近距离煤层采空区下工作面矿压规律研究.pdf

中图分类号Ⅱ验2 3 学科分类号垒垒Q 3 Q Q 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 近距离煤层采空区下工作面矿压规律研究 作者姓名差俊照 专业名称墨芷王墨 研究方向芷出匡杰皇岩层麴I 导师姓名虞垂漫夔攫 导师单位窒筮垄王太堂 答辩委员会主席奎伛全夔握级直王 论文答辩日期2 0 1 5 年6 月6 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 5 年6 月6 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g R e s e a r c ho nP r e s s u r eL a wo fW o r k i n gF a c ei nC l o s e C o a lSe a m M i n i n gU n d e rg o a f C a n d i d a t e S u p e r v i s o r F a n J u n p e n g C h e n g Y u n h a i S c h o o lo fM i n i n ga n dS a f e t y A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．1 6 8 ，S h u n g e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，E R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 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．据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得主 邀理王太堂 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。 学位论文作者签名燮堡蚋日期箜堕年j 月鱼日 本学位论文作者完全了解塞徽翌王太堂有保留、使用学位论文的规 定，印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理王 琏．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 安徽理工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 学位论文作者签名葶H 铀鹅签字日期够年占月l 。日 导师签名武易沟 签字日期2 ．眸占月／阳 万方数据 摘要 摘要 本文结合朔州山阴县南阳坡煤矿工程地质条件，针对近距离煤层开采过程中 采空区下综放工作面出现的巷道围岩变形严重的问题，运用理论分析、数值模拟、 现场工程实践相结合的综合研究方法，对回采工作面巷道两帮侧向压力分布及下 煤层巷道支护设计进行了研究。 利用岩层质量指数法，对顶板岩层每一层进行岩层完整性和坚硬程度评价， 得出下层煤综放面上覆直接顶最终垮落并填满采空区；基于传统矿压理论，计算 得出直接项的垮落高度为2 3 ．7 m ，老顶来压当量为8 9 3 k P a ，根据老项分级指标， 确定老顶等级为I 级，老顶来压显现不明显；基于结构稳定性指数，对巷道围岩 进行分类，由于4 1 0 5 运输顺槽受构造及上煤层开采影响，巷道属于中等稳定。 根据F L A C 3 D 数值模拟结果，得出4 1 0 5 运输顺槽变形受3 之煤开采支承高压 力、区段煤柱尺寸不合理造成的侧向压力影响，将4 1 0 7 回风顺槽的区段煤柱从 4 6 m 改为3 8 m ，能够有效降低3 ‘2 煤开采支承高压力影响，3 。2 煤开采后，滞后6 0 m 左右覆岩停止运动，故下层煤可滞后3 之煤工作面6 0 m 开始割煤。如果考虑构造 影响 根据现场应力及表面位移观测 ，在合理的近距离采场布局情况下，应滞后 1 2 0 m 开采4 以煤。 根据覆岩运动规律，建立了“顶煤 直接顶岩层 垮落带岩层”结构模型，通 过理论计算，得出下层煤综放支架合理工作阻力应不小于9 6 9 0 K N ，所选液压支 架额定工作阻力为1 0 0 0 0 K N ，因此，正常来压时，依靠支架可以保证工作面的支 护安全。为了改善巷道变形严重的问题，对巷道支护设计进行了优化，分别对稳 定性围岩及非稳定性围岩两种情况下的支护进行了设计；现场观测表明，对巷道 支护进行优化设计后，巷道围岩变形量变小，锚杆、锚索工作载荷均能达到合理 值，能够保证回采巷道的稳定性，说明经过优化设计的巷道支护方案可以满足现 场要求。 图[ 3 4 ] 表【7 】参【6 7 】 关键诃近距离煤层；侧向应力；数值模拟；围岩分类；支护设计 分类号T D 3 2 3 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t I no r d e rt os o l v et h es e r i o u sr o a d w a yd e f o r m a t i o nw i t hf u l l ym e c h a n i z e dc a v i n g f a c ei nc l o s ec o a ls e a mm i n i n gu n d e rg o a f , t a k i n gS h a n y i nC o u n t yN a n y a n g p om i n ea s e n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d ，i ti ss t u d i e dt h a tl a t e r a ls t r e s so fw o r k i n gf a c et w o l a n ea n d r o a d w a ys u p p o r td e s i g nb ya p p l y i n gt h ei n t e g r a t e dr e s e a r c hm e t h o do fc o m b i n i n g t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o na n de n g i n e e r i n gp r a c t i c e ． S t r a t m nq u a l i t yi n d e xw a su s e dt oe v a l u a t ei n t e g r i t ya n dh a r dd e g r e eo fr o o fs t r a t a , a n dg o bi nf u l l ym e c h a n i z e ds u b l e v e l c a v i n gm i n i n g W a se v e n t u a l l yf i l l e db y i m m e d i a t e r o o f ；B a s e d o nt r a d i t i o n a lg r o u n dp r e s s u r et h e o r y , t h ei m m e d i a t e r o o fc a v i n gh e i g h t ，m a i nr o o ft h i c k n e s sa n dp r e s s u r ee q u i v a l e n tw e r ec a l c u l a t e d ； A c c o r d i n gt og r a d ei n d e xo fm a i nr o o f , i tW a sd e t e r m i n e dt ob eg r a d eI ，a n dp r e s s u r e b e h a v i o ri sn o to b v i o u s ；R o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c kW a sc l a s s i f i e db ys t r u c t u r a l s t a b i l i t yi n d e x ，410 5t r a n s p o r tl a n eW a si n f l u e n c e db yt h es t r u c t u r ea n dm i n i n g ，a n di t b e l o n g st om i d - s t a b l e ． O b t a i n e df r o mr e s u l t so fF L A C 3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o n ，410 5t r a n s p o r t i n gl a n e d e f o r m a t i o nw a sc a u s e db yu n r e a s o n a b l es e c t i o nc o a lp i l l a rs i z ea n dh i g hs t r e s so f u p p e rc o a l s e a m ．L a t e r a lp r e s s u r ei n f l u e n c eW a se f f e c t i v e l yd e c r e a s e du n d e rt h e c o n d i t i o no fc h a n g i n gs e c t i o nc o a lp i l l a rf r o m4 6 mt o38 m ，c o n s i d e r i n gs t r u c t u r e i n f l u e n c e ，t h el o w e rc o a lm i n i n gw o r k i n gf a c es h o u l dl a g12 0 m ． C o m b i n e d 、 ，i t l lo v e r l y i n gs t r a t al a w s ．‘ t o pc o a l i m m e d i a t er o o f c o l l a p s e s t r a t a ”s t r u c t u r em o d e lW a se s t a b l i s h e d ，a n dr e a s o n a b l ew o r k i n gr e s i s t a n c eo fs u p p o r t W a sc a l c u l a t e dt ob en o tl e s st h a n9 6 9 0 K N ．I nn o r m a lp r e s s u r e ，t h es e l e c t e dh y d r a u l i c s u p p o r ti nf u l l ym e c h a n i z e ds u b l e v e lc a v i n gf a c em i n i n gW a se n o u g ht oe n s u r et h e s a f e t y o fs t o p e ．F o ri m p r o v i n gt h es e r i o u sd e f o r m a t i o np r o b l e m so fr o a d w a y , s u p p o r t i n gd e s i g n W a sd i v i d e di n t or e s p e c t i v e l yo ns t a b i l i t ya n dn o ns t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c k ；F i e l do b s e r v a t i o n ss h o wt h a tt h eo p t i m i z e dd e s i g no fr o a d w a yC a n m e e tf i e l dr e q u i r e m e n t s 、析t hs u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o nr e d u c i n g ，a n dt h ea n c h o r c a nr e a c hr e a s o n a b l eV a l u e ． I I 万方数据 摘要 F i g u r e 【3 4 】t a b l e 【7 】r e f e r e n c e 【6 7 】 K e y W o r d s c l o s ed i s t a n c ec o a ls e a m ；l a t e r a ls t r e s s ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；s u r r o u n d i n g r o c kc l a s s i f i c a t i o n ；s u p p o r td e s i g n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 3 1 1 1 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 I V 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．．⋯．⋯．．⋯⋯．⋯⋯．．⋯．．⋯．⋯⋯⋯．⋯．．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯V I I I 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 选题背景和意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 采场上覆岩层结构理论研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．2 采场底板岩层运动规律研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．2 ．3 近距离煤层开采下层煤巷道布置研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．4 近距离煤层开采的应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．5 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 近距离煤层上层煤底板破坏分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 工程概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1 矿井地质⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．2 煤层赋存⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．1 ．3 水文地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 ．4 工作面概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．5 地质生产条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 煤岩物理力学测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．3 上煤层开采底板破坏分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．3 ．1 理论基础⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．2 煤层底板岩体应力状态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．3 底板破坏深度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 4 3 基于数值计算的近距离煤层侧向应力分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．2 模型的建立与模拟过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 6 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．2 ．1 模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．2 ．2 模拟具体步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 3 ．3 侧向应力模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．3 ．1 距开切眼不同位置的垂直应力云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 8 3 ．3 ．2 开挖上层煤对下层煤进风顺槽应力影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．3 ．3 开挖上层煤对下层煤回风顺槽应力影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．4 煤柱模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 ．1 开挖3 。2 煤对6 8 m 区段煤柱应力影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 ．2 开挖3 ‘2 煤对4 ’1 煤巷道的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 3 ．5 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 基于现场实测的近距离煤层侧向应力分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 3 4 ．1K J 5 5 0 煤矿冲击地压监测系统功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．1 ．1 主要功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．1 ．2 现场应用功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．2 仪器安装与观测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．2 ．1 应力计的安装⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．2 ．2 观测方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．3 观测结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．3 ．1 侧向支承压力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．3 ．2 超前支承压力分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 9 4 ．4 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 下煤层巷道围岩稳定性分类及巷道合理支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 5 ．1 围岩稳定性分类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 5 ．1 ．1 岩层质量指数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51 5 ．1 ．2 结构稳定性指数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 6 5 ．2 合理支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 8 5 ．2 ．1 支架支护强度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 8 5 ．2 ．2 巷道支护设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 5 ．3 小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 6 ．1 主要结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 V I 万方数据 目录 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 V l I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1R e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa th o m ea n da b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 。1C u r r e n tr e s e a r c ho no v e r l y i n gs t r a t ad i s p l a c e m e n tl a wi ns t o p e ⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2C u r r e n tr e s e a r c ho nf l o o rs t r a t ad i s p l a c e m e n tl a wi ns t o p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．3C u r r e n tr e s e a r c ho nr o a d w a yl a y o u to f l o w e rc o a ls e a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．2 ．4A p p l i c a t i o ns t a t u so nc l o s ec o a ls e a m sm i n i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．3T h ee x i s t i n gp r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．4M a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 1 ．5T e c h n i c a lr o u t e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2C h a r a c t e r i s t i c so fo v e r l y i n gs t r a t ai nl o w e rc o a lf u l l ym e c h a n i z e dc a v i n gf a c e ．．．．．．．．．．．．9 2 ．1 E n g i n e e r i n gs i t u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．1M i n eg e o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 ．1 ．2C o a ls e a mh o s t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 ．3H y d r o g e o l o g yf e a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．1 ．4W o r k i n gf a c es i t u a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1 ．5G e o l o g i c a la n d p r o d u c t i o nc o n d i t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2P h y s i c a lm e c h a n i c a lt e s to nc o a la n dr o c km a s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．3F a i l u r ec h a r a c t e r i s t i c so f e x p l o i t i n gu p p e rc o a ls e a m ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．1 4 2 ．3 ．1T h e o r e t i c a lb a s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．2S t r e s ss t a t eo f c o a lf l o o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．3D e p t ho f d e s t r o y e df l o o r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 2 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 3N u m e r i c a lc a l c u l a t i o no fl a t e r a ls t r e s sd i s t r i b u t i o ni ns h o r td i s t a n c ec o a ls e a m ⋯⋯⋯．2 5 3 ．1I n t r o d u c t i o no f s o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．2E s t a b l i s h m e n to f m o d e la n ds i m u l a t i o np r o c e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．2 ．1E s t a b l i s h m e n to f m o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．2 ．2S i m u l a t i o ns p e c i f i cs t e p s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 7 V I l l 万方数据 3 ．3S i m u l m i o nr e s u l ta n a l y s i so nl a t e r a ls t r e s s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．1V e r t i c a ls t r e s sn e p h o g r a mf r o mo p e n o f f c u ti nd i f f e r e n tp o s i t i o n ⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．2E x p l o i t i n gu p p e rc o a ls e a mi n f l u e n c eo nl o w e r a i ri n t a k el a n e ⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．3 ．3E x p l o i t i n gu p p e r c o a ls e a mi n f l u e n c eo nl o w e rr e t u r na i r w a yl a n e ⋯⋯3 2 3 ．4S i m u l a t i o nr e s u l ta n a l y s i so nc o a lp i l l a r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 3 ．4 ．1E x p l o i t i n g3 ～c o a le f f e c to n6 8 ms e c t i o nc o a lp i l l a r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 ．2E x p l o i t i n g3 之c o a le f f e c to n4 一c o a lr o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 3 ．5C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4F i e l dm e a S u r e m e r i to fl a t e r a ls t r e s sd i s t r i b u t i o ni ns h o r td i s t a n c ec o a ls e a m ⋯⋯⋯．4 3 4 ．1K J 5 5 0c o a lm i n er o c k b u r s tm o n i t o r i n gs y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．1 ．1M a i n m c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 4 ．1 ．2F i e l da p p l i c a t i o nf u n c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．2I n s t n 】m e n ti n s t a l l a t i o na n do b s e r v a t i o ns c h e m e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．2 ．1S t r e s si n s t a l l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 5 4 ．2 ．2F i e l da p p l i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 6 4 ．3A n a l y s i so fo b s e r v a t i o nr e s u l t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．3 ．1A n a l y s i so fl a t e r a la b u t m e n tp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．4 8 4 ．3 ．2A n a l y s i so fa d v a n c ea b u t m e n tp r e s s u r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．4C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5R o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o na n d r e a s o n a b l es u p p o r t i n gd e s i g n o fl o 、Ⅳe rc o a ls c a m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 5 ．1S u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t yc l a s s i f i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 l 5 ．1 ．1S t r a t u mq u a l i t yi n d e x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 l 5 ．1 ．2S t r u c t u r a ls t a b i l i t y i n d e x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．2R e a s o n a b l es u p p o r t i n gd e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．1S u p p o r ts t r e n g t h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 ．2S u p p o r t i n gd e s i g no f r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 5 ．3C h a p t e rs u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 6C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 6 ．1C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 C o m p } l i m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 I X 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 R e s u m eo f a u t h o ra n dr e s e a r c hr e s u l t si np o s t g r a d u a t e ⋯⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯．⋯⋯7 1 X 万方数据 第1 章绪论 1 绪论 1 ．1 选题背景和意义 煤炭能源是工业发展的基础，能源的不断增长对于国民经济的发展至关重要。 作为我国的最主要能源，煤炭在一次能源消费结构中所占比例为6 8 ．7 ％，2 0 0 9 年 我国煤炭开采量为3 0 ．5 亿吨，2 0 1 2 年开采量达到3 7 亿吨，根据煤炭工业发展 “十二五”规划，煤炭产量在2 0 1 5 年预计达到4 0 亿吨。有关专家预测，到2 0 2 0 年，我国煤炭需求量仍在3 0 亿吨以上，2 0 5 0 年煤炭在能源消费结构中昀比重仍 将保持在6 0 ％左右。因此合理的开发、利用煤炭资源，是推动国民经济、促进可 持续发展的关键。 近距离煤层在我国赋存较多，已探明可采储量约占我国煤炭总量的4 3 ％。近 些年煤矿综合机械化、自动化的快速发展导致一些矿区的大量优质、易采煤层资 源接近枯竭，越来越多的人开始关注近距离煤层的开采，其矿压显现特征也不同 与以往的单一煤层开采。 煤层赋存条件迥异取决于成煤条件的不同，在煤炭的形成过程中，其厚度从 零点几米到几十米，可采层数从一层到十几层区别较大，相邻煤层层间距、煤层 顶底板岩性及煤岩层倾角更是复杂多变。在我国，多数煤田均含有多层距离比较 近的可采或局部可采的煤层群，其中贵州省绝大部分矿区、新汶矿区、平顶山矿 区、淮南矿区、大同矿区以及神东矿区等都存在近距离煤层开采问题。针对煤层 赋存条件的复杂多样性问题，如何在不同的开采环境下采取相适应的开采技术措 施来提高煤炭资源回收率，实现矿井的安全高效生产，一直是煤炭行业关心的重 要问题。 对于近距离煤层开采而言，煤层间距离越小，上下煤层开采的相互影响比较 大。近距离煤层同采过程中，下位煤层工作面滞后上位煤层回采，上位煤层采动 引起层间岩层支承压力变化对下位煤层产生重要影响，层间岩层作为两层煤的承 载体，其应力分布及破坏规律成为近距离煤层开采的关键要素。其中，破坏范围 主要集中在上位煤层区段煤柱附近，煤柱承载上覆岩层的支承压力形成应力集中 区，并通过煤柱与底板的接触面传递至层间岩层，层间岩层在压应力的作用下发 生应变直至破坏，形成承压破坏带，其结构特征及应力分布规律决定了下位煤层 巷道的合理布置方式。在近距离煤层开采条件下，必须对同采采场引起的项板岩 层运动规律做清晰的了解，继而采用科学、合理的同采技术，减少上下煤层阃相 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 互采动的影响。 本文以山西朔州山阴县南阳坡煤矿为研究背景，对其近