多因素耦合作用下厚煤层大采高综采面极限开采强度确定方法研究

Because of series of constraints such as catastrophe, equipment reliability, maintenance coste etc., there existing capacity bottleneck in super-high cut working faces. This subject is aimed at investigating the ultimate mining strength based on the differences in thick coal seam working face conditions. Through field microseismic monitoring combining linear elastic energy criterion and brittleness criterion, study on the influence of the coal wall stability based on the energy accumulation and its brittleness of coal rock. Using the orthogonal method of grouping,study the relationship between the tensile strength of coal and rock、loading rate、energy release and fragmentation. Through the large capacity of investigation and field observation, the limit production of high intensity mining working face is researched. Through field observation,study the change regulation of mine pressure and load coefficient with buried depth、working face length、advance speed、coal cutting height etc.. Building the twin code network chart,study the limit advancing speed of the certain coal working face. According to the exploitation intensity evaluation model,carry on the single factor evaluation between the evaluation object of factor theory domain U and the comments on the domain V.Establishing the evaluation matrix R and through the synthetic operation,the ultimate strength of mining the specific coal seam is obtained.

大采高乃至超大采高综采由于围岩灾变、设备可靠性、维护成本等一系列制约因素，存在产能瓶颈。本课题旨在研究基于煤层赋存条件差异基础上的厚煤层大采高工作面极限开采强度确定方法。通过现场微震监测，结合线弹性能准则、脆性准则以及RQD等指标研究煤岩层的能量蓄积特征和自身脆性对大采高开采煤壁稳定性的影响程度；采用正交分组方法，研究煤岩试样强度、加载方式、能量释放速率和破碎块度之间的关系；通过海量调研和多因素分析，研究各种限制因子下高强度开采工作面所能达到的极限产量；通过现场观测，研究工作面随埋深、面长、推进速度、割煤高度等增大后，矿压显现程度和动载系数的变化规律；建立工作面生产作业双代号网络图，研究特定厚煤层工作面科学合理的极限推进速度；建立基于厚煤层工作面极限开采强度评价模型，在评价对象的因素论域U与评语论域V之间进行单因素评价，然后建立评价矩阵R，通过合成运算可得出特定煤层的极限开采强度。

课题旨在研究基于煤层赋存条件差异基础上的厚煤层大采高工作面极限开采强度确定方法。课题立项以来，分别研究了煤体和煤样的尺度效应规律，认为煤层中天然缺陷的数量、贯通性及其分布规律对尺寸效应有明显影响；研究了煤样动静载条件下的力学特性，认为动载试验得出的峰值强度与煤壁稳定性存在较好的一致性关系，更能准确反映采动影响下细微节理构造和缺陷对煤壁稳定性的影响程度；研究了工作面煤体受采动影响的变化特性，建立了采动损伤数值模型，研究认为采动煤体存在初始损伤、密集损伤、破坏等3个阶段，进一步分析认为煤体裂纹的产生和最大水平主应力卸荷密切相关，卸荷幅度越大，煤体损伤越严重；研究了工作面能量聚集、转移和耗散机理，认为高强度开采条件下煤壁失稳的重要原因在于工作面基本顶上方关键层弯曲下沉挠度大，使得煤壁前方聚集了大量的弹性应变能，基于对煤壁前方能量场进行模拟和反演，得到了煤壁损伤与能量释放间的对应关系；在工作面倾向方向，分别得出了浅埋煤层、深部开采、大倾角煤层、伪斜开采四种条件下工作面长度或倾角方向上的尺度效应规律；将熵值理论应用于工作面开采强度评价中，建立了基于熵权的开采强度评价模型，实现了不同赋存条件厚煤层大采高工作面开采强度的横向对比，该模型评价指标易获取、计算过程简洁、评价结果较为客观；采用属性识别法有效解决了工作面赋存条件和开采条件评价指标相邻区间的有序分割问题，为多因素藕合作用下大采高工作面开采强度分级评价提供一种更科学的方法。