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《山东科技大学》 2004年
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矿井(底板)突水灾害的动态机理及综合判测和预报软件开发研究

张文泉  
【摘要】:本文从分析煤层覆岩运动结构入手,结合统计分析结果,研究了在不同覆岩运动结构下及承压水共同作用下煤层底板岩体的采动破坏机制,并用现场测试结果进行了验证。在此基础上,探讨了煤层底板突水的动态机理,并进行了煤层底板突水预测预报研究。首先,采用弹塑性理论分析,对不同覆岩运动结构下采场煤层底板的应力状态进行了分析,获得了一些规律性认识。其次研究了煤层底板的岩体结构特征,并运用数理统计方法,进行了构造裂隙发育规律分析,并实现了裂隙网络的计算机模拟,提出了一种底板突水主通道的搜索方法。在此基础上,研究了煤层底板岩体的变形和破坏特征,分析了不同覆岩运动结构下及承压水共同作用下采场底板岩体结构面的滑移变形和裂隙扩展变形机制,得出了在煤层底板岩体中的破坏深度计算公式;结合有限元模拟,分析了底板岩层阻水性能,并经笔者设计研制的钻孔前端泄露式多回路注(放)水系统在现场试验验证;结合底板突水灾害三维空间分布特征及底板岩体结构特征统计分析结果,分析了完整底板和断裂结构底板的突水机制,对底板突水的动态机理进行了详细研究;对传统“下三带”理论中的保护层带的定义进行了新的界定和进一步的划分,阐明了底板滞后突水机理。对采场底板裂隙的渗流特征进行了分析,建立了采动影响下的底板裂隙渗流量的计算公式。最后,以“下三带”理论为框架,对影响底板突水的地质采矿因素进行了概化分析和层次分析,提出了加权岩层组合与加权隔水层强度的概念,给出了二者及其它影响因素的隶属度函数和影响权值,建立了底板突水的层次——模糊综合评判系统和基于高木——关野模糊准则的集成人工神经网络底板突水预测系统的理论模型。在此基础上,以先进的计算机语言和算法完成了水害信息数据库和多元空间信息拟合分析系统,初步开发完成了集成基础信息数据库(DB)、确定性与模糊性并行处理的专家系统(ES)和模糊神经网络(FANN),具有基于并列协同法的三元结构的底板突水预测预报系统。
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