软岩矿井覆岩运动规律及安全开采技术研究.pdf
分类号分类号X936X936密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 软软岩岩矿矿井井覆覆岩岩运运动动规规律律及及安安全全开开采采技技术术 研研究究 王王越越 申申请请学学位位级级别别工程硕士工程硕士领领域域名名称称安全工程安全工程 指指导导教教师师姓姓名名曹曹 庆庆 贵贵职职称称教教授授 副副指指导导教教师师姓姓名名张张 善善 东东职职称称高高工工 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一八年五月二零一八年五月 万方数据 论文题目论文题目 软岩矿井覆岩运动规律及安全开采技术软岩矿井覆岩运动规律及安全开采技术 研究研究 作者姓名作者姓名 王王越越入学时间入学时间2015 年年 3 月月 领域名称领域名称 安全工程安全工程研究方向研究方向安安全全生生产产技技术术 指导教师指导教师 曹曹 庆庆 贵贵职职称称教教授授 副指导教师副指导教师张张 善善 东东职职称称高高工工 论文提交日期论文提交日期2018 年年 5 月月日日 论文答辩日期论文答辩日期2018 年年 5 月月日日 授予学位日期授予学位日期 万方数据 STUDY OF THE WATER-INRUSH MECHANISM AND PREDICTION OFTHE WATER-RESISTING FLOOR ADissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF ENGINEERING from Shandong University of Science and Technology by Wang Yue Supervisor Professor Cao Qinggui Vice-supervisor Senior Engineer College of Mining and Safety Engineering November 2018 万方数据 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除所列参考文献和世所公认本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文,除所列参考文献和世所公认 的文献外,全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经标明的文献外,全部是本人攻读学位期间在导师指导下的研究成果。除文中已经标明 引用的内容外引用的内容外,, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。。 对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。识到本声明的法律结果由本人承担。 若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解山东科技大学有关保留、使用学位论文的规定,同意本人所撰本人完全了解山东科技大学有关保留、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。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,作为申请学位的条件之一,学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其指学校有权保留学位论文并向国家有关部门或其指 定机构送交论文的电子版和纸质版;有权将学位论文的全部或部分内容编入有关定机构送交论文的电子版和纸质版;有权将学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库发表,并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版;允许学校档案数据库发表,并可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版;允许学校档案 馆和图书馆保留学位论文的纸质版和电子版,可以使用影印、缩印或扫描等复制馆和图书馆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;为教学和科研目的,学校档案馆和图书馆可以将公开手段保存和汇编学位论文;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。览。 (保密的学位论文在解密后适用本授权)(保密的学位论文在解密后适用本授权) 硕士生签名硕士生签名导师签名导师签名 日日期期日日期期 万方数据 学位论文审查认定书学位论文审查认定书 研究生研究生在规定的学习年限内,按照培养方案及个人培养计划,在规定的学习年限内,按照培养方案及个人培养计划, 完成了课程学习,成绩合格,修满规定学分;在我的指导下完成本学位论文,论完成了课程学习,成绩合格,修满规定学分;在我的指导下完成本学位论文,论 文中的观点文中的观点、、数据数据、、表述和结构为我所认同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论文撰写格式符合学校的相关规定,, 同意将本论文作为申请学位论文。同意将本论文作为申请学位论文。 导师签名导师签名 日日期期 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 1 摘摘 要要 随着浅部资源的逐渐减少和枯竭,国内外相继进入深部开采状态。当矿山进行深部 开采时, 围岩的长期大变形难以有效控制。 究其原因, 是由于受采动影响后上覆岩层 (围 岩)变形的时间和空间发展规律难以确定,尤其是在深部开采后,缺少上覆岩层运动发 展变化规律围岩的稳定性、围岩变形的发展趋势、围岩的受力方式和大小以及支护形式 和参数优化等方面的研究。 这就使得矿井深部地下工程的隐患日趋增多, 工程灾害频发, 对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁因此, 软岩矿井覆岩运动规律及安全开采技 术的研究已经成为目前矿井安全生产研究主要的内容。 本论文以铁法煤业(集团)有限责任公司小康矿为主要研究对象,并结合实用矿压 理论和弹塑性力学,分析了软岩矿井综放开采覆岩运动规律及破坏特征,采用 ANSYS 软件对采场推进覆岩运动规律进行数值模拟研究,并对三维条件下 S2S2 工作面的数值 计算结果进行分析, 结合巷道实测的参数得到不同范围内巷道的顶板和两帮的支护参数, 提出适合铁法矿区小康煤矿的新型支护方式; 同时针对小康矿深部软岩巷道变形特性, 并对软岩巷道支护压力及变形破坏机理进 行研究,探寻相应的软岩矿井综放安全开采技术;并通过将该安全开采技术在综放工作 面进行实践,分析了该安全开采技术的效益。 通过数值模拟的结果进行分析,可以看出在联合支护中,每一种支护结构施工质量 达不到设计要求都会对支护效果造成不良影响。在组成联合支护的四种支护结构中,锚 杆和壁后填充技术的对支护效果的影响要更大一些,所以在巷道支护的施工过程中,尽 量把因为施工而造成的对巷道支护效果的不利影响降到最小。 关键词关键词软岩矿井;上覆岩层;支护方式;安全开采 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 2 ABSTRACT With the gradual reduction and depletion of shallow resources, domestic and foreign countries have successively entered deep mining. When the mine is undergoing deep mining, large-scale deation of the surrounding rock is difficult to control effectively. The reason is that it is difficult to determine the temporal and spatial development law of overburden rock deation after being affected by mining, especially after deep mining, the lack of overlying strata movement development law and the stability of surrounding rock. The development trend of rock deation, the way and size of surrounding rock, and the optimization of supporting s and parameters are studied.This makes the hidden trouble of the mine deep underground engineering is increasing, the engineering disasters, safe and efficient mining of deep resources caused a great threat as a result, soft rock strata movement rule and safety mining technology research has become the current mine safety production of the main research contents. This dissertation focuses on Xiaokang Mine of Tiefa Coal Industry Group Co., Ltd., combines the theory of practical mine pressure and elastic-plastic mechanics, analyzes the motion law and damage characteristics of overlying strata in soft rock mine, and adopts ANSYS software. The numerical simulation of the overlying strata movement law was studied. The numerical calculation results of the S2S2 working face under three-dimensional conditions were analyzed, and the parameters of the laneway roof and the two gangs were obtained in combination with the measured parameters of the roadway. New type of support for Xiaokang Coal Mine in Tiefa MiningArea; At the same time, aiming at the deation characteristics of the soft rock roadway in the deep Xiaokang Mine, the supporting pressure and deation failure mechanism of the soft rock roadway are studied to find the corresponding safe mining technology for the fully mechanized top coal caving 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 3 in the soft rock mine, and the safe mining technology is adopted at the fully mechanized caving face. Practice and analyze the benefits of this safe mining technology. Through the analysis of the results of numerical simulation, it can be seen that in the combined support, the construction quality of each support structure fails to meet the design requirements, which will have an adverse effect on the support effect. In the four supporting structures that a joint support, the effect of bolts and post-filling technology on the supporting effect is even greater. Therefore, during the construction process of roadway support, the The adverse effects of roadway support effects are minimized. Keywords Soft rock mine, Overburden, Support , Safe mining 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 4 目录目录 1 1绪论绪论............................................................................................................................................1 1 1.1 研究目的意义研究目的意义......................................................................................................................1 1.2 国内外研究现状国内外研究现状..................................................................................................................1 1.3 研究内容及技术路线研究内容及技术路线..........................................................................................................2 1.3.1 研究内容.................................................................................................................................2 1.3.2 技术路线.................................................................................................................................2 2 2矿井概况矿井概况.....................................................................................................................................4 4 2.1 小康煤矿概况小康煤矿概况.....................................................................................................................4 2.2 矿井地质矿井地质.............................................................................................................................4 2.2.1 煤层地系................................................................................................................................5 2.2.2 褶皱........................................................................................................................................5 2.2.3 断层........................................................................................................................................6 2.2.4 水文地质................................................................................................................................8 2.3 开采技术条件开采技术条件.....................................................................................................................8 2.3.1 煤层条件................................................................................................................................8 2.3.2 煤层顶底板条件....................................................................................................................9 2.3.3 瓦斯、煤尘和煤的自燃......................................................................................................11 2.3.4 构造应力..............................................................................................................................11 3 3软岩矿井综放安全开采覆岩运动规律研究软岩矿井综放安全开采覆岩运动规律研究.................................................................................... 1313 3.1 软岩矿井综放开采覆岩运动规律及破坏特征理论研究软岩矿井综放开采覆岩运动规律及破坏特征理论研究................................................13 3.1.1 软岩矿井覆岩运动规律和破坏特征研究...........................................................................13 3.1.2 软岩矿井综放采场煤层上支承压力分布特征研究...........................................................15 3.2 采场推进覆岩运动规律数值模拟研究采场推进覆岩运动规律数值模拟研究............................................................................19 3.2.1 研究目的...............................................................................................................................19 3.2.2 ANSYS 数值方法的有限元分析............................................................................................20 3.2.3 数值模拟计算模型及方法...................................................................................................24 3.2.4 三维下条件下 S2S2 工作面数值计算结果分析................................................................ 26 3.3 本章小结本章小结............................................................................................................................34 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 5 4 4 软岩矿井综放安全开采技术研究软岩矿井综放安全开采技术研究.................................................................................................3535 4.1 小康矿深部软岩巷道变形特性小康矿深部软岩巷道变形特性.......................................................................................35 4.1.1 小康煤矿巷道围岩变形特征..............................................................................................35 4.1.2 小康煤矿软岩巷道变形特性影响因素..............................................................................39 4.1.3 受采动影响与巷道支护之间的关系..................................................................................41 4.1.4 小康煤矿软岩巷道设计原则..............................................................................................45 4.1.5 小康矿巷道围岩变形的进一步分析..................................................................................47 4.1.6修复支护的特征分析........................................................................................................47 4.1.7 小康矿深部高流变软岩巷道控制思路..............................................................................48 4.2 软岩巷道支护压力及变形破坏机理研究软岩巷道支护压力及变形破坏机理研究.......................................................................49 4.2.1 软岩的概念与分类及其力学属性......................................................................................49 4.2.2 软岩巷道围岩的承载机理..................................................................................................50 4.3 软岩矿井综放安全开采技术研究软岩矿井综放安全开采技术研究....................................................................................52 4.3.1 软岩矿井综放开采实践研究...............................................................................................52 4.3.2 支承压力分布规律实践研究...............................................................................................56 4.4 本章小结本章小结...........................................................................................................................60 5 5 软岩矿井综放安全开采的经济和社会效益分析软岩矿井综放安全开采的经济和社会效益分析.............................................................................6262 5.1 小康煤矿综放安全开采实践小康煤矿综放安全开采实践............................................................................................62 5.2 软岩矿井综放安全开采的效益分析软岩矿井综放安全开采的效益分析................................................................................62 5.2.1 工作面经济效益...................................................................................................................62 5.2.2 软岩巷道经济效益...............................................................................................................62 5.2.3 软岩巷道社会效益...............................................................................................................62 5.3 本章小结本章小结...........................................................................................................................63 6 6 结论结论......................................................................................................................................... 6464 6.1 主要研究成果及结论主要研究成果及结论........................................................................................................64 6.2 创新点创新点................................................................................................................................66 参考文献参考文献......................................................................................................................................6 69 9 万方数据 山东科技大学工程硕士毕业论文目录 6 Contents 1Introduction.........................................................................................................................1 1.1 The purpose of the study .....................................................................................................1 1.2 Research status at home and abroad.....................................................................................1 1.3 Research content and technical route ..................................................................................2 1.3.1 Research content.........................................................................................................2 1.3.2 Technical route...........................................................................................................2 2Survey of mine....................................................................................................................4 2.1Survey of Xiaokang Coal Mine...................................................................................................4 2.2Mine geology...........................................................................................................................4 2.2.1 Coal seam ground system...........................................................................................5 2.2.2 Fold.............................................................................................................................5 2.2.3 Fault............................................................................................................................6 2.2.4 Hydrogeology.............................................................................................................7 2.3Conditions for mining technology...............................................................................................8 2.3.1 coal seam condition....................................................................................................8 2.3.2 coal seam roof and floor condition.............................................................................8 2.3.3 spontaneous combustion of gas, coal dust and coal...................