【摘 要】
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本文针对韩咀煤业2#煤层中存在大量顶煤破坏区,回采巷道围岩稳定性差、支护困难,煤柱预留尺寸难以确定等问题,开展顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统研究。以32103辅运巷顶煤破坏区段为工程背景,通过室内力学试验,探讨煤体破碎程度对注浆加固体强度参数及破坏特征的影响;通过数值模拟,优化巷道支护参数;并基于灰色模型,构建巷道变形预测模型,建立了煤巷支护安全评价体系;再结合本文及前期研究成果构建顶煤
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本文针对韩咀煤业2#煤层中存在大量顶煤破坏区,回采巷道围岩稳定性差、支护困难,煤柱预留尺寸难以确定等问题,开展顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统研究。以32103辅运巷顶煤破坏区段为工程背景,通过室内力学试验,探讨煤体破碎程度对注浆加固体强度参数及破坏特征的影响;通过数值模拟,优化巷道支护参数;并基于灰色模型,构建巷道变形预测模型,建立了煤巷支护安全评价体系;再结合本文及前期研究成果构建顶煤破坏区煤巷稳定性分析数据库,基于计算机编程,构建了顶煤破坏区煤巷支护参数优化及安全评价系统。研究成果对韩咀煤矿顶煤破坏区煤巷及类似工程条件下巷道围岩与支护结构稳定及安全具有重要理论与工程指导意义。论文研究主要取得以下几方面的成果:(1)鉴于层次分析法,融合三角模糊函数,提出一种适用于煤巷稳定性评价的权重确定模型——ATI模型。结合专家评价打分(主观权重)的基础上收集近年来50余条巷道治理材料和数据,并对其进行整理分析(客观权重),按照综合权重筛选要影响因素,为后期构建安全评价系统提供了端口指标建议。(2)对顶煤破坏区工程与地质状况进行细分,选取顶煤破碎段为主要研究对象,实地获得煤岩样,自主设计破碎煤岩体注浆加固试验装置,得到不同粒径煤岩体注浆加固结石体。通过各种力学试验,结合声发射、Photoinfor等方法,研究其力学参数变化规律,并反映了煤岩体结构破坏特征。(3)结合32103辅运巷地质赋存及围岩情况,采用数值方法研究了不同注浆加固与支护条件下,破碎煤体中浆液扩散范围,确定了合理的注浆加固与支护参数;并分析了沿空煤柱中应力状态演化规律,确定了完整煤体段与顶煤破坏区段沿空煤巷煤柱宽度参数;通过BBD试验分析单因素、因素交互对煤巷变形的影响规律及影响敏感范围,优化了顶煤破坏区煤巷支护与煤柱宽度参数。(4)构建了灰色Verhulst模型对煤巷位移进行等时步预测,通过Matlab编程实现预测模型的可视化及精度评价;然后基于矿压监测数据及模型预测结果,建立了煤巷分级安全评价体系,并针对相应安全等级给出了支护优化准则,及时对煤巷支护参数进行优化调整。(5)综合本文及前期研究成果,建立顶煤破坏区煤巷支护及安全评价数据库。基于C++语言及Matlab拓展,构建了顶煤破坏区煤巷支护参数及安全评价系统,实现预测和评价煤巷围岩与支护结构的稳定状态;并以韩咀煤业32103工作面顶煤破坏区段为工程试验对象,实现了系统的应用及数据反馈,验证了该系统的适用性。
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