基于RBF神经网络的重复采动下端面顶板失稳预警模型研究

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针对近距离煤层群开采过程中下位煤层受重复采动的影响,采场顶板容易发生垮落,造成端面冒顶事故,严重影响工作面安全生产这一问题。本文以贵州盘江矿区近距离煤层群开采为研究背景,运用现场观测、力学实验、相似模拟、理论分析、数值模拟等手段,分析了近距离煤层群重复采动下端面冒顶特征,研究不同顶板结构下的端面顶板失稳条件,揭示重复采动下端面冒顶的失稳机制;通过对重复采动下端面顶板稳定性影响因素分析,确定近距离煤层群重复采动下端面冒顶特征参量;基于收集的重复采动下端面顶板失稳数据,利用RBF神经网络进行构造与训练,建立重复采动下端面顶板失稳预警模型,进而开发重复采动下端面顶板失稳监测预警系统,实现了近距离煤层群重复采动下端面顶板失稳动态预警。研究结果表明:1、重复采动下顶板运动分为正常回采、顶板恶化、端面冒顶三个阶段,影响端面顶板稳定性的原因为端面距大小、支架支撑高度、支架状态、支架初撑力等;顶板垮落形成悬臂梁结构,支架升架降架导致支架上方的顶板再次受到挤压破坏,“悬臂梁”结构对直接顶进行拉伸破坏,当“悬臂梁”结构失稳,形成的动载使得破碎顶板发生垮落,造成端面冒顶事故。2、重复采动下破碎端面顶板失稳会形成“散体拱”结构,“散体拱”结构失稳的影响因素为端面距、散体拱结构强度、支架工作阻力、支架立柱倾角以及支架顶梁与直接顶板的摩擦系数;当支架工作阻力不足时,“悬臂梁”结构在上覆荷载作用下,发生回转变形,造成其岩层内部裂隙扩展、贯通,发生“悬臂梁”结构直接垮落;“悬臂梁”铰接结构的垮落分为滑落失稳和回转失稳,滑落失稳与关键块B的断裂度i和回转角θ有关,回转失稳与采高和直接顶厚度有关。3、数值模拟得到不同推进距离下端面顶板的稳定性,重复采动下顶板破碎,来压频繁,未及时进行移架,导致了端面冒顶事故的发生;模拟不同影响因素下端面顶板的冒漏情况,可知提高液压支架的工作阻力、加快推进速度、合理的端面距、合适的支架立柱角度与加固围岩强度,可以有效防治端面冒顶事故的发生。4、通过收集的重复采动下端面冒顶数据进行分析,确定RBF神经网络的输入层与输出层,利用MATLAB软件进行分析,建立基于RBF神经网络端面顶板失稳预测模型,确立重复采动下采场顶板灾害的监测指标,利用Python程序设计语言与MYSQL数据库设计监测预警系统,从而实现对近距离煤层群重复采动下端面顶板失稳进行预警预报研究。
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