共10章，内蒙古科技大学矿业与煤炭学院孙明、山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿杨尚欢和北京天地玛珂电液控制系统有限公司张学亮共同完成。其中，前言、目录、第5、6、7、8章由孙明编写,第1、2、4章由杨尚欢编写，第3、9、10章由张学亮编写，全书由孙明和张学亮负责统稿和编纂。本书的出版得到了国家重点研发计划项目课题“ 深部煤矿安全绿色开采理论与技术”( 2016YFC0600708)和内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目“长壁采场底板岩体采动损伤突水的控制机理研究”(NJZY18151)科研项目的支持，在此表示感谢。
       本书参考了国内相关研究者的成果，在此一并感谢!在本书出版之际，作者向为此书做出贡献的各位同仁表示衷心的感谢和由衷的敬意!
       由于时间比较紧迫，加之作者学识水平有限，书中疏漏和错误在所难免，敬请各位读者批评指正。

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Author(s) Information

孙明(1983. 12-) ，男，山东肥城人，山东科技大学硕土研究生毕业，讲师。从事采煤方法、矿山压力与岩层控制等方向研究工作。现为内蒙古科技大学矿业与煤炭学院教师。曾获省部级3等奖1项，其中第-作者发表论文12篇， SCI收录1篇， EI收录3篇，核心8篇，出版专著1部，参编教材2部，主持内蒙古教育厅项目1项，参与省部级项目2项。

杨尚欢(1979. 04-)，男，山东鄄城人，安徽理工大学采矿工程硕土研究生毕业，工程师，从事矿山岩石力学、采矿方法等方向研究工作。就职于山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿。曾获省部级1等奖1项，集团1等奖1项，集团3等奖1项，发表论文8篇,其中第一作者7篇，申请发明专利2项，实用新型专利1项，参与国家自然科学基金项目1项。

张学亮(1984. 10-)， 男，山东临朐人，煤炭科学研究总院硕士研究生毕业，副研究员，注册安全工程师。从事采煤方法、矿山压力与岩层控制、智能化开采等方向研究工作。曾就职于中国煤炭科工集团天地科技股份有限公司开采设计事业部采矿技术研究所，现就职于中国煤炭科工集团北京天地玛珂电液控制系统有限公司无人化开采项目部。曾获省部级2等奖3项，3等奖4项，发表论文20余篇，其中第一作者8篇，参与国家自然科学基金青年基金项目2项，参与编写国家标准11项。

华北型承压水体上采场底板破坏研究与突水判别系统开发