岱庄煤矿4325轨顺陷落柱发育特征及防治技术研究.pdf

分类号分类号TD822TD822密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 岱庄煤矿岱庄煤矿岱庄煤矿 岱庄煤矿 432543254325 4325 轨顺陷落柱发育特征轨顺陷落柱发育特征轨顺陷落柱发育特征 轨顺陷落柱发育特征 及防治技术研究及防治技术研究及防治技术研究 及防治技术研究 杨志豪杨志豪 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山环境工程矿山环境工程 指导教师姓名指导教师姓名温兴林温兴林职职称称副副 教教 授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一一年六月二零一一年六月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 岱庄煤矿岱庄煤矿岱庄煤矿 岱庄煤矿 432543254325 4325 轨顺陷落柱发育特征轨顺陷落柱发育特征轨顺陷落柱发育特征 轨顺陷落柱发育特征 及防治技术研究及防治技术研究及防治技术研究 及防治技术研究 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 杨杨 志志 豪豪入学时间入学时间入学时间 入学时间 200820082008 2008 年年 9 9 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 矿山环境工程矿山环境工程研究方向研究方向研究方向 研究方向 矿山灾害防治矿山灾害防治 指导教师指导教师指导教师 指导教师 温温 兴兴 林林职职职 职 称称称 称 副副 教教 授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 2 2 2 2 0 0 0 0 111111 11 年年 6 6 6 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 2 2 2 2 0 0 0 0 111111 11 年年 6 6 6 6 月月 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 STUDYSTUDYSTUDY STUDY OFOFOF OF JOINTJOINTJOINT JOINT SUPPORTSUPPORTSUPPORT SUPPORT ANDANDAND AND CONSTRUCTIONCONSTRUCTIONCONSTRUCTION CONSTRUCTION OFOFOF OF LARGELARGELARGE LARGE FRACTUREFRACTUREFRACTURE FRACTURE ROOMROOMROOM ROOM INININ IN HSHSHS HS SOFTSOFTSOFT SOFT ROCKROCKROCK ROCK A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF PHILOSOPHYPHILOSOPHYPHILOSOPHY PHILOSOPHY fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology bybyby by YangYangYang Yang ZhihaoZhihaoZhihao Zhihao SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor AssociateAssociateAssociate Associate ProfessorProfessorProfessor Professor WenWenWen Wen XinglinXinglinXinglin Xinglin CollegeCollegeCollege College ofofof of NaturalNaturalNatural Natural ResourcesResourcesResources Resources andandand and EnvironmentalEnvironmentalEnvironmental Environmental EngineeringEngineeringEngineering Engineering JuneJuneJune June 202020 20 111111 11 声声明明 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。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertationdissertationdissertation dissertation ，， tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology ，，is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 岩溶陷落柱，是指埋藏在煤系地层下部的可溶性岩体，在地下水的作用下，碳酸岩 被溶蚀形成大量的岩溶洞，失去承受上部岩体压力的能力。岩溶陷落柱作为一种特殊的 隐伏地质构造，与岩溶水常有天然的联系。因此，导水陷落柱给矿井安全生产带来较大 的水害威胁， 且陷落柱引发的突水往往具有隐蔽性和突发性，对煤矿安全生产危害极大。 本论文结合岱庄煤矿 4325 工作面实例， 在分析陷落柱形成机理及活化导水机理的基 础上，运用理论分析、数值模拟为研究方法，研究了工作面在回采过程中，因煤层采动 产生的应力场对煤层底板、陷落柱及围岩的影响程度如何，并提出了工作面过陷落柱防 治措施，为确保工作面安全生产具有重要意义，同时对类似开采条件下的其它矿井提供 有益的参考价值。 本论文主要进行了以下方面的工作 一是，在查阅文献资料的基础上，从理论上对陷落柱形成原因、发育机理和活化导 水机理进行分析； 二是，运用地面电磁勘探、井下工作面坑透探测及井下钻探工程等探测手段，对工 作面所遇陷落柱从形态结构、发育特征、含（导）水性及与主要含水层水力联系情况进 行分析，为工作面安全过陷落柱提供了工程依据； 三是，采用数值计算模拟，理论上分析工作面回采过程中，在地下水压力和矿山压 力产生的应力场作用下煤层底板、陷落柱及围岩的影响程度和破坏范围，分析煤层顶底 板、陷落柱及其周边围岩的应力分布和塑性区的变化情况，为工作面安全过陷落柱方案 的提出提供理论上依据。 关键词关键词岩溶陷落柱；形成机理；导水机理；数值模拟；应力分布 山东科技大学硕士学位论文摘要 ABSTRACTABSTRACTABSTRACT ABSTRACT The mean of karst collapse column is that soluble rock is buried in the lower coal measure strata, so is affected by groundwater , and carbonate is dissolution intolarge caverns, solost the ability to withstand pressure of the upper rock. The karst collapse column is closely linked with karst water as the special concealed geological structures. So, permeable subsided column greatly threat mine production, and water inrush of permeable subsided column has hidden and unexpected, so harm coal mine production safety. This article combines 4325 face of Daizhuang coal, on the basis of analysis ofthe ation mechanism of collapse column and water conduction mechanism, and uses theoretical analysis and similar simulation asresearch s, and researchimpact of seam floor, column and wall rock collapse by stress generated by coal mining on process of mining, and proposed control measures offace collapse column into ensure safety, and provide a useful reference for mine of similar mining conditions. This article has done the work as follow The first, this article analyzes the causes of collapse columns, growth mechanism and the mechanism of water conductionin theory on the basis of search literature; The second, this article analyzes the situations of face of collapse columns from the morphology, growth characteristics, including director with the main aquifer water and hydraulic connections by detection means of ground electromagnetic survey,face pit of mine detection and mine-site through the drilling works, and provides a basis forface security collapsed column; The third, this article has numerical simulation using similar materials, and analysis mines in the ground water pressure and the pressure under the action of stress field generated by coal floor, column and wall rock collapse and destruction of the degree of influence range of roof and floor, sink hole and the surrounding rock stress and changes in plastic zone intheory on process of working, provides a basis forface security collapsed column. KeywordsKeywordsKeywords Keywords Karst collapse column;ationmechanism;MechanismofWater; Simulation;Stress distribution 山东科技大学硕士学位论文目 录 1 目目 录录 1 1 1 1 绪绪绪 绪 论论论 论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1 1.1 课题的提出及研究意义.......................................... 1 1.2 陷落柱有关研究现状............................................ 2 1.3 主要内容及技术路线............................................ 8 2 2 2 2 陷落柱成因及活化导水机理分析陷落柱成因及活化导水机理分析陷落柱成因及活化导水机理分析 陷落柱成因及活化导水机理分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101010 10 2.1 陷落柱成因机理分析........................................... 10 2.2 陷落柱活化导水影响因素....................................... 14 2.3 本章小结..................................................... 19 3 3 3 3 工作面陷落柱发育特征研究工作面陷落柱发育特征研究工作面陷落柱发育特征研究 工作面陷落柱发育特征研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202020 20 3.1 矿井基本地质情况............................................. 20 3.2 现场探测陷落柱成果及分析..................................... 23 3.3 陷落柱形态及水力情况确定..................................... 31 3.4 本章小结..................................................... 34 4 4 4 4 陷落柱受采动影响数值模拟陷落柱受采动影响数值模拟陷落柱受采动影响数值模拟 陷落柱受采动影响数值模拟 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353535 35 4.1 数值计算模型的建立........................................... 35 4.2 数值模拟结果及结论........................................... 42 4.3 本章小结..................................................... 49 5 5 5 5 陷落柱防治技术研究陷落柱防治技术研究陷落柱防治技术研究 陷落柱防治技术研究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505050 50 5.1 工程概况..................................................... 50 5.2 工作面过陷落柱安全性评价..................................... 56 5.3 本章小结..................................................... 57 6 6 6 6 主要结论及展望主要结论及展望主要结论及展望 主要结论及展望 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 585858 58 6.1 主要结论..................................................... 58 6.2 展望......................................................... 59 致致致 致 谢谢谢 谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606060 60 攻读硕士期间的主要成果攻读硕士期间的主要成果攻读硕士期间的主要成果 攻读硕士期间的主要成果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616161 61 参考文献参考文献参考文献 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626262 62 山东科技大学硕士学位论文目 录 1 ContentsContentsContents Contents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroduction Introduction ..1..1..1 ..1 1.1 Raising of Project and Studying Goal Significance......1 1.2 Present Situation of Collapse Column...3 1.3 The Main Content and Technology Route.9 2 2 2 2 CauseCauseCause Cause ofofof of CollapseCollapseCollapse Collapse ColumnColumnColumn Column andandand and AnalysisAnalysisAnalysis Analysis ofofof of WaterWaterWater Water ConductionConductionConduction Conduction MechanismMechanismMechanism Mechanism .11.11.11 .11 2.1 Analysis of Mechanism On Causeof Collapse Column..11 2.2 Analysis of WaterConduction Mechanism On Collapse Column...15 2.3 Conclusion...22 3 3 3 3 AnalysisAnalysisAnalysis Analysis ofofof of MechanismMe