大柳塔矿极近距离煤层多次采动煤柱下巷道变形规律研究.pdf

硕士学位论文 大柳塔矿极近距离煤层多次采动煤柱下巷 道变形规律研究 Research on Roadway Deation Affected by Multiple Mining under Coal Pillar for Ultra-Close Multi-Seam in Da Liuta 作 者杨伟名 导 师朱卫兵 副教授 中国矿业大学 二○一八年五月 国家重点研发计划资助项目2016YFC0501109 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、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 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即①学校档案馆和图书馆有权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；②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 馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 中图分类号 TD325 学校代码 10290 UDC 622 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 大柳塔矿极近距离煤层多次采动煤柱下巷道变形 规律研究 Research on Roadway Deation Affected by Multiple Mining under Coal Pillar for Ultra-Close Multi-Seam in Da Liuta 作 者 杨伟名 导 师 朱卫兵 申请学位 工学硕士 培养单位 矿业工程学院 学科专业 采矿工程 研究方向 岩体力学与岩层控制 答辩委员会主席 马立强 评 阅 人 盲审 二○一八年五月 万方数据 致谢致谢 时光飞逝，不知不觉已经在中国矿业大学度过了三个春秋，仿佛入学还在昨 日。三年的生活非常充实，今年毕业也就意味着校园生活即将结束，回首三年， 收获更多的是快乐。我结交了许多有着共同理想朋友，学到了在专业领域内领先 的知识，收获了许多采矿工程的实践经验。在这里，我要向在我学习生活的各个 阶段教导我、帮助我、照顾我的家人、导师、朋友表达我最诚挚的敬意与祝福。 在研究生阶段，首先最要感谢的就是我的导师朱卫兵副教授。在学习上，他 时刻教导我学习新知识，巩固旧知识，他不仅是我的专业导师，也是我的人生导 师。 他在教导我学习基础知识的同时也教会了我很多做人的道理。在论文撰写的 过程中，他一步步的引导，督促，论文的选题、模拟、实测都离不开导师的辛苦 教诲。朱老师在项目上认真负责，并且不断创新，一直是我学习的目标，也是我 努力的方向。在生活上，他也会无私的解决我遇到的困难，让我感受到温暖。 同样要感谢的是许家林教授的谆谆教诲， 许老师在学术上的思想以及自己人 格魅力让我受益匪浅。感谢课题组的鞠金峰老师、王晓振老师、谢建林老师、陈 大勇老师、胡国忠老师、轩大洋老师、秦伟老师对我的论文提出意见与建议，让 我有明确的修改方向。 感谢博士研究生李竹、何长春、王秉龙师兄以及已经毕业的滕浩、汪峰、徐 敬民、刘传振、温嘉辉、邱平师兄；感谢沙猛猛、刘刚领、张文波等同级硕士研 究生；感谢齐祥瑞、史泽凯、郭宇隆、李枝、刘文兵等师弟在共处的日子里对我 的关心和照顾以及在论文中的帮助与指导。 更要感谢我的母亲杨永侠，是她给了我一个安稳的生活环境，让我没有后顾 之忧的进一步学习，感谢她的支持和陪伴。 感谢女朋友徐天琪在我学习期间对我的鼓励。 感谢本文中引用文献的各位专家学者，他们的研究推动了采矿领域的发展。 衷心地感谢各位专家、教授在百忙之中评审本文，由于作者水平有限，文中 定有许多疏漏和不足之处，热切希望得到批评、指正 杨伟名 二○一八年五月 万方数据 I 摘摘 要要 大柳塔矿部分盘区因采掘接替紧张， 在开采极近距离煤层时必须考虑采用上 下煤层同采的开采方式，有时上下煤层群工作面层间距最小仅为 0.8m，如何在 满足大柳塔矿高产高效生产的前提下， 开展极近距离煤层工作面的安全回采是亟 待解决的工程技术难题。 考虑到在上覆煤柱下预掘下煤层回采巷道，不仅受到集 中支承应力的影响，而且由于层间距极近，可能导致该下煤层巷道受到 4 次采动 影响产生大变形，加大矿井安全开采的风险。因此，为了解决特大型矿井浅埋深 极近距离上下煤层同采工作面安全高效开采的难题， 有必要研究大柳塔煤矿宽煤 柱下巷道受多次采动影响后的变形规律， 找出受多次采动影响后下煤层巷道最合 理的布置方案。基于此，本论文通过现场实测、理论分析、数值模拟等手段开展 了大柳塔煤矿极近距离煤层多次采动煤柱下巷道变形规律研究， 对矿井安全生产 提供指导。 通过对大柳塔矿活鸡兔井 12315 工作面运输巷道顶底板、 两帮移近量的现场 实测，分析得出 100m 埋深极近距离煤层工作面的采动对巷道的影响范围约为 80m，巷道围岩变形增加量为 2032mm，在经历多次采动影响后巷道围岩整体 变形不大，保障了极近距离下煤层工作面的安全高效开采，摒弃了以往 0.8m 层 间距条件下采用架棚支护的传统支护方式， 开发适应神东矿区高产高效开采模式 的生产工艺。 通过建立受采动影响煤柱下巷道围岩应力模型进行的理论计算， 得到在上煤 层采动影响下不同布置方式的预掘巷道围岩受到垂直应力、 水平应力的变化规律， 并利用 FLAC3D 数值模拟软件对理论计算结果进行检验，认为该理论计算可以 对下煤层巷道布置方式的方案选择进行初步判断。 基于大柳塔矿极近距离煤层开采条件及巷道变形实测结果进行数值模拟， 结 果表明在 100m 埋深条件下，煤柱下巷道围岩变形量随外错距的增大而增大； 在层间距为 26m 范围内，随着层间距的增大，煤柱下巷道围岩变形量也增大； 矿井原有的支护方式及巷道布置形式仅适用于 100m 埋深条件，埋深超过 200m 时巷道破坏严重，因此对巷道支护参数进行优化，通过改变顶板锚杆、锚索的间 排距以及调整上煤层区段煤柱宽度，可解决受多次采动影响巷道在埋深超过 200m 时难以维护的工程技术难题； 对大柳塔煤矿上煤层煤柱宽度进行优化设计， 认为当煤层埋深为 100m 时，上煤层区段煤柱宽度可留设为 20m，在受多次采动 影响后巷道顶底板、两帮最终变形量为 357.45mm、305.42mm。 该论文有图 49 幅，表 14 个，参考文献 72 篇。 关键词关键词极近距离煤层；布置方式；巷道变形；多次采动；上下煤层同采 万方数据 II AbstractAbstract Due to the tension between mining and mining, some coal mines in the Da Liuta mine must consider the mining of the upper and lower coal seam when the mining is very close. Sometimes the minimum distance between the upper and lower coal seams is only 0.8m, how to meet the premise of high yield and high efficiency production of the Da Liuta mine is very urgent for us to carry out the safe mining of the very close coal face.Considering that the lower seam roadway under the coal pillar is not only affected by the stress concentration, but also because the interval between the layers is very close, it may cause the roadway to be affected by 4 times of mining, and increase the risk of mine safety. Therefore, in order to solve the problem of safe and efficient mining of the same mining face in the shallow buried deep and near seam in the super large mine, it is necessary to study the deation law of the roadway under the impact of multiple mining under the wide coal pillar in the Da Liuta coal mine, and find out the most reasonable arrangement scheme for the roadway under the influence of multiple mining. On the basis of this, the paper carried out the study on the deation law of the roadway under the multiple mining pillar of the very close coal seam in the Da Liuta coal mine by means of field measurement, theoretical analysis and numerical simulation, and provided guidance for the mine safety production. Through the field measurement of the roof and floor of the 12315 working face and two sides of the roadway, the influence range of the mining face to the roadway is about 80m, and the increase of the surrounding rock deation is only 2030mm. Through the theoretical calculation of the stress model of surrounding rock under the affected coal pillar under the influence of coal pillar, the change law of the surrounding rock of the roadway with different layout is obtained by the vertical stress, horizontal stress and shear stress under the influence of the upper coal seam, and the results of the theoretical calculation are verified by the FLAC3D numerical simulation software. Theoretical calculation can preliminarily determine the selection of roadway layout plan for lower coal seam. Based on the geological conditions of the close range coal seam in the Da Liuta mine and the first use of the roadway support , the results show that the deation of the surrounding rock under the coal pillar increases with the increase of the outer fault distance under the buried depth of 100m, and the deation of the 万方数据 III surrounding rock under the coal pillar increases with the interval of the interval of 26m. The original way of supporting and roadway layout is only applicable to the depth of 100m depth. The roadway is damaged seriously when the depth of the buried depth is more than 200m. Therefore, the supporting parameters of the roadway are optimized. By changing the spacing of the roof bolt, the spacing of the anchor cable and the width of the coal pillar of the coal seam section, the roadway under the buried depth can be solved when the depth of the buried depth exceeds 200m. The width of coal pillar in the coal seam of the Da Liuta coal mine is optimized. When the depth of the coal seam is 100m, the width of the coal pillar in the upper seam section can be set to 20m, and the ultimate deation of the top and floor of the roadway and the two gang is 357.45mm and 305.42mm after the influence of multiple mining action. This paper contains 49 figures, 14 tables and 72 references. Keywords ultra-close multi-seam; layout ; roadway deation; multiple mining; seam simultaneous 万方数据 IV 目目 录录 摘摘 要要 ............................................................................................................................. I 目目 录录 .......................................................................................................................... IV 图清单图清单 ..................................................................................................................... VIII 表清单表清单 ........................................................................................................................ XI 变量注释表变量注释表 ............................................................................................................... XII 1 1 绪论绪论 ........................................................................................................................... 1 1.1 问题的提出与研究意义 ........................................................................................ 1 1.2 国内外研究现状.................................................................................................... 2 1.3 主要研究内容与技术路线.................................................................................... 5 2 2 极近距离煤层工作面回采巷道变形实测极近距离煤层工作面回采巷道变形实测 ............................................................... 7 2.1 工程地质条件........................................................................................................ 7 2.2 多次采动影响巷道变形实测................................................................................ 9 2.3 本章小结.............................................................................................................. 11 3 3 受上煤层采动影响巷道围岩应力的理论分析受上煤层采动影响巷道围岩应力的理论分析 ..................................................... 12 3.1 受上煤层采动影响下煤层巷道围岩应力.......................................................... 12 3.2 受一侧采动影响下煤层巷道围岩应力.............................................................. 17 3.3 数值模拟分析...................................................................................................... 20 3.4 本章小结.............................................................................................................. 26 4 4 多次采动影响煤柱下巷道变形多次采动影响煤柱下巷道变形规律规律模拟研究模拟研究 ..................................................... 27 4.1 数值模拟参数确定.............................................................................................. 27 4.2 模拟结果分析 ...................................................................................................... 32 4.3 上煤层煤柱宽度及巷道支护优化 ...................................................................... 44 4.4 本章小结.............................................................................................................. 54 5 5 主要结论与展望主要结论与展望 ...................................................................................................... 56 5.1 主要结论.............................................................................................................. 56 5.2 论文展望 .............................................................................................................. 57 参考文献参考文献 ..................................................................................................................... 58 作者简历作者简历 ..................................................................................................................... 63 万方数据 V 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 ................................................................................................. 64 学位论文数据集学位论文数据集 ......................................................................................................... 65 万方数据 VI Contents Abstract ........................................................................................................................ II Contents ..................................................................................................................... VI List of Figures ......................................................................................................... VIII List of Tables .............................................................................................................. XI List of Variables........................................................................................................ XII 1 Introduction ............................................................................................................... 1 1.1 Problem Introduction and Research Significance ................................................... 1 1.2 Researching Status Home application/pdfapplication/msword; application/pdf 电子版论文出版（发布）者电子版论文出版（发布）者 电子版论文出版（发布）地电子版论文出版（发布）地 权限声明权限声明 论文总页数论文总页数* * 65 注共注共 3333 项，其中带项，其中带* *为必填数据，共为必填数据，共 2222 项。项。 万方数据