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1 绪论1

1.1 顶板裂隙带高度预测的意义1

1.2 国内外研究现状2

1.2.1 经验公式法及其修正2

1.2.2 冒落带、导水裂隙带的实际观测4

1.2.3 冒落带、导水裂隙带的相似材料模拟研究6

1.2.4 理论分析与数值模拟研究7

1.2.5 导水裂隙带渗流研究9

1.2.6 小结9

2 覆岩移动破坏规律与破坏带划分10

2.1 覆岩移动规律10

2.1.1 水平及缓倾斜煤层的覆岩移动规律10

2.1.2 倾斜煤层的覆岩移动规律10

2.1.3 急倾斜煤层的覆岩移动规律11

2.2 覆岩破坏机理11

2.2.1 传递岩梁理论11

2.2.2 砌体梁理论13

2.3 岩体破坏阶段、渗透性与扩容14

2.3.1 岩体破坏阶段与扩容14

2.3.2 岩体破坏阶段渗透性与扩容16

2.4 围岩破坏分带依据17

2.4.1 围岩破坏分带主要依据17

2.4.2 顶板围岩剪胀与冒落带、导水裂隙带的关系19

3 导水裂隙带最大高度及其影响因素分析22

3.1 冒落带、导水裂隙带最大高度22

3.2 冒落带、导水裂隙带最大高度影响因素22

3.2.1 采厚23

3.2.2 采空区的面积24

3.2.3 顶板管理方法和采煤方法24

3.2.4 顶板岩层的结构类型26

3.2.5 煤层的赋存状态27

3.2.6 开采深度27

3.3 开滦矿区工作面顶板导水裂隙带观测27

3.3.1 东欢坨矿北一采区8煤层顶板导高观测27

3.3.2 钱家营矿-600水平六采区7煤层顶板导高观测28

3.3.3 林南仓矿西二采区12煤层顶板导高观测28

3.3.4 范各庄矿南翼首采区7煤层顶板导高观测29

3.4 开滦矿区顶板导高发育规律31

3.4.1 经验数据与实测数据对比分析32

3.4.2 开采方法影响分析32

3.4.3 覆岩影响分析33

4 缓倾斜煤层顶板导水裂隙带数值模拟35

4.1 非相关联流动与岩体的剪胀35

4.1.1 非相关联流动理论简述35

4.1.2 岩体的剪胀角35

4.2 工作面围岩体质量评价及力学参数选取38

4.2.1 岩石力学参数选取方法38

4.2.2 岩体力学参数选取方法39

4.2.3 我国工程岩体质量评价方法40

4.2.4 东欢坨矿2186下工作面顶底板岩体质量评价42

4.3 三维快速拉格朗日分析的基本原理46

4.3.1 数学模型46

4.3.2 数值模型47

4.3.3 摩尔-库仑本构模型50

4.4 缓倾斜工作面顶板破坏分带数值模拟与分析54

4.4.1 工作面概况54

4.4.2 工作面数值模型的建立54

4.4.3 导水裂隙带模拟结果分析57

5 急倾斜特厚煤层开采工作面数值模拟60

5.1 矿区地质及工作面概况60

5.2 赵各庄矿2137西下工作面数值模型63

5.3 急倾斜区顶板冒落带、导水裂隙带模拟分析66

5.3.1 走向开挖15m围岩变形分析67

5.3.2 走向开挖30m围岩变形分析76

5.3.3 走向开挖25m围岩变形分析82

5.3.4 2137西下工作面顶板冒落带、导水裂隙带最大高度的确定83

5.4 数值模拟结果与经验公式计算结果对比分析85

6 基于BP算法的水平-缓倾斜区导高预测87

6.1 BP人工神经网络概述87

6.1.1 多层前馈网络模型及BP算法87

6.1.2 BP网的功能及导高预测适用性88

6.2 导高预测指标的选取89

6.3 导高预测样本集的建立90

6.4 导高预测BP网的建立、训练及检验92

6.5 导高预测指标的权重确定及结果分析93

参考文献95