特大断面碎裂厚煤层巷道围岩控制机理及支护系统研究

论文摘要

煤巷支护机理及控制技术是防治煤矿灾害和保障安全生产的重要前提,尤其是特大断面碎裂厚煤层巷道支护机理和围岩控制技术是采矿领域的关键研究难题。本论文以东坡煤业有限公司412切巷为工程研究背景,采用现场调研、力学理论分析、计算机数值模拟、实验室室内试验和现场工业性试验实测等研究方法,分析了特大断面碎裂厚煤层巷道的变形破坏特征和维护特点,建立了特大断面碎裂厚煤层的弹性基础梁力学模型,提出了特大断面碎裂厚煤层的桁架锚索联合控制技术,并对其进行了围岩稳定性分类研究,确定了4#煤层巷道的围岩稳定性分类结果。在此基础上,运用数值模拟计算的方法,研究了在不同桁架锚索参数(桁架锚索的长度、倾斜段角度、孔口帮距以及顶板锚杆密度)条件下巷道围岩的工程响应,建立了特大断面BP神经网络支护设计系统,优化设计巷道支护参数。将研究成果应用于现场实践,通过矿压观测验证了支护方案的合理性,取得了显著的经济与社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 巷道锚杆（索）支护技术的发展概况
• 1.2.2 巷道围岩分类发展概况
• 1.2.3 巷道围岩控制理论发展概况
• 1.2.4 人工神经网络发展概述及在巷道工程中的应用
• 1.3 论文研究内容及研究技术路线
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 论文研究技术路线
• 2 特大断面碎裂厚煤层巷道围岩控制机理
• 2.1 特大断面煤巷变形破坏特征研究
• 2.1.1 特大断面煤巷顶板变形破坏特征
• 2.1.2 特大断面巷道围岩破坏主导因素
• 2.2 特大断面碎裂厚煤层巷道的力学分析
• 2.2.1 特大断面煤巷的弹性基础梁力学模型及其求解
• 2.2.2 基于弹性基础梁的围岩控制机理计算分析
• 2.3 特大断面煤巷预应力锚索桁架控制机理
• 2.3.1 特大断面煤巷预应力锚索桁架结构分析
• 2.3.2 斜锚索的横向效应研究
• 2.3.3 横锚索的荷载力学分析
• 2.4 本章小结
• 3 特大断面碎裂厚煤层巷道围岩稳定性分类研究
• 3.1 我国特大断面煤巷特征及分类影响因素
• 3.1.1 特大断面煤巷特征分析
• 3.1.2 巷道围岩稳定性分类因素的确定
• 3.1.3 分类影响因素的工程响应
• 3.2 煤岩取样及力学性质实验
• 3.2.1 煤岩密度测定
• 3.2.2 煤岩单轴压缩及变形实验
• 3.2.3 煤样抗剪实验
• 3.2.4 岩石劈裂实验
• 3.3 我国煤矿巷道围岩分类标准及方法
• 3.3.1 归纳分类指标的定量分析
• 3.3.2 归纳分类指标的模糊聚类分析
• 3.4 4#煤层巷道围岩稳定性分类及相应的支护指标
• 3.4.1 4#煤层巷道围岩稳定性分类
• 3.4.2 412切巷原有支护方案及其评价
• 3.5 本章小结
• 4 特大断面煤巷变形破坏机理及合理控制参数研究
• 4.1 计算机数值模拟原理与模拟方案建立
• 4.1.1 数值模拟软件简介
• 4.1.2 计算模型的建立与模拟
• 4.2 FLAC数值模拟结果及其分析
• 4.2.1 桁架锚索中锚索角度的影响
• 4.2.2 桁架锚索中中锚索长度的影响
• 4.2.3 桁架锚索孔口帮距的影响
• 4.2.4 顶板锚杆密度的影响
• 4.3 特大断面煤巷支护新方案的工程设计结果
• 4.3.1 支护新方案的具体参数
• 4.3.2 支护新方案的其它参数
• 4.4 本章小结
• 5 特大断面煤巷BP神经网络支护设计系统优化
• 5.1 BP神经网络简介
• 5.1.1 BP网络算法的思路
• 5.1.2 BP算法理论解析
• 5.2 BP神经网络优化设计系统的主要影响因素及样本选择
• 5.2.1 优化设计系统支护参数优化的主要因素
• 5.2.2 特大断面切巷支护优化设计系统设计样本的确定
• 5.3 特大断面煤巷BP神经网络支护设计系统的建立
• 5.3.1 网络层数及层内神经元数的确定
• 5.3.2 输入输出层及隐含层的设计
• 5.3.3 激活函数和初始权值的选取
• 5.3.4 主动支护网络模型
• 5.4 BP神经网络系统在412切巷支护优化设计中的应用
• 5.4.1 BP神经网络支护系统的基本结构
• 5.4.2 BP神经网络支护设计系统的使用
• 5.5 本章小结
• 6 特大断面碎裂厚煤层巷道支护优化方案的现场应用
• 6.1 概述
• 6.2 412切巷的工程概况
• 6.3 412切巷的支护形式及参数
• 6.4 矿压监测设计及结果分析
• 6.4.1 监测内容及手段
• 6.4.2 监测方法
• 6.4.3 监测结果分析
• 6.5 支护技术社会效益分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目