深井近距离下位煤层巷道布置及支护研究.pdf

论 文 题目 深井近距离下位煤层巷道布置及支护研究 论 文英 文题 目R esea rch o n R oa d w ay L ay o u t a n d S u P P o rt in close eo a l sea m u n d e r u P P e r g o b in D e eP Min e 姓名 . . 任二 晓二 服 . . 年级二零零五级 专业 采矿工程. . 研究方向 矿一压办与控制 导师 . . 脉 学华. . 职称 二 剔. 教二 授. . 论文 完成 日期 . . . 只零零八年黑月. . . . . 答辩 日期 授予学位 日期 . . 二零零2啤 七且. _ . _ _ . _ . . . . . . . 辽 宁工 程 技 术 大 学 摘要 随 着 煤 矿 开 采 深 度 的 增 加 及 开 采 范 围 的 增 大 ，巷 道 支 护 的 难 度 也 日趋 增 大 。 近 距 离 煤 层 开 采 ， 或 上 层 回 采 时 留 设 煤 柱 ，将 影 响 底 板 应 力 分 布 ，对 下 层 煤 巷 道 产 生 一 定 影 响 。 当 下 层 煤 巷 道 距 离 上 位 煤 层 采 空 区 较 近 时 ，不 能 仅 使 用 锚 网 支 护 。 由 于 采 空 区 下 方 的 岩 体 会 产 生 一 定 范 围 的 破 坏 ，下 层 巷 道 顶 板 不 易 形 成 自稳 结 构 ; 在 地 质 构 造 破 坏 区 或 岩 性 较 差 时 ，顶 板 岩 层 更 为 破 碎 ， 使 巷 道 支 护 更 为 困 难 。 本 文 针 对 东 滩 煤 矿 采 空 区 近 距 离 下 位 煤 层 巷 道 支 护 问 题 ，研 究 了 影 响 工 作 面 顺 槽 支 护 的 主 要 影 响 因 素 ，从 而 确 定 了 采 空 区 下 位 煤 层 巷 道 合 理 布 置 方 式 ，优 化 了巷 道 支 护 方 式 。应 用 现 场 探 测 及 数 值 模 拟 方 法 研 究 了 不 同 性 质 及 厚 度 夹 研 对 下 层 煤 巷 道 支 护 效 果 的 影 响 ，为 选 择 支 护 方 式 提 供 了 依 据 ; 对 工 字 钢 棚 支 护 进 行 了 力 学 分 析 与 数 值 模 拟 ，研 究 了 工 字 钢 棚 的 支 撑 能 力 ; 在 东 滩 煤 矿们下07 工 作 面 应 用 了 研 究 成 果 ， 检 验 了 巷 道 位 置 选 择 及 采 取 支 护 方 式 的 合 理 性 ，观 测 了 采 空 区 近 距 离 下 位 煤 层 开 采 巷 道 矿 山 压 力 显 现 规 律 。本 文 研 究 成 果 可 为 其 它 类 似 矿 井 开 采 近 距 离 下 位 煤 层 支 护 问 题 提 供 技 术 参 考 。 关键词 采 空区近距 离下位煤层 巷道布置 支护优化围岩变 形 顶板破坏 A B S T R A C T Wi th m inin g de Pth in ereasing an d m in in g ra n ge en lar g in g，the d iff ieulty of road w ay su P P o rt 15 in ereasing . Wh en m inin g in elo sed eo al seam ， o r eo al P illar left aft er ex tractio n in uP P er eo al seam ，the d istri b utio n o f stress an d ro ad w ay suP P o rt in lo w er seam eo u ld b e aff e ct e d . Wh en road w ay elo se to uP P er g o b ，b o lt一 m esh suP P o rt ean no t b e 即 P lied as o n ly m eth o d . B eeau se the roek m ass un d er uP P er g o b 15 b rok e in eertain ra n g e，th e roo f o f lo we r-seam road w ay 15 d iff i eu lt to a self-stab ilizatio n struett ir e . Wh en road w ay w as in g eo lo g ieal str U cture reg io n o r in b ad litho lo g y， the roo f wo u ld b e m o re b ro ke n an d the suP P o rt w o u ld b e m o re d iff i eu lt. A im in g at road w ay suP P o rtin g in eo al seam elo sed u P P er g o b in the D o n gtan eo al m ine ， researeh the i胡 u en ein g fa c to rs wh ieh aff e et road w ay suP P o rt，九吐h erm o re，to eo 心 rm the reaso n ab le road w ay lay o u t an d o P tim ize the su P P o rt wa y. P ra c tieal o b servatio n an d n 切rnerieal sim u lation m ethod w ere aP P lied to resear c h the aff e et o f d iff e reni qua l ity an d thiekn ess on su P P o rt o f road w ay in lo we r eo al se别叮，P rov id ed the referen ee for eh o o sin g su P P o rt w ay ; Meeh an ieal an aly sis an d n umerieal sim u latio n w ere d o n e for 1 b eam set suP P o rtin gto resear c h the ho lding P ow er of 1 beam set Re sear c h resu lt in D o n参an eoal m ine 4 307 eoal faee w as aP P lied to P rov e th e ra t io n ality o f road w ay lay o ut an d su pp o rt w ay . T h e rule o f roek P ressur e in the eo al seam elo se to uP P er g o b wa s o b served . Th e resear e h resu lt eo uld P rov id e teq un ieal referen ee for o th er sim ilar eo al m in e o n suP P o rt P rob lem o f elo sed lo we r eo al seam . K ey w o rd se lo se eo al se am un d er uP P er g o b ， road w ay lay o ut， suP P o rt o P tim iz atio n ， d e atio n o f s切汀o u n d in g roe k ， ro o f d e stroy. 丫 目录 绪 论 . . . . .， . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. .. . . .. . ... . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . 1 1.1选 题 背 景 .. . . . .. . . .. . ， .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. .. . . .. . . . .. . . .. .. .. . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. 1 1.2国 外 同 类 技 术 发 展 概 况 . . . .. . .. . .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 .1德 国 巷 道 掘 进 及 支 护 技 术 . . .. . .. . .. . .. .. . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . ... .. .. . . .. .. . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. 1 1.2.2英 国 巷 道 支 护 技 术 . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. ... . .. .. . . .. . . . . . . .. . . .. . . . .. .. . . . 4 1.2.3俄 罗 斯 无 煤 柱 护 巷 技 术 . . . .. . . . .. . . ... . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. .. .. . . .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. .. . . . 6 1.2.4南 非 锚 索 锚 固 支 护 . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. ... . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. .. .. . . . .. . . .. . 8 1.3我 国 同 类 技 术 发 展 概 况 . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. .. ... . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . . . 9 1.3 .1回 采 巷 道 布 置 改 革 . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . .. . .. . . . . .. . . .. .. . . . ... . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . 9 1.3 .2对 下 层 煤 送 巷 方 式 的 研 究 . . .. . . .. . . . .. . . . .. . .. .. . .. . .. . . .. .. .. .. .. .. . . .. . . . ... . .. ... . . . . . . .. . . .. . . . .. . . . . . 9 1.3.3支 护 技 术 的 发 展 .. ... . . . .. . .. .. . . .. . . . .. . . ... . . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . .. . . .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . 10 1.4本 文 的 研 究 内 容 .. . . . .. . . . .... . . . . .. .. .. . . . .. . . . .. . . .. .. . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. 12 巷 道 围 岩 控 制 理 论 研 究 . . . .. . . . .... . . . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . . . 14 2 .1关 于 巷 道 围 岩 稳 定 的 理 论 . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. .. . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . . . 14 2 .1 .1自然 平 衡 拱 理 论 . .. .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . . . . .. . . .. . . . .. . . . .. .. .. . .. .. . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . 14 2 .1.2弹 性 体 理 论 .. . . . .. . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . .. . . .. . . ... . . .. . . .. . ... . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . .14 2 .1.3弹 塑 性 体 理 论 . .. .. . . . .. . . .. . . . ... .. . . . .. .. . . .. . . . . .. . . .. . . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . 14 2 .1.4围 岩 松 动 圈 理 论 . . . .. . . .. . . . ... .. . . . .. . . .. .. . . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. .. . .. ... .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . 14 2 .1.5关 键 块 理 论 . . . .. . . ... .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. .. .. . .. . . . .. . . . .. . .. .. . . . .. .. . .. .. .. . . . .. . . .. .. .. . . .. . . . . . .. . . . .. . . . . . .. . 15 2 .2锚 杆 支 护 机 理 研 究 .. . . .. . . . .. . .. . .. .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . ... . . .. . 巧 2 .2 .1悬 吊 理 论 .. ................................................ .................................................... .........巧 2 .2 .2组 合 梁 理 论 . . ... .. . . . .. . . . .. . . .. ... . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .... . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . . . . 16 2 .2 .3楔 固 作 用 . . .. . . .. . .. .. ... . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . ... . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . .. .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . 17 2 .2 .4减 跨 理 论 ................................................. .............................................. ... ............ .17 2 .2 .5三 铰 拱 理 论 ................................... ....... ............................................ ... ... .. ........... ..18 2 .2 .6组 合 拱 理 论 ............................. ... .. .. ... ...................... ................. .... ....... ..... .............20 2 .2 .7全 长 锚 固 中 性 点 理 论 ..........， .. ............... .... .... .. ... ... ............ ..... .... .. .. ... ..........21 2 .2 .8能 量 支 护 学 说 ............................................... ... .................. ............ .... ... .. .............21 2 .2 .9最 大 水 平 应 力 理 论 ........... .. .................. .................................................. ........... .21 2 .3小 结 .............................. ............................... ..... ........... ......... ... ...... ......... ............................22 巷 道 布 置 方 案 及 支 护 优 化 .. . . . .. . . .. . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . 23 3 .1东 滩 煤 矿 概 况 . .. . ... . . . .. .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. .. . .. .. . .. . . . .. . . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . . ， . . . . .. .. . . .. .. . . .. 23 3 .1.1井 田 位 置 和 范 围 . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . .. . ， . . .. . . .. . . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . .. .. .. . . . . . ... .. .. . . . .. . . . .. 23 3 .1.2矿 井 设 计 及 开 采 情 况 . .. . . . .. .. . .. .. ， . .. . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . ... .. .. ... . . . .. . . . . . .... . . . 23 3 .23 下煤 层 顺 槽 破 坏 原 因 研 究 .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. .. . . . . .. . . . .. . . .. . . . . .. .. . . .. . . .. . ... . .. .. . . . .. 24 3 .2 .13 上 煤 采 空 区 下 支 护 条 件 分 析 .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . .. . ... . . . . . .. . . . . .. . . . . .. . . .. . . .. .. .. . .. .. . 24 3.2.23 上 煤 护 巷 煤 柱 的 影 响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . . . . . .. .. . . 24 3 .2 .3原 岩 应 力 与 巷 道 布 置 方 向 的 影 响 .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . .. . . ... . . . .. . . . .. . . . 25 3 下 煤 层 巷 道 破 坏 原 因 总 结 . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . 27 3 .3 3 .3 .2 主 要 影 响 因 素 . . .. . . . .. . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . 27 其 它 影 响 因 素 .. .. . . . .. ... . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . ... . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. .. . .. . 27 开 采 巷 道 位 置 选 择 . . . . .. . . . .. ... . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . 27 凡 ，一 月峥 ，J 伟」 原 采 用 的 支 护 方 式 . . . .. . . . .. . . . .. . . . .... . . . .. . . . . . .. ... . . ... .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . 27 2 4 3 3 .4 .3 4 3 下07 工 作 面 轨 顺 位 置 选 择 .. .. . .. . . . . .. . ... . . . .. ... . . .. . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . .. . . . 28 下0 7 工 作 面 运 顺 位 置 选 择 . . . .. . . .. . . .. .. . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . 29 月峥 4 傀J ，J 3 .5巷 道 支 护 方 式 优 化 . . . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. .. .. . . .. . . .. . . . . .. . . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . 29 3 .5.1正 常 支 护 条 件 下 的 巷 道 支 护 方 式 . . . .. . .. . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . ... . . . 29 3 .5 .2松 软 破 碎 顶 板 条 件 下 的 巷 道 支 护 方 式 . .. .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. .. . . . . 30 3 .6小 结 . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . ... . . .. . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . . . .. . 30 夹 研 破 坏 状 况 探 测 及 数 值 模 拟 .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. ， 31 4 .13 上 煤 与 3 下 煤 夹 研 破 坏 情 况 探 测 . . . . .. .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . .. .. .. .. . .引 4 .1.1 4 3 下0 7 轨 顺 钻 孔 探 测 情 况 ................................................. .............................31 4 .1.2探 测 结 果 分 析 . . . . .. .. . .. . . . .. . . . .. . .. .. .. . . . .. . . . .. . . . .. .. . .. . . .. . . . .. . . ... . . . .. . . .. . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .33 4 .23 上 煤 巷 道 掘 进 及 回 采 对 底 板 夹 研 破 坏 状 况 的 数 值 模 拟 . “ .“ . ” . ” . .. . “ 33 4 .2 .1 R F PA软 件 介 绍 ....................................... ................ .... .. .......... .. ... ..... .... ...... .. ......33 4 .2 .2模 型 设 计 . . . .. . . . .. . . . .. . . . .... . . . .. . . . .. . . . .. .. . .. .. . . ... . . . .. . . . .. . . . .. . . . . . .. . .. .. . . .. . . . . . . .. . . .. . . . .. . . .. . . .. .. .. .. 34 4 .2.33 上 煤 单 巷 道 对 底 板 夹 研 的 破 坏 状 况 的 数 值 模 拟 . .” “ . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .34 4 .2 .43 上煤 沿 空 巷 道 对 底 板 夹 歼 的 破 坏 状 况 的 数 值 模 拟 . “ “ . 二 ” . . .二 ” .36 4 .3夹 研 岩 性 的 影 响 ............................... ......................... .. .................. ............ .......... ...........38 工 字 钢 棚 在 高 应 力 条 件 下 的 稳 定 性 分 析 . . .. . . . .. . . . .. .. . .. . . . .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .40 5 .1工 字 钢 棚 支 护 条 件 的 力 学 分 析 ................ ... ...... ...... ...................... ... .........................40 5 .1.1计 算 模 型 的 建 立 . . . ... .. . . . .. . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. .. . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .40 5 .1.2工 字 钢 梁 为 弹 性 变 形 时 ..... ... .........， .......... .. .... ... .. .. ... ............................... ..41 5 .1.3工 字 钢 梁 为 弹 塑 性 变 形 变 形 时 . . . . .. . . . .. . . . .. . . .. . . . .. . . . .. . . . .... . .. .. . . . .. .. . . . .. . . . . . .. . . . .. . . . 43 5 .1.4工 字 钢 梁 长 度 对 支 撑 能 力 的 影 响 . . .. . . . .. . . . .. . . . . .. . . .. . . .. . .. .. . .. . . . .. . . .. . .. . . . .. . ... .. . . . . .. 44 5 .2工 字 钢 棚 在 高 应 力 条 件 下 的 数 值 模 拟 . . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . . .. . . .. ... . . . ..