大角度旋采面临断层巷道顶板事故控制研究.pdf

论文题目 大角度旋采面临断层巷道顶板事故 控制研究 作者姓名 直挂篷入学时间2 Q 曼Q 生2 且 专业名称’窒全堇苤区王程研究方向塞宣亟型皇堕迨 指导教师 湿送盐 职称 ．副熬援 论文提交日期2 Q 曼兰生旦 论文答辩日期 2 Q 里圣生鱼旦 授予学位日期 S T U D Y O NR o o FA C C I D E N T SC O N T R O L O FR o A D Ⅵ，A YN E A RF A U l 月I NW O R ⅪN GF A C Eo F L A R G ER o T A T I O NA N G L E AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E Ro FE N G I N E E R I N G f r o m S h a n d o n gU 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 b y G a oL i n h a i S u p e r v i s o r A s s o c i a t eP r o f e s s o rW e nX i n g l i n C o l l e g eo fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g M a y 2 0 1 3 声明 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。 日 期沙⋯j 弋 A F F I R M A T I O N Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ea w a r do fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e T h e d o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i c i n s t i t u t e ． s i g n a t u 心加舢 D a t e 如f 易．6 ，Lq 山东科技大学硕二l 学位论文 摘要 摘要 顶板灾害是煤矿五大灾害之一，巷道顶板事故具有多发性和高死亡率的特性，是矿 山安全迫切需要研究的课题。岱庄煤矿2 3 4 4 工作面为旋转开采不规则工作面，因为该 工作面紧邻断层布置，且采用特殊的旋转开采工艺，必将造成该工作面巷道围岩变性破 坏规律的特殊性，尤其是临断层布置的轨道顺槽，在采场动压的影响下，其巷道围岩变 性破坏严重，维护困难，极易发生顶板事故，因此，对大角度旋采工作面临断层巷道顶 板事故控制进行研究，对实现类似情况下的煤矿生产安全有重要意义。 本文在对前人顶板事故理论进行深入分析的前提下，结合经验类比、数值分析和危 险性评价、现场实测等方法，对大角度旋采工作面临断层巷道顶板事故控制技术进行研 究。首先分析临断层布置巷道围岩的受力特征，推导出断层煤柱宽度的塑性区计算公式， 并对工作面旋转情况进行分析，确定虚旋转中心的旋转方式，得出旋转对围岩控制最大 的影响在于旋转段巷道的顶板控制，在此基础上确定了大角度旋转工作面临断层巷道顶 板事故控制的初步方案。其次采用F L A C 数值模拟方法，对旋采面临断层巷道围岩破坏 规律进行数值分析，确定断层保护煤柱留设宽度为5 m ，确定旋转段巷道为顶板事故优 化控制的重点部位，并得出非旋转段超前支护距离最小为3 0 m ，旋转段最小为3 5 m 。然 后用事故树分析的方法，对巷道支护方案进行危险性评价，并结合岱庄煤矿实际情况， 采用模糊综合评价法，从整体上对巷道顶板事故进行危险性评价，进而结合危险性评价 结果和数值模拟结论，分析巷道顶板事故初步控制方案的不足，采取巷道顶板补强支护、 巷道表面加强控制、旋转段巷道围岩优化控制的方法，得出大角度旋转工作面临断层巷 道顶板事故控制的优化方案。最后在岱庄煤矿2 3 4 4 工作面进行工程实践，矿压观测结 果表明顶板事故控制优化方案整体效果良好，能够确保巷道在采动影响下的项板安全， 有效防止大角度旋采面临断层巷道顶板事故的发生。 关键词顶板事故；旋转工作面；l 临断层；数值模拟；危险性分析 山东科技人学硕二I j 学位论文 摘要 A b s t r a c t R o o fd i s a s t e ri so n eo ft h ef i v ec o a lm i n ed i s a s t e r s ，t h er o a d w a ys u r r o u n d i n ga c c i d e n t w i t hc h a r a c t e r i s t i co fc r i n o s i t ya n dh i g hm o r t a l i t yr a t ew i l lb e c o m et h eu r g e n ti s s u ei nm i n e s a f e t yr e s e a r c h ．T h e2 3 4 4w o r k i n gf a c eo fD a i z h u a n gM i n eh a st h ec h a r a c t e r i s t i co fi r r e g u l a r r o t a t i n gm i n i n g ．A si tl a y s f a u l t a g ep r o x i m a t e l ya n da d o p t st h es p e c i a lr o t a t i n gm i n i n g t e c h n o l o g y , i tw i l lf o r mt h ep a r t i c u l a r i t yo fr e g u l a r i t yi nr o a d w a yd e f o r m a t i o na n df a i l u r e ， e s p e c i a l l yt h em i a n t e n a n c eo fc r o s s h e a d i n gr o a d w a yd e f o r m a t i o nu n d e rt h ee f f e c to fm i n i n g d y n a m i cp r e s s u r e ．I ns h o r t ，t h ec o n t r o lr e s e a r c h e so fw i d e - a n g l er o t a t i n gm i n i n ga p p r o a c h i n g f a u l t a g ew i l lh a v eg r e a ts i g n i f i c a n c ei ns i m i l a rs i t u a t i o n so fr o a d w a ys a f e t yu n d e rt h e c o m p l i c a t e dc o n d i t i o n ． O nt h ep r e m i s eo fi n d e p t ha n a l y s i so ni n c h o a t et h e o r y , t h i sa r t i c l en o to n l ya d o p t st h e a n a l o g i e so fe x p e r i e n c e ，n u m e r i c a la n a l y s i sa n df i e l dm e s u r e m e n t ，b u ta s l or e s e a r c h e so n s t r e s sd i s t r i b u t i o n ，d e f o r m a t i o nl a wa n dc o n t r o lt e c h n i q u eo fw i d e a n g l er o t a t i n g m i n i n g a p p r o a c h i n gf a u l t a g e ．T ob e g i nw i t h ，a n a l y z i n gt h eb e a r i n gf o r c ec h a r a c t e r i s t i co ft h e r o a d w a ya p p r o a c h i n gf a u l t a g et oe l i c i tt h ep l a s t i c - z o n ec o m p u t i n gf o r m u l ac o n s i d e r i n gc o a l s e a mp i t c ha n dc o a lp i l l a rw i d t h ，s i m u l t a n e o u s l ya n a l y z i n gc o a lf a c er o t a t i n gs i t u a t i o nt o d e t e r m i n et h er o t a t i n g s t y l ea n dt h eu t m o s te f f e c to nr o o fc o n t r o l ，S Oa st of o r mt h e p r e l i m i n a r yr o a d w a ys c h e m eo fw i d e - a n g l er o t a t i n gm i n i n ga p p r o a c h i n gf a u l t a g e ．I na d d i t i o n ， u s i n gt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no fF L A Ct oa n a l y s i sS p i nm i n i n gf a c er o a d w a ys u r r o u n d i n g r o c kf a u l td a m a g er u l ea n dt oe s t a b l i s ht h ew i d t ho ff a u l t a g ep r o t e c t e dp i l l a ri sf i v em e t e r s ， R o t a t i n gs e c t i o no ft h er o a d w a y si st h eo p t i m i z a t i o nc o n t r o lo fk e yp a r t sf o rt h er o o fa c c i d e n t i m u l t a n e o u s l yt od e t e r m i n et h en o n - w h i r lm i n i m i z ef o r e p o l i n gd i s t a n c ei s3 0m e t e r sa n dt h e m i n i m i z ef o r e p o l i n gd i s t a n c eo fw h i r li st h i r t y - f i v em e t e r s ．T h e nu s et h em e t h o do fa c c i d e n t t r e ea n a l y s i sa n dc a r r yo u to nt h es u p p o r ts c h e m eo fr o a d w a yf o rt h er i s ka s s e s s m e n t ，A n di n c o m b i n a t i o nw i t ht h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no fD a i z h u a n gM i n e ，U s i n gf u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o nm e t h o da n dc a r r yo u to nt h ew h o l er i s ka s s e s s m e n to ft h eR o a d w a yr o o fa c c i d e n t s a n dt h e nc o m b i n e dw i t ht h er i s ka s s e s s m e n ta n dt h en u m e r i c a ls i m u l m i o n r e s u l t s ，T a k i n gr o o f o fr o a d w a yr e i n f o r c i n gs u p p o r t i n g ，s 仃e n g t h e nt h ec o n t r o lo ft h eR o a d w a ys u r f a c e ，R o t a t i o n p e r i o do fo p t i m i z a t i o nc o n t r o lm e t h o do fr o a d w a ys u r r o u n d i n gr o c k ，r e a c hac o n c l u s i o nt h a t 山东科技人学硕二I 学位论文 摘要 t h eo p t i m i z e dp l a nf o rt h el a r g eA n g l er o t a t i o nw o r k i n gf a c eo fr o a d w a yr o o fa c c i d e n t sf a u l t c o n t r 0 1 ．A tl a s t ，a c c o r d i n gt om i n ep r e s s u r eo b s e r v e dr e s u l to ft h e2 3 4 4w o r k i n gf a c et e s t ， M i n ep r e s s u r eo b s e r v a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er o o fa c c i d e n tc o n t r o lo p t i m i z a t i o ns c h e m e t h eo v e r a l le f f e c ti sg o o d ，T oe n s u r et h er o o fs a f e t yo ft h er o a d w a yd u r i n gt h em i n i n gf a c e t i m ea n dt oe f f e c t i v e l yp r e v e n tr o o fa c c i d e n t s ． K e y w o r d s R o o fa c c i d e n t ，R o t a t i n gw o r k i n gf a c e ，N e a rf a u l t ，N u m e r i c a ls i m u l a t i o n ， H a z a r dA n a l y s i s 山东科技大学硕士学位论文目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题的提出及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 课题研究的主要内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 2 动压影响下巷道顶板事故机理研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l o 2 ．1 动压巷道围岩应力分布规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 动压巷道围岩变形破坏机理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．3 巷道顶板事故影响因素及基本形式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 大角度旋采面临断层巷道围岩稳定影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1 工作面基本情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．2 断层对巷道顶板事故围岩稳定性影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．3 工作面旋转对巷道顶板事故围岩稳定性影响因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．4 巷道顶板事故控制的初步支护方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 大角度旋采面临断层巷道围岩稳定可靠性模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．1 模拟软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．2 不同煤柱下临断层巷道围岩稳定模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．3 旋转面临断层巷道受采动影响围岩稳定模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 3 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5 大角度旋采面临断层巷道顶板事故危险性评价及控制技术优化⋯⋯⋯5 0 5 ．1 巷道顶板锚杆支护危险性评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．2 巷道顶板事故危险性模糊综合评价⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．3 大角度旋采面临断层巷道顶板事故控制技术的优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．- ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 坐查型垫奎兰堡主堂堡笙苎目录 一一 6 大角度旋采面临断层巷道顶板事故控制工程实践与现场观测⋯⋯⋯⋯。6 8 6 ．1 支架荷载监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯_ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 6 ．2 巷道变形观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 6 ．3 顶板离层观测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 7 主要结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 7 ．1 主要结论及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 7 ．2 论文中的不足及研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 8 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。7 9 攻读硕士期间的主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 3 C o n t e n t s I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 1 ．I R a i s i n go f p r o j e c ta n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘1 1 ．2C u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o no f d o m e s t i ca n do v e r s e a ⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- 3 1 ．3M a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘8 2R e s e a r c ho nm e c h a n i s mo fr o a d w a yr o o fa c c i d e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯10 2 ．1S t r e s sd i s t r i b u t i o nr u l eo f r o a d w a y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2D e f o r m a t i o nd e s t r o ym e c h a n i s m o f r o a d w a y ‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯- 11 2 ．3 A f f e c t i n gf a c t o r sa n db a s i cf o r m so f r o o f a c c i d e n t 。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 C h a p t e rc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ’17 3 A n a l y s i so na f f e c t i n gf a c t o r st os u r r o u n d i n gr o c ks t a b i l i t yo fr o a d w a y n e a rf a u l ti n w o r k i n gf a c eo fl a r g er o t a t i o na n g l e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．1B a s i cs i t u a t i o no f w o r k i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯。j ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 3 ．2 A n a l y s i so na f f e c t i n gf a c t o r sf r o mf a u l t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ’⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯2 0 3 ．3 A n a l y s i so na f f e c t i n gf a c t o r sf r o mr e v o l v i n gm i n i n g ⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯⋯⋯⋯⋯ 2 8 3 ．4 P r e l i m i n a r yd e s i g no ns u r r o u n d i n gr o c ks u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ⋯3 0 3 ．5 C h a p t e rc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4N u m e r i c a la n a l y s i so ns t a b i l i t yo fs u r r o u n d i n gr o c kd e f o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．1I n t r o d u c eo ni m u l a t i o ns o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 4 ．2N u m e r i c a la n a l y s i so ns t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c k w i t hd i f f e r e n tc o a lp i l l a r ‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘3 4 4 ．3N u m e r i c a la n a l y s i so ns t a b i l i t yo f s u r r o u n d i n gr o c kw h e nm i n i n g ⋯⋯_ ⋯⋯- ⋯⋯⋯4 3 4 ．4 C h a p t e rc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 5R i s ka n a l y s i sa n do p t i m a lc o n t r o lo fr o a d w a yr o o fa c c i d e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．1A c c i d e n tt r e ea n a l y s i so nr i s ko f r o o f b o l t i n gs u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 5 ．2 F u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no nr i s ko f r o a d w a yr o o f a c c i d e n t s ‘_ 5 4 5 ．3 O p t i m a lc o n t r o lo f r o a d w a yr o o f a c c i d e n t ⋯⋯⋯⋯⋯一二⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．4 C h a p t e rc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 山东科技火学硕士学位论文 旦墨 6 E n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n d f i e l do b s e r v a t i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 6 ．1O b s e r v a t i o n so fl o a do nh y d r a u l i cs u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯- ‘6 8 6 ．2O b s e r v a t i o n so f r o a d w a yd e f o r m a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯’7 1 6 ．3O b s e r v a t i o n so fr o o f s e p a r a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘7 2 6 ．4 C h a p t e rc o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 5 7C o n c l u s i o n Sa n dv i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 7 ．1M a i nc o n c l u s i o n sa n di n n o v m i o np o i n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 6 7 ．2 S h o r t a g e so f t h ed i s s e r t a t i o na n dv i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯‘7 7 T h a n k s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 R e f e r e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 M a i nW o r kA c h i e v e m e n to ft h eA u t h o rd u r i n gS t u d y i n go nM a s t e rP a p e r ⋯⋯⋯上二⋯⋯8 3 山东科技大学硕J 学位论文 绪论 1 绪论 1 ．1 课题的提出及研究意义 近年来，随着能源结构的变化，石油在一定程度上取代了煤炭在能源结构中的比重， 但由于世界石油资源储量的限制，难以支持人类长期使用；而煤炭因为其自身巨大的保 有量，在科学飞速发展带来的煤汽化等新技术的基础上，必将得到更加广泛的应用，因 此，煤炭在今后相当长的一段时间内仍然是人类工业生产和日常生活中无法替代的能源 之一，煤炭工业也将长期而稳固的占据我国国民经济中的重要地位I I 巧J 。由于煤炭工业 工作环境的独特性、艰苦性和复杂性，一旦发生事故，很容易导致重大的财产损失和人 员伤亡，因此，煤矿的安全生产工作一直是煤矿企业的重点工作之一，是安全技术及工 程学科研究的主要内容。 因为顶板灾害对矿井的危害极其严重，被列为煤炭开采的五大灾害之一。据2 0 1 2 年山东省煤矿安全监察局统计，省内煤炭矿井总共发生死亡事故1 5 起，导致3 0 人死亡， 造成O ．2 0 的百万吨死亡率 见图1 ．1 。事故数量虽然增加了2 起，但是相比去年同期 状况，人员死亡数却减少1 6 人，人员死亡数和百万吨死亡率都有较大减少，下降数分 别为3 5 ％和3 3 ％。在这1 5 起事故中，仅仅顶板事故就占了9 起，造成2 0 人的人员死 亡，占总死亡人数的6 6 ．7 ％。因此，就山东省内煤矿安全生产情况来看，安全形势依然 不容乐观，特别是井下发生的顶板事故，以其事故的频发性和危害的严重性，对安全技 术及工程学科提出了特殊的要求。 在煤矿顶板事故的控制技术中，随着煤矿井下常规支护设备及方法的不断更新换 代，在采煤工作面发生的项板事故发生逐渐减少的趋势，而在巷道中发生的顶板冒落事 故却在逐渐增加。为此，深入研究煤矿井下巷道在煤矿生产过程中顶板事故产生的机理， 对巷道采取积极有效的针对性顶板事故控制措施是必要和迫切的。在对顶板事故控制的 过程中，控制效果的好坏很大程度上取决于巷道支护的效果。随着煤矿采煤技术的不断 改进，矿井机械化水平也在不断提高，同时煤炭开采深度和回采巷道断面不断加大，这 样一来加剧了矿井深部的复杂之地条件对煤矿开采带来的安全隐患，在采场动压的影响 下，围岩变形和破坏程度更加剧烈，巷道顶板稳定性的维持难度不断上升。因此，深入 研究复杂地质条件下巷道顶板事故控制技术，对促进煤矿的安全生产意义重大。 1 山东科技大学硕L 学位论文绪论图1 ．12 0 1 2 年山东省煤矿事故类型与死亡人数统计图F i g ．1 ．1P a t t e r na n db o d yc o u n to fc o a lm i n i n ga c c i d e n ti nS h a n d o n gP r o v i n c e不规则工作面回采中的安全问题，一直是矿山安全工程领域迫切需要解决的重要问题之一，因为其地质条件的复杂多变性，往往成为煤矿企业安全工作的难点。淄矿集团岱庄煤矿自建井投产以来，经过长期的开采，其井下浅部资源日益减少，且剩余资源多处于复杂地质条件下，不利于资源的安全回采，因此，对这一部分难开采资源进行最大限度的开采回收，增加矿井的可采储量，延长矿井的服务年限成为岱庄煤矿必须要解决的问题。2 3 4 4 工作面在综采工作面临断层平行布置，工作面回采需进行大角度旋转调斜【6 ‘8 】，若采用普通工程类比的方法选取巷道支护参数来支护巷道，容易导致巷道围岩与支护结构的不匹配而引起巷道围岩变形较大，造成巷道顶板的大幅度下沉，甚至发生老顶断裂，使顶板难以控制，最终导致巷道顶板事故的发生，影响矿井生产安全。因此通过研究临断层巷道附近应力的异常分布规律、工作面旋转调斜开采的矿压显现规律、巷道支护体系及巷道顶板事故危险性评价等，得出合理的巷道顶板事故控制技术，是不规则工作面的安全、高效生产的重要前提。本论文针对岱庄煤矿2 3 4 4 极不规则综放工作面轨顺临断层，工作面回采需旋转调斜等主要问题，在对断层和工作面旋转影响进行理论研究的基础上，通过力学推导、数值模拟、危险性分析和工程实践，对在工作面采动条件影响下的大角度旋采工作面临断层巷道顶板事故发生的机理进行系统的分析，从而进行大角度旋采工作面临断层巷道顶板事故的控制研究，建立了巷道顶板事故控制体系，并对其进行了危险性评价，对确保矿井安全生产具有重要的现实意义及工程应用价值。论文在岱庄煤矿2 3 4 4 综采工作面进行了成功的现场应用和实践。本文的研究不但可以解决岱庄煤矿2 3 4 4 不规则综采工作面临断层巷道顶板事故控制问题，确保2 3 4 4 旋转工作面的生产安全，而且为我国类似条件下不规则复杂地质条件的工作面巷道顶板安2 山东科技大学硕士学位论文 绪论 全控制提供了可供参考的技术途径，其科学与工程研究意义十分重六。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 围岩变形破坏机理的研究 1 ．2 ．1 ．1 巷道围岩理论的研究 钱鸣高、陆士良【9 。1 0 1 等人纷纷发表一些列著作，对围岩控制的基本概念和控制技术 的发展历史等进行阐述和说明，在分析不同地质条件下矿井开挖造成应力再分布和硐室 围岩破坏规律的基础上，结合对井下支护手段的研究和应用，对巷道围岩破坏变形机理 以及稳定性控制技术进行研究。 董方庭‘1 1 J 2 墩授在理论分析基础上更进一步，结合了大量的矿井现场资料分析，提 出了围岩松动圈理论；付国彬u 3 J 等人继续对巷道围岩松动圈理论进行研究，获得了围岩 松动圈在没有采场动压影响时与巷道布置深度的关系。蒋金泉教授【1 4 】搜集大量的现场实 测资料，结合矿山压力的相关理论，对围岩控制的理论和方法进行了研究。 1 ．2 ．1 ．2 围岩变形影响因素的研究 由于矿井开采转向深部，围岩受上覆岩层自身重力作用逐渐增加，导致巷道开挖后 围岩变形幅度上升，在工作面开采时，巷道围岩破坏程度加剧，围岩控制难度相应增加， 因此，深部巷道受到自然地质