赵楼煤矿深部采区冲击动力灾害防治研究.pdf

分类号分类号TD323 密密 级级 公公 开开 U D C 单位代码单位代码 10424 学学 位位 论论 文文 赵楼煤矿深部采区冲击动力灾害防治研究赵楼煤矿深部采区冲击动力灾害防治研究 王新杰王新杰 申请学位级别申请学位级别 硕士学位硕士学位 领域领域名名称称 安全工程安全工程 指导教师姓名指导教师姓名 刘刘 伟伟 韬韬 职职 称称 教教 授授 副副指导教师姓名指导教师姓名 刘刘 志志 刚刚 职职 称称高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二〇一七二〇一七 年年 五五 月月 万方数据 论文题目 赵楼煤矿深部采区冲击动力灾害防治研究赵楼煤矿深部采区冲击动力灾害防治研究 作者姓名 王王 新新 杰杰 入学时间 2014年年9月月 领域名称 安全安全 工程工程 研究方向矿山灾害与防治矿山灾害与防治 指导教师 刘刘 伟伟 韬韬 职 称 教教 授授 副指导教师 刘刘 志志 刚刚 职 称 高级工程师高级工程师 论文提交日期2017 年年 5 月月 论文答辩日期2017 年年 6 月月 授予学位日期 万方数据 RESEARCH ON PREVENTION OF IMPACT DYNAMIC DISASTERS IN DEEP MINING AREA OF ZHAOLOU COAL MINE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF ENGINEERING from Shandong University of Science and Technology by Wang Xinjie Supervisor Professor Liu Weitao College of Mining Safety and Engineering May 2017 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文， 除所列参考文献和世所公认的文献本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文， 除所列参考文献和世所公认的文献 外， 全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。 除文中已经标明引用的内容外，外， 全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。 除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡出贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本 人承担。人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学 位论文的位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。使用授权按照学校的管理规定处理。 作为申请学位的条件之一， 学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其指定机构作为申请学位的条件之一， 学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其指定机构 送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库发表，送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库发表， 并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学校档案馆和图书馆保留学位并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学校档案馆和图书馆保留学位 论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文； 为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图 书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权）（保密的学位论文在解密后适用本授权） 硕士生签名硕士生签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查认定书学位论文审查认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计划，完成了在规定的学习年限内，按照培养方案及个人培养计划，完成了 课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论文中的观点、课程学习，成绩合格，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文，论文中的观点、 数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为 申请学位论文。申请学位论文。 导师签名导师签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 摘要 摘摘 要要 论文以赵楼煤矿为切入点开展具体研究， 通过采用理论分析、 数据统计、 试验模拟、 现场工程实践等综合研究方法，详细分析了深部矿井以冲击性顶底板、火成岩侵入、断 层群为特征的复杂地质条件和开采技术条件对煤岩动力灾害的影响机理和规律， 对每个 生产采区、采掘工作面均提前进行了冲击矿压危险性评估论证，确定了冲击矿压影响因 素、冲击危险等级并划分了冲击危险区域，制定了监测及防治方案，并在生产过程中严 格遵守有关防冲规定。 研究表明 赵楼煤矿开采区域的火成岩侵入造成了围岩赋存条件及动力学特性的改 变，形成了内附在顶底板中的应力及能量聚集核。矿井内分布有一定规模的火成岩与断 层复合结构的综合影响区，两者的共同作用引起了复杂的应力分布规律。赵楼煤矿目前 的冲击灾害所属类型为静应力主导，矿震诱发。通过对矿震参量进行危险程度分析和 评价，得到了多种强矿震或强矿压的矿震预警规律，揭示了矿震活动与采掘活动的密切 关系，提出了巷道的“三区三结构”。 本项目研究在通过对监测数据的分析、 典型冲击灾害的防治实践和大量现场工程试 验研究的基础上，为深部复杂地质构造矿井动力灾害的影响机制分析、监测、防治和安 全生产提供了关键技术参数和宝贵的实践经验。 关键词关键词赵楼煤矿；深部；冲击；动力灾害；防治 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 摘要 Abstract In this paper, The Zhaolou coal mine as the research carried out the starting point, by using theoretical analysis, data statistics, simulation test, the engineering practice and other research s, a detailed analysis of the impact of deep mine roof and floor, igneous intrusion, fault group characterized by complex geological conditions and mining conditions of coal and rock dynamic the disaster mechanism and rules, for each production area, mining face are carried out in advance of the rockburst risk assessment demonstration, determine the rockburst influencing factors, impact risk level and the division of the impact of the dangerous region, the plan of monitoring and prevention programs, and in the production process in strict compliance with the relevant provisions of anti impact. The results show that the intrusion of igneous rocks in the mining area of the coal mining area of Sichuan Province has resulted in the change of the occurrence conditions and dynamic characteristics of the surrounding rocks, and the stress and energy accumulation in the roof and floor are ed. There is a certain scale of igneous rock and fault complex structure in the mine area, and the interaction of the two causes the complex stress distribution law. At present, the main types of impact disasters are the static stress is dominant, the earthquake induced. Based on the parameters of the mine earthquake risk analysis and uation, get a variety of strong mining earthquake or strong mine pressure mine earthquake early warning rules, reveals the close relation of mine earthquake activities and mining activities, put forward the “Three Zone Three tunnel structure“. This project based on the monitoring data, through the analysis of typical disaster prevention practice impact and a large number of field engineering test research, analysis, influence mechanism for deep and complex geological structure in coal mine power disaster prevention and safety monitoring, provides the key technical parameters and valuable practical experience. KeywordsZhao Lou coal mine; deep mining; impac; dynamic disaster; prevention 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 目录 I 目目 录录 1 绪绪 论论 ........................................................................................................ 1 1.1 课题的提出与现实意义 ................................................................................................................ 1 1.2 研究现状 ...................................................................................................................... 2 1.3 研究内容目标和方法 ..................................................................................................................... 3 2 矿井概述矿井概述 .................................................................................................. 4 2.1 概况 .............................................................................................................................. 4 2.2 煤岩动力灾害情况 .......................................................................................................................... 5 2.3 本章小结 ............................................................................................................................................ 7 3 深部巷道冲击性底鼓力学机理深部巷道冲击性底鼓力学机理 ................................................................ 9 3.1 巷道底板力学模型 .......................................................................................................................... 9 3.2 底板层状岩体力学模型 .............................................................................................................. 16 3.3 火成岩底板诱冲机理 ................................................................................................................... 18 3.4 本章小结 ........................................................................................................................................... 20 4 开采扰动矿震及应力演化规律开采扰动矿震及应力演化规律 .............................................................. 21 4.1 深部动静载应力场的分析及其作用 ...................................................................................... 21 4.2 赵楼煤矿冲击临界深度及应力指标值 ................................................................................. 26 4.3 矿震监测技术及规律分析 ......................................................................................................... 27 4.4 矿震规律与上覆岩层运动耦合分析 ...................................................................................... 38 4.5 开采岩层运动与矿压显现耦合规律 ...................................................................................... 55 4.6 本章小结 ........................................................................................................................................... 63 5 深深部采区冲击动力灾害监测与防治部采区冲击动力灾害监测与防治 ....................................................... 65 5.1 深部采区一采区概况 ................................................................................................................... 65 5.2 1304 工作面冲击危险监测分析 ............................................................................... 66 5.3 1304 工作面轨顺底鼓冲击防治案例 ....................................................................... 78 5.4 本章小结 .................................................................................................................... 83 6 结论与展望结论与展望 ............................................................................................. 85 6.1 结论 .................................................................................................................................................... 85 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 目录 II 6.2 展望 .................................................................................................................................................... 89 参考文献参考文献 ...................................................................................................... 90 致谢致谢 .............................................................................................................. 94 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 目录 Contents 1 Introduction 1 1.1 Putting forward and practical significance of the subject 1 1.2 Present research state 2 1.3 Research contents and s 3 2 Mine overview 4 2.1 Overview 4 2.2 Coal and rock dynamic disaster situation 5 2.3 Summary of this chapter 8 3 Mechanics of impact floor heave in deep roadway 9 3.1 Roadway floor mechanics model 9 3.2 Mechanics model of layered rock mass 16 3.3 Trapping mechanism of igneous rock floor 19 3.4 Summary of this chapter 20 4 Mining induced earthquake and stress evolution 22 4.1 Analysis and Function of Deep Dynamic Load and Stress Field 22 4.2 Impact Critical Value and Stress Index of Zhaolou Coal Mine 26 4.3 Monitoring technology and law analysis of mine tremor 28 4.4 Mine earthquake regularity and the overburden movement coupling analysis 39 4.5 Mining strata movement and mining pressure coupling rule 55 4.6 Summary of this chapter 64 5 Deep mining area of impact loads disaster monitoring and prevention 66 5.1 Deep mining area No.1 mining area Overview 66 5.2 Analysis of Shock Hazard Monitoring in 1304 Face 67 5.3 1304 face rail floor drum up along the impact control case 79 5.4 Summary of this chapter 84 6 Conclusion and Prospect 86 6.1 Conclusion 86 6.2 Prospects 89 Reference Document 90 Thanks 94 万方数据 山东科技大学工程硕士学位论文 绪论 1 1 绪绪 论论 1.1 课题的提出与现实意义课题的提出与现实意义 我国厚煤层我国厚煤层储量丰富，约占煤炭探明储量的，每年井工开采的厚煤层产 量约占全国煤炭产量的 4050。近年来，随着煤矿开采深度的不断加大，冲击地压以 及由其诱发的顶板、瓦斯、煤尘事故在深部厚煤层开采过程中发生的次数显著增加。因 此，如何对深部具有冲击危险性的厚煤层进行冲击危险性评价和防治，减少这种灾害事 故的发生，是深部厚煤层安全、高效开采必须解决的重要问题。 煤岩层冲击危险性评价是建立在冲击地压发生机理之上的。 世界各国对冲击地压发 生机理的研究已有近 90 年的历史了[1-16]， 取得了不少成绩， 提出了强度理论、 能量理论、 刚度理论、冲击倾向理论、三准则理论、夹持理论、变形系统失稳理论、“三因素”准则 [17-26]等等。这些理论均从不同角度分析了冲击地压的发生机理，并且提出了各自不同的 冲击地压发生条件和判别准则[27-34]。事实上，不同矿井的冲击地压成因和特征也是不同 的，即使同一矿井，由于地质构造、开采条件和开采方法的差异，也使得冲击地压的成 因、性质、特征、震源部位和破坏程度有所不同。但是，无论是哪个矿区或者哪个矿井 地质构造、开采条件和开采方法的不同，对于煤岩体最终都表现在上述条件下应力、能 量重新分布上的不同。就开采方法而言，对于具有冲击危险性的厚煤层，当采用分层开 采时，常常因开采顶分层时的应力过于集中而导致冲击地压的发生，甚至造成人员伤亡 和设备的损坏。因此，如何降低开采具有冲击危险性厚煤层时冲击地压发生的频度、强 度及其危险性，在我国煤矿开采深度不断增加、厚煤层开采比重日益增加的条件下，则 越发显得重要。 赵楼煤矿是兖矿集团在巨野煤田开发建设的第一对矿井，井田位于巨野煤田中部， 菏泽市郓城县城东南约 22km，巨野县城西 13km，行政区划归郓城县、巨野县管辖，地 理坐标东径 11547′30″～11559′00″，北纬 3521′30″～3527′00″。矿区范围面积 143.3549km2，开采标高为-600m～-1200m。属黄河冲洪积平原，地形平坦，地势略呈现 西北高东南低，地面标高为42.12～45.69m，平均 44.03m，矿井开采深度达到 1000m。 2014 年， 经煤炭科学研究总院北京开采分院对赵楼煤矿 3 煤层及其顶板岩层冲击倾向性 鉴定，3 煤层具有强冲击危险性，3 煤层顶板具有弱冲击倾向性。 鉴于此文，在巨野煤田地质条件大背景下，以赵楼煤矿为切入点开展具体研究