薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究.pdf

分类号分类号 TD322TD322密密级级 公公 开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制 薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制 技术研究技术研究技术研究 技术研究 郑郑 茂茂 兴兴 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樊樊 克克 恭恭职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一零年五月二零一零年五月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究 薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术研究 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 郑郑 茂茂 兴兴入学时间入学时间入学时间 入学时间 20072007年年 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 采矿工程采矿工程研究方向研究方向研究方向 研究方向 矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师指导教师 指导教师 樊樊 克克 恭恭职职职 职 称称称 称 教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 20102010 年年 5 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 20102010 年年 6 6 月月 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 S S S S tudytudytudy tudy ononon on surroundingsurroundingsurrounding surrounding rockrockrock rock controlcontrolcontrol control ofofof of miningminingmining mining roadwayroadwayroadway roadway withwithwith with thinthinthin thin limestonelimestonelimestone limestone roofroofroof roof A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y ZhengZhengZheng Zheng MaoxingMaoxingMaoxing Maoxing SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor ProfessorProfessorProfessor Professor FanFanFan Fan KegongKegongKegong Kegong CollegeCollegeCollege College ofofof of NaturalNaturalNatural Natural ResourcesResourcesResources Resources andandand and EnvironmentalEnvironmentalEnvironmental Environmental EngineeringEngineeringEngineering Engineering MayMayMay May 201020102010 2010 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。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 本文针对里彦煤矿薄层灰岩顶板回采巷道围岩的合理控制问题，在理论分析、数值 模拟、现场观测的基础上对薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制技术进行了系统的研究，主 要包括薄层灰岩顶板临界安全厚度的确定及回采巷道围岩控制对策两方面的内容。根据 围岩松动破坏范围、顶板应力分布、顶板变形等指标对灰岩顶板稳定性主要影响因素进 行了分析，包括灰岩顶板厚度及强度、灰岩上覆岩层组合形式及岩性、巷道跨度等因素； 对薄层灰岩顶板的临界安全厚度的确定进行了深入研究，并结合里彦煤矿的实际情况确 定了不同条件下灰岩顶板的临界安全厚度；按围岩组合情况，对薄层灰岩顶板回采巷道 进行了分类，得出不同类型的巷道围岩变形破坏特征，并探讨了薄层灰岩顶板回采巷道 的围岩变形破坏机理，总结出灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏的基本形式；提出了薄层 灰岩顶板回采巷道的围岩控制对策，在里彦煤矿 17304 上顺槽进行了现场矿压观测，证 实围岩控制效果较好，支护参数合理。本文的研究成果对于薄层灰岩顶板回采巷道的灰 岩顶板临界安全厚度确定以及围岩变形破坏的有效控制具有重要的科学意义和应用前 景。 关键词关键词薄层灰岩顶板；回采巷道；临界安全厚度；围岩控制 山东科技大学硕士学位论文摘要 A A A A BSTRACTBSTRACTBSTRACT BSTRACT For the reasonable control of mining roadway with thin limestone roof in Liyan coalmine, surrounding rock control technology, including defining limestoneroof critical safety thickness and roadway control measures, is studied systematically in this paper basedon theoretical analysis, numerical simulation and field observation. According to the surrounding rock destruction range, roof stress distribution and deation, main influencing factors of limestone roof stability are analyzed. The main influencing factors include limestone thickness and strength, overburden combination and lithology, roadway width and so on. Systematic research is done to define the critical safety thickness of limestone roof. Basedon the actual situation of Liyan coalmine,the critical safety thickness of limestone roof with different situation is defined. According to rock combination , mining roadway with thin limestone roof is classified into different sorts. In this paper, deation and failure character of surrounding is concluded.Atthe same time failure mechanism of surrounding rock are studied. In addition the basic s of deation and failure of surrounding rock with thin limestone roof is summarized. Surrounding rock control measures of roadway with thin limestone roof are proposed in this paper. Also the field observation, which is done in 17304 roadway of Liyan coalmine, proved that the effect of surrounding rock control is fairly good and supporting parameters is reasonable. The study result of this paper has great scientific significance and application prospects to the critical safety thickness defining of limestone roof and reasonable control of roadway surrounding rock. KeywordsKeywordsKeywords Keywords thin limestone roof；mining roadway; critical safety thickness; surrounding rock control 山东科技大学硕士学位论文目录 目目目 目 录录录 录 1 1 1 1 绪论绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 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主要研究内容及研究路线6 2 2 2 2 工程地质条件工程地质条件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 9 9 9 2.1矿井概况9 2.2地层10 2.3矿井构造及水文地质11 2.4可采煤层12 2.5煤层顶底板条件13 3 3 3 3 灰岩顶板稳定性影响因素分析灰岩顶板稳定性影响因素分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151515 15 3.1灰岩顶板主要破坏形式分析15 3.2灰岩顶板稳定性分析指标16 3.3灰岩顶板稳定性的影响因素19 3.4灰岩顶板稳定性影响因素的数值模拟分析20 3.5小结32 4 4 4 4 薄层灰岩顶板临界安全厚度的确定薄层灰岩顶板临界安全厚度的确定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333333 33 4.1理论计算33 4.2数值模拟推演42 4.3临界安全厚度的确定49 4.4小结50 5 5 5 5 薄层灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏规律研究薄层灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏规律研究. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525252 52 5.1围岩组合分类52 5.2薄层灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏特征52 5.3薄层灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏机理分析59 山东科技大学硕士学位论文目录 5.4薄层灰岩顶板回采巷道围岩变形破坏类型62 5.5小结64 6 6 6 6 薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制对策薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制对策. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656565 65 6.1薄层灰岩顶板回采巷道围岩控制对策65 6.2预应力锚杆支护作用机理分析69 6.3巷道支护参数设计70 6.4围岩控制效果分析73 6.5小结76 7 7 7 7 主要结论主要结论主要结论 主要结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777777 77 致致谢谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797979 79 参考文献参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .