深井综放开采危险分析与安全生产技术研究.pdf

论文题目 深井综放开采危险分析与安全生产 技术研究 作者姓名鏖亡超入学时间2 Q 曼量生窆目 专业名称塞全堇盔区王程 研究方向 塞蛊亟泗生随渔 指导教师苴麽蚩 职称教授 论文提交E l 期 论文答辩日期 授予学位日期 万方数据 砒S KA N A L y S I SA N DS 姗T YP R o D U C T I O N T E C H N O L O G YO FF U L L ．M 匮C H 舢衄DC 删G | | l l l ll l J l l ] ll lJ l l ll l Ml l l l l l ll l l l JJllJ Y 2 6 7 6 9 2 9 AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di nf u l f d 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 S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y K a n gG u a n g c h a o S u p e r v i s o r P r o f e s s o rC a oQ i n g g n i C o H e g eo fM i n i n g a n dS a f e t yE n g i n e e r i n g M a y2 0 1 4 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 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。 硕士生签名摩厂握 日期 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 f l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ea w a r do f M a s t e ro fP h i l o s o p h yi 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 dT e c h n o l o g y , i sw h o H ym yo w n w 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 ed 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 n a ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e ． S i g n a t u r e D a t e 震厂坦 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 随着我国深井煤矿的数量不断增加，深井综放开采技术也越来越普遍，但是深井开 采仍然存在着一系列没有解决的基本技术难题。为了提高深井煤矿综放开采的安全性， 减少事故的发生，应该客观的对深井煤矿进行分析研究。 本论文通过理论分析、现场观测等手段，研究了深井综放开采的危险性，通过主次 图分析方法、预先危险性分析等方法，对深井综放开采中顶板冒落、瓦斯爆炸等事故进 行了系统的分析。对深井综放开采中的顶板运动规律及矿压显现规律进行了详细的论 述，并总结出综放工作面矿压显现的一般特点和综放工作面冲击地压的防治办法，同时 通过对现有矿井降温技术的分析，提出了深井高温热害的防治技术。 最后，本论文针对阳城煤矿具体的地质条件和安全生产现状，提出了冲击地压防治 技术措施与制冷降温技术措施，可供为相同条件下深井冲击地压防治与降温技术作参 考，也为深井综放安全开采提供了理论与实践参考依据。 关键词深井；综放开采；顶板运动；冲击地压；降温；防治 万方数据 A B S T R A C T A st h en u m b e ro fC h i n a ’S d e e p w e l lo fc o a lm i n ei n c r e a s e s ，f u l l m e c h a n i z e dc a v i n g m 蛐gi nd e e p ．w e l li sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r ．B u tt h ed e e pm i n i n gs t i l le x i s t sa s e r i e so fb a s i ct e c h n i c a lp r o b l e m st os o l v e ．I no r d e rt oi m p r o v et h es a f e t yo ff u l l m e c h a n i z e d c a v i n gm i n i n gi nd e e p ．w e l lo fc o a lm i n ea n dr e d u c et h eo c c u r r e n c eo fa c c i d e n t s ，d e e p - w e l l s h o u l db es t u d i e da n da n a l y z e do b j e c t i v e l y ． I nt h i sp a p e r , i ts t u d i e st h er i s ko ff u l l m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n gi nd e e p - w e l l ，w h i c hi s s t u d i e dm a i n l yb yt h em e t h o d so fp r i m a r ya n ds e c o n d a r yf i g u r ea n a l y s i sa n dp r e l i m i n a r y h a z a r da n a l y s i st oa n a l y z et h ea c c i d e n t s ，s u c ha sr o o fc a v i n ga n dg a se x p l o s i o n ，b yt h e t h e o r e t i c a la n a l y s i s ，f i e l do b s e r v a t i o nm e t h o da n do t h e r s ．I ta l s os t u d i e st h er o o fm o v e m e n t l a wa n dm i n i n g p r e s s u r eb e h a v i o rl a wt os u m m a r i z et h eg e n e r a lc h a r a c t e r i s t i c so fm i n i n g p r e s s u r eb e h a v i o ra n dm e t h o d so fp r e v e n t i o na n dt r e a t m e n to f r o c kb u r s t sa tf u l l m e c h a n i z e d c a v i n gm i n i n gf a c e ．A tt h es a m et i m e ，t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ee x i s t i n gm i n ec o o l i n g t e c h n o l o g y , i tp u t sf o r w a r dt h ep r e v e n t i o nt e c h n o l o g yo fh e a td a m a g e ． A tl a s t ，b a s e do nt h es p e c i f i cg e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h ep r o b l e m so fc o a lf a c ei n d e e p w e l lo fY a n gC h e n gC o a lM i n e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i o n a n dc o n t r o lt e c h n o l o g yo fr o c kb u r s ta n dc o o l i n gm e a s u r e s ．I tw i l ln o to n l yp r o v i d ee f f e c t i v e s u g g e s t i o n su n d e r t h es i m i l a rc o n d i t i o n s ，b u ta l s op r o v i d et h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a l b a s i sf o rf u l l m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n gm e t h o di nd e e p w e l l ． K e y w o r d s D e e p - w e l l ；F u l l m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n g ；M o v e m e n to fr o o f ；R o c kb u r s t ； C o o l i n g ；P r e v e n t i o na n dt r e a t m e n t 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 ．1 深井开采及其存在问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．3 研究内容与技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 深并综放开采危险性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 深井开采事故统计分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2 综放开采事故统计分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．3 深井综放开采危险性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 3 综放工作面顶板运动及矿压显现规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．1 综放工作面顶板运动规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．2 综放工作面矿压显现规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 4 综放工作面冲击地压防治⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．1 工作面监测区域确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 4 ．2 冲击地压监测方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．3 解危方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 4 ．4 冲击地压防护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 7 5 高温热害防治⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．1 阳城煤矿概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．23 3 0 1 工作面热环境分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 5 ．3 现有矿井降温技术分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 5 ．43 3 0 1 工作面降温技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 4 5 ．5 制冷降温技术确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 6 5 ．6 制冷降温技术实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 6 深井综放开采安全生产技术实践⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 6 ．13 3 0 1 工作面存在的主要问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯．⋯⋯一4 0 ． j 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 6 ．2 冲击地压防治技术实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 6 ．3 安全注意事项及避灾路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 6 ．4 安全生产效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 3 7 结。论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 7 ．1 主要结论及创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 7 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目录 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1D e e pM i n i n ga n dE x i s t i n gP r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2R e s e a r c hS t a t u sa tH o m ea n dA b r o a d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．3R e s e a r c hC o m e n t Sa n dT e c h n i c a lR o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2R i s kA n a l y s i so fF u l l - m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gi nD e e p - w e l l 2 ．IA n a l y s i so f D e e pM i n i n g A c c i d e n tS t a t i s i c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2R i s k A n a l y s i so f F u l l m e t h a n i z e dC a b i n gM i n i n gM e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．3R i s kA n a l y s i so f F u l l - m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gi nD e e p - w e l l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 3R o o f m o v e m e n tl a wa n dm i n i n gp r e s s u r eb e h a v i o rl a wa tf u l l - m e c h a n i z e dc a v i n gm i n i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯⋯1 7 ；．1R o o f M o v e m e n tL a wa tF u l l - m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 3 ．2P r e s s u r eB e h a v i o rL a wa tF u l l m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯2 1 4P r e v e n t i o na n dT r e a t m e n to f R o c kB u r s t sa tF u l l - m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 4 ．1D e t e r m i n a t i o no f M o n i t o r i n gA r e ao f W o r k i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。．2 3 4 ．2R o c kB u r s tM o n i t o r i n gM e t h o d ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．．⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．2 3 4 ．3C o n t r o l l i n gM e t h o d ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．⋯．2 4 4 ．4R o c kB u r s tP r o t e c t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ’7 5P r e v e n t i o nT e c h n o l o g yo fH e a tD a m a g e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯． 2 9 5 。1S u r v e yo f Y a n gC h e n gC o a lM i n e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．2A n a l y s i so f t h e r m a le n v i r o n m e n to f 3 3 0 1w o r k i n gf a c e 。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．31 5 ．3C o o l i n gT e c h n i c a lA n a l y s i so f t h eE x i s t i n gM i n e ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯。．3 3 5 ．4C o o l i n gT e c h n o l o g yo f 3 3 0 1W o r k i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 5 ．5D e t e r m i n a t i o no f C o o l i n gT e c h n i q u e s ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯3 6 5 ．6A p p l i c a t i o no f C o o l i n gT e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯3 8 6T h ep r a c t i c eo fs a f ep r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fF u l l - m e c h a n i z e dC a v i n gM i n i n gi nD e e p - w e l l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 6 ．1M a i nP r o b l e mo f 3 3 0 1W o r k i n gF a c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 6 ．2 I m p l e m e n t a t i o no f B u r s tC o n t r o lT e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯4 0 6 ．3S a f e t yP r e c a u t i o n sa n dE s c a p eR o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 6 ．4A n a l y s i so f t h eS a f e t yP r o d u c t i o nE f f e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 3 7C o n c l u s i o n s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 j i i 万方数据 山东科技大学硕士学位论文目录 7 ．1M a i nC o n c l u s i o n sa n dI n n o v a t i o nP o i n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。5 4 7 ．2P r o s p e c t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 R e f f f e n c e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 l V 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 ．1 深井开采及其存在问题 1 绪论 煤炭是我国重要的能源和工业原料，长期以来，煤炭在我国的能源生产与消费结构 中占2 ／3 以上。“十五”期间，我国城市化和工业化进程加快，国民经济加速发展，能 源消费需求大幅度增加，由2 0 0 1 年的1 3 亿t 增加到2 0 0 5 年的2 2 亿t ，2 0 0 7 年，我国 煤炭产量高达2 5 ．2 3 亿t 。随着需求量的大幅增加，我国煤矿开采深度也不断增加。根 据目前资源开采状况，我国煤炭开采深度以8 1 2 m ／a 的速度增加，矿井正以每1 0 年 1 0 0 - 2 5 0 m 的速度发展。随着开采深度的增加，开采条件越来越复杂，一些原来少见的 冲击地压、火灾等问题频频发生，成为为煤炭企业急需解决的重要问题。 冲击地压是煤矿开采中典型的动力灾害之一，通常是在煤、岩力学系统达到极限强 度时，以突然、急剧、猛烈的形式释放弹性能，导致煤岩层瞬时破坏并伴随有煤粉和岩 石的冲击，造成井巷的破坏以及人身伤亡事故。由于冲击地压的影响因素比较复杂，且 灾害发生比较具有随机性和突发性、破坏性的特点，所以难以预测冲击地压成为岩石力 学研究中的一个重大问题【1 1 。 伴随着采煤技术水平的提高和开采向深部的转移的变化，加上多数煤矿的煤岩层具 有强烈或明显的冲击倾向性，所以冲击灾害问题已经普遍成为制约我国煤矿安全生产的 重大事故之一【2 1 。 阳城煤矿3 3 0 1 综放工作面煤层倾角2 4 4 2 。，平均3 6 。，随着其开采深度的不断 增加，出现地压冲击和热害等问题，直接影响着煤炭资源的回采率和本企业的安全生产， 因此，对深井大倾角超长综放工作面进行开采技术研究，具有重要的现实指导意义。 1 ．2 国内外研究现状 1 。2 ．1 国内大倾角深井煤层开采技术研究现状 我国是一个煤炭大国，我国国民经济水平的增长与煤炭工业密不可分，煤炭作为主 要能源，能够占据一次性能源消耗构成的7 0 ％左右。煤炭一直以来都是我们所依赖能源 的重要支撑，我国煤矿开采比较早，产量比较丰富，深度开采的时期延续较长，目前进 行深部开采的矿井数目较多。根据统计，到1 9 9 5 年我国开采深度超过8 0 0 m 的国有重 点煤矿已有2 5 个。依照我国目前煤矿的发展速度来说，矿井的开采深度平均每年增加 1 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 约9 m ，换句话说，进行深度开采的矿井总体数量都在逐年增加。但是我国关于深井巷 道矿压控制的理论研究和实践方面的作为，与前苏联和德国等国家相比，差距明显，不 容小觑。目前，国内对于深井巷道矿压控制领域方面，已经有些成果，但大多采用的是 中、浅部的开采经验，这种方法会给现实的开采工作带来很大的盲目性。只得一提的是， 虽然对于深井巷道矿压控制的研究，我国煤矿企业起步较晚，但该问题己经引起了众多 学者和煤矿人员的高度重视，越来越多人的开始纷纷投入这项研究当中去【3 】。 随着对煤炭科学技术的深入研究，于2 0 世纪5 0 年代前中期，综合机械化采煤技术 得以问世，该技术是一种对于煤炭开采工艺的变革化的新技术、新装备。随着1 9 5 4 年 英国出现第一个综采工作面开始，在世界的煤矿领域内，开始广为传承使用，并且煤矿 综采技术就随着时间的流逝不断完善和不断发展，从此开始为煤炭行业的技术发展指明 了方向。到1 9 7 0 年为止，英国煤矿企业已装备7 0 0 个综采工作面，德国煤矿企业己装 备4 0 0 个综采工作面，其综采程度均达到自己国家煤矿的9 0 ％以上。伴随综采技术在波 兰、日本、法国、前苏联等产煤国家范围内进一步的推广应用，虽然当时美国和澳大利 也分别以房柱式连续采煤机开采为主，但也使用该方法在国家煤矿内进行使用。近几年， 对于煤矿生产的技术和工艺水平要求更加严格，国家纷纷加大对煤矿技术的研究，在国 家的重视之下，高产高效综采工作面不断涌现，综采工作面在日均产t 以上的层出不穷， 向着一矿一面快速发展。1 9 8 8 年，“2 1 世纪高产采煤系统国际研讨会” 澳大利亚瓦隆 岗召开 指出9 0 年代至本世纪末将出现日产3 4 万t 的高产综采工作面，单产工作面 矿井是今后煤矿技术研究的主要方向。 在5 0 年代后，曾大部分以非机械化炮采为主的国内大倾角煤层，也开始研制关于 煤矿开采的大倾角煤层综采设备，并在众多煤矿去得了实验性的成功，例如开滦唐山煤 矿、沈阳红菱煤矿、新疆艾维尔沟煤矿等一些重要的煤矿企业，但是该研究并未正式投 入生产。在此之前，将一大批大倾角综采机组从波兰、西班牙、德国等国引入我国，并 在攀枝花、北京、四川煤矿局试用，然而效果一般。于是后来由绿水洞煤矿进行研究， 并开始采用国产大倾角综采机组，成功克服了关于中厚度煤层开采的问题，并且该方法 适用于煤层倾角5 0 度以上的煤层，正式在我国进行推广使用，且我国众多煤矿至今都 在使用该方法1 4 J 。 我国煤矿的研究毕竟还不深入，研究多集中于缓倾斜煤层的，然而大倾角的煤层我 国还没有系统性的认识，特别是走向长壁工作面，对矿压的理解还比较局限，进入2 0 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪堡 世纪5 0 年代以后，煤矿技术不断提高，针对大倾角煤层的开采方法和支护方式不断深 入，众多学者也纷纷加入到研究当中，通过结合现场所测得大倾角工作面的矿压显现的 规律∥总结方法，对矿压规律继续分析研究，大体可以分为三部分，一是进行现场的实 际测量研究，二是进行矿压数值计算，三是根据理论进行分析研究。 1 9 6 8 年，南桐矿对其的4 号煤层工作面进行了矿压观测数据测量，得到结果如下 观测到了在老顶来压之前会出现反弹，并在此基础上预测了老顶的来压大小，观测了工 序对工作面下沉速度的影响，并建立了斜梁模型。芙蓉矿务局和煤炭科学研究总院等都 曾在巡场煤矿进行矿压实地观测，研究了大倾角俯伪斜分段走向采煤法和伪斜掩护密集 支柱采煤法回采工作面的矿压显现规律，并采用二维和三维有限元研究了工作面前方超 前支撑压力分布，两巷位移及支架载荷特征、上部层采动对下部层的影响，通过众多研 究得到如下结论虽然大倾角煤层工作面仍然具有老顶来压状况，但是该来压轻度明显 较缓倾斜煤层的小的多；并且随着倾斜方向矿压的显现根据具体情况而定，具有明显的 不均匀性；随着工作面顶板岩下沉的同时还能使煤壁倾向下移，并伴随底板鼓底；其中 大倾角的煤层更应该注意底板滑移，上端区域尤其特别严重。 西安科技大学的学者，通过立体和平面的模拟方法，研究大倾角工作面顶面倾斜方 向的结构，理清顶板断裂的空间特征，总而言之，为研究大倾角煤层顶板破断规律和底 板破断机理做出了突出贡献。中国矿业大学通过研究采场上覆岩层的移动规律，寻求工 作面两侧的支撑压力的分布范围和影响效果，建立了基于大倾角的倾斜平面模型。 石平五教授采用有限元分析方法，分析得出底板位移梯度场，并构建了薄般模型， 得到了顶板绕曲函数【5 】。蒋金泉教授采用正交梁近似计算方法，计算了各种支承条件下 老项的初次垮落步距，并分析了倾角、边界条件及采空区形状对来压步距的影响。闰少 宏通过实际分析，研究大倾角煤层工作面关于软岩底板破坏滑移的机理，对底板产生破 坏的临界力进行了计算，为防治打下坚实的基础。 辽宁沈阳矿务局红菱矿与煤炭科学研究总院北京开采所共同承担了国家“七五”重 点科技攻关计划项目“大倾角煤层开采成套设备的研制“ ，研制了z Y S 9 6 型大倾角组合 式液压支架和大倾角液压支架，配合M G Z X 一Q W 型大倾角采煤机，S G B Q - 7 6 4 1 1 6 0 w 大倾角工作面输送机，在倾角3 5 - 5 5 0 的煤层中进行了工业性试验，填补国内空白。黑 龙江鹤岗矿务局竣德矿在3 5 度左右的大倾角煤层，使用H Y 3 0 1 ／2 2 8 型双柱掩护支架， 较成功地开采了数个工作面。煤炭科学研究总院、西安矿业学院、北京开采所等单位在 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 理论和技术的基础之上，研制和试验成功了关于大倾角煤层综采的成套设备。该设备成 功地开采了倾角3 5 0 - 4 3 0 。的煤层，该技术水平居国际先进行列。通过上述分析，发现 我国大倾角的研究水平已经在逐步刚上发达国家，但是还有待于完善，适用性需要进一 步不加强，不断提高综合机械水平，加强技术和理论革新并进的新局面。 1 ．2 ．2 国外深井大倾角煤层开采技术研究现状 对于国外大倾角煤层综采技术的研究主要是在波兰、法国、俄罗斯、美国等国家较 多，这些技术都取得了较好的经济效果，并且提高了煤矿的生产效率和利润，矿井产量 明显提高删。 最早研究是由前苏联开始的，前苏联在大倾角煤层开采和矿压研究方面具有突出地 位，该研究包括大倾角煤层矿压显现规律的研究，对于岩层数据的原始资料和实测资 料，以及对采煤工艺程序的改善，能根据不同类型的煤层和开采条件以及矿压显现规律 进行总结口3 结合现场采用数据计算等方法，研究顶板岩层的运动特征和影响聃3 ；分析 层面的稳定性强弱，矿压显现的压力变化情况、来压周期、均匀压力作用，岩石各想异 性等详细特点嘲。除此，还有国外大倾角煤层采用综合机械化开采在二十世纪九十年代 就在煤矿生产上取得了较好的经济技术效果，例如上述提到的俄罗斯、乌克兰、波兰、 德国、法国及美国在大倾角煤层矿压显现和采煤工艺方面做了一些具体的研究工作。 对于煤矿深部开采并不是每个国家都较早的开始研究，前苏联、原西德、英国、波 兰、日本、比利时等国都较早地开始进行深部开采，对巷道矿压的控制做了大量的研究 工作，并取得了较大的突破，例如英国在采区使用制冷机，苏联对深部开采地压的研究， 针对不同矿区采取煤层注水、预抽放瓦斯超前孔、放震动炮等措施，如前西德苏联在 8 0 年代，对于矿井空调装置已经全部开始使用，达到1 0 0 ％的覆盖面积，并制定了有关 防止煤和瓦斯突出的规程。这两个国家在深部开采岩层压力研究方面都居于领先优势， 前苏联重要是侧重关于深井的巷道矿压的技术研究，而后者主要是理论的研究通过召开 各种会议交流经验和思想。总体说来，国外对于深部开采的研究已经应用了岩石力学与 矿山压力成果，在此基础上，结合了各国煤矿深度开采的特殊情况，基于本国国情进行 专门研究，通过实地观测、模拟实验、计算机模拟数据和理论分析理解等多种手法，对 巷道的矿压控制进行研发，这种综合化的方法值得我们学习和借鉴n 0 | 。 1 ．2 ．3 冲击地压理论研究现状 长期以来，冲击地压一直是岩石力学的重大难题之一，各国学者根据对冲击地压现 万方数据 山东科技大学硕士学位论文绪论 场调查以及实验研究的基础相继从不同角度提出了一系列的重要理论，如刚度理论、强 度理论、冲击倾向性理论、能量理论、失稳理论和三准则理论等。 潘岳、尹光志、谭云亮、潘一山等众多学者在林天键的岩体力学的新突破上，构建 了基于岩体结构失稳的突变模型，该模型能够根据耗散能量进行定性分析，揭示冲击地 压的作用机理。但是根据目前发展来看，多采用尖角突变模型的使用较为常见，该模型 能够建立关于岩体的势函数，进行突变判断。但是解决实际问题方面还较为薄弱m 1 。 王来贵等用岩体的震动与断层间的刚体错动的叠加，来解释不连续面冲击地压发生 的动力失稳过程。 随后由谢和平院士通过将分形几何放到关于冲击地压的研究当中，发现了冲击地压 分形的特征、机理等相关理论。强调半径的关系和分形的数目是观察微震事件分布的重 要依据，还能得出具有集聚分形结构的微震时间。该理论更多的是对现象角度的一种定 性分析和描述。 李玉生在前者研究的基础上，提出了冲击地压机理的可用强度准则、冲击倾向性准 则、能量准则，这些准则分别是根据强度理论、煤的冲击倾向性指标、能量理论研究得 来的，并指出前者是是煤体破坏准则，后两者是突然破坏准则，当三者共同存在的时候， 才具备冲击地压的形成的条件n 2 1 。 齐庆新等继续研究冲击地压的发生和煤岩体摩擦滑动破坏的关系，从导致冲击地压 发生的岩体内在因素、结构因素、力源因素三者入手进行分析，也就是所谓的“三因素’’ 理论，该理论将岩体破坏归类为滑动破坏，该滑动分为两种，一是稳定性滑动，二是粘 性滑动n 3 l 。 裴广文、纪洪广两位学者提了“开采扰动势”观点，该思想是根据深部开采过程中 构造型冲击地压的发生规律定性的分析开采深度、能量特征与开采量、开采位置之间的 相互关系n 4 1 。 1 ．3 研究内容与技术路线 在进行现场调研并参阅大量文献资料的基础上，结合阳城煤矿现场的工程地质条件 与生产技术条件，课题主要研究内容如下 1 综放工作面顶板运动及矿压显现规律研究； 2 工作面冲击地压防治 3 高温热害防治 气 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 绪论 本课题采用理论分析、数值模拟及现场测试相结合的研究方法，课题研究的技术路 线如图1 ．1 所示。 图1 ．1 技术路线图 F i g1 ．1T e c h n i c a lr o u t eo f t h et h e s i s 6 万方数据 山东科技大学硕士学位论文深井综放开采危险性分析 2 深井综放开采危险性分析 2 ．1 深井开采事故统计分析 煤矿是我国的主要能源，煤炭的稳定生产和供应是国民经济稳定增长的基础，煤矿 事故的频发，直接影响人民的生命安全和财产安全，破坏正常的生产秩序，其2 0 0 7 2 0 1 2 年全国煤矿死亡人数见表2 ．1 。对于煤矿事故的致因主要包括瓦斯、顶板、水灾、火灾、 放炮、运输、机电类型，其危害程度大小，以主次图分析表示，见图2 ．1 。 表2 ．12 0 0 7 年一2 0 1 2 年全国煤矿事故死亡人数及百万吨死亡率 T a b l e 2 ．12 0 0 7 - 2 0 1 2n l en u m b e ro f d e a Ⅱl sn a t i o n w i d er a t ep e rm i l l i o nt o n so f