本书采用矿压大数据技术对国内各大矿区数百个综采工作面进行深度挖掘和分析，对近年来数十起顶板灾害典型事故进行精细化研究，首次用F-T均化循环曲线来描述不同类型顶板工作面的矿压显现特点，实现了工作面顶板灾害前兆信息及矿压的定量化分析；构建了工作面分区支承理论模型，分别得到了浅埋煤层、坚硬顶板和非坚硬顶板条件下覆岩结构模型及压架致灾机理；研制了工作面近场顶板状况感知系统和远场覆岩断裂失稳监测系统，开发了工作面顶板灾害近远场实时监测及预警平台，构建了顶板来压强度分级预警模型，形成了针对浅埋煤层、坚硬顶板和非坚硬顶板的工作面顶板灾害防治成套技术。
样章试读
目录
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序
前言
第1章 绪论 1
1.1 工作面顶板灾害现状 1
1.1.1 工作面顶板灾害易引起次生灾害发生 2
1.1.2 提高支架额定支护强度(工作阻力)并不能杜绝顶板灾害 3
1.1.3 非坚硬顶板工作面大面积切顶压架事故易被忽视 4
1.1.4 浅埋煤层顶板大面积切顶压架治理难度大 4
1.1.5 工作面顶板灾害是主要灾害之一 5
1.2 国内外相关技术发展概况和趋势 6
1.2.1 工作面顶板灾害机理研究 6
1.2.2 工作面矿压及灾害监测技术 9
1.2.3 顶板灾害控制技术 10
1.3 已有研究存在的问题 11
1.4 本书创新点及主要内容 12
参考文献 14
第2章 工作面顶板灾害类型、案例及特点 15
2.1 工作面大面积片帮冒顶灾害 15
2.1.1 定义及现象 15
2.1.2 典型案例 16
2.1.3 致灾机理及原因 17
2.2 工作面顶板大面积突然垮落灾害 20
2.2.1 定义及现象 20
2.2.2 典型案例 21
2.3 工作面大面积切顶压架灾害 30
2.3.1 定义及现象 30
2.3.2 典型案例 30
2.4 三类顶板灾害关系及相互转化 46
参考文献 47
第3章 工作面矿压显现定量化分析方法 48
3.1 工作面矿压数据类型及监测方法 48
3.2 支架工作阻力等相关概念 51
3.3 支架工作阻力曲线 54
3.4 工作面支架工况多参量分析方法 56
3.4.1 支架初撑力 56
3.4.2 安全阀开启 60
3.4.3 支架受力不均衡 66
3.4.4 支架立柱不保压 69
3.4.5 支架工作阻力频率分布 71
3.4.6 支架工作阻力高报比例 71
3.4.7 支架工况综合评价方法 72
3.5 工作面矿压显现强度分析及评价方法 77
3.5.1 工作面周期来压 77
3.5.2 工作面矿压显现强度指标及评价方法 85
参考文献 93
第4章 我国不同地质条件工作面矿压显现规律及特征 95
4.1 浅埋煤层工作面矿压显现规律及特征 95
4.1.1 浅埋煤层赋存特征 95
4.1.2 上湾煤矿 97
4.1.3 石圪台矿 100
4.1.4 杨伙盘煤矿 107
4.1.5 浅埋工作面矿压显现规律及特征 116
4.2 坚硬顶板工作面矿压显现规律及特征 118
4.2.1 坚硬顶板煤层赋存特征 118
4.2.2 酸刺沟煤矿 120
4.2.3 千树塔煤矿 124
4.2.4 坚硬顶板工作面矿压及顶板灾害典型特征 127
4.3 非坚硬顶板工作面矿压显现规律及特征 129
4.3.1 非坚硬顶板煤层赋存特征 129
4.3.2 崔木煤矿 130
4.3.3 长平煤矿 133
4.3.4 非坚硬顶板工作面矿压及顶板灾害典型特征 138
参考文献 140
第5章 支架工作阻力均化循环及增阻特性 141
5.1 支架工作阻力研究方法综述 141
5.2 支架工作阻力均化循环提出 142
5.2.1 采用支架工作阻力曲线分析矿压存在的问题 142
5.2.2 均化循环F-T曲线和均化循环ΔF-T曲线提出 143
5.3 均化循环ΔF-T分析方法 144
5.3.1 循环ΔF-T曲线类型及特点 144
5.3.2 均化循环ΔF-T计算方法 146
5.3.3 循环ΔF-T曲线拟合及合理性验证 146
5.4 不同工作面支架均化循环ΔF-T和增阻特征 148
5.4.1 浅埋煤层 148
5.4.2 坚硬顶板 152
5.4.3 非坚硬顶板 155
5.4.4 三类顶板增阻特性对比 158
5.5 支架循环工作阻力力学模型分析 159
5.6 初撑力对支架增阻的影响 162
5.6.1 广义开尔文模型 163
5.6.2 Maxwell模型 164
参考文献 164
第6章 基于分区支承理论顶板岩层断裂及失稳机理研究 166
6.1 工作面顶板岩层结构及活动研究现状和存在问题 166
6.2 工作面顶板分区支承理论及力学模型 168
6.2.1 工作面顶板分区支承理论提出 168
6.2.2 工作面顶板分区支承类型 168
6.2.3 分区支承顶板内力和变形力学模型及求解 171
6.2.4 不同分区支承刚度系数及支架刚度 176
6.3 多区支承顶板的内力分布及破断特征 181
6.3.1 工作面顶板断裂位置判定条件 182
6.3.2 顶板内力分布和破断特征及影响因素 184
6.3.3 煤壁断裂基本顶的稳定性 191
6.4 不同支承条件工作面顶板来压特征 199
6.4.1 基本顶活动及对支架增阻影响 199
6.4.2 浅埋煤层三区支承顶板来压特征 207
6.4.3 坚硬顶板四区支承来压特征 209
6.4.4 非坚硬顶板二区支承来压特征 212
参考文献 215
第7章 工作面顶板灾害近远场监测预警技术 217
7.1 国内矿压监测技术现状 217
7.1.1 顶板灾害监测预警系统的发展 217
7.1.2 微震监测系统的发展 219
7.1.3 国内矿压监测系统存在的问题 220
7.2 工作面近场顶板灾害监测预警系统 221
7.2.1 系统总体架构 222
7.2.2 核心传感器及各子系统开发 222
7.2.3 多源异构数据采集协议开发 228
7.2.4 顶板矿压监测预警系统核心算法 228
7.2.5 监测预警软件平台 231
7.2.6 应用案例 237
7.3 工作面远场覆岩断裂失稳微震监测技术 241
7.3.1 远场覆岩断裂失稳微震监测原理 242
7.3.2 井上下微震联合监测系统 249
7.3.3 井上下微震系统波速模型研究 252
7.3.4 井上下微震联合监测系统的监测效果 255
7.3.5 KJ1160矿用微震监测系统原理与应用 260
7.3.6 微震监测系统在顶板灾害防治中的应用 276
参考文献 288
第8章 工作面顶板灾害防治技术及现场应用 289
8.1 工作面顶板灾害整体防治思路 289
8.2 基于顶板下沉量控制的浅埋煤层工作面顶板灾害防治技术 290
8.2.1 灾害案例 290
8.2.2 防治技术 291
8.2.3 防治效果 295
8.3 基于提高支护刚度的非坚硬顶板工作面切顶压架防治技术 295
8.3.1 灾害案例 295
8.3.2 防治技术 300
8.3.3 防治效果 305
8.4 中低位坚硬顶板深孔爆破弱化技术 308
8.4.1 工作面条件 308
8.4.2 潜在灾害 308
8.4.3 深孔爆破顶板弱化技术 309
8.5 工作面中低位坚硬顶板“钻-切-压”弱化技术 315
8.5.1 技术原理及工艺 316
8.5.2 应用效果 321
8.6 高位硬厚顶板地面区域压裂弱化技术 324
8.6.1 地面区域压裂弱化技术 325
8.6.2 工作面强矿压地面区域压裂卸压防治技术及应用 327
8.6.3 冲击地压地面区域压裂卸压防治技术及应用 345
8.7 房柱式采空区下长壁工作面顶板灾害防治技术 350
8.7.1 灾害案例 350
8.7.2 防治技术 351
8.7.3 防治效果 355
参考文献 356
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