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1绪论1

1.1研究背景及意义1

1.1.1研究背景1

1.1.2课题的提出2

1.1.3课题研究的意义3

1.1.4研究试验区情况区简介4

1.2研究现状6

1.2.1工作面底板突水的机理6

1.2.2工作面底板突水的数值模拟研究8

1.2.3工作面底板突水相关影响因素研究9

1.2.4工作面底板突水监测方法研究13

1.3本书研究思路及主要内容14

1.4本书出版的目的14

2条带开采工作面底板的力学解析15

2.1基本原理15

2.1.1半无限平面边界上受垂直集中力的作用15

2.1.2半无限平面边界上受分布载荷的作用16

2.2条带开采工作面底板应力计算17

2.2.1条带煤柱荷载计算17

2.2.2条带煤柱荷载强度计算18

2.2.3条带开采底板的应力解析19

2.3工作面底板不同位置应力分析21

2.4不同采留比的工作面底板应力分析24

2.5工作面底板在水压力作用下破裂导水的断裂力学分析26

2.6本章小结28

3工作面底板突水的数值模拟研究29

3.1大型有限元软件ANSYS简介29

3.2模型的建立及参数选择29

3.2.1模型建立29

3.2.2应力和边界条件30

3.2.3材料性质与格网划分31

3.3不同开采步骤的模拟结果32

3.3.1不同的开采步距模拟方案32

3.3.2应力变化情况32

3.3.3应变变化情况37

3.4工作面的采留比与底板突水的关系数值模拟41

3.5工作面底板裂隙带应力强度因子的数值方法计算47

3.5.1计算思路及模型建立47

3.5.2有限元计算过程及结果49

3.5.3结果分析51

3.6本章小结52

4工作面底板突水数理统计及ANN突水预测54

4.1工作面底板突水数理统计研究的意义54

4.2工作面底板突水的相关因素统计分析54

4.2.1资料收集情况54

4.2.2断层对底板突水的影响56

4.2.3工作面宽度对工作面底板突水的影响57

4.2.4地下水压力、隔水层厚度与工作面底板突水的关系58

4.2.5底板岩层组与工作面底板突水的关系60

4.3工作面突水的神经网络判别系统61

4.3.1 ANN简介61

4.3.2神经网络的选择62

4.3.3网络设计62

4.3.4神经网络的训练与预测64

4.3.5应用界面的建立68

4.3.6应用实例68

4.4本章小结70

5工作面底板突水监控方法的基础研究71

5.1运用工作面底板岩层角位移监控工作面底板突水的相关理论71

5.1.1开采过程的工作面顶底板变化规律71

5.1.2角位移临界值作为岩层破坏突水的理论依据72

5.1.3工作面底板岩层角位移与其破坏导水关系的数值模拟分析75

5.1.4岩层角位移与其破坏导水关系的室内测试80

5.1.5岩层角位移与其破坏导水关系的实例84

5.2工作面底板突水的网络并行电法监测基本原理86

5.2.1基本原理86

5.2.2分析原理87

5.3微震监测的基本原理94

5.4多种方法的综合运用95

5.5本章小结95

6监测仪器设备97

6.1网络并行电法系统97

6.1.1网络并行电法技术概述97

6.1.2网络并行电法监测系统100

6.2角位移监测系统104

6.2.1角位移检测原理104

6.2.2 HZI—J101S系列多点角位移监测系统105

6.3微震监测系统109

6.3.1微震监测原理109

6.3.2微震监测系统110

6.4本章小结116

7工作面底板突水监控实践117

7.1概述117

7.1.1矿区概况117

7.1.2观测工区地质及水文地质特征117

7.1.3研究目的与任务120

7.2监测系统设计与施工120

7.2.1监测系统设计120

7.2.2安装监测系统123

7.2.3选用的仪器设备126

7.3数据采集与处理126

7.3.1数据采集126

7.3.2数据处理130

7.4分析与解释135

7.4.1埠村煤矿9113工作面底板破坏变形综合观测成果分析与解释135

7.4.2埠村煤矿9115工作面底板破坏变形综合观测成果分析与解释162

7.4.3埠村煤矿9115工作面开采对9113工作面破坏的叠加效果分析172

7.5本章小结174

8主要结论及应用展望176

8.1主要结论176

8.2应用展望177

8.2.1监测方法应用展望177

8.2.2 ANN突水预报方法应用展望177

参考文献178