综采工作面厚薄煤层对接大断面切眼围岩控制研究.pdf

分类号分类号 TD32 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 综采工作面厚薄煤层对接综采工作面厚薄煤层对接 大断面切眼围岩控制研究大断面切眼围岩控制研究 李李 传传 磊磊 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业专业名名称称采矿工程采矿工程 指导教师姓名指导教师姓名温温 兴兴 林林 职职 称称副副 教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二二零零一二年六月一二年六月 论文题目论文题目 综采工作面厚薄煤层对接大断面切眼综采工作面厚薄煤层对接大断面切眼 围岩控制研究围岩控制研究 作者姓名作者姓名 李李 传传 磊磊 入学时间入学时间 2009 年年 9 月月 专业名称专业名称 采矿工程采矿工程 研究方向研究方向 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师 温温 兴兴 林林 职职 称称 副副 教教 授授 论文提交日期论文提交日期2012 年年 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期2012 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 STUDY ON SURROUDING ROCK CONTROL OF LARGE SECTION OPEN-OFF CUT WHEN THICKNESS AND THINNESS COAL SEAM DOCKING IN FULLY-MECHANIZED WORKING FACE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Li Chuanlei Supervisor Associate Professor Wen Xinglin College of Natural Resources and Environmental Engineering June 2012 声声 明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于 其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名 日 期 AFFIRMATION I declare that this dissertation, ted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Engineering in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been ted for qualification at any other academic institute. Signature Date 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘摘 要要 我国煤田经过近一个世纪的开采，多数煤层的开采逐渐向深部、边角煤、高承压水 区域转移，各种自然灾害威胁日益突出，地质条件越来越差，特别是华北型煤田，在构 造作用下， 大小断层发育， 而且煤层的厚度往往会因为地质构造的作用发生较大的变化。 为了不浪费资源、不增加矸石量，在煤层厚度变化大的地方重新开挖切眼，在工作面里 外段使用两种综采设备，同时切眼作为里段设备的回撤通道就需要增大断面积，而此切 眼在采场动压的影响下，围岩破坏严重，维护困难，不利于设备的回撤，所以对综采工 作面厚薄煤层对接大断面切眼围岩控制进行研究，有利于综采工作面安全高效生产。 本文在详细总结分析前人理论的基础上， 结合现场实测和数值模拟的方法对综采工 作面厚薄煤层对接期间上覆岩层的运动规律、 中部切眼围岩变形和应力分布规律进行了 分析和研究。首先分析现场实测数据和 FLAC3D数值分析软件模拟结果，确定工作面在 距离中部切眼 30m 时， 中部切眼开始受到采场动压的影响， 工作面在距离中部切眼 10～ 12m 的时候对巷道产生明显的影响，当工作面推进至距中部切眼 5m 的时候，巷道围岩 变形最为剧烈，并确定了中部切眼顶底板及里帮为巷道的“主控部位”；其次分析了中部 切眼初次支护的不足之处和中部切眼围岩控制的原则， 并验证了液压支架的支护阻力且 制定了相应的对策巷道顶板采用锚索补强支护并进行注浆加固，巷道里帮进行锚杆补 强支护，巷道底板使用锚杆进行支护，增加液压支架支护阻力；最后运用 FLAC3D数值 分析软件对中部切眼支护的优化方案进行模拟，模拟结果表明，巷道围岩在主动支护和 被动支护相结合的支护方案下可以有效的控制巷道围岩的变形，保证中部切眼内运输、 通风、行人的安全以及里段综采设备的安全撤出。 关键词关键词大断面切眼，厚薄煤层，采动影响，数值模拟，围岩控制 山东科技大学硕士学位论文 摘要 Abstract Our coalfield have been mined nearly a century,most of the coalfield mining gradually transfer to deep,edge and high pressure water area,various natural disasters have become increasingly prominent ,for example,geological conditions are getting worse, especially in north China coalfields, under the action of geological structure, the fault compare development, but also coal seam thickness will cause great changes because of the geological factors .Under the premise does not waste resources or does not increase the amount of Gangue waste, need Re-excavation of the cut at the seam thickness changes, and using two fully mechanized mining equipment in working face, the middle cut as dismantling tunnel of fully mechanized mining equipment will increase it section ,and the cut in the influence of the mining dynamic pressure ,the surrounding rock of cut broken severly and difficult to be supported and stabilized, and is not benefit to equipment removing, So it is the key for working face produce safely at basic of study on surrounding rock control of large section cut when thickness and thinness coal seam docking in fully mechanized working face. This dissertation summarizes and analysis in detail on the basis of predecessors’ achievements, comprehensive actual measurement and numerical simulation study the overburden moving law and deation destroy rule when thickness and thinness coal seam docking in fully mechanized working face.First,basic on the analysis the measure data and the result of FLAC3D numerical simulation determine that the distance is 30m between working face and the cut when the cut become is influenced by mining dynamic pressure , and when the distance is 10～12m mining effect roadway obviouslym ,and when the distance is 5m the influence of dynamic pressure is most intensive, roadway produce obvious deation, and determine “the master site” of cut are roof and floor and mainside;second,analysis the problem of the middle cut and principle of surrounding rock control ,verification the support working load and put forward countermeasurethe roof cable supplement support and grouting reinforcement, main side cable supplement support ,the floor use cable support ,and increase hydraulic support load;at last use the FLAC3D numerical simulation software simulate the support schemes of optimazated ,from the simulation result we can know that the 山东科技大学硕士学位论文 摘要 surrounding rock deation can be effective contriles by active and passive support,make sure that transport,pedestrian,wentilation are safe and equipment can be removed quickly and safely. Keywords large section cut, thickness and thinness coal seam, mining dynamic pressure influence, numerical simulation, surrounding rock control 山东科技大学硕士学位论文 目录 目目 录录 1 绪论绪论 1 1.1 课题的提出及研究意义 1 1.2 国内外研究现状 2 1.3 主要研究内容和方法 6 2 动压巷道围岩应力分布规律及变形破坏机理动压巷道围岩应力分布规律及变形破坏机理 9 2.1 工作面基本情况 9 2.2 动压巷道围岩应力分布规律 12 2.3 动压影响巷道围岩变形破坏机理 15 2.4 本章小结 20 3 工作面对接期间大断面切眼围岩变形的实测研工作面对接期间大断面切眼围岩变形的实测研究究 21 3.1 现场实测内容和观测方案 21 3.2 工作面对接期间覆岩运动规律 22 3.3 中部大断面切眼围岩变形和矿压显现规律 27 3.4 本章小结 32 4 中部大断面切眼受采动影响的数值分析中部大断面切眼受采动影响的数值分析 34 4.1 模拟软件介绍 34 4.2 数值计算模型建立及参数选取 35 4.3 工作面对接期间围岩应力分布特征 36 4.4 采动影响下中部大断面切眼稳定性分析 40 4.5 本章小结 46 5 综采面对接中部大断面切眼围岩控制技术研究综采面对接中部大断面切眼围岩控制技术研究 48 5.1 中部大断面切眼支护的不足及对策 48 5.2 中部切眼支护优化设计 51 5.3 中部切眼优化支护效果的数值分析 53 5.4 本章小结 56 6 主要结论与展望主要结论与展望 58 山东科技大学硕士学位论文 目录 致致 谢谢 60 参考文献参考文献 61 攻读硕士期间的主要研究成果攻读硕士期间的主要研究成果 65 山东科技大学硕士学位论文 目录 Contents 1 Introduction......................................................................................................1 1.1 Raising of project and research significance..1 1.2 Current research situation of Domestic and Oversea.2 1.3 Main research contents and s.6 2 Stress distribution rule and Deation destroy mechanism of dynamic roadway9 2.1 Basic situation of working face....9 2.2 Stress distribution rule of dynamic roadway..12 2.3 Deation destroy mechanism of dynamic roadway.15 2.4 Chapter Conclusion..20 3 Actual measurement of Stress distribution of large section cut in Docking ..21 3.1 Contents and s of the Actual measurement.....21 3.2 Overburden Movement Law of Working Face in Docking22 3.3 Law of Surrounding Rock Deation and Strata Behavior of Dismantling Tunnel...27 3.4 Chapter Conclusions...32 4 Numerical analysis of Large section cut affected by Mining Influence....34 4.1 Introduction of Numerical Simulation Software..34 4.2 Establishment of numerical calculation model and Selection of parameters..35 4.3 Characteristics of Surrounding Rock Stress Distribution in Docking36 4.4 Stability analysis of Large section cut Aaffected by dynamic pressure..40 4.5 Chapter Conclusions....46 5 Study on surrouding rock control of large section cut in working face docking48 5.1 Problems and countermeasures of the Large section cut support...48 5.2 Reasonable Optimization of the Large section cut Support51 5.3 Numerical Analysis of the Large section cut Support Effect....53 5.4 Chapter Conclusions56 6 Conclusions and View.58 山东科技大学硕士学位论文 目录 Thanks60 Main Reference Documents..61 Main Work Achievement of the Author during Studying on Master Paper.65 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 课题的提出及研究意义课题的提出及研究意义 煤炭是我国目前的主要能源，其在能源结构中占有极其重要的地位，虽然其他一次 性能源在我国一次能源消费结构中的比例每年都在扩大，但煤炭所占的比例仍在 60 以上[1]。根据有关专家预测，在未来几十年内我国的能源结构尽管在总体上呈现出多样 化的发展模式，但是为保证我国国民经济的正常快速发展，煤炭在一次能源中的主导地 位在很长一段时间内不会改变，其所占比例仍在 50以上[2]。煤炭既是人民基本的生活 燃料又是重要的工业原料，而且通过技术方法可以从煤炭中提取多种工业产品，这些工 业产品都是实现我国社会主义现代化建设、保障人民生活所必需的[3]，因此煤炭工业在 我国国民经济中的基础地位将在很长时间内保持不变。 煤炭工业的可持续发展[2]主要以矿区为研究对象，促使矿区内的经济、社会、环境 保护和资源开发协调发展，努力向社会提供洁净的能源及其工业产品。长期以来中国煤 炭工业的采出率一直处于较低的水平，采出率普遍低于 50，而国外煤矿采出率多在 50-60之间，这将造成我国大量有效煤炭资源的浪费[4-5]。随着我国煤炭的高速开采， 煤炭资源逐渐减少，在煤炭回采过程中出现了一系列的困难条件，而且随着大型煤矿综 采设备的应用，在遇到煤层厚度变化较大的复杂条件时，工作面需要在中部重新开挖切 眼，在中部切眼内提前安设综采设备，为了实现工作面的快速推进，就需要实现里外段 设备的对接，这样就要求巷道的断面比较大，因此研究煤层厚度变化大的工作面中部大 断面切眼围岩控制技术对合理开发和充分利用地下资源，改善煤矿地下工作环境，对煤 矿企业和社会的健康持续发展都具有重大意义。 我国煤田特别是华北型煤田，在构造作用下，不仅大小断层发育，而且煤层的厚度 往往会发生较大的变换，为了不浪费资源或者不增加矸石量，工作面就需要采用两种不 同的综采设备和液压支架，因此在煤层厚度变化大的地方重新开挖切眼，同时为了方便 里段综采设备的撤出，中部切眼的断面需要加大，所以对厚薄煤层综采设备对接大断面 切眼围岩控制进行研究具有重要的意义。 近几年随着煤炭形式的越来越好，为了增加经济效益，矿井产量越