岱庄生建煤矿条带开采地表移动规律研究.pdf

山东科技大学工程硕士论文摘要 1 分类号分类号TD32TD32密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 工程硕士学位论文工程硕士学位论文 岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿 条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究 杨杨 维维 祥祥 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业工程矿业工程 指导教师姓名指导教师姓名鹿鹿 广广 利利职职称称副副教教授授 副指导教师姓名副指导教师姓名马马 同同 福福职职称称高级工程师高级工程师 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零零六年十月二零零六年十月 山东科技大学工程硕士论文摘要 1 论文题目 岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿岱庄生建煤矿 条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究条带开采地表移动规律研究 作者姓名作者姓名作者姓名作者姓名杨维祥杨维祥入学时间入学时间入学时间入学时间 20042004 年年 4 4 月月 专业名称专业名称专业名称专业名称矿业工程矿业工程研究方向研究方向研究方向研究方向矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制 指导教师指导教师指导教师指导教师鹿广利鹿广利职职职职称称称称 副副教教授授 副指导教师副指导教师副指导教师副指导教师马同福马同福职职职职称称称称高级工程师高级工程师 论文提交日期论文提交日期论文提交日期论文提交日期2006200620062006 年年 10101010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2006200620062006 年年 11111111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 山东科技大学工程硕士论文摘要 1 STUDYSTUDYSTUDYSTUDYOFOFOFOFTHETHETHETHELAWLAWLAWLAWOFOFOFOFSURFACESURFACESURFACESURFACEGROUNDGROUNDGROUNDGROUNDABOVEABOVEABOVEABOVEUNDERGROUNDUNDERGROUNDUNDERGROUNDUNDERGROUND STRIP-MININGSTRIP-MININGSTRIP-MININGSTRIP-MININGDAIZHUANG-SHENGJIANDAIZHUANG-SHENGJIANDAIZHUANG-SHENGJIANDAIZHUANG-SHENGJIANCOALCOALCOALCOALMINMINMINMINE E E E A A A ADissertationDissertationDissertationDissertationtedtedtedtedininininfulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethetherequirementsrequirementsrequirementsrequirementsofofofof thethethethe degreedegreedegreedegreeofofofof MASTERMASTERMASTERMASTERofofofofENGINEERINGENGINEERINGENGINEERINGENGINEERING fromfromfromfrom ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand TechnologyTechnologyTechnologyTechnology bybybyby YangYangYangYangWeixiangWeixiangWeixiangWeixiang TutorTutorTutorTutor AssociateAssociateAssociateAssociate ProfessorProfessorProfessorProfessorLuLuLuLu GuangliGuangliGuangliGuangli AssociateAssociateAssociateAssociateTutoTutoTutoTutor r r r SeniorSeniorSeniorSenior EngineerEngineerEngineerEngineerMaMaMaMa TongfuTongfuTongfuTongfu CollegeCollegeCollegeCollegeofofofof NaturalNaturalNaturalNatural ResourcesResourcesResourcesResourcesandandandand EnvironmentalEnvironmentalEnvironmentalEnvironmental EngineeringEngineeringEngineeringEngineering October2006 山东科技大学工程硕士论文摘要 1 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，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。 工程硕士生签名工程硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclaredeclare thatthatthatthat thisthisthisthis dissertation,dissertation,dissertation,dissertation, tedtedtedted inin in in fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements forforforfor thethethethe awardawardawardaward ofofofof MasterMasterMasterMaster ofofofof PhilosophyPhilosophyPhilosophyPhilosophy inin in in ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand Technology,Technology,Technology,Technology, is is is is whollywhollywhollywholly mymymymyownownownownworkworkworkwork unlessunlessunlessunless referencedreferencedreferencedreferenced ofofofof acknowledge.acknowledge.acknowledge.acknowledge. TheTheTheThe documentdocumentdocumentdocument hashashashas notnotnotnot beenbeenbeenbeen tedtedtedtedforforforfor qualificationqualificationqualificationqualification atatatatanyanyanyany otherotherotherotheracademicacademicacademicacademic institute.institute.institute.institute. SignatureSignatureSignatureSignature DateDateDateDate 山东科技大学工程硕士论文摘要 1 摘要摘要 解决建筑物下压煤开采问题，不论从理论上、技术上，还是社会经济上，对发展煤 炭科技和煤矿生产都具有积极的现实意义。条带开采作为“三下”采煤的主要技术措施之 一,在我国煤矿区被广泛采用。它不但可有效保护地面设施，而且可采出一定数量的煤炭 资源。 山东省岱庄生建煤矿，针对该矿村庄压煤严重的现实情况，为了最大限度的采出建 筑物下压煤，同时又要保障建筑物的安全，决定对建筑物下方的 322 采区进行条带开采 实验。本文在综合分析大量文献的基础上,从条带开采地表移动参数、托板理论、岩层与 地表移动机理、地表移动和变形预计、条带煤柱稳定性、条带开采设计研究等方面进行 了全面而详细的分析，特别是在条带开采地表移动参数分析方面，详细分析了有关影响 条带开采地表移动参数的因素，并在此基础上，结合现场观测站实测数据，确定了适应 岱庄生建煤矿条带开采条件的地表移动预计参数计算公式。并在采区上方建立地表岩移 观测站，进行现场观测，为条带开采岩移规律的分析提供了可靠的原始资料数据。通过 现场应用对比，这些计算公式得出的条带开采地表移动和变形预计参数所预测的地表沉 陷更接近于现场实际，可以作为条带开采地表移动和变形预计参数确定的依据。 通过对岱庄生建煤矿的实证研究，初步掌握了该矿地质条件下地表受地下开采影响 所产生的移动变形规律，并获得了可靠的岩移参数，确定了本矿地质条件下条带开采的 合理采宽与留宽。该论文的研究，对于解决该矿其它村庄下压煤开采和其它类似条件下 的采煤工作具有积极的指导作用。 关键词关键词条带开采地表移动预计参数托板 山东科技大学工程硕士论文目录 2 ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Ithaspositive practical significance to exploit the coal under buildings, notonlyin the abstract，technically，but also in the society economy for the coal science and technology and coal mine production. Pillar miningiswidely used in our country as the main technical measuresof“three“ unders mining.Itcan effectively protect the ground establishment, moreover can exploit a certain quantity the coal resources. The coal mine of Shandong Province Daizhuang shenjian mine at the realistic serious situation of coal mining under the villages, put forwardstripmining to explore the coal 322 mining area under the village, in order to explore maximum coal under the building, at the same time ensure the security of buildings. Author gives a detailed analysis of strip mining the surfaceshiftparameters, the plate theory, the strataand the surface shift mechanism, the surface shift and the distortion estimate, the strip coal column stability, design of strip mining and so on, based on massive literature analysis. The strip mining surface shift parameteristhe crucial parameter to carryonestimating the surface shift and distortion, which accuracy affects directly the estimate result. Therefore in this topic study strip mining surface shift parameter emphatically, there introduce new ula to estimate the surfaceshift parameter combining observation and theoretical analysis, which consider factors more comprehensive,theparameteriseasyto determine,thecomputationisconvenient. Establishment of rock move observation station and the data processing. Establish the rock move observation station above the exploration area in order to obtain foundation data of this mining areaisprecondition of the rule analysis. When carrying on the rock shift observation, strictly according to the regulations request to obtain the reliable first material data of shifting rule analysis. Through the application contrast, the strip mining the surface shift and the distortion estimate parameter from these ulas are more approaching reality, thiscanbe the foundation of strip mining the surface shift and distortion estimate parameter. Through this research work, obtained the surface subsidence and distortion value and the distortion ruleofthe surface whichisinfluenced by mining underground under this geology condition, and obtains the reliable parameters of rock shift.Itisclear about the relationof 山东科技大学工程硕士论文目录 3 mining face length and pillar width, which establishes theory basic for strip mining. The results can guide coal miningofDaiZhuang and similar geology condition mines. KeyKeyKeyKey wordswordswordswordsstrip-partial mining, grounddisplacement, calculate parameters, support plate. 山东科技大学工程硕士论文目录 I 目目目目录录录录 1 1 1 1 绪论绪论1 1.1 课题来源1 1.2 本课题的研究现状1 1.3 本课题研究的内容和方法8 1.4 本课题研究的目的和意义9 2 2 2 2 条带开采地表移动参数的研究条带开采地表移动参数的研究10 2.1 概述10 2.2 影响条带开采地表移动参数的因素10 2.3 条带开采各移动变形参数的计算12 3 3 3 3 条带开采地表移动规律分析条带开采地表移动规律分析17 3.1 条带开采的岩层移动和变形的一般特点17 3.2 上覆岩层中存在托板时条带开采地表移动规律17 3.3 条带开采地表最大下沉值的理论计算方法24 4 4 4 4采前地表变形预计采前地表变形预计26 4.1 采前地表变形预计方法26 4.2 采前地表变形预计参数的选取27 4.3 条带开采地表移动变形最大值预计29 5 5 5 5 地表岩移观测站的建立与数据处理地表岩移观测站的建立与数据处理32 5.1 地表岩移观测站的建立32 5.2 观测站的观测39 5.3 观测资料的内业整理44 5.4 地表移动和变形量的计算44 6 6 6 6岩移观测数据分析岩移观测数据分析 48 6.1 概述48 6.2 条带开采后地表实际移动情况 48 6.3 实测结果与预计结果的比较分析 51 7 7 7 7 岱庄生建煤矿条带开采地表移动规律岱庄生建煤矿条带开采地表移动规律52 山东科技大学工程硕士论文目录 II 7.1 地表移动参数的确定52 7.2 煤层上覆岩层中托板的筛选及稳定性分析53 7.3 岱庄生建煤矿条带开采地表移动规律54 7.4 地表最大下沉值的计算55 8 8 8 8 条带开采合理开采参数的确定条带开采合理开采参数的确定 57 8.1 条带开采主要参数分析57 8.2 条带开采留宽的稳定性分析60 8.3 岱庄生建煤矿条带开采合理采宽的确定和留宽的稳定性分析67 9 9 9 9 主要结论主要结论69 致谢致谢 70 参考文献参考文献 71 发表论文发表论文 74 山东科技大学工程硕士论文目录 III ContentsContentsContentsContents 1 1 1 1 IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction 1 1.1 Source of research1 1.2 The present condition1 1.3 content and8 1.4 Research aim and meaning9 2 2 2 2 SurfaceSurfaceSurfaceSurface shiftshiftshiftshift andandandand deationdeationdeationdeation parameterparameterparameterparameter studystudystudystudy10 2.1 Introduction10 2.2The factor of infulusing bar strap mine the earth ’s surfa cemo ve param ete r10 2.3 The count of bar strap mine the earth’s surfacemove parameter 12 3 3 3 3 AnalyseAnalyseAnalyseAnalyse ofofofofthethethethe barbarbarbar strapstrapstrapstrap minemineminemine thethethethe earthearthearthearth’ ’ ’ ’s s s s surfacesurfacesurfacesurfacemovemovemovemove parameterparameterparameterparameter’ ’ ’ ’rulerulerulerule17 3.1 The terrane move of bar strap mine and the point of bar strap distortion17 3.2 The rule of bar strap mine the earth’s surface move parameter when splint exists the cover terrane 17 3.3 The theory count of most go down numerical value of bar strap mine24 4 4 4 4 TheTheTheThe distortiondistortiondistortiondistortion intendingintendingintendingintending ofofofof thethethethe earthearthearthearth surfacesurfacesurfacesurface beforebeforebeforebefore minemineminemine26 4.1 The of the distortion intending of the earth surface before mine26 4.2 The choice of the distortion intending of the earth surfaceparameter before mine27 4.3 The most intendingof the terrane move of bar strap mine29 5 5 5 5 TheTheTheThe setsetsetset upupupup ofofofof thethethethe rockrockrockrock movemovemovemove observionobservionobservionobservion stationstationstationstation andandandand datadatadatadata disposedisposedisposedispose32 5.1 The set up of the rock move observision station32 5.2 The observision of the observision station39 5.3 The inner cleaning up of observision data 44 5.4 The count of the earth move and distortion amount 44 6 6 6 6 TheTheTheThe datadatadatadata analyseanalyseanalyseanalyse ofofofof thethethethe rockrockrockrock movemovemovemove observisionobservisionobservisionobservision48 6.1 The summarize48 6.2 The fact move circs after of bar strap mine 48 山东科技大学工程硕士论文目录 IV 6.3 The compare analyse of fact outcome and intending outcome51 7 7 7 7 TheTheTheThe earthearthearthearth surfacesurfacesurfacesurface movemovemovemove rulerulerulerule ofofofof barbarbarbar strapstrapstrapstrap minemineminemineofofofof DaizhuangDaizhuangDaizhuangDaizhuang coalcoalcoalcoal minemineminemine52 7.1 The ensure of the earth surface move parameter 52 7.2 The choice splint exists the coverterrane and the stability analyse 53 7.3 The move rule of the earth surface bar strap mine of Daizhuang coal mine54 7.4 The conclusion of the most go down numerical value of the earth surface55 8 8 8 8 TheTheTheThe ensureensureensureensure ofofofof inininin reasonreasonreasonreason parameterparameterparameterparameter ofofofof barbarbarbar strapstrapstrapstrap minemineminemine57 8.1 The most parameter analyse of bar strap mine57 8.2 The stability analyse of the width of bar strap mine60 8.3 The ensure of the width of bar strap mine of Daizhuang coal mine67 9 9 9 9 MainMainMainMain researchresearchresearchresearch resul tsresul tsresul tsresul ts 69 ThanksThanksThanksThanks70 ReferenceReferenceReferenceReference71 PublishedPublishedPublishedPublishedpaperspaperspaperspapers74 山东科技大学工程硕士论文1 绪论 1 1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论 1.11.11.11.1 课题来源课题来源课题来源课题来源 我国煤矿“三下”压煤比较普遍，据对国有重点煤矿的统计[1]，我国煤矿“三下” 压煤量约为 137.9 亿吨，其中建筑物下压煤量为 87.6 亿吨，建筑物下压煤又以村庄压煤 量最大，村庄下压煤占建筑物下压煤量的 61。随着社会经济的发展，村镇规模的不断 扩大，建筑物下压煤量有增大的趋势，有的矿区或井田村庄压煤量占到总储量的 70％， 有的新建井田刚一投产就遇到村庄下压煤开采问题，严重制约了矿区的生产和可持续发 展。山东省岱庄生建煤矿地处微山县欢城镇，井田范围内村庄密集，大小村庄共有 8 个， 压煤相当严重。目前该矿剩余可采储量为 4823.1 万吨，其中村庄下压煤 2511.1 万吨， 村 庄压煤占剩余可采储量的 52.1％，仅欢城（朱楼）一个村庄压煤量就达 369.2 万吨，占 剩余可采储量的 7.65％，严重制约着岱庄生建煤矿井下的正常开采和可持续发展,岱庄生 建煤矿村庄下压煤一览表见表 1.1。 1.21.21.21.2 国内外的研究现状国内外的研究现状国内外的研究现状国内外的研究现状 条带开采法首先在波兰、英国、前苏联、美国、南非等国得到了广泛应用，之后澳 大利亚、印度、德国等也相继采用。我国自 1967 年开始应用条带开采法进行建筑物下、 水体下、铁路下压煤开采，目前已在全国 10 多个省、100 多个条带工作面进行了开采[2]。 取得了大量的实际观测资料，在此基础上，对条带开采的地表移动预计方法、条带采宽、 留宽设计方法、多煤层条带开采等进行系统的研究，取得丰硕的成果。目前条带开采已 成为建筑物下采煤的一种十分有效的开采措施。 1.2.11.2.11.2.11.2.1 在岩层与地表移动机理、规律研究方面在岩层与地表移动机理、规律研究方面在岩层与地表移动机理、规律研究方面在岩层与地表移动机理、规律研究方面[3][4][5][6] [3][4][5][6][3][4][5][6][3][4][5][6] 为研究条带开采引起的岩层与地表移动规律，采用现场实测、理论分析等多种方法 对此进行了研究。研究认为条带开采地表移动和变形规律与长壁式全部垮落法相似， 但目前普遍认为条带开采的岩层与地表移动机理截然不同于长壁式全部垮落法开采。在 条带开采地表与岩层移动机理方面提出的假说主要有 山东科技大学工程硕士论文1 绪论 2 表 1.1 村庄下压煤状况一览表 Table1.1 Coal overlay schedule 村庄煤层压煤 总量 （万吨） 压覆永久 煤 柱 量 2s22（万吨） 压覆可采 块 段 量 （2M11） （万吨） 村庄煤层压 煤 总量 （万吨） 压覆永久 煤 柱 量 2s22（万吨） 压 覆 可 采 块 段量 （2M11） （万吨） 界牌 口 3 上47.49.438.0阎村3 上46.510.036.5 3 下62.114.347.83 下47.812.735.1 12 下00012 下31.66.525.1 1621.82.019.816000 合计合计131.3131.3131.3131.325.725.725.725.7105.6105.6105.6105.6合计合计125.9125.9125.9125.929.229.229.229.296.796.796.796.7 邹楼 3 上85.610.575.1桥岗3 上000 3 下84.89.775.13 下127.312.1115.2 12 下00012 下24.41.822.6 1615.03.012.01654.53.551.0 合计合计185.4185.4185.4185.423.223.223.223.2162.2162.2162.2162.2合计合计206.2206.2206.2206.217.417.417.417.4188.8188.8188.8188.8 王楼 3 上160.221.8138.4高 崮 堆 3 上000 3 下150.121.1129.03 下99.430.968.5 12 下30.44.625.812 下000 1619.60.718.91635.59.226.3 合计合计360.3360.3360.3360.348.248.248.248.2312.1312.1312.1312.1合计合计134.9134.9134.9134.940.140.140.140.194.894.894.894.8 欢城 （岱 庄、朱 楼、环 城路） 3 上339.021.2317.8滕 沛 公路 3 上255.024.9230.1 3 下395.925.2370.73 下228.023.8204.2 12 下00012 下49.85.044.8 1692.79.383.416101.86.595.3 合计合计827.6827.6827.6827.655.755.755.755.7771.9771.9771.9771.9合计合计634.6634.6634.6634.660.260.260.260.2574