岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究.pdf

硕士学位论文 岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究 Mining Research on Paste Filling above Confined Aquifer in Daizhuang Colliery 作 者蒋昊良 导 师周华强 教授 中国矿业大学 二○一五年五月 万方数据 万方数据 中图分类号 TD823 学校代码 10290 UDC 622 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 岱庄煤矿承压水上膏体充填开采技术研究 Minging Research on Paste Filling above Confined Aquifer in Daizhuang Colliery 作 者 蒋昊良 导 师 周华强 教授 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 绿色采矿 答辩委员会主席 评 阅 人 二○一五年五月 万方数据 学位学位论文使用授权论文使用授权声明声明 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 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 蒋昊良 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要 求， 完成了研究生课程的学习， 成绩合格； 在我的指导下完成本学位论文， 经审阅，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 合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。 导师签字 年 月 日 万方数据 万方数据 致谢致谢 本论文是在周华强教授的悉心指导和亲切关怀下完成的。硕士三年中，周老师在 学习、生活上给予学生无微不至的关怀。导师高尚的思想道德、渊博的学识、严谨的 治学态度和宽广的胸襟深深的影响和教育着学生，学生必将受益终身。在此，谨向恩 师和师母冯老师表示衷心的感谢和深深的敬意。 在论文的撰写过程中，常庆粮老师给予了多方面的帮助和指导，使之得以顺利完 成。在选题过程中得到了刘长安、宋光远、甘建东等师兄的大力支持，在论文写作和 校对过程中得到了申亚楠、高少辉、王宁、仲米原、刘伟涛等师弟的热情帮助，在此 表示诚挚谢意。 在现场调研及资料搜集过程中，得到了淄博矿业集团岱庄煤矿各位领导和工作人 员的大力协助，以及中矿大贝克福尔科技股份有限公司各位领导和同事的热情帮助， 他们务实认真的作风让人印象深刻，值得学习。在此谢谢他们对本人的照顾，及对本 文所做出的贡献。 感谢三年来家人及朋友对本人学业、生活上的支持和照顾，尤其感谢父母一直以 来默默为之付出，在此表示深深的谢意。 感谢在百忙之中抽出时间对本论文进行评审和答辩的各位专家敬请给予指导和 启迪。 感谢论文中所引用文献的作者。 万方数据 万方数据 I 摘摘 要要 我国煤炭行业中的群死群伤特大事故主要由瓦斯突出和突水灾害造成， 由矿井突水 事故造成的直接经济损失一直排在各类煤矿灾害事故之首， 各类突水事故给煤炭企业带 来的人员伤亡和经济损失极为惨重。 承压水上开采一直是我国煤炭开采的重点也是难点， 在承压水上开采和研究方面，已经提出多种开采方法，如带压开采，条带开采，底板隔 水层注浆等，这些方法都需要留设大量的保护煤柱来降低矿山压力造成的危害，不能满 足高采出率和延长矿井服务年限的要求。 本文针对岱庄煤矿 16 煤层下有两层含水层且含水层水压较高的特点，提出承压水 上膏体充填开采的技术方案，旨在利用膏体充填开采对围岩扰动较小、矿压显现较弱的 特点，通过理论分析、数值模拟等方法准确计算膏体充填充填体早、后期强度要求和充 填步距、对采煤区段不同状态进行不同处理、研制膏体充填系统关键设备等综合手段安 全合理地开采承压水上煤层。主要研究成果如下 （1）根据膏体充填过程中工作面后方采空区不断充填的特点，将膏体充填工作面 简化成等效巷道，建立了膏体充填工作面底板破坏力学模型，得出底板安全性评价的安 全系数 k，并依据底板安全性评价公式得出安全系数 k 与充填步距、充填体早、后期强 度等膏体充填参数的关系。 （2） 利用 FLAC3d数值模拟软件计算承压水上膏体充填时不同充填步距和不同充填 体强度对底板破坏的不同影响，为合理确定膏体充填参数提供有力依据。 （3）根据底板导水通道的类型和工作面实际地质情况，将工作面分为 3 类区域 构造发育区、底板正常区和底板薄弱区。对不同区域采取不同的处理方法。 （4）对膏体充填系统管道规格进行选择，校核了原有充填系统充填能力，并对配 比搅拌精确控制技术、堵管事故预防及快速判断技术、堵管事故快速处理及恢复技术进 行了研究，成功开发了管路压力检测系统、管路流量调节装置、管路系统切换装置、料 浆自卸装置和管路伸缩装置。 该论文有图 29 幅，表 11 个，参考文献 56 篇。 关键词关键词承压水；膏体充填；等效巷道；底板破坏；安全性评价 万方数据 II AbstractAbstract The serious accidents were mainly caused by gas outburst and water inrush in our country’s coal industry, Direct economic losses caused by water inrush has been always ranked in the first, coal mining above confined water has been the focus and the difficulty and put forward various mining s, such as mining with pressure, strip mining, floor aquifer grouting that can reduce the harm caused by rock pressure with setting safe coal pillar but can’t meet the requirements of high recovery ratio and prolonging the service life. The paper put on the paste filling mining technology scheme above acquire water based on two high pressure layer aquifer, accurately calculate fillingbody’s early and late strength requirements and filling step through theoretical analysis, numerical simulation. The mining section with different states is differently treated, In addition, we have developed successfully key equipment in paste filling system. The main research results are as follows 1 Based on the characteristics of paste filling surface in the process of the rear gob filling time and the working face is simplified as equivalent roadway, we establish floor damage mechanics model, obtain safety coefficient k and the relationship between k and filling step and fillingbody’s strength. 2 Different influence of floor damage by different filling step and fillingbody’s strength is calculated by numerical simulation software FLAC3d, that provide a strong basis for rational determination of paste filling parameters. 3 According to the actual type and bottom water channels of the geological conditions, the working surface is divided into three types Developed area, normal floor area and weak floor area, taken a different approach in different regions. 4 The paste filling system pip specifications is selected, the original filling system capacity is checked and the precise mixing control technology, plugging accident prevention and quickly judgment technology, plugging accident treatment and rapid recovery technology is researched. The pipeline flow adjusting device, pipeline pressure detection system, , pipeline system switching device, the slurry dumping device and pipeline expansion device is successful developed. This paper has 29 figures,11 tables,56 references. Keywords acquier water; paste filling; equivalent roadway; floor damage; Safety uation 万方数据 III 目目 录录 摘摘 要要 .................................................................................................................................... I I 目目 录录 ................................................................................................................................ IIIIII 图清单图清单 ................................................................................................................................ VIIVII 表清单表清单 ................................................................................................................................. . IXIX 变量注释表变量注释表 ............................................................................................................................ X X 1 1 绪论绪论 .................................................................................................................................... 1 1 1.1 选题背景和研究意义 .................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ........................................................ 2 1.3 研究内容和研究方法 .................................................... 7 2 2 试验采区概况试验采区概况 .................................................................................................................... 8 8 2.1 承压水上膏体充填开采试验区地质和开采条件 .............................. 8 2.2 本章小结 ............................................................. 17 3 3 基于梁式模型的膏体充填工作面底板安全性评价基于梁式模型的膏体充填工作面底板安全性评价 ........................................................ 1818 3.1 等效巷道宽度的分析模型 ............................................... 18 3.2 膏体充填开采工作面底板破坏模型 ....................................... 20 3.3 膏体充填开采工艺参数确定 ............................................. 26 3.4 本章小结 ............................................................. 36 4 4 承压水上膏体充填开采底板破坏数值模拟分析承压水上膏体充填开采底板破坏数值模拟分析 ............................................................ 3737 4.1 数值模拟计算模型 ..................................................... 37 4.2 数值模拟计算方案 ..................................................... 40 4.3 数值模拟计算结果分析 ................................................. 41 4.4 本章小结 ............................................................. 45 5 5 岱庄煤矿承压水上膏体充填开采方案岱庄煤矿承压水上膏体充填开采方案 .......................................................................... 4646 5.1 底板异常区域开采方案 ................................................. 46 5.2 底板正常区域开采方案 ................................................. 47 5.3 本章小结 ............................................................. 55 万方数据 IV 6 6 主要结论与建议主要结论与建议 .............................................................................................................. 5656 6.1 主要结论 ............................................................. 56 6.2 主要建议 ............................................................. 57 参考文献参考文献 .............................................................................................................................. 5858 作者简历作者简历 .............................................................................................................................. 6161 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 .......................................................................................................... 6262 学位论文数据集学位论文数据集 .................................................................................................................. 6363 万方数据 V Contents Abstract .................................................................................................................................... II Contents .................................................................................................................................... V List of Figures ...................................................................................................................... IVII List of Tables ........................................................................................................................... IX List of Variables ⅦⅦ 1 Introduction ........................................................................................................... 1 1.1 Purpose 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* * 63 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