深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征数值模拟与现场监测.pdf

分类号分类号TDTD322322 密密 级级 公公 开开 U D CU D C 单位代码单位代码 10424 10424 学学 位位 论论 文文 深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征 数值模拟与数值模拟与现场监测现场监测 何勇何勇 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业专业名名称称矿业工程矿业工程 指导教师姓名指导教师姓名王王 同同 旭旭 职职 称称教教 授授 副指导教师姓名副指导教师姓名马马 金金 宝宝 职职 称称高级高级工程师工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一七年五月二零一七年五月 万方数据 论文题目论文题目 深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征 数值模拟与现场监测数值模拟与现场监测 作者姓名作者姓名 何勇何勇 入学时间入学时间 2014 年年 9 月月 专业名称专业名称 矿业工程矿业工程 研究方向研究方向 矿山压力矿山压力与岩层与岩层控制控制 指导教师指导教师 王同旭王同旭 职职 称称 教教 授授 指导教师指导教师 马金宝马金宝 职职 称称 高级高级工程师工程师 论文提交日期论文提交日期2017 年年 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 万方数据 Numerical Simulation and Site Monitoring of Strata Behaviors of Fully Mechanized Caving Face in Deep and Extra-thick Coal Seam A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Heyong Supervisor Professor Wang Tongxu College of Natural Resources and Environmental Engineering June 2017 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除所列参考文献和世所公 认的文献外，全部是本人攻读学位期间在认的文献外，全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。导师指导下的研究成果。除文中已经除文中已经 标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研 究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 万方数据 学位论文使用授学位论文使用授权声明权声明 本人完全了解本人完全了解山东科技山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理。。 作为申请学位的条件之一，作为申请学位的条件之一，学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其 指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学有关数据库发表，并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版；允许学 校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫校档案馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆描等复制手段保存和汇编学位论文；为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆 可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内在校园网上供校内 师生阅读、浏览。师生阅读、浏览。 （保密的学位论文在解密后适用本授权（保密的学位论文在解密后适用本授权）） 硕士生硕士生签名签名 导师签名导师签名 日日 期期 日日 期期 万方数据 学位论文审查学位论文审查认定书认定书 研究生研究生 在规定的学习年限内， 按照在规定的学习年限内， 按照培养方案培养方案及个人培养计划及个人培养计划，， 完成了课程完成了课程学学习，成绩合格习，成绩合格，修满规定学分，修满规定学分；在我的指导下完成本学位论文；在我的指导下完成本学位论文，， 论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关学校的相关 规定，同意将本论文作为申请学位论文。规定，同意将本论文作为申请学位论文。 导师导师签名签名 日日 期期 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 I 摘要摘要 上覆岩层运动规律和支承压力分布规律研究，掌握工作面顶板来压步距， 峰值大小、位置和作用范围，对于合理采掘工艺的选取、采掘空间支护状态的 改善、巷道合理布置位置的确定、冲击地压和煤与瓦斯突出等相关动力灾害的 防治有着积极的意义。本文以高家堡煤矿 101 工作面为工程背景，采用理论分 析和数值模拟、现场实测方法，进行了深部特厚煤层综放工作面矿压显现特征 数值模拟与现场监测研究，主要研究工作与成果包括 首先采用岩石破坏过程分析软件（RFPA） ，对高家堡矿井 101 工作面围岩应 力分布特征、声发射特征进行数值模拟研究，了解了深部综放条件下的工作面 变形破坏规律。其次，通过工作面综采支架工作阻力在线实测，掌握了工作面 顶板初次来压和周期来压步距及位置，通过顺槽围岩表面位移实测，得到了回 风顺槽顶底板移近量最大值及顶底板移近率、 两帮移近量最大值及两帮移近率； 通过工作面煤层应力在线监测，得到了煤层应力与工作面推进距离的关系，通 过工作面地震 CT 监测，确定了具有冲击危险性的区域。最后，对工作面进行了 微震监测，得到了工作面初次垮落、初次来压、周期来压时的微震数据，以及 工作面推采速度与微震的关系。上述研究成果，对高家堡矿及类似条件矿井有 一定指导意义与实践价值。 关键词关键词综放开采，RFPA 数值模拟，矿压实测，微震监测，矿压显现特征 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 ABSTTRACT II ABSTRACT The original stress equilibrium state in the coal and rock during the mining process is destroyed and the stress is redistributed, resulting in the fracture and slip of the overlying strata in the working face, and the energy is released to the outside, resulting in bearing pressure and further ing the mining stress field . Both the theory and the practice show that the bearing pressure plays a leading role in the development of various s of complex strata, which is often the power source of the complicated dynamic phenomenon of the mine. Through the study of the law of overlying strata movement and the law of bearing pressure distribution, the pressure step, peak size, position and range of action under certain conditions are obtained. For the selection of reasonable mining technology, the improvement of excavation space support state, The determination of the reasonable location of the roadway, the impact of ground pressure and coal and gas outburst and other related power disaster prevention and control has a positive significance for the realization of mine safety and efficient production is of great significance. This paper studies from the aspects of theoretical and numerical simulation and field measurement. The main research work and conclusions include Firstly, the rock burst process analysis software RFPA was used to simulate the stress distribution and acoustic emission characteristics of the surrounding rock of 101 working face in Gaogaibao Mine, and the deation and failure law of working face under deep underlay conditions were studied. Secondly, the working resistance of the fully mechanized coal mining face in the working face is measured and the initial pressure and the time of the roof are controlled. The surface displacement of the roof is obtained by the displacement of the surface of the channel. The maximum value and the top and bottom plate migration rate, the maximum distance between the two gangs and the two sets of migration rate. Through the on-line monitoring of the coal seam stress, the relationship between the coal seam stress and the working distance is obtained. Through the seismic CT monitoring, Identify areas with risk of impact. Finally, the microseismic monitoring of the working face is carried out, and the microseismic data, such as the initial collapse of the working face, the initial pressure and the cycle 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 ABSTTRACT III pressure, and the relationship between the speed of the mining face and the microseism are obtained. The above research results have certain guiding significance and practical value to Gaojiapao mine and similar condition mine. Keywords Vertical release，Numerical simulation of RFPA，Mine pressure measurement，Microseismic monitoring，Strata behavior 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 IV 目目 录录 摘摘 要要 ........................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................... II 目目 录录 .....................................................................................................IV Contents ..................................................................................................VI 1 绪论绪论 ...................................................................................................................... 1 1.1 研究的必要性 ................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ................................................................................................ 1 1.3 主要研究内容 .................................................................................................... 7 1.4 研究技术路线 .................................................................................................... 7 2 工作面工程特征分析工作面工程特征分析 ......................................................................... 9 2.1 矿井概况 ............................................................................................................ 9 2.2 试验工作面地质概况 ...................................................................................... 10 2.3 试验工作面开采技术条件 .............................................................................. 13 2.4 本章小结 .......................................................................................................... 16 3 深部综放工作面顶板运动规律理论分析与数值模拟深部综放工作面顶板运动规律理论分析与数值模拟 .................. 17 3.1 综放工作面上覆岩层运动规律理论分析 ...................................................... 17 3.2 深部综放工作面顶板运动规律数值模拟 ...................................................... 19 3.3 本章小结 .......................................................................................................... 26 4 综放工作面矿压显现特征现场实测研究综放工作面矿压显现特征现场实测研究 ...................................... 27 4.1 矿压观测内容及目的 ...................................................................................... 27 4.2 工作面液压支架阻力实测研究 ...................................................................... 27 4.3 回风顺槽围岩表面位移实测研究 .................................................................. 38 4.4 工作面煤层应力实测研究 .............................................................................. 42 4.5 工作面煤柱 CT 探测研究 ............................................................................... 47 4.6 本章小结 .......................................................................................................... 50 5 综放工作面覆岩运动与应力场演化规律微震监测研究综放工作面覆岩运动与应力场演化规律微震监测研究 .............. 51 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 V 5.1 微震监测系统布置参数 .................................................................................. 51 5.2 微震事件统计分析 .......................................................................................... 52 5.3 覆岩运动与微震活动关系分析 ...................................................................... 53 5.4 微震与推采速度关系分析 .............................................................................. 56 5.5 微震事件分布特征分析 .................................................................................. 58 5.6 本章小结 .......................................................................................................... 61 6 结结 论论 ............................................................................................... 62 参考文献参考文献 ................................................................................................. 63 致致 谢谢 ..................................................................................................... 68 攻读硕士期间主要成果攻读硕士期间主要成果 ......................................................................... 69 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents VI Contents Summary ...................................................................................................................... I Contents .................................................................................................................... IV 1 Introduction .......................................................................................................... 1 1.1 The necessity of research ........................................................................................................ 1 1.2 Research status at home and abroad ....................................................................................... 1 1.3 Main research contents ........................................................................................................... 7 1.4 Research technical route ......................................................................................................... 7 2 Analysis of engineering features of working face ............................................. 9 2.1 Mine profile ............................................................................................................................ 9 2.2 Geological survey of experimental working face ................................................................. 10 2.3 Technical conditions for mining of working face ................................................................. 13 2.4 Chapter summary .................................................................................................................. 16 3 Theoretical analysis and numerical simulation of roof movement law in deep fully mechanized caving face .................................................................................. 17 3.1 Theoretical analysis on the law of overlying strata movement in fully mechanized caving face .............................................................................................................................................. 17 3.2 Numerical simulation of roof movement law in deep fully mechanized caving face ........... 19 3.3 Chapter summary .................................................................................................................. 26 4 Field measurement of ground pressure in fully mechanized top coal caving face ............................................................................................................................. 27 4.1 Mineral pressure observation content and purpose ............................................................... 27 4.2 Measurement of working resistance of hydraulic support in working face .......................... 27 4.3 Measurement of surface displacement of surrounding rock ................................................. 38 4.4 Stress measurement of coal seam in working face ............................................................... 42 4.5 Face CT detection ................................................................................................................. 47 4.6 Chapter summary .................................................................................................................. 50 5 Study on microseismic monitoring of movement and stress field evolution of space rock stratum in fully mechanized caving face............................................. 51 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents VII 5.1 Microseismic monitoring system arrangement parameters .................................................. 51 5.2 Statistical analysis of microseismic events ........................................................................... 52 5.3 Analysis on the relationship between overburden movement and microseismic activity .... 53 5.4 Analysis of microseismic and picking speed ........................................................................ 56 5.5 Analysis of microseismic event distribution ......................................................................... 58 5.5 Chapter summary .................................................................................................................. 61 6 Conclusion .......................................................................................................... 62 References ................................................................................................................. 63 Thanks ....................................................................................................................... 68 The main achievement during the masters degree .......................