口孜东矿11-2煤巷道顶板离层临界值确定.pdf

分 类 号 TD32 密 级 公 开 单位代码 10878 学 号 20123301030 硕士专业学位论文硕士专业学位论文 （全日制）（全日制） 论论 文文 题题 目目口孜东矿口孜东矿 1111- -2 2 煤巷道顶板离层临界值确定煤巷道顶板离层临界值确定 专业学位类别专业学位类别 工程硕士工程硕士 专业学位领域专业学位领域 建筑与土木工建筑与土木工程程 研研 究究 方方 向向 地下计算理论与应用地下计算理论与应用 作作 者者 姓姓 名名 申申 法法 建建 导导 师师 姓姓 名名 吴吴 德德 义义 教授教授 完完 成成 时时 间间 20152015 年年 4 4 月月 万方数据 口孜东矿 11-2 煤巷道顶板离层临界值确定 The Determination of Roof Bedding Separation Critical Value of Coal Mine Roadway of 11-2 East Kouzi 专业学位类别专业学位类别 工程硕士工程硕士 专业学位领域专业学位领域 建筑与土木工程建筑与土木工程 研研 究究 方方 向向 地下计算理论与应用地下计算理论与应用 作作 者者 姓姓 名名 申申 法法 建建 导导 师师 姓姓 名名 吴吴 德德 义义 教授教授 完完 成成 时时 间间 20152015 年年 4 4 月月 万方数据 安徽建筑大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合安徽建筑大学硕士学 位论文质量要求。 答辩委员会签名 主席 委员 导师 万方数据 独独 创创 性性 声声 明明 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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 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 安徽建筑大学 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 签字日期 年 月 日 导师签名 签字日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 安徽建筑大学 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 安徽 建筑大学 。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 安徽建筑大学 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 签字日期 年 月 日 导师签名 签字日期 年 月 日 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 摘 要 - I - 摘 要 在我国因顶板事故引起的伤亡占所有事故很大的比例，随着煤矿的开采向深 部发展，复合顶板在我国各大矿区普遍存在，因此，掌握巷道复合顶板的变形规 律是十分必要的。尤其是确定用于顶板监测的离层临界值，确保复合顶板的稳定 性。 结合典型的现场的巷道复合顶板，本论文综合大量现场实测、实验室测试等 方法，围绕顶板离层关键层确定及离层临界值的具体数值两个关键问题，分别对 关键层对顶板稳定性的影响及使用关键层的概念确定复合巷道顶板离层临界值进 行确定。综合关键层的离层值及非关键层的离层值得出复合顶板锚固区内外的离 层值。 通过在同一断面使用多个测点确定离层的发展规律，得出更合理的判断稳定 标准；使用钻孔摄像以及地质取芯确定巷道复合顶板的岩层分布及各岩层的岩性 的；采用数值模拟的方法得出离层较大的范围；使用现场实测的方法对顶板进行 监测，确定巷道顶板易于破坏的关键位置；使用多点位移计对关键层以及各个非 关键层的离层进行监测，得出各个离层的数值，综合得出锚固区内外的离层临界 值；使用钻孔摄像仪对离层发展实现可视化的观测，验证顶板离层的发展状况。 通过以上的研究得出 ①该巷道所处位置的地质条件复杂，顶板易出现顶板事故，因此确定合理的 临界值对巷道顶板进行监测是很必要的。 ②同一断面的多位置的监测结果显示，对于深部巷道的临界值仅仅是取巷道 中部的离层数值是不尽合理的，应该以巷道顶板的离层范围达到巷道宽度的一半 为标准，此时巷道的离层发展是可控的，并且可以得出该判据是偏安全的。对于 类似于研究对象类似的顶板可以采用同样的判据。 ③巷道离层的发展早期是关键层的破坏为主，随后非关键层的离层值会逐渐 变大，通过数值模拟结合现场监测可以得出关键层及非关键层的离层值，综合得 知 11-2 煤巷道锚固区内离层临界值为 15mm，锚固区外的临界值为 20mm。 ④矿上记录的锚固区内外的离层数值，可以得出临界值的确定是合理的，满 足巷道顶板稳定的要求。使用钻孔摄像记录仪对顶板离层进行两次记录，观察复 合顶板离层的发展，直观验证离层发展状况。 图 37 表 7 参 48 关键词关键词深部巷道；复合顶板；离层临界值；关键层 分类号分类号 TD32 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 摘 要 - II - 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 Abstract - III - Abstract Casualties caused by roof accidents in our country occupy a large proportion of all accidents. With the coal mining to the deep development, compound roof is widespread in Chinas major coal mining area. Therefore, mastering the compound roof of roadway deation law is very necessary, especially the determination of separation critical value for monitoring the roof bedding to ensure the stability of compound roof. Combined with the scene of typical compound roof of roadway, comprehended s of a large number of field measurement and laboratory test and around two key problems that the determination of key stratum of roof bedding separation and the specific number of separation critical value, this paper respectively determines the influence of the key stratum on the stability of the roof bedding and the concept of using the key stratum, and the determination of roof bedding separation critical value. It comprehends separation critical value of key stratum and non-critical stratum to get separation critical value of the compound roof anchorage zone internal and external. Get more reasonable standard of judging stability through the use of multiple measuring points in the same cross section to determine the development laws of separation; determine strata distribution of compound roof and strata litho logy through the use of borehole camera and geological coring; get the larger separation position through the use of numerical simulation ; determine the key position of roadway roof which is easy to damage through using the of field to monitor those roof; Get numerical value of each separation and conclude the critical value of the anchorage zone of separation through the use of multi-point displacement meter to monitor the key stratum and non-critical stratum; verify the development status of roof bedding separation through the use of borehole camera to realize visualized observation of separation development . From what have been discussed above, it may draw the following conclusions. 1 The geological condition of the roadway is complex and roof accidents frequently occur, thus to determine the reasonable critical value to monitor the roof bedding of the roadway is very necessary. 2 The monitoring results of the different locations of the same cross section 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 Abstract - IV - show that the critical value of the deep roadway, which is only picked up of the separation numerical value in the middle of the roadway, is unreasonable. It should be that the roof bedding range of the roadway reaches half of the roadway’s width as the standard. At this point separation development of roadway can be controlled and can be concluded that the criterion is safe. As the Similar object of study of roof bedding can use the same criterion. 3 The early development of roadway separation is the destruction of the key stratum, then the separation numerical value of non-critical stratum increases gradually. It can be concluded the separation numerical value of the key stratum and non-critical stratum through the numerical simulation combined with field monitoring. Comprehensively the internal separation critical value of 11-2 coal roadway anchorage zone is 15 mm, and the external is 20 mm. 4 The mine records of anchorage zone of separation numerical value can be concluded that the determination of the critical value reasonably meet the requirements of roadway roof stability. Use borehole camera to record the roof bedding separation twice, observe the development of compound roof separation, and intuitively verify separation development. Figure 37 table 7 reference 48 KeyWordsDeep Roadway; Compound Roof; Separation Critical Value; the Key Stratum Chinese books catalog TD32 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 目 录 - V - 目 录 摘 要.................................................................................................................... I Abstract................................................................................................................. III 插图清单................................................................................................................. IX 插表清单................................................................................................................. XI 第一章绪论........................................................................................................... 1 1.1 临界值确定的意义..................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状......................................................................................... 3 1.3 研究目标、研究内容及技术路线............................................................. 6 1.3.1 研究目标............................................................................................ 6 1.3.2 研究内容............................................................................................ 6 1.4 本章小结..................................................................................................... 7 第二章顶板离层的特征及临界值的确定........................................................... 9 2.1 顶板离层的定义......................................................................................... 9 2.2 浅埋巷道复合顶板的离层确定方法......................................................... 9 2.3 复合顶板离层的因素影响及其作用机理............................................... 11 2.4 深部巷道复合顶板变化规律................................................................... 12 2.5 顶板离层破坏关键层的确定................................................................... 12 2.5.1 关键层确定的必要性..................................................................... 12 2.5.2 关键层确定的过程.......................................................................... 14 2.5.3 关键层破坏时其他层情况的说明.................................................. 17 2.6 本章小结................................................................................................... 17 第三章实验室及现场实验................................................................................. 19 3.1 工程概况................................................................................................... 19 3.2 工程环境岩石的物理性质的室内测定................................................... 20 3.2.1 现场取样......................................................................................... 20 3.2.2 标准试样的制作及用到的实验仪器............................................. 20 3.2.3 岩石的物理性质测定..................................................................... 20 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 目 录 - VI - 3.3 现场测定使用的仪器以及测定的过程................................................... 26 3.4 本章小结................................................................................................... 30 第四章本项目确定临界值的方法..................................................................... 31 4.1 确定关键层的位置................................................................................... 31 4.2 关键层之外层的离层情况说明............................................................... 33 4.3 顶板离层失稳机制分析........................................................................... 34 4.4 顶板层间离层临界值确定....................................................................... 35 4.4.1 关键层离层临界值确定................................................................. 35 4.4.2 锚固区内外层间离层临界值......................................................... 35 4.5 顶板离层临界值及稳定性影响因素分析............................................... 36 4.5.1 层间离层临界值影响因素............................................................. 36 4.5.2 层间离层值影响因素..................................................................... 36 4.5.3 结构面稳定性影响因素分析......................................................... 36 4.6 本章小结................................................................................................... 36 第五章 验证临界值取定结果............................................................................... 39 5.1 数值模拟对应一号孔地质条件的过程 .................................................. 39 5.1.1 建立数值模拟模型.......................................................................... 39 5.1.2 数值模拟的结果............................................................................. 40 5.2 确定多点位移计安装位置........................................................................ 41 5.3 多点位移计测定结构面的离层值........................................................... 44 5.3 结果分析.................................................................................................... 50 5.3.1 层间离层临界值确定..................................................................... 50 5.3.2 以往工程中层间离层临界值选取合理性分析.............................. 50 5.3.3 本项目确定的顶板离层临界值合理性分析................................. 51 5.4 钻孔摄像观测离层发展的过程............................................................... 51 第六章、结论与展望............................................................................................. 59 6.1 结论........................................................................................................... 59 6.2 展望........................................................................................................... 60 参 考 文 献........................................................................................................... 61 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 目 录 - VII - 致 谢..................................................................................................................... 65 作者简介及读研期间主要科研成果..................................................................... 67 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 目 录 - VIII - 万方数据 安徽建筑大学硕士学位论文 插图清单 - IX - 插图清单 图 1-1 技术路线图 ...................................................................................................................... 7 图 2-1 巷道顶板离层示意图 ...................................................................................................... 9 图 2-2 组合梁理论的力学模型 ............................................................................................... 10 图 2-3 巷道开挖顶板变形情况示意图 .................................................................................... 15 图 3-1 巷道位置示意图 ........................................................................................................... 19 图 3-2 TAW 2000 型微机控制电液伺服岩石三轴剪切复合试验机 ........................................ 21 图 3-3 抗压强度测定试件破坏示意图 .................................................................................... 21 图 3-4 砂岩试件轴向负荷随位移及时间变化曲线 ............................................................... 22 图 3-5 抗拉强度测定试件加载及破坏示意 ............................................................................ 23 图 3-6 典型砂岩加载随时间变化实测曲线 ........................................................................... 24 图 3-7 YDS 携带式岩土力学性质多功能试验仪 .................................................................... 25 图 3-8 岩石直剪实验使用的剪切环 ........................................................................................ 25 图 3-9 剪切环放入剪切盒 ....................................................................................................... 25 图 3-10 安装完成后剪切盒 ...................................................................................................... 26 图 3-11 试件剪切破坏后状态 ................................................................................................. 26 图 3-12 钻孔摄像仪主要部分结构示意图 ............................................................................. 27 图 3-13 典型岩石在实验室模拟矿下拍摄的结果图 ............................................................. 28 图 4-1 多点位移计安装位置示意图 ....................................................................................... 31 图 4-2 多点位移计 ................................................................................................................... 32 图 4-3 不同点的离层数值 ....................................................................................................... 32 图 4-4 多点位移计安装原理示意 ........................................................................................... 32 图 4-5 某一非关键层的离层值 ............................................................................................... 33 图 5-1 数值计算模型 ..........