综采工作面厚硬砂岩顶板控制研究.pdf

中图分类号I 旦三2 5 学科分类号垒垒Q 3 Q i Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 综采工作面厚硬砂岩顶板控制研究 作者姓名萱磊 专业名称墨芷工程 研究方向 芷出压力皇岩屋控剑一 导师姓名金皇挞 ．一 导师单位 室邀理王太堂一一 答辩委员会主席 周占魁一 论文答辩日期2 0 1 5 年6 月6 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年月 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g S t u d yo n t h eC o n t r o lo fT h i c ka n dH a r dSa n d s t o n eR o o f A b o v e F u l l yM e c h a n i z e dW o r k i n g F a c e C a n d i d a t e S u p e r v i s o r M i n i n ga n dS a f t yS c h o o l P e n gl e i Y uz h o n g l i n A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞徽堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名彰磊日期近年j ’月』日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞擞理王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞擞理王太堂。学校有权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。本人授权安徽理工大学 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、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名嘭磊 导师签名绨当抓 签字日期 6 丛年钥1 7 日 签字日期2 0 1 I - 乡月I ／日 万方数据 摘要 摘要 本文针对新集二矿2 1 0 1 0 8 工作面上覆厚硬顶板的地质条件，采用理论分析、 数值模拟、现场实践相结合方法对厚硬顶板采场覆岩破断特征进行了研究。研究 结果表明 1 厚硬顶板的力学模型符合岩板模型，建立岩板力学模型，并通过数学、力 学分析得出了工作面厚硬顶板初次、周期破断步距的理论解。 2 深孔爆破效果主要受到炮孔深度、炮孔直径、炮孔角度、炮孔高度等主要 参数的影响。在高应力条件下，岩石相对难爆破，调整这四个主要参数可以改变 爆破效果达到预期目的。 3 不同的爆破参数会导致厚硬项板的破断规律及应力分布的不同。数值模拟 结果显示，爆破高度较低时，由于炮孔贯穿厚硬顶板长度较大，顶板初次及周期 破断步距越小，矿压显现越不明显。因此爆破的主要作用在于对关键层的破坏。 4 通过对现场实测数据进行分析，并与数值模拟结果对比发现，超前爆破能 有效减小来压步距，减弱厚硬顶板的来压强度消除了厚硬顶板冒落时动力冲击显 现，保证了工作面安全生产。 研究成果可为厚影顶板工作面的安全回采、项板控制控制提供理论及工程依 据。 1 圉[ 3 7 ] 表[ 2 1 】参[ 5 6 】 关键词厚硬顶板，弱化方式，弱化方案，数值模拟，超前深孔爆破 分类号T D 3 2 5 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s 仃a c t A c c o r d i n gt ot h et h i c ka n dh a r dr o o fg e o l o g i c a lc o n d i t i o n si n2 1 0 1 0 8w o r k i n gf a c e ，t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n df i e l dp r a c t i c em e t h o d sa r eu s e dt os t u d yr o o fb r e a k i n gl a w s ． T h em a i ns t u d yo ft h i sp a p e ri n c l u d e ss e v e r a la c c e p t sb l o w 1 T h i c ka n dh a r dr o o fm e c h a n i cm o d e li sa d j u s tt ot h ep l a t em e c h a n i cm o d e l ．E s t a b l i s ht h e p l a t em e c h a n i cm o d e l ，a n du s et h em a t h e m a t i c a la n dm e c h a n i c a la n a l y s i sm e t h o d ，g i v et h e t h e o r e t i c a ls o l u t i o no ff i r s tc a v i n ga n dp e r i o d i cc a v i n g ． 2 D e e ph o l eb l a s t i n gm a i n l ye f f e c tb yt h eb l a s t i n gh o l ed e p t ha n dh o l ed i a m e t e r ，h o l ea n g l e a n dt h eh o l eh e i g h t ．U n d e rt h ec o n d i t i o no fh i 【g hs t r e s s ，i ti sh a r d e rt ob l a s tt h er o c k ，b yc h a n g et h e f o u rm a i np a r a m e t e r s ，w ec a ng e tt h en e e d e db l a s t i n ge f f e c t ． 3 D i f f e r e n tb l a s t i n gp a r a m e t e r sw i l ll e a dt ot h er u l e so fs t r e s sd i s t r i b u t i o nd i f f e r e n ti nt h i c k a n dh a r dr o o f ．T h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h eb l a s t i n gh e i g h ti sl o w e r , d u et o b l a s t i n gh o l ec r o s st h et h i c ka n dh a r dr o o f ，t h ef i r s tb r e a k i n gs t e pa n dp e r i o d i cb r e a k i n gs t e pw i l lb e s h o r t e r , a n dt h ep r e s s u r ew i l ll e s s ．S ot h em a j o re f f e c to f b l a s t i n gi st h ed e s t r u c t i o no f k e y s t r a t a ． 4 B yc o m p a r i n gt h ea n a l y s i so ff i e l dm e a s u r e dd a t aw i t ht h er e s u l to fn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，i t i sf o u n dt h a ta d v a n c e db l a s t i n gc a ne f f e c t i v e l yr e d u c ep r e s s u r ei n t e r v a la n dw e a k e nt h eg r o u n d p r e s s u r e ．t h er e s u l to fn u m e r i c a ls i m u l a t i o nc a nr e f l e c tt h eb a s i cr o o fb r e a k a g e ．I td e c r e a s e st h es i z e o fr o c kb r o k e n ，a n di te l i m i n a t e st h ep h e n o m e n o no fd y n a m i ci m p a c tw h e nt h es i z eo fr o c k b r o k e n ，a n di te l i m i n a t e dt h ep h e n o m e n o no fd y n a m i ci m p a c tw h e nt h er u p t u r e do ft h i c ka n dh a r d r o o f ． R e s e a r c hr e s u l t sc a np r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c e s ，t h e o r e t i c a la n de n g i n e e r i n gb a s i so nt h e m i n i n gs a f e t yw o r k i n ga n dr o o fc o n t r 0 1 ． F i g u r e 【3 7 ] T a b l e 【2 1 ] R e f e r e n c e [ 5 6 】 K e yw o r d s T h i c ka n dh a r dr o o f , W a yo fW e a k e n i n g ，W e a k e n i n gs c h e m e ，T h en u m e r i c a l s i m u l a t i o n ，A d v a n c e dd e e ph o l eb l a s t i n g C h i n e s eb o o kc a t a l o g T D 3 2 5 ．I I ． 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 1 绪{ 念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 课题来源、选题依据背景情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 课题研究的目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 国内外研究动态、水平⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．3 ．1 坚硬顶板弱化技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．3 ．2 坚硬顶板控制国外研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．3 坚硬顶板控制国内研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．4 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 ．5 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．6 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 坚硬顶板分类及破断规律的理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．12 1 0 1 0 8 工作面顶板力学特性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．2 坚硬顶板分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 坚硬项板初次来压理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．1 初次来压步距的力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．2 ．2 初次来压步距的理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．4 坚硬顶板周期来压理论分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．1 周期来压步距的力学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．2 周期来压步距的理论计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 深孔爆破弱化机理分析及方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1 深部岩体松动爆破机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1 ．1 深部岩体松动爆破概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 ．2 深孔松动爆破破坏区分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．2 厚硬项板强制放顶方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 ．．I I I ．． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．3 高应力条件下超前深孔松动爆破参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．4 厚硬顶板超前深孔爆破方案分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31 3 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 4 坚硬顶板深孔爆破的数值模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 4 ．1 离散元软件3 d e c 介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．22 1 0 1 0 8 工作面简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．3 数值模拟模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．4 数值模拟计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 4 ．4 ．1 顶板初次破段特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 4 ．4 ．2 顶板周期破段特征分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．5 小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 5 深孔预裂爆破弱化方案的工程应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 工作面矿压观测的目的和研究方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 ．1 矿山压力观测的目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 ．2 矿山压力观测的方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．2 工作面矿压实测分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 ．2 ．1 工作面支架技术参数与布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 ．2 ．2 工作面支架压力历史曲线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．2 ．3 工作面初次来压、周期来压分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 5 ．2 ．4 未松动爆破时工作面来压分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 5 ．3 爆破方案适应性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 5 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 6 主要结论与不足⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 6 ．2 存在的不足⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 4 万方数据 目录 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 5 ．V ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s C h i n e s ea b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 1 ．I n t r o d u c i o n ⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．．⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯．1 1 ．1T h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2T h ep u r p o s eo f t h er e s e a r c h ．．⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯．2 1 ．3T h er e s e a r c hs t a t u s ．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯．．⋯．．．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．2 1 ．3 ．1T h eh a r dr o o f w e a k e n i n gt e c h n i q u er e s e a r c hs t a t u s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 ．2H a r dr o o fc o n t r o lf o r e i g nr e s e a r c hs t a t u s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 】【．；．3H a r dr o o f c o n t r o li n l a n dr e s e a r c hs t a t u s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 1 ．4E x i s t i n gp r o b l e m s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 】【．5T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 1 ．6T h er e s e a r c hm e t h o d ⋯⋯．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯⋯．．8 2H a r dr o o f c l a s s i f i c a t i o na n db r e a k i n gr u l e sa n a l y s i si nt h e o r y ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 0 2 ．1R o o f m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f 2 1 0 1 0 8f a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．2H a r dr o o f c l a s s i f i c a t i o n ⋯⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．11 2 ．3H a r dr o o f f i r s tw e i g h tt h e o r ya n a l y s i s ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 2 2 ．3 ．1T h em e c h a n i c a lm o d e lo f f i r s tc a v i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 2 2 ．3 ．2T h et h e o r e t i c a lc a l c u l a t i o no ff i r s tc a v i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 2 ．4h a r dr o o f p e r i o d i cw e i g h t i n gt h e o r ya n a l y s i s ⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯．．⋯．⋯．．⋯．1 7 2 ．4 ．1T h em e c h a n i c a lm o d e lo f p e r i o d i cc a v i 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m u l a t i o no f t h eh a r dr o o f d e e ph o l eb l a s t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．1I n t r o d u c t i o no f3 d e c ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 4 ．2I n t r o d u c t i o no f 2 1 0 1 0 8w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．3M o d e lf o u n d a t i o no f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．4 ，n l er e s u l t so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．4 ．1A n a l y s i so f c h a r a c t e r i s t i c so f r o o f f i r s tc a v i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 4 ．4 ．2A n a l y s i so f c h a r a c t e r i s t i c so f r o o f p e r i o d i cc a v i n g ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 9 4 ．5S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5E n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o no f d e e ph o l eb l a s t i n gw e a k e n i n gs c h e m e ⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．5 5 5 ．1T h ep u r p o s ea n ds c h e m eo f t h em i n ep r e s s u r eo b s e r v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 5 ．1 ．1T h ep u r p o s eo f t h em i n ep r e s s u r eo b s e r v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5 ．1 ．2T h es c h e m eo fm i n ep r e s s u r eo b s e r v a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 1 ；．2F a c ep r e s s u r em e a s u r e m e n ta n a l y s i s ．⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．5 6 5 ．2 ．11 1 1 es t e n tt e c h n o l o g yp a r a m e t e r sa n dl a y o u t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．2 ．2S u p p o r tp r e s s u r eh i s t o r yc u r v e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 5 ．2 ．3A n a l y s i so f f i r s tc a v i n ga n dp e r i o d i cc a v i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 5 ．2 ．4A n a l y s i so f r o o f c a v i n gw i t hn ob l a s t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 4 1 ；．3A d a p t a b i l i t ya n a l y s i so f b l a s t i n gs c h e m e ⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯7 7 1 ；．3S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 6T h em a i nc o n c l u s i o n sa n dd e f i c i e n c i e s ⋯．⋯．⋯．⋯．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯．．⋯⋯⋯．⋯．⋯．7 9 6 ．1M a i nc o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 6 ．2d e 丘c i e n c i e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 0 R e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 1 T h a n k s ．．．．．．．．．．．．．．．。．。．．．．．．．．．．．．．。。。．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．j ；；4 。 ．V I I ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A u t h o ri n t r o d u c t i o na n dp r i n c i p a la c h i e v e n m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e a r c h s ⋯．．⋯．．⋯．．⋯．．8 5 万方数据 1 绪论 1 绪论 1 ．1 课题来源、选题依据背景情况 我国对于能源的需求，自上世纪末期就开始日益增长。在我国当前的能源结 构中，煤炭作为主要能源存在，国家虽然提出调整能源结构，鼓励使用清洁能源， 减少煤炭使用量，但是规划中煤炭仍将是最主要能源。因此，煤炭资源在化石能 源中占据着非常重要的地位【1 】。 ㈣旃- 2 2 ．掣； l i ㈥酒蕊连I j ⋯缭产翁麓；连露麓终 梦笋萨萨萨萨梦萨萨萨梦梦箩 图1 煤炭消费走势图 单位万吨 F i g ．1C o a lU S ec h a r t s U n i t s t e nt h o u s a n dt o n s 随着煤炭开采朝着深部发展，高地应力、高地温、厚硬顶板等复杂条件下的 煤层开采日益成为煤层开采，尤其是中东部地区煤层开采的主要工作。 坚硬顶板是指强度高、厚度大、节理裂隙不发育或发育差、整体性强、自承 能力强的岩层[ 2 1 。我国煤层赋存条件复杂，煤矿开采采场上覆岩层中经常碰到厚 硬顶板，属于坚硬顶板的煤层大约占三分之一左右，并且分布在一半以上的矿区 【3 】。随着综采机械化采煤技术的发展，约有5 7 ％的综采工作面属于来压强烈的坚 硬板，特别是有薄层直接顶 厚度 2 m 的坚硬顶板工作面分布更广。如我国山 西大同、内蒙、北京等矿区的许多矿井，采场上覆岩层中均存在硬厚项板。硬厚 顶板在开采过程中大面积悬露，冒落时矿压显现剧烈，若事前处理不当，往往造 成严重后果。 属于坚硬顶板的工作面，在煤层开采后顶板不能随采随冒，在采空区形成大 ％％％％％瞄％％％ O 8 6 瘁2 O 8 6 霉 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 面积悬顶，初次垮落步距一般大于4 0 m ，顶板初次冒落的面积一般在3 0 0 0 m 2 以上， 周期冒落面积也在1 5 0 0 m 2 以上。煤层开采后，由于老顶跨度大，老顶来压前，煤 壁内压力大，煤帮变形与片帮现象严重。当悬顶面积超过顶板极限跨距时，顶板 断裂而突然冒落，由于岩层折断时产生的强烈动载荷会损坏或推倒支架【4 】。另外 极易引起冲击地压及飓风，严重时甚至摧毁工作面及临近巷道的设备，造成设备 损坏及人员伤亡。尤其在大采高条件下，顶板突然冒落时挤出的空气量更大，破 坏力更强。 2 0 0 2 年，内蒙古大柳塔煤矿1 2 4 0 4 工作面老顶初次来压，大面积悬空顶板垮 断，导致多人伤亡事故。2 0 0 8 年6 月1 7 日，新疆夏库坦煤矿1 5 8 7 m 水平工作面 采煤时7 3 4 4 m 2 面积的悬空顶板瞬间垮断，4 ．7 7 万m 3 的有害气体被压出，冲击波 瞬间冲毁了密闭墙和支架，造成8 人死亡、6 人重伤的重大事故。2 0 0 4 年贵州木 冲沟煤矿4 1 1 0 7 工作面大面积直接顶及老顶冒落，导致临近层瓦斯涌出，致使该 工作面停产整改达9 日。为了保证煤矿安全生产及人员安全，研究和掌握巨厚坚 硬顶板控制技术具有很重要的现实意义和巨大的经济利益。 课题来源于国投新集二矿，以2 1 0 1 0 8 工作面的实际地质赋存条件和实际开采 条件为背景。该工作面煤层倾角1 “ - 1 6 。，平均8 。；1 煤平均走向长1 3 9 4 m ，平 均倾向长1 4 8 m 内～内 ，平均煤厚4 ．3 m ，可采储量1 1 7 ．5 万t ；1 上煤平均走向 长5 6 5 m ，平均倾向长1 4 8 m 内～内 ，平均煤厚4 ．5 m ，该工作面顶板综合来看 主要为粉砂岩，中厚层状，强度高 R c 4 6 ．7 “ - 1 3 7 ．9 M P a ，R t 5 ．9 8 “ - 9 ．6 5M P a ， 稳定性较好。 1 ．2 课题研究的目的 针对坚硬项板采场来压步距大、来压强烈的问题，本课题将结合新集二矿 2 1 0 1 0 8 工作面地质条件，理论、实践相结合研究厚硬砂岩顶板条件下综采工作面 的顶板弱化破坏特征、矿压显现规律。提出合理的与该工作面相适应的的顶板控 制技术，优化顶板弱化参数，通过控制项板有效的减小顶板的垮落步距、降低来 压强度保证工作面顺利回采。分析总结顶板弱化后对矿压显现规律的影响，并为 同组煤层顶板控制提供参考依据。 ．2 ． 万方数据 1 绪论 1 ．3 国内外研究动态、水平 厚硬项板具有厚度大、整体性强的、强度高的特点，往往由结构致密的砂岩、 砾岩组成，它具有抗压强度高 一般为6 0 ．2 0 0 M P a 、弹性模量高 往往达 2 0 ．4 0 G P a 的岩性特点。厚硬顶板在世界各主要产煤国均有分布，各国均针对坚 硬项板煤层开采及顶板控制进行了广泛的研究。 1 ．3 ．1 坚硬顶板弱化技术研究现状 当前主要选用的几种厚硬顶板弱化技术相关现状介绍如下畸。1 引。 1 高压注水弱化坚硬顶板技术 高压注水弱化坚硬顶板的原理对岩层进行高压注水后高压水对初始裂缝简 短的的水楔作用使裂缝发育扩展，破坏岩层的完整性。同时高压水能够溶解部分 岩石中的矿物质，矿物质溶解后形成裂缝，高压水对裂缝的水楔作用使得新的裂 缝继续扩展和发育，使岩体强度降低。部分岩石吸水后膨胀，体积增大，内应力 增加，吸水量越大，膨胀体积越大，岩体变形也越大，使岩体强度降低。 图2 高压注水模型示意图 F i g u r e ．2M o d e lf o rt h eh i g hp r e s s u r ew a t e ri n j e c t i o n 高压注水技术方案中，高压力水使岩体中裂隙扩展，岩体结构破坏，岩石刚 度降低，宏观性能的柔性岩体，岩体的宏观力学性质的弱化。那么细观结构破坏 是如何的呢 国内已经有学者从裂隙岩体固液态耦合的应力状态分析输入到对渗 流场．损伤场耦合进行研究，考虑渗流压力对裂隙岩体细观结构的破坏而引起的损 伤和能量消耗是不可逆的热力学过程，采用能量耗散损伤原理来分析岩体细观结 构破坏造成的能量耗散引起的损伤。 高压注水弱化一般比