东滩煤矿三采区冲击地压预测及防治研究.pdf

分类号T D 3 5 3 U D C6 2 2 学校代码 10 14 7 密级公开 硕士学位论文 东滩煤矿三果区浊击地压．预．测．及随瀹研究 曼l 焦薅i 嘶Q 鱼．Q J 9 I 。R Q ￡K ．量照l j 随．蔡J 9 I 照．曼舅熏Y ￡取l i 0 ．张．．R ￡曼曼璺量她．宴J 9 I 。 l 鱼旦．尘t Q 3 。Q i 曼l ￡№] } 。Q ￡．蓦呱骐l 譬 №凰．￡．0 量勘阻迪￡ 作者姓名万长涛 指导教师陈学华教授 申请学位工学硕士 学科专业采矿工程 研究方向 矿山压力与矿井动力灾害防治 辽宁工程技术大学 万方数据 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者及指导教师完全了解辽室工程撞本太堂有关保留、 使用学位论文的规定，同意辽宝王程撞苤太堂保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 学位论文作者签名一互谴一 功l 中年万月I ／日 导师签名盥缁一 3 - 口叶年6 月ff 日 万方数据 致谢 论文是在导师陈学华教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、构思到论文的撰写的 每一个环节无不体现着陈老师的心血。在三年的学 - j 时光里陈老师严谨的治学态度、工作 的认真负责、敏锐的思维方式和无私奉献的精神深深的感染和鼓励着我在求学的道路上奋 勇向前，陈老师渊博的采矿知识、忘我的工作热情给我留下了深刻的印象。在论文即将截 稿之际，我由衷的向我的导师陈学华教授表示崇高的敬意，万分感谢恩师在三年里对我的 培养、教诲与帮助。 在论文的选题与撰写方面，得到了辽宁工程技术大学矿业学院和研究生院各位老师的 关心与指导，在此表示由衷的感谢。在论文现场实施与资料收集方面，东滩煤矿邓小林总 工程师、李伟清副矿长和闰宪洋主任等给予了大力支持和热情的帮助，在此一并致以诚挚 的谢意。 感谢师兄周建伟、李双辉对我过去学 - - - j 和生活的热心帮助，在论文的撰写过程中，得 到了同学关伟、荣海、许岩的意见和建议以及师弟徐翔、匡坤华的鼓励和支持，在此一并 表示感谢。感谢各位专家、老师在百忙当中评审论文，期待得到更多的指导和启迪。 万方数据 摘要 随着我国煤矿开采深度的日益加大，冲击地压的发生也愈加频繁。冲击地压一旦发生 不仅会影响矿井生产，而且可能造成设备损坏和人员伤亡，而东滩煤矿开采的三采区，地 质构造及煤层赋存条件较为复杂。因此有必要对冲击地压的预测与防治技术进行深入系统 的研究。 论文以东滩煤矿深部三采区为研究对象，通过对三采区地质构造条件、煤层赋存状况 及地应力场的分析，对三采区工作面布置方案进行设计。通过实验室试验、现场观测、和 数值模拟的方法，综合判定上层煤开采对下层煤应力分布的影响情况。根据三采区地质条 件和开采条件，以及开采后应力分布情况，确定三采区各煤层开采的冲击危险程度，同时 预测煤层开采过程中可能发生冲击危险的区域，确定三采区工作面合理的开采顺序，并对 三采区试验工作面进行了监测与防治。 论文的研究成果对东滩煤矿三采区冲击地压的区域预测、监测及综合防治工作有着重 要的指导作用，给该矿的安全开采提供了一定的技术保障，为冲击地压的防治奠定了一定 的基础。 关键词冲击地压矿压显现；区域预测；钻孔卸压 万方数据 A b s t r a c t W i t ht h ed e p t ho fc o a lm i n i n gi n c r e a s e ，t h eo c c u r r e n c eo fp e r c u s s i v eg r o u n dp r e s s u r ei s m o r ea n dm o r ef r e q u e n t ．W h e nt h er o c kb u r s th a p p e n ，i tw i l ln o to n l yi n f l u e n c et h et a s k so fc o a l m i n ep r o d u c t i o n ，b u ta l s od a m a g et h em i n i n ge q u i p m e n t sa n di n j u r et h ew o r k e r s ．A n d t h et h i r d m i n i n ga r e ai nt h ep r o c e s so ft h ee x p l o i t a t i o n ，t h eg e o l o g i c a ls t r u c t u r ea n dc o a ls e a mo c c u r r e n c e c o n d i t i o ni sv e r yc o m p l e x ．S oi ti sn e c e s s a r yf o rU St ob em o r et h o r o u g ha n ds y s t e m a t i cr e s e a r c h o nt h ep r o t e c t i v em e c h a n i s mo ft h er o c kb u r s t ． T h i sp a p e rt a k e st h et h i r dm i n i n ga r e ai nD o n g t a nc o a lm i n ea st h er e s e a r c ho b j e c t ，b a s e do n g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，c o a ls e a mc o n d i t i o na n ds t r e s sf i e l da n a l y s i st op r e l i m i n a r yd e s i g n ．B y a n a l y z i n gs o m em e t h o ds u c ha st h el a b o r a t o r yt e s ta n df i e l dt e s ta n dd a t ac o m p a r i s o na n do t h e r m e t h o d ，t h ec o m p r e h e n s i v ej u d g e m e n ts t r e s sd i s t r i b u t i o ne f f e c to ft h eu p p e rc o a lm i n i n go ft h e l o w e ri nt h ec o a l ．A c c o r d i n gt ot h et h r e em i n i n gg e o l o g i c a la n d m i n i n gc o n d i t i o n s ，a n dt h es t r e s s d i s t r i b u t i o na f t e rt h em i n i n g ，d e t e r m i n e dt h ei m p a c to ft h ec o a lb e dm i n i n gr i s ko ft h et h i r d m i n i n ga r e a ，a n df o r e c a s td a n g e r o u sa r e ao fc o a ls e a mm i n i n gp r o c e s s ，d e t e r m i n et h er a t i o n a l m i n i n gs e q u e n c eo ft h et h i r dm i n i n gw o r k i n gf a c e ，a n dm a k et h em o n i t o r i n ga n dp r e v e n t i o nt o t h et e s tt h r e em i n i n gw o r k i n gf a c e ． T h er e s e a r c hr e s u l ti n t h i s p a p e rw i l lp l a yag u i d i n gr o l ei nt h ep r e d i c t i o n ，m o n i t o ra n d i n t e g r a t e dp r e v e n t i o na n dc o n t r o lw o r ko fr o c kb u r s ti nD o n g t a nc o a lm i n eo ft h et h i r dm i n i n g a r e a ，w h i c hg i v e sat e c h n i c a ls u p p o r tt os a f em i n i n g ．I ta l s op r o v i d e sac e r t a i nf o u n d a t i o nf o r p r e v e n t i n ga n dc o n t r o l l i n gt h er o c kb u r s t ． K e yW o r d s R o c kB u r s t ；M i n eP r e s s u r eE m e r g e n c e ；R e g i o n a lP r e d i c t i o n ；D r i l l h o l eP r e s s u r e R e l i e f 万方数据 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1选题的目的及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 冲击地压研究综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．1冲击地压的机理研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 ．2冲击地压的预测方法研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．3冲击地压防治措施研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3论文研究的内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 ．1 论文研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．3 ．2论文研究技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2东滩煤矿三采区地质条件及巷道布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1三采区概况及地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 ．1 。1三采区概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 ．1 ．2 三采区地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 ．2三采区巷道布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 ．2 ．1三采区2 煤巷道布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 ．2三采区3 煤巷道布置方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 3三采区2 煤工作面开采对3 煤影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 3 。13 2 0 3 工作面回采对3 煤巷道影响数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 3 ．1 ．1数值模拟背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 2 3 ．1 ．2数值模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 3 ．1 ．3数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 3 ．22 煤工作面开采对3 3 0 3 工作面巷道现场观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 ．1围岩变形测区布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 3 ．2 ．2观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 万方数据 3 ．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一18 4东滩煤矿三采区冲击地压发生条件分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 4 ．1三采区煤岩冲击倾向性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 4 ．1 ．12 煤煤岩冲击倾向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 9 4 ．1 ．23 煤煤岩冲击倾向⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 4 ．2三采区原岩应力分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 4 ．3三采区煤层顶板坚硬岩层分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．4三采区类似条件下工作面开采矿山压力显现特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 6 4 ．4 ．1 三采区类似条件下3 煤工作面开采矿山压力显现特征⋯⋯⋯一2 6 4 ．4 ．2三采区2 煤工作面矿山压力显现特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 5三采区工作面开采顺序及冲击地压危险区域预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．1三采区2 煤工作面冲击危险综合指数法评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 5 ．2三采区3 煤工作面冲击危险综合指数法评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 5 ．32 煤与3 煤工作面的开采顺序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 5 。3 ．1两层煤的开采顺序及巷道间位置关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 5 ．3 ．2 采区内工作面接续⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 5 ．4三采区煤层开采冲击地压危险评价及区域划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 5 ．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 6三采区试验工作面开采冲击地压防治⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．13 3 0 3 工作面冲击危险综合评价及危险区域划分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 6 ．1 ．13 3 0 3 工作面初采阶段⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 6 ．1 ．23 3 0 3 工作面巷道受2 煤工作面开采影响区域⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 6 ．23 3 0 3 工作面开采时冲击地压监测及预治理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 7 6 ．2 ．1微震监测拾震仪的布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 6 ．2 ．2应力在线监测传感器的布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 6 ．2 ．3大直径钻孔预卸压⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 6 ．33 3 0 3 工作面开采矿压及微震显现规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 6 ．3 ．1 3 3 0 3 工作面初采矿压显现规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 0 万方数据 6 ．3 ．23 3 0 3 工作面在线应力监测系统数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 6 ．3 ．33 3 0 3 工作面开采矿震事件发生规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 6 ．3 ．4 钻屑法监测及结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 6 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 7 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 7 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 7 ．2展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 作者简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 学位论文数据集⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 一V 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 绪论 1 ．1选题的目的及研究意义 目前，虽然我国对冲击地压的研究有了较大进步，但是冲击地压的突发性和破坏性难 以预测【l J ，因此对其发生机理、预测与灾害防治技术的研究还不够成熟，还不能为工程实 际提供理论指导，因此，冲击地压灾害已成为亟待解决的重要课题【2 】。 东滩煤矿现在正在开始回采三采区，与三采区临近的一采区和四采区、十四采区已基 本回采完毕。矿井主采煤层为山西组3 、3 上、3 下煤层，采用综合机械化放顶煤开采，全部 冒落法管理顶板。三采区现有水平开采2 煤和3 煤，开采深度为5 5 0m - - 6 0 0m 。2 煤煤厚 0m ～1 ．9 5m ，平均厚0 ．8 6r n ，局部可采；3 煤煤厚6 ．5 9m ～9 ．3 2m ，平均8 ．0 3m ，全区可 采。两层煤间距为1 7 ．9m ～ 3 2 ．8 7m ，平均2 5 ．9 3m 。由于2 煤与3 煤距离较近，开采存在 相互影响；三采区受断层切割严重，工作面沿断层布置，形成了不规则的块段，因而给这 两层煤的巷道布置带来难题，使两层煤巷道不可避免地相互影响【3 】。 由此可见，三采区周围矿井动力灾害的发生原因与开采设计关系较大，因此需要对三 采区开采设计进行研究，同时也需要对三采区冲击危险区域进行预测与防治。该项研究对 东滩煤矿冲击地压灾害防治方面提供了一定的技术保斟4 1 。 1 ．2冲击地压研究综述 1 ．2 ．1冲击地压的机理研究现状 冲击地压是指煤岩体在开采过程中受外力引起变形，当外力达到一定程度后突然破坏 的现象。各个国家研究者对冲击地压发生机理的认识和观点也不一致，但最具有代表性的 冲击地压发生理论主要有强度理论【5 - 7 】、刚度理论【8 加】、能量理论[ 1 1 1 、冲击倾向性理论[ 1 2 - 1 4 1 、 变形失稳理论【l 孓1 8 】等。 其中强度理论主要是从机理方面对冲击地压做出了较为直观的解释【1 9 】。刚度理论可以 解释煤岩柱的冲击现象，但刚度理论不能较好的解释采场、巷道及坚硬顶板条件下的冲击 情况。能量理论[ 2 0 懈释了顶底板围岩与煤层在破坏过程中怎样转换能量，但是能量理论不 能对煤一围岩在保持平衡状态时的性质给予全面的诠释。冲击倾向性理论【2 M 5 】认为冲击地 压的内在因素是煤岩体的冲击倾向性，它是煤岩介质的固有属性。失稳理论【2 6 。2 8 】是指煤岩 体的失稳破坏对冲击地压的初步解释，目前，失稳理论对冲击危险判据的指导还不够成熟， 因而在冲击地压防治方面的指导作用还有一定的局限性【2 9 1 。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 ．2 ．2冲击地压的预测方法研究现状 1 区域预测方法 ①综合指数法 综合指数法是把已经发生过冲击地压的各种影响因素进行总结，进而对冲击地压的危 险状态进行分析，并确定冲击地压各种影响因素的大小，最后把他们综合起来对冲击地压 的危险进行预测【3 0 1 。 ②计算机模拟法 计算机模拟法的优点是通过数值模拟的方法对可能具有冲击地压危险的未开采区域 进行提前预测和划定，确定工作面回采中可能出现最大应力集中的时间及地点。 ⑧地质动力区划方法 地质动力区划【3 1 斟1 从板块构造及其动力相互作用的原理出发，以板块构造学说为理论 基础，建立了工程应用与板块构造学说之间的联系。通过对构造应力场的方向和大小进行 判断与计算，最后进行应力区域的划分。 2 系统监测方法 ①微震监测法 微震监测法【3 5 1 是煤岩体发生破裂时产生一种微弱声波，通过数据处理实时采集到的微 震数据，并通过数值计算等方法确定破裂发生的位置。 ②地音监测法 地音监测法是指压应力使煤岩体发生变形时向外传播声响。并用地音仪测定并记录这 一系列地震波。 ③应力监测法 采掘活动使煤岩体的弹性能朝着围岩区域发生能量的传递转移，应力波扰动挤压煤岩 使孔、裂隙发育增强和性状结构发生损伤。应力监测法能够辨识和排除顶板围岩的压力影 响，它通过应力传感器采集信号，并存储在信号记录分机上。 3 局部检测方法 ①钻屑法 钻屑法【3 6 - 3 8 1 是在煤体和岩体中打小直径钻孔，根据排出的不同的煤粉量来鉴别冲击地 压的方法。因此常采用钻出煤粉量与正常排粉量之比来衡量冲击地压的大小。 ②电磁辐射法 电磁辐射法【3 9 1 是指煤岩体破裂变形时向外释放电磁能量的一种现象。采用钻屑法进行 冲击危险的局部检测有其局限性，因此可以配合电磁辐射法共同检测冲击危险。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 ．2 ．3冲击地压防治措施研究现状 1 冲击地压的区域性防治措施 ①合理的开拓布置和开采方式 经过统计，开采技术不合理对冲击地压的影响极为严重，因此采用合理的开采方式和 开拓布置可以从根本上防治冲击地压。合理的开拓布置有巷道的合理布置，而合理的开采 方式有合理的工作面推进方向和开采顺序。 ②开采保护层 开采保护层是指先开采的煤层对后开采的煤层的应力有卸载作用【4 0 1 。先采的保护层必 须是无冲击倾向或弱冲击倾向的煤层，这样后开采的煤层应力才能得到更好的卸载。 2 冲击地压的局部解危措施 ①卸压爆破 卸压爆破【4 1 1 是指对有冲击危险的区域的煤体实施爆破，使煤体积聚的应力得到一定程 度卸载的一种措施。为了保证冲击危险区域较好的卸压效果，在进行卸压爆破时，要保证 合理的炮眼位置和正确的爆破参数，卸压爆破可分为震动爆破和松动爆破两种。 ②钻孔卸压 钻孔卸压【铡是利用钻机向煤体打一定数量的钻孔，当钻孔周围煤体的应力达到一定强 度并超过煤体应力极限时，钻孔间煤体被压裂或破碎，进而释放煤体中的弹性能。 ⑧煤层预注水 煤层预注水‘4 3 1 可以降低煤岩的内部黏结力，降低了其脆性破坏的危险性。煤层冲击倾 向性的强弱与含水率的高低有着直接的关系，煤层的含水率越高，则冲击倾向越弱，因此， 煤层预注水可以有效地降低煤的冲击倾向性。 1 ．3 论文研究的内容和技术路线 1 ．3 ．1论文研究内容 主要研究内容如下 1 三采区地质特征及巷道布置方案； 2 2 煤层开采对3 煤影响数值模拟及巷道现场观测分析； 3 三采区及周围采区动力灾害发生条件分析； 4 三采区煤层开采冲击地压 矿震 危险预测及评价； 5 三采区试验工作面开采冲击地压防治。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 ．3 ．2论文研究技术路线 根据本文的研究内容，确定研究的技术路线如图1 ．1 所示。 图1 ．1技术路线 F i g ．1 ．1 T e c h n i c a lr o u t e 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2东滩煤矿三采区地质条件及巷道布置方案 2 。1三采区概况及地质特征 2 ．1 ．1三采区概况 东滩煤矿三采区南北平均长2 6 7 0r n ，东西平均宽1 8 5 6m ，面积约4 ．9 6k m 2 。南邻一采 区以F S l 8 断层煤柱为界，北至井田边界以滋阳断层为界，西以兴隆庄和东滩两井田边界 为界，东以北宫村断层及北宫村一号断层煤柱为界 图2 ．1 所示 。 图2 ．1东滩煤矿三采区位置示意图 F i g ．2 ．1 T h ep o s i t i o nd i a g r a mo ft h et h i r dm i n i n ga r e ai nD o n g t a nc o a lm i n e 三采区位于东滩井田的东北部，地处邹城、兖州、曲阜三市接壤地带。区内地形简单， 地势平坦，地面标高为 4 8 ～ 5 3m ，略呈东高西低，北高南低地势。地表为农田。友谊 河从采区东南部穿过，属季节性河流，一般常年枯水。地面相对应的村庄有南庄东村、 北宫村和北店村。南庄东村位于采区西北部边缘，北宫村和北店村位于采区东部。 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 ．1 ．2三采区地质特征 1 三采区可采煤层情况 本采区共含煤约1 2 层，其中3 煤层为稳定的主要可采厚煤层，6 煤、1 6 上煤为稳定可 采薄煤层。2 煤、1 7 煤为局部可采薄煤层。上组煤有2 、3 、6 煤，本文只研究2 煤及3 煤的开采。详见煤层基本情况一览表2 ．1 。 表2 ．1三采区煤层基本情况一览表 0 ．O O ～1 ．9 l 2 0 ．8 3 6 ．5 8 ～9 ．3 3 3 8 ．0 4 O ．4 5 ～0 ．9 7 6 0 ．7 6 0 ．7 6 ～1 ．1 2 1 6 上 O ．9 4 O ．2 7 ～1 ．0 6 不稳 O ～1 0 ．73 8简单 定 0 ～0 ．1 8 1 ～3 11 0 。7 稳定复杂 0 ～0 ．4 0 ．81 2 ．7 稳定简单 0 0 ～1 11 8 ．2 稳定简单 0 ～0 ．0 8 17 ．8 ～3 2 ．7 2 5 ．6 2 3 ．7 ～3 8 ．3 3 0 ．9 5 1 1 3 ．5 ～1 3 8 ．2 1 2 8 ．3 o8 99 47 较稳 筒茧里尘坠旦 互至0 ‘8 2 2 4 一定觯 i l ．7 定 n ～n15 l o 2 三采区地质构造特征 三采区地质构造中等偏复杂，褶曲及次级褶曲发育，同时发育有S N 向和N W W 向两 组断裂，区内地层走向为N N W 方向，地层倾角一般为2 。～1 8 。，西南部较平缓，东部 及西北部倾角较大。据三维地震勘探资料，区内共有落差大于等于5 米的断层5 7 条，可 靠断层2 9 条，占5 0 ％；较可靠断层2 2 条，占3 7 ．9 ％；控制程度较差断层7 条，占1 2 ．1 ％。 3 主采煤层顶底板情况 ①2 煤顶、底板 2 煤局部含有泥岩伪顶，平均厚O ．3m 。直接顶为泥质粉砂岩，平均厚2 ．4m 。老顶为 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 灰白色中砂岩，硅质胶结，较坚硬，平均厚1 4 ．7m 。2 煤直接底板为粉砂岩，平均厚3 ．4m ， 老底为中细砂岩，平均厚1 9 ．6m 。 ②3 煤顶、底板 3 煤炭质泥岩伪顶平均厚0 ．2 8m ，直接顶板为泥质粉砂岩，平均厚2 ．9m 。老顶为中细 砂岩，平均厚1 9 ．6m 。3 煤直接底板一般为粉砂岩，平均厚3 ．4m ，老底为中细砂岩，平均 厚1 3 ．8m ，三采区地层综合柱状图如图2 ．2 所示。 ■■ 淞 蒙．o 阴 ，o ’ 主要由紫虹色砂岩、糟砂岩厦衷褐色细砂岩 蜡2 9 o - 杂色粘土组成，泥质胶培．分选、囊圆较差 6 9 B3 0 o ． 底部多见砾岩琥砂砾岩．厚度变化较大．属 组3 9 22 0 0 肇红色砂岩爰杂色粘土8 B ．2 9 - - 6 9 8 ．3 03 兜．2 0 0 孔裂障承压舍水层，整体富水性较好．局部 蹶 承性较弱．与下伏地层呈角度不整合接触． ． ；} 4 o 垃崎 下 本组为内陆河束相潮泊相沉积．由于受到蚀，保 事 石 6 9 ∞ ．d o } ≯飞不完整，由潭灰色泥岩及灰白色中细砂岩姐戚． 盒- 9 08 0 子 7 99 0 耀灰色泥岩厦灰白色中、鲴砂岩6 9 ．0 0 - 5 0 ．B O7 9 ．9 0 泥质或硅质胶铺．瘫都发育一是粗秒岩或砂砾增 组 与下伏地层呈整台接齄 P 深灰色格砂岩夹{ 矍灰色铝脏苛己岩 3 5 ．6 5 - 3 5 ．4 8 3 4 ．4 6 山 灰白色中砂岩 1 3 ．7 0 - 1 5 ．5 0 1 4 ．7 0 深灰色泥质糟砂岩 1 ．5 0 3 ．H 3 2 ．4 0 ’J l 灰_ 色泥岩0 ．16 - 0 ．5 00 ．3 0 为主要舍攥层段．属黯相及过渡相沉积地层 西 攥2O - 1 ．26O ．9 1 由衷至灰白色中、细粒厦潦灰色糟砂岩、泥岩j 深灰色粉砂岩35 0 - 3 ．6 03 ．4 0 成．古檀物根茎化石．中下部吉攥层两层，为2甚 8 23 0 ． 1 1 27 I ，灰白色中、细砂岩 1 2 ．2 0 - 2 2 ．8 0 19 ．6 0和3 燃．2 煤为局部可采薄煤层．3 攥为主，可采E 1 0 05 0 潦灰色糟砂岩 1 ．6 8 - 39 0 2 ．9 0 虞层．该组砂岩属孔裂辣承压含水层．以静储j 组 4 深灰色泥岩0 ．1 0 - 0 ．4 20 ．2 8 为主．补给条件较差．但富水性不均一．与下剖 煤3 6 ．8 9 8 ．5 47 ．1 8 地层呈整合接触． P 深灰色粉砂岩2 ．1 0 - 4 ．5 03 ．4 0 灰白色中、细砂岩 l O ．日3 - 1 5 ．B 1 1 3 ．0 8 湃灰色粉砂质泥岩6 ．0 2 - 1 0 ．5 0 e ．0 3 图2 ．2东滩煤矿三采区地层综合柱状图 F i g ．2 ．2 S t r a t ah i s t o g r a mo ft h et h i r dm i n i n ga r e ao fd o n g t a nm i n e 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 ．2三采区巷道布置方案 采区巷道布置遵循以下原则 1 巷道布置以煤巷为主，尽量减少岩巷工程量； 2 采区内生产系统简单，生产环节少，占用设备、人员少； 3 采区巷道尽量布置在断层煤柱内，尽量减少开采损失，提高资源回收率；同时 避免动压影响，降低巷道维护费用； 4 2 煤与3 煤巷道及工作面尽量重叠布置； 5 采区巷道布置和工作面划分，应符合矿井现有的开采技术条件、适应现有的技 术装备，能为采区工作面生产接续提供较大的空间。 2 ．2 ．1三采区2 煤巷道布置方案 设计方案三采区2 煤布置两条专用准备巷道，沿采区内较大断层平行布置采煤工作 面，三采区2 煤工作面及巷道布置如图2 ．3 所示。 三采区2 煤距3 煤平均2 5 ．9 3m ，煤厚0 ～1 ．9 0m ，平均厚0 ．8 1m ，煤层厚度变化较大， 自东南向西北逐渐变薄，西南部沉缺。2 煤可采储量2 7 0 ．5 0 万t 。根据采区内钻孔资料分 析，在可采范围内2 煤的赋存较为稳定。根据目前国内煤炭资源的不可再生性，以及北宿 煤矿对下组薄煤层开采的经济效益分析，设计认为目前开采2 煤在经济上是合理的。 2 煤的开采与3 煤存在压茬关系，由于煤层间距较近 平均2 6m 左右 ，设计采用下 行开采，即先行开采2 煤，解放3 煤后再开采3 煤。根据这一原则，2 煤与3 煤回采工作 面上下平行布置比较合适，这样能尽早解放出3 煤。 由于2 煤与3 煤间距平均2 5 ．9 3r n ，为便于2 煤工作面与准备巷之间的联络，设计为2 煤布置两条专用准备巷，即2 煤轨道运输巷和2 煤回风巷，不设2 煤胶带运输机巷，与3 煤共用三采区胶带运输机巷，工作面煤流经顺槽皮带及溜煤眼直接进入三采区胶带输送机 巷。 沿三采区轨道运输巷重叠布置2 煤轨道运输巷，之间通过上山联络，上山倾角2 0 0 ， 斜长9 6m 。2 煤轨道巷原则沿2 煤顶板布置，巷道低洼点处积水通过泄水孔泄到三采区轨 道大巷，设备、矸石及材料采用无极绳绞车运输。距2 煤轨道运输巷东平距4 5m 沿2 煤 顶板布置回风大巷，2 煤回风巷与三采区回风巷通过联络巷联络，担任2 煤通风任务。 2 煤工作面与3 煤工作面上下平行布置，工作面推进长度5 5 0 “ ～9 0 7m 。由于在F S l 8 和F S 4 8 断层之间区域内，落差大于5m 的断层多，对开采造成很大影响，设计确定此区 域经济上不可采，据此，共布置1 2 个工作面。经计算可采出煤量1 4 7 ．4 6 万t 。 万方数据 时o．1日M【lc一旨勺．I一工_o二一铀o_flo日一h时事勺对o．I一对oo N n ．N ．∞一皿 盟捌梧涮询迷N凶眯⋯ n ．N 盟 仪袋牮扑匿辨长颦婪一。-鼎 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 ．2 ．2三采区3 煤巷道布置方案 根据采区煤层赋存情况和采区构造特点，并依据采区巷道布置原则，设计提出采区布 置方案。沿F S 2 5 及北宫村断层布置三条采区准备巷道，平行于断层走向布置采煤工作面。 根据分析，除F S 4 5 断层走向近S N 外，其它断层走向为N W 和N W W 向，为避免或 减少工作面跨断层开采，设计工作面顺槽与断层走向平行布置，据此整个采区共布置1 0 个工作面，工作面面长为1 8 8 “ ～2 5 0m ，推进长度8 31 ～1 7 2 4m 。 在采区东边界沿F S 2 5 及北宫村断层布置一组采区准备巷道，分别为三采区轨道运输 巷、三采区胶带运输机巷和三采区回风巷。三条巷道平行布置，轨道运输巷与胶带输送机 巷间平面距离3 5m ，胶带运输机巷与回风巷间平面距离3 5m ，三条大巷之间每隔4 0 0m 用联络巷进行联络。 采区通风线路东翼轨道大巷一三采区轨道运输上山一三采区轨道运输巷一工作面提 料斜巷一工作面轨道顺槽一工作面一工作面皮带顺槽一工作面提料斜巷一三采区回风巷 一三采区回风上山一东翼回风大巷一一采区回风上山一东翼总回风巷一北风井。 采区煤炭的运输工作面一工作面皮带顺槽一三采区胶带运输机巷一三采区煤仓一东 翼第二皮带巷一东翼皮带大巷一井底煤仓。 采区的排水采区内不设采区泵房和采区水仓，整个采区涌水经采区轨道运输巷，自 流至井底水仓。采煤工作面顺槽和采掘工作面均配备一定数量的污水泵，回采及掘进工作 面的涌水经自流或动力 风泵或电泵 排至采区轨道运输巷，然后自流至井底水仓。 该方案总工程量4 3 4 0 9m ，其中岩巷工程量7 2 7 4m 。可回采煤量2 4 9 1 ．6 万t ，采区回 采率7 5 ．2 2 ％，万吨掘进率1 4 ．4 2m 。三采区巷道布置方案一平、剖面图如图2 ．4 所示。 2 ．3 本章小结 1 东滩煤矿三采区地质构造中等偏复杂，受断层切割严重，工作面沿断层布置， 形成了不规则的块段。三采区2 煤平均厚0 ．8 1m ，下距3 煤平均2 5 ．9 3m ，2 煤与3 煤距离 较近，两层煤工作面布置不可避免地相互影响。 2 2 煤与3 煤工作面都采用平行于断层走向布置，基本上属于走向长壁开采，2 煤 工作面与3 煤工作面原则上下平行布置。由于2 煤局部可采，所以3 煤工作面不可避免地 会出现进入2 煤工作面采空区开采的情况，由此可能带来冲击危险。 万方数据 墨吕II_【IJlm pJI专∞专Jo鼍宣奢言曼秀三熹瘩‰ 剖眇i 蕊’鬻港j ， 娩a 巨 鎏鬻一1 一I 弧圹I ⋯ ㈡ ㈠ 皑 孽 阻 r 慕芦苌毒、、、≮挲簿涟一幺一≥。弦i ／ ＼、0 、、∥、、＼＼、、{ 7 ，∑、＼卜j ≥量赣辩≯j j黍I 一_ 氐| 二一’玉j l 笺缀●澄芯鬻≮鸯一一5 { f _ 一。 I p I ＼_ 鬣◆r I I 3 f ．扼 1 么鬟|』辫辩 ┃ 圣 ┃ ； ┃ i 。∥7N 。美溅1 嚆 。莺 ┃ ┃“‘，I 、’玎；}r } 万方数据 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3三采区2 煤工作面开采对3 煤影响分析 3 ．1 3 2 0 3 工作面回采对3 煤巷道影响数值模拟 3 ．1 ．1 数值模拟背景 根据确定的采区设计方案，三采区自上至下先开采2 煤层，然后开采3 煤层，根据钻 孔资料及地质资料综合分析，确定三采区主采煤层为3 煤，2 煤为局部可采薄煤层。3 3 0 3 综放工作面轨顺有4 3 0m 的范围外错与3 2 0 3 工作面，当3 2 0 3 工作面开采后，这段巷道有 一部分将处于2 煤采空区的支承应力