宽沟煤矿开采中的冲击地压综合预警指标构建,硕士论文

宽沟煤矿开采中的冲击地压综合预警指标构建,硕士论文随着煤炭开采深度和开采强度的不断增加,冲击地压已经成为了矿山开采面临的主要灾祸之一,严重威胁着矿山安全.根据地质赋存条件及开采技术条件对回采工作面做出冲击地压危险性分析与利用监测数据探究冲击前兆特征是冲击地压防治的重要根据,对确保矿山的安全回采具有重要的工程意义.论文采用工程调研、数值模拟、现场数据监测等方式方法与手段,较为全面地开展了工作面冲击地压危险区域划分与预警指标的选取.构建了BP神经网络预测模型,将整个工作面划分成小的单元区域,对各单元分别进行预测分析,得出了工作面不同区域冲击地压危险等级的分布情况.建立FLAC数值模型分析工作面不同回采距离时,应力分布和迁移特征,探究冲击危险的主要分布区域,当工作面在实体煤下方时,工作面中下部是高应力的主要集中区域,构成高应力三角区,随着靠近W1145采空区出现应力叠加现象,且在666m处垂直应力峰值到达41.2MPa;当处于采空区下方时,应力由中下部迁移到中上部,构成高应力椭圆区.开展了微震数据的分析,揭示了冲击地压发生的微震前兆特征,冲击发生前,日总能量-频次的整体变化趋势表现为V型、N型、上升型,在变化趋势的上升阶段出现冲击事件,超前工作面100m附近是冲击事件发生的高频区域;在冲击发生前,微震事件的空间分布出现较明显的能量事件低密度区域.运用趋势法、临界值法和动态变化率法,确定了宽沟煤矿冲击地压的预警指标,建立适用于宽沟煤矿的冲击地压综合预警方式方法,并进行了现场应用,效果良好.本研究对促进类似地质条件和开采技术条件的矿山冲击危险分析及预警具有较好的科学意义和参考价值.关键词:冲击地压;神经网络;数值模拟;微震;预警ABSTRACTWiththeincreasingdepthandintensityincoalmining,rockbursthasbecomeoneofthemajordisastersfacedbymining,whichseriouslythreatensthesafetyofmines.itisanimportantbasisforthepreventionandcontrolofrockbursttomaketherockbursthazardanalysisbyanalyzinggeologicaloccurrenceconditionsandminingtechnicalconditionsandtousethemonitoringdatatoexploretheprecursorycharacteristicsofrockburstintheface.Itisofgreatengineeringsignificancetoensuresafeminingofmines.Inthisthesis,themethodsandmeansofengineeringinvestigation,numericalsimulationandfielddatamonitoringareusedtocarryoutthedivisionofrockburstdangerousareaandtheselectionofearlywarningindexinworkingfaceinanall-roundway.TheBPneuralnetworkpredictionmodelisconstructed,thewholeworkingfaceisdividedintosmallunitareas,eachsmallunitispredictedandanalyzedrespectively,andthedistributionofrockbursthazardgradeindifferentareasoftheworkingfaceisobtained.TheFLACnumericalmodelisestablishedtoanalyzethestressdistributionandmigrationcharacteristicsofdifferentminingdistancesintheworkingface,andtoexplorethemaindangerousareaofrockburst.whentheworkingfaceisunderthesolidcoal,themiddleandlowerpartoftheworkingfaceisthemainconcentrationareaofhighstress.Thetriangleofhighstressisformed,andthephenomenonofstresssuperpositionappearsnearthegoafofW1145,andthepeakvalueofverticalstressreaches41.2MPaat666m;Whenitisbelowthegoaf,thestressmovesfromthemiddle-lowerparttothemiddle-upperpart,formingahighstressellipticalarea.Theanalysisofmicroseismicdataiscarriedout,andtheprecursorycharacteristicsofmicroearthquakeoccurrenceofrockburstaredisclosed.beforerockburstoccurs,Theoverallvariationtrendofdailytotalenergy-frequencyisVtype,Ntypeandascendingtype.rockbursteventsoccurintheupwardstageofthechangetrend,andthehighfrequencyareaofrockbursteventsoccursnear100maheadoftheworkingface.Beforerockburst,Thereisanobviouslowdensityregionofenergyeventsinthespatialdistributionofmicroseismicevents.Byusingtrendmethod,criticalvaluemethodanddynamicchangeratemethod,theearlywarningindexofrockburstinKuangoucoalmineisdetermined,andthecomprehensiveearlywarningmethodofrockburstsuitableforKuangoucoalmineisestablished,andthefieldapplicationiscarriedout,andtheeffectisgood.Thisstudyhasgoodscientificsignificanceandreferencevalueforpromotingminerockbursthazardanalysisandearlywarningofsimilargeologicalconditionsandminingtechnicalconditions.Keywords:rockburst;neuralnetworks;numericalsimulation;microseismic;earlywarning.目录1绪论........................................................................................................................................11.1选题的背景和研究意义..............................................................................................11.1.1选题背景...........................................................................................................11.1.2研究意义...........................................................................................................11.2国内外研究现在状况及发展趋势......................................................................................21.2.1冲击地压机理研究...........................................................................................21.2.2冲击地压监控预警研究现在状况...........................................................................41.2.3多参量数据处理研究现在状况...............................................................................71.3论文研究的内容、目的及关键问题..........................................................................81.3.1研究内容...........................................................................................................81.3.2研究目的...........................................................................................................81.4研究方案及技术道路..................................................................................................91.4.1研究方案...........................................................................................................91.4.2技术道路...........................................................................................................92基于地质因素的冲击危险性分析.......................................................................................112.1矿井及工作面大概情况....................................................................................................112.1.1矿井大概情况.........................................................................................................112.1.2工作面大概情况.....................................................................................................132.2历次冲击地压事件....................................................................................................152.3W1123工作面冲击地压主要影响因素分析............................................................162.4运用BP神经网络模型的冲击地压危险性分析.....................................................172.4.1影响冲击地压因素分析.................................................................................172.4.2BP神经网络的建立........................................................................................182.4.3工作面冲击危险区域.....................................................................................222.5本章小结...................................................................................................................233基于数值计算的采动影响下工作面冲击危险性分析......................................................243.1工作面回采模型构建................................................................................................243.1.1数值计算模型设计.........................................................................................243.1.2煤岩体物理与力学参数.................................................................................253.2W1123工作面开采应力演化分析............................................................................263.2.1顶板初始应力.................................................................................................263.2.2工作面倾向垂直应力分布特征......................................................................273.2.3工作面走向超前支承压力分布特征.............................................................293.3工作面采动影响特征................................................................................................323.3.1工作面倾向采动影响特征.............................................................................323.3.2工作面走向采动影响特征.............................................................................323.3.3工作面冲击危险区域分布.............................................................................333.4本章小结...................................................................................................................344冲击地压监测前兆特征分析..............................................................................................354.1微震监测原理及监测方案........................................................................................354.1.1监测原理.........................................................................................................354.1.2监测方案.........................................................................................................354.1.3预警值.............................................................................................................364.2冲击地压事件的微震时空前兆特征分析................................................................364.2.1冲击地压的微震时间序列前兆特征分析......................................................374.2.2冲击地压的微震事件空间分布前兆特征分析..............................................454.3本章小结...................................................................................................................465宽沟煤矿冲击地压综合预警与应用..................................................................................475.1基于动态变化率方式方法的预警指标选取....................................................................475.1.1动态变化率法.................................................................................................475.1.2微震数据预警临界值确实定..........................................................................485.2基于G-R关系的微震监测预警指标.......................................................................495.2.1G-R关系的定义..............................................................................................495.2.2微震能量分布特征b值的临界值.................................................................505.3基于BP神经网络与数值模拟的冲击危险区域划分.............................................535.4冲击地压多参量综合预警方式方法的建立及应用.........................................................555.4.1冲击地压预警方式方法的建立..............................................................................555.4.2冲击地压预警方式方法的应用..............................................................................565.5本章小结...................................................................................................................596结论......................................................................................................................................60致谢..........................................................................................................................................61以下为参考文献..................................................................................................................................62附录..........................................................................................................................................671绪论1.1选题的背景和研究意义1.1.1选题背景我们国家的煤炭资源总量相对丰富,煤炭对国民经济发展具有强力的支撑作用.煤炭工业作为关系国家能源安全的重要产业,固然国家经济增速放缓、能源构造调整,煤炭行业面临的压力增大,但结合我们国家富煤、贫油、少气的实际国情,在将来相当长的一段时间内,我们国家的主要能源仍然是煤炭.煤炭资源具有低廉性、可靠性和可干净性等性质,这为其担负国家能源安全、经济可持续健康发展的责任做足了准备.据中国工程院预测分析:2020年、2030年、2050年,我们国家煤炭需求量分别为39~44亿吨、45~51亿吨、38亿吨,煤炭需求总量仍然能够保障我们国家国民经济的良好发展[1].冲击地压已经成为了采矿行业的主要灾祸之一,最早有记录发生的冲击地压事故在1738年的英国,我们国家是在1933年的胜利煤矿.随着开采深度和开采强度的不断提高,煤与瓦斯突出、冲击地压、顶板事故等煤岩动力灾祸越来越严重.动力灾祸[2,3]是将集中应力从围岩深部传递到巷道、工作面等自由空间释放的经过.华而不实冲击地压以其发生前现象特征不明显,冲击发生时灾祸猛烈、毁坏范围大等特点严重威肋着煤矿企业的生产活动,其己经成为煤炭资源开采必须解决的重大安全生产难题[4,5].经过长期的生产实践证明,对冲击地压进行监控预警是减少或避免冲击地压灾祸发生的基础.神新公司所属的宽沟煤矿在回采W1143工作面时,在工作面下部(采深317m)发生了初次冲击地压事故,造成了多人死亡、采煤机和数架液压支架报废的严重后果.在回采后续工作面屡次发生冲击地压事故,根据宽沟冲击事件资料,冲击地压灾祸已经成为了矿上的主要灾祸之一,给工作面正常回采、人员安全、设备维护带来了新的挑战.并且W1123工作面处于B2煤层中,工作面埋深更深,开采工艺比B4煤层采用的工艺更复杂,煤层具有弱冲击倾向性,顶板具有强冲击倾向性.为了保证工作面的正常回采,对冲击地压的防治更有针对性,前期的冲击危险性分析及预警方式方法研究就显得非常重要,并可作为后期冲击地压防治的根据.1.1.2研究意义本研究通过对宽沟煤矿前期冲击危险性进行分析及建立适宜的综合预警方式方法,能够对宽沟煤矿的冲击地压监控预警有实际指导作用,并且可以以为类似条件的矿井冲击地压预警方式方法的研究提供借鉴.1.2国内外研究现在状况及发展趋势浅部煤矿资源的不断开采、经济的持续增长导致煤矿开采深度及开采强度的不断增加,冲击灾祸日益突出,己经严重影响煤矿的安全高效生产.国内外学者关于矿井冲击地压做了大量的研究,但对于矿井埋深小于400m的冲击地压发生机理、防治体系尚待进一步研究[6].通过煤矿实践生产的冲击防治情况,冲击地压的防治主要在于对冲击地压进行早期的冲击危险性分析与预警方式方法的建立.1.2.1冲击地压机理研究国外对冲击地压发生机理研究较早,诸多专家学者对冲击地压机理和防治研究中积累了大量的理论成果,关于冲击地压机理主要成果如下:强度理论以为,冲击地压的发生主要原因是采动后煤岩体所受实际载荷大于毁坏极限载荷[7,8].固然该理论能够直接描绘叙述煤岩在开采影响下的毁坏机理,但该理论不能很好地描绘叙述冲击地压的动力特性,强度理论能够解释冲击地压的一些现象,但是巷道、煤柱等区域经常出现应力集中且超过其极限载荷,但不都会发生冲击地压事故,因而,强度理论对这些问题还无法给出全面的解释.刚度理论将煤岩体作为一个受载体,冲击地压发生的条件是受载体委屈服从之后的刚度大于围岩-支架的刚度.Salaman[9]和Brady[10]通过对多个矿柱的冲击问题进行了分析和计算,发现刚度理论更适用于矿柱冲击问题.该理论的缺乏是对煤岩体力学性质之间关系描绘叙述不透彻.Cook等[11]学者通过对发生的冲击地压灾祸的总结分析,提出能量理论.从能量集中与耗散的角度来解释冲击地压的发生机理,将围岩-煤层系统中释放与消耗能量比拟,冲击地压事故发生的能量前提条件就是毁坏释放的能量比消耗的能量大,即煤岩体中释放与消耗的差值剩余能量会作为冲击地压的诱发因素,诱发冲击地压的发生.但是该理论没有对煤岩体平衡条件进行具体的讲明.Vesela、Beak等[12,13]提出了一种以冲击敏感影响因素和能量集中存储因素为关键因素的冲击地压机理,Lippmann[14,15]通过对冲击地压现象的分析,提出了以构造失稳概念为核心的冲击地压理论.Zoheir等[16]采用离散单元程序及其显式时间推进格式,对冲击地压的初始准静态响应和随后的动力响应进行了数值模拟,得到了冲击地压剪切作用下的动力响应.通过模拟在不同压缩载荷下具有延性、半脆性和脆性毁坏响应的矩形板状开挖,研究了影响冲击地压强度的因素.通过模拟不同加载条件下的不同滑移情况,讨论了剪切型冲击地压发生和强度的影响因素.通过分析,为冲击地压事件的研究提供了一个计算框架,并为处理更为复杂的冲击地压事件提供了参考,揭示了岩石的杨氏模量、破裂应力、岩石脆性和断层的滑移弱化行为是怎样控制冲击地压发生的.随着我们国家煤矿开采向深部发展,地质赋存复杂、开采布局差异大,冲击地压成为很多矿井的主要灾祸之一,诸多学者对我们国家煤矿发生的冲击地压事件进行总结分析,对冲击地压发生机理与冲击能量源辨别与控制获得了众多成果.某些煤岩体具有发生冲击毁坏的固有属性,与它所受的外界环境没有关系,冲击倾向性理论主要描绘叙述了冲击地压发生所具备的煤岩属性条件,但冲击地压的诱发影响因素是遭到多种因素共同作用的结果,该理论没有考虑到地质赋存与开采技术因素等外部条件对冲击地压的影响[17].赵同彬等[18]利用细观颗粒流软件,研究煤岩不同细观参数均质度对冲击倾向性的影响,得出了颗粒弹性模量均质度与宏观弹性模量之间呈幂函数关系.潘一山等[19]在自行研制的多通道电荷感应监测系统的基础上,通过实验对冲击倾向性煤体毁坏中的力-电响应规律开展研究,结果表示清楚:具有冲击趋势的煤的物理力-电响应曲线存在一个冲击失稳的预警时间区域.左建平等[20]利用试验机对岩煤试样进行单轴压缩实验,研究结果表示清楚:为了对冲击地压的发生进行预测及防治,有必要对冲击地压矿井的煤岩组合体进行冲击倾向性鉴定.李玉生[21]将强度理论、能量理论和冲击倾向理论结合起来提出了三准则理论,只要在同时知足这三个准则时冲击地压才会发生,然而由于实际生产活动环境的复杂性,冲击地压遭到多个因素的影响,三准则理论运用具有局限性.根据煤岩体变形系统的失稳理论,冲击地压是采掘空间煤岩体构造失稳引起的毁坏经过[22].姜耀东等[23]总结冲击地压发生特征,研究煤体细观构造参数与煤体冲击倾向性的内在关系.通过实验讨论煤岩体在采动等外界因素影响下内部微裂纹快速成核、贯穿、扩展进而诱发煤体整体失稳的机制.潘一山等[24]针对煤矿冲击地压问题,对扰动响应失稳理论展开研究,提出了煤岩体变形系统控制量、扰动量和响应量的概念.谢和平[25]运用分形理论探究了冲击地压的分形特征和原理,以为冲击地压能够等同于煤与岩体内部裂隙的分形聚集.随着分形维数的降低,所需耗散能呈指数增长.许福乐等[26]通过单轴载荷作用下煤岩毁坏全经过的声发射试验,采用多重分形分析方式方法,分析了煤岩声发射强度序列的相关性和多重分形特征.结果表示清楚:声发射强度时间序列内的起伏变化不是完全随机的,其起伏变化趋势是有序的多重分形分布.丁鑫等[27]通过岩石力学试件实验,对破碎块进行了挑选统计,得到了块体的强度、分形特征、声发射信号规律及它们之间的互相关系.齐庆新等[28]提出了三因素理论,该理论将影响冲击地压的诸多因素总结、归纳为三个主要因素:冲击倾向性、容易引起突变滑动的层状界面、高应力集中及扰动,以为冲击地压发生是内在因素、构造因素、力源因素共同作用的结果.随着科学技术研究的不断发展,冲击地压的理论研究及技术应用方面产生了很多新的研究课题,丰富了冲击地压的理论成果.尹光志、潘一山等[29,30]在对煤岩体构造进行分析和总结的基础上,建立了煤岩体失稳突变模型,讨论了影响冲击地压的因素和影响程度.徐曾和[31]利用尖点突变模型研究了坚硬顶板条件下的冲击地压非稳定机制,给出了冲击地压的发生断定条件,在这里基础上,讨论了冲击地压的前兆规律和发生经过,提出了可监测的前兆信息,丰富了冲击地压研究成果.赵忠虎等[32]从微观角度推导了岩石变形的能量传递方程,从宏观角度发现外部世界提供的能量在岩石变形初期以弹性应变能的形式储存在岩体中.从能量耗散与释放的观点研究岩石的毁坏,寻找岩石毁坏的真正原因.周晓军、鲜学福等[33,34]通过实验研究了煤岩体的粘弹性蠕变特性,提出煤的粘弹性蠕变柔度系数是判定煤蠕变不稳定性的主要指标,并对冲击倾向强度进行了分类.窦林名、何学秋等[35]为了建立冲击地压的危险性判据,对煤岩体混凝土等材料的变形毁坏特征开展了研究.通过对试验材料的变形特征、声+电特征的监测及分析,探究冲击地压危险判别准则.固然很多学者对冲击地压机理开展了研究,也得出了大量的成果,然而由于矿井地质赋存的差异性、冲击地压影响因素的多样性,当前仍没有一个理论能真正破解冲击地压的发生机理,冲击地压的机理仍需继续研究.1.2.2冲击地压监控预警研究现在状况冲击地压的长期实践表示清楚,冲击地压的监测和预警是冲击地压防治的前提和基础,冲击地压是煤岩层的物理力学性质在时间和空间上变化的宏观反映,其孕育及发展经过中存在着各种物理性质变化.冲击地压预警是对煤岩力学系统在这一经过中的相关指标进行监测,观察各指标在时间和空间上的变化,并选择适宜的参数作为预警的敏感指标.目的是为冲击地压的防治提供强有力的详细定量指标,使其更具针对性,提高防冲措施的施工效率,同时减少人员和物资的浪费.(1)岩石力学方式方法根据在煤体中钻孔排出的煤粉量的数据变化情况以及钻孔经过中出现的动力现象对工作面冲击危险程度进行探测[36].冲击地压的危险程度常用钻粉率指数来鉴别,钻粉率指数是钻孔的每米实际钻粉量与每米正常钻粉量的比值,华而不实每米正常钻孔煤粉量是指在支护压力影响范围外测量的煤粉量.通过监测钻粉率指数的大小变化与临界值指标的比照分析,来断定冲击危险程度.除煤粉量指标外,还应考虑动力效应.动力效应是反映冲击危险性程度的一个非常直观的指标,如钻杆跳动、卡钻、出现震动或声响等现象.对钻孔施工时所发生动力效应的具体记录及比照分析,可对冲击危险位置及冲击危险程度做出准确地判定.其详细的判别标准如表1.1所示:朱丽媛等[37]利用自主研发的扭矩-推力测试装置,通过类似材料试件的钻孔试验,测试钻孔经过中的钻杆扭矩和钻屑推进力,来探究判定煤矿冲击地压危险的方式方法,为冲击地压的预测预报提供了更多的监测参量,提高了预测精度.研究表示清楚,综采阻力的大小变化与煤壁片帮、顶板的下沉和垮落、支架变形和毁坏等动力效应有非常严密的关系.通过对综采支架阻力的监测,分析支架阻力的变化特征,对防止冲击地压和顶板灾祸的发生具有重要意义.李潞斌[38]针对有线矿压监测系统监测数据缺失、准确度低的问题,研制了无线矿压监测系统技术,实现了井下支架工作阻力的实时监测.唐明珠等[39]为了解决矿井液压支架监测系统的布线复杂、维护困难、监测数据传输稳定性差等问题,将蓝牙技术运用到矿井液压支架监控系统中,利用蓝牙无线通信传输液压支架的监测数据,其传输速率快,性能稳定.回采期间整个工作面稳定性遭到众多因素的影响,华而不实地应力是导致围岩变形毁坏、支护失效和矿山冲击地压现象的最重要和最基本的因素之一[40].在实际生产活动中,通过将钻孔应力计安装在煤层中来对应力集中程度进行监测,通过对应力值的读数观测来评价分析监测区间的冲击危险性.徐文全等[41]为了研究回采扰动作用下围岩的应力演化规律,基于静压原理自主研制了一种应力监测传感器,并在实验室进行了加载试验.将该装置用于现场开采实践中的应力测量,结果表示清楚:研制的应力监测传感器的监测结果能够较真实地反映煤岩应力实际分布情况.(2)地球物理方式方法岩石毁坏产生的电磁辐射现象作为一种地震的前兆,长期以来一直遭到国内外学者的重视[42,43].通过记录电磁辐射信号强度的幅值和脉冲数能了解煤岩体的毁坏程度进而预测冲击地压.顾合龙等[44]结合河南义马某矿的冲击地压特点,基于电磁辐射机理对该矿冲击地压前后的电磁辐射最大值及均值的变化规律进行分析,得出电磁辐射对于冲击地压具有定性反应作用及定位功能.陈杨[45]以孤岛工作面为例,基于电磁辐射建立了电磁辐射预警+电磁辐射卸压效果检验的孤岛工作面冲击地压危险监测与治理技术.通过记录电磁辐射信号强度的幅值和脉冲数,观察煤岩体的毁坏程度和毁坏速度,以此为前兆特征,进而预测冲击地压.煤、岩等固体材料中存在物理的缺陷[46].假如有外部条件的作用,引起内部损伤并在损伤毁坏期间以弹性波的形式释放应变能.王恩元等[47]对煤体声发射的频谱特征和变化规律进行了测试和分析,结果表示清楚,随着载荷和变形毁坏经过的增加,声发射信号的频谱逐步增大.煤的声发射特征的变化与煤体的变形和断裂经过密切相关[48].来兴平等[49]为了急斜煤层开采顶板断裂失稳动力灾祸的预测研究,通过构建顶板裂隙扩展能量演变模型实验,利用声发射监测指标的变化趋势分析顶板岩体裂隙扩展经过,揭示急斜煤层顶板裂隙扩展诱导能量时-空演变特征.研究表示清楚:急斜煤层顶板积聚的应变能大于耗散能,工作面开采加剧了顶板岩体的毁坏,裂纹扩展引起的能量释放速率必然急剧增加.随着煤岩体内部裂隙扩展,声发射监测信号发生同步变化,声发射监测数据的能量率和断裂事件数主要经历缓慢变化、忽然增加和忽然减少的经过,能量的加速释放容易引起顶板断裂失稳和诱发动力灾祸.这为现场灾祸预测和预防提供了科学根据.当前,微震监测系统[50,51]广泛应用在冲击地压的监测中,其能够对冲击地压进行连续、在线监测,自动记录矿山微震活动,计算微震事件能量,准确定位震源位置.李楠等[52]通过对微震技术应用范围的总结分析,发现煤矿微震监测中还存在很多需要系统深切进入研究的问题.陈通等[53]以董家河煤矿为例,根据监测数据的统计分析研究了微震事件的分布特征及其上覆岩体三带间的关系.结果表示清楚:在走向方向上,煤壁支护影响区是采煤引起的微震活动主要分布区域.钻孔电视能直观的观测钻孔内煤岩体构造完好性,钻孔电视资料的解释主要是对裂隙或不连续面的解释,包括裂隙的埋深、倾向、倾角、宽度、裂隙面的粗糙度、充填物等性质.来兴平等[54]通过对乌东煤矿钻孔测试点的监测,利用三维全景智能钻井电视,获得了煤岩体内部变形的光学特征图像.通过三维成图解析重构,定量化急倾斜采动煤岩体裂隙化程度(隙宽、角度、迹线长度及数目等)、纹层及碎裂带等特征,揭示急倾斜煤层开采煤岩体内部变形特征与埋深位置关系.CT技术在地学领域的应用称为地震层析成像.其在地球科学中的应用主要集中在勘探、裂缝探测、地质构造探测等方面.科学技术日新月异,新的研究成果不断涌现,以前的很多技术问题得到了解决,随着CT技术的不断改良和发展,处理生产活动中的实际问题将获得良好的经济效益和社会效益[55].窦林名等[56]针对煤矿冲击灾祸日益频繁的情况,基于应力与纵波速度的试验关系模型,分析了用纵波速度确定冲击危险性的理论根据.建立了用于冲击危险动态预测和评价的振动波CT检测技术.结果表示清楚,对于一样性质的岩体,纵波速度反映了冲击地压的强度条件、能量条件和动载荷诱发冲击条件.井下智能雷达是一种利用电磁波对不可见介质或介质内部物质分布规律的智能监测方式方法,通过电磁波探测煤岩体不同构造时的电性差异,产生强弱差异的反射波,通过对反射波处理构成智能探测图像,能够直观反映煤岩体破碎程度和稳定性.来兴平等[57]以综放工作面顶板煤岩稳定性控制为目的,采用井下智能雷达探测设备进行现场监测,通过雷达探测数据的分析,了解顶板岩体破碎特征.结果表示清楚:分段卸压技术措施施行后,综放面顶板岩体破碎,顶板集聚的能量得到了有效的释放,工作面推进不会造成顶板大面积悬空.由于本文篇幅较长,部分内容省略,具体全文见文末附件6结论论文以宽沟煤矿W1123工作面冲击危险性分析及预警为研究目的,采用工程调研了解工作面的地质赋存情况、生产技术条件.运用神经网络手段,建立预测冲击地压危险等级的模型,并对整个工作面区域按危险等级进行了划分;通过数值模拟分析工作面在不同的回采阶段应力的分布及迁移特征,划分冲击高危区域;通过微震数据的收集,分析微震数据的时空前兆特征.建立基于趋势法、临界值和动态变化率的预警指标,构成宽沟煤矿冲击地压综合预警方式方法并在实践生产中得到验证.获得的主要成果有:(1)分析了开采深度、煤层厚度、倾角大小、顶板条件、构造情况、煤厚变化和倾角变化等影响冲击地压的主要因素,并在这里基础上建立预测冲击地压危险的BP神经网络模型.工作面的冲击地压预测等级主要为弱冲击和中等冲击,当回采位置在实体煤岩体下方时,冲击危险区域主要靠近在巷道煤壁侧;当工作面位于W1145采空区下方时,工作面冲击危险区域集中在走向700~980m之间,中等冲击危险区域呈日型分布.(2)分析运输巷走向方向顶板初始应力,分为应力平稳区(0~600m、800~1468m)、应力变化异常区(600~800m).分析开采扰动后工作面的应力分布特征,结果表示清楚:a、在实体煤下方,倾向剖面上垂直应力随着工作面的不断回采,在垂直方向上的影响范围不断增加,在回采666m处应力影响覆岩的范围到达峰值为94m;处于采空区时,出现两个应力集中区域,分别位于W1123工作面中上部和W1145采空区回风巷附近.b、工作面垂直应力分布在走向上有分区特征,工作面在实体煤下方时,工作面中下部构成高应力三角区,在666m区域出现应力叠加峰值;当处于W1145采空区下方时,应力由中下部迁移到中上部,构成高应力椭圆区.(3)冲击发生前,日总能量-频次整体变化趋势表现为V型、N型、上升型,在变化趋势的上升阶段出现冲击事件,冲击发生在走向上超前工作面60~180m,超前工作面100m附近是冲击事件的高频区域;工作面中下部冲击事件发生前出现较明显的能量事件低密度区域,能够将此空间分布特征作为冲击地压的预警指标.(4)运用趋势法、临界值法和动态变化率,选取冲击地压综合预警指标,建立适用于宽沟煤矿的冲击地压综合预警方式方法,并进行了现场验证,效果良好.致谢本论文是在导师来兴平教授的悉心指导下完成的,包括论文的选题、研究经过及论文的修改.有幸能够在来教师的悉心指导与关心下度过丰富多彩的三年研究生生活,深感获益匪浅,导师不仅在学习上教育要我刻苦钻研、踏实奋进,更在生活中以身作则,告诉我谦虚慎重、尽心敬业的处事道理,导师持之以恒、一丝不苟的科研态度和务实创新的科研作风使我倍感敬仰.在这里,我谨向导师致以崇高的敬意和诚挚的感谢!感谢课题组曹建涛教师、崔峰教师、单鹏飞教师、孙欢博士,在我论文写作经过中以及平常学习生活中对我的帮助和指导,感谢你们的难得珍贵建议.感谢王康同学、李军伟同学、吴晓同学在学习期间的合作与帮助,是你们的帮助与陪伴给予了我进一步走下去的动力.感谢实验室杨文化、尉迟小骞、杨决然、张帅、任杰师兄们,许慧聪、王泽阳、吴璇、方贤威、程晓强、杨彦斌、代晶晶、董帅、贾冲师弟们,在我从事论文写作期间对我的帮助及支持.感谢能源学院的各位教师三年来提供的各种帮助和人生的指导.感谢神新公司及宽沟煤矿的各位领导和员工给我的帮助和支持,感谢你们提供的各种资料和所给建议.感谢在我论文开题、中期答辩、预答辩及答辩时的评审专家们,衷心的感谢你们对我论文的指导,并热切地希望得到您们的批评和帮助.感谢论文研究经过中参考和引用的所有文献的作者,由于本人水平有限,若是存在不当之处,恳请谅解.最后,感谢在百忙之中对我的论文进行评审并提出难得珍贵意见的各位专家和教授!以下为参考文献[1]袁亮.我们国家煤炭资源高效回收及节能战略研究[J].中国矿业大学学报(社会科学版),2021,20(01):3-12.[2]单鹏飞,来兴平,崔峰,等.采动裂隙煤岩破裂能量耗散特性及机理[J].采矿与安全工程学报,2021,35(04):834-842.[3]崔峰,来兴平,曹建涛,等.矿山动力灾害发生机理与防治策略[J].煤矿安全,2021,48(01):191-194+198.[4]姜耀东,赵毅鑫.我们国家煤矿冲击地压的研究现在状况:机制、预警与控制[J].岩石力学与工程学报,2021,34(11):2188-2204.[5]姜耀东,潘一山,姜福兴,等.我们国家煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报,2020,39(02):205-213.[6]蓝航,杜涛涛,彭永伟,等.浅埋深回采工作面冲击地压发生机理及防治[J].煤炭学报,2020,37(10):1618-1623.[7]CookNGW.Anoteonrockburstsconsideredasaproblemofstability[J].JournaloftheSouthAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,1965,65:437-446.[8]CookNGW.Thefailureofrock[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciencesGeomechanicsAbstracts,1965,2(4):389-403.[9]SalamonMDG.Stability,instabilityanddesignofpillarworkings[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciencesGeomechanicsAbstracts,1970,7(6):613-631.[10]BradyBHG,BrownET.Energychangesandstabilityinundergroundmining:designapplicationsofboundaryelementmethods[J].InstitutionofMiningandMetallurgyTransactions,1981,90:A61-68.[11]CookNGW,HoekE,PretoriusJPG,etal.RockMechanicsappliedtothestudyofrockburst.JournaloftheSouthAfricanInstituteofMiningandMetallurgy,1965,66:435-528.[12]BeckDA,BradyBHG.Evaluationandapplicationofcontrollingparametersforseismiceventsinhard-rockmines.InternationalJournalofRockmechanicsandminingSciences,2002,39(5):633-642.[13]VeselaV.Theinvestigationofrockburstsfocalmechanismsatlazycoalmine,CzechRepublic.InternationalJournalofRockmechanicsandminingSciencesGeomechanicsAbstracts,1996,33(8):380.[14]Lippmann,H.,mechanicsofBumpsinCoalmines:ADiscussionofViolentDeformationsintheSidesofRoadwaysinCoalSeams,Appl.mech.Rew.,Vo1.40,No.8,1987,1033-1043.[15]LippmannH.Mechanicalconsiderationsofbumpsincoalmines//FairhurstC.RockburstsandSeismicityinmines.Rotterdam:Balkema,1990:279-284.[16]ZoheirKhademian,OzbayUgur.Computationalframeworkforsimulatingrockburstinshearandcompression[J].InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences,2021,110.[17]窦林名,陆菜平,牟宗龙,等.组合煤岩冲击倾向性特性试验研究[J].采矿与安全工程学报,2006,23(1):43-46.[18]赵同彬,尹延春,谭云亮,等.基于颗粒流理论的煤岩冲击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