鲍店煤矿冲击地压诱发机制及防治措施研究.pdf

分类号分类号TD713 密密 级级 公公 开开 U D C 单位代码单位代码10424 工工 程程 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 鲍店煤矿冲击地压诱发机制及鲍店煤矿冲击地压诱发机制及 防治措施研究防治措施研究 李立立李立立 申请学位级别申请学位级别工程硕士工程硕士 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 刘进晓刘进晓 职职 称称 讲讲 师师 副指导教师姓名副指导教师姓名王生超王生超 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 二零一八年六月二零一八年六月 万方数据 论文题目论文题目 鲍店煤矿冲击地压诱发机制及鲍店煤矿冲击地压诱发机制及 防治措施研究防治措施研究 作者姓名作者姓名李李 立立 立立 入学时间入学时间2012016 6 年年 9 9 月月 专业名称专业名称矿业工程矿业工程 研究方向研究方向矿井灾害防治矿井灾害防治 指导教师指导教师刘刘 进进 晓晓 职职 称称 讲讲 师师 副指导教师副指导教师王生超王生超 职职 称称 高级工程师高级工程师 论文提交日期论文提交日期2018 年年 04 月月 论文答辩日期论文答辩日期2018 年年 05 月月 授予学位日期授予学位日期 万方数据 STUDY ON THE MECHANISM OF ROCK BURST AND ITS PREVENTION AND CONTROL MEASURES ON BAODIAN COAL MINE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Li Lili Supervisor Lecturer Liu Jinxiao Senior Engineer Wang Shengchao College of Mining and Safety Engineering June 2017 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 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。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，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。师生阅读、浏览。 （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，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、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，同意将本论文作为申请学位论文。规定，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 山东科技大学硕士学位论文 摘 要 I 摘摘 要要 冲击地压是一种存在于矿山安全生产过程中难以控制的巨大威胁， 鲍店矿 3 煤层未 开采区域埋深较大， 顶板为厚度较大的坚硬岩层， 具有发生冲击地压的应力和能量条件。 本文以鲍店矿埋深较大的 3 煤层 103下06 工作面为例，首先通过现场实测和实验室 测定分析了自然因素对 103下06 工作面冲击地压的影响，得出了 103下06 工作面冲击地 压危害发生的主要影响因素。 其次，为了进一步研究覆岩的再运动对冲击地压的影响，对 103下06 工作面“动静 载荷”进行了理论分析，并结合邻近工作面矿震事件分布预测本工作面回采期间的矿震 活动。初步判定 103下06 工作面的主要动载来源是本工作面的开采，导致 3上采空区上覆 岩层的再运动和上覆岩层发生断裂而形成了具有高能量的矿震，其中煤层所处的自重应 力场可能是诱发因素。 再者，根据鲍店煤矿地质概况，确定了相似条件以及细观物理力学参数，利用离散 元DEM数值软件 PFCParticle Flow Code模拟了工作面回采过程中上下煤岩体的运动、 冒落过程，分析了上覆岩层的运移规律，并通过采集声发射次数分析裂隙产生的数量和 规律，进而研究覆岩的再运动对冲击地压的影响。 研究结果表明，3上煤层与 3下煤层开采结束后，层间岩体被破坏程度较高，103下06 工作面上覆岩层存储的大量弹性能由于受到岩层运动影响而释放；3 上煤层上部 17.21m 的中砂岩和 11.45m 粉砂岩受到周期来压的影响出现离层， 裂隙逐步发育， 但是模拟运行 到后期，这两层砂岩并未实现垮落，这主要与工作面推进尺度相关，但同时已经可以看 出，3上采空区岩层的再运动给下一步开采的推进埋下了重大的安全隐患，随着工作面的 继续推进，随时都有垮落危险。 根据以上研究结果，综合 103下06 工作面冲击地压危险监测预警和冲击危险解危措 施，建立了 103下06 工作面冲击地压危险防治体系，并针对 103下06 工作面冲击危险的 具体致灾类型及实际情况，提出对静载与动载同时监测的监测预警措施。回采期间静载 监测主要采用钻屑等方法，动载应力场监测以微震监测为主。 最后，结合 103下06 工作面具体情况，针对性提出了工作面掘进、回采期间的冲击 地压危险卸压解危方案，同时，提出了工作面采掘过程中的个体防护、组织管理制度等 安全防护措施。本文得出的结论对于鲍店煤矿预防控制冲击地压具有工程指导意义。 关键词关键词冲击地压，冲击倾向性，诱发因素，PFC 数值模拟，预警与防治 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Abstract II Abstract The theory studies have showed that, rock burst is a kind of threat of mining. The depth of undeveloped area on No.3 coal seam of Baodian mine is large, and the roof is thick, hard rock, ing the occurrence pressure and energy conditions of rock burst. Taking the deep buried 103lower 06 working face on No.3 coal seam of Baodian mine as example, we firstly analyzed the influence of the natural factors from in-situ and laboratory test, and by which obtained the main influencing factor of rock bursts on this working area. Secondly, in order to study the effect from further movement of overburden, theoretical analyses on dynamic and static loads was carried out. Combined with the mine shock distribution in near face, we predicted the mine earthquake activities during the 103lower 06 mining face. The dynamic load of 103lower 06 mining face is mainly extraction, which leads to the further movement of overlying strata and overburden failure. The self weight stress field in which the coal seam is located may be a precipitating factor. Furthermore, based on the geological condition of Baodian coal mine, the similar conditions and mechanical parameters were determined. Using the discrete element numerical software DEM PFC Particle Flow Code, we carried out the simulation of coal and rock movement during the process of mining and caving, analyzed the migration law of overburden for then. By analyzing the number and regularity of the crack generation, the influence of the reactivity of the overburden on the impact pressure is studied. The research results show that the excavation of No.3upper and No.3lower coal seams caused a destruction to rock mass, the elastic energy of overburden on 103lower 06 face was released due to the rock strata movement;The bed separation of overlying burden between sandstone17.21m and siltstone11.45m is 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Abstract III affected by the periodic weighting, and the crack developed gradually; While the two layers did not collapse, when he simulation runs to the later stage, which mainly related to the working face advancing scale. At the same time we can see that the advance of mining buried a hidden trouble to safety, the main roof might collapse at any time. According to the above research results, combine with the risk monitoring and warning measures, we set up the hazard prevention and control system on 103lower 06 working face. In view of the specific type of disaster and the actual situation of the impact hazard of the working face, the monitoring and warning measures for static load and dynamic load monitoring are put forward. The static load monitoring mainly uses drilling cuttings and other s, and the dynamic load stress field monitoring is mainly based on microseismic monitoring. Finally, combined with 103lower 06 working face under the specific circumstances, we put forward the danger remove scheme during its excavating and extracting period. At the same time, this paper puts forward the safety protection measures such as individual protection and organization management system in mining. The conclusion of this paper is of great significance for the prevention and control of coal mine. Keywords Rock burst, outburst-proneness, induced factors, PFC, warning and prevention 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目 录 IV 目目 录录 摘要摘要 ........................................................................................................................ I 目录目录 ..................................................................................................................... IV 1 绪绪 论论 ................................................................................................................ 1 1.1 研究目的和意义 ................................................................................................................ 1 1.2 国内外研究现状 ................................................................................................................ 2 1.3 研究内容和技术路线 ........................................................................................................ 7 2 103下 下06 工作面概况及冲击地压危险性分析工作面概况及冲击地压危险性分析 ............................................. 10 2.1 103下06 工作面概述 ....................................................................................................... 10 2.2 煤岩冲击倾向性的综合评价 .......................................................................................... 16 2.3 本章小结 .......................................................................................................................... 25 3 103下 下06 工作面冲击危险的动静载荷分析工作面冲击危险的动静载荷分析 ................................................. 27 3.1 动静荷载叠加诱冲原理 .................................................................................................... 27 3.2 103下06 工作面的静载分析 ........................................................................................... 28 3.3 103下06 工作面采动动载分析 ....................................................................................... 29 3.4 103下06 工作面回采期间矿震预测 ............................................................................... 31 3.5 本章小结 .......................................................................................................................... 33 4 冲击地压发生机理的数值模拟冲击地压发生机理的数值模拟 ...................................................................... 35 4.1 PFC 模拟基本原理 .......................................................................................................... 35 4.2 模型建立 .......................................................................................................................... 36 4.3 模拟 103下06 工作面的静载分析 .................................................................................. 37 4.4 模拟 103下06 工作面的采动动载分析 .......................................................................... 39 4.5 本章小结 .......................................................................................................................... 43 5 103下 下06 工作面冲击危险监测预警与防治技术工作面冲击危险监测预警与防治技术 ......................................... 45 5.1 103下06 工作面冲击地压危险防治思路 ....................................................................... 45 5.2 103下06 工作面冲击危险的监测预警 ........................................................................... 46 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 目 录 V 5.3 103下06 工作面冲击危险区的防范解危措施 ............................................................... 53 5.4 本章小结....................................................................................................................62 6 结论结论 ................................................................................................................ 63 6.1 主要结论 .......................................................................................................................... 63 6.2 展望 .................................................................................................................................. 64 参考参考文献文献 .............................................................................................................. 65 致致 谢谢 .................................................................................................................. 67 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents VI Contents Abstract ....................................................................................................................................... I Contents .................................................................................................................................... IV 1 Introduction ......................................................................................................................... 1 1.1 Research purpose and significance ......................................................................................................... 1 1.2 Domestic and foreign research status ...................................................................................................... 2 1.3 Research content and technical route ...................................................................................................... 7 2 Work face overview and impact pressure hazard analysis ............................................ 10 2.1 Overview of the working face ............................................................................................................... 10 2.2 Comprehensive uation of coal rock bursting liability ..................................................................... 16 2.3 Chapter summary .................................................................................................................................. 25 3 The dynamic load analysis of the impact of the working face ....................................... 10 3.1 Principle of stacking of static and static load ........................................................................................ 27 3.2 The static load analysis of the working surface .................................................................................... 28 3.3 The working face mining dynamic load analysis .................................................................................. 29 3.4 The mine earthquake prediction ............................................................................................................ 31 3.5 Chapter summary .................................................................................................................................. 33 4 The numerical simulation of the mechanism of impact pressure .................................... 27 4.1 PFC simulation basic principle ............................................................................................................. 35 4.2 Model establishment ............................................................................................................................. 36 4.3 Simulation of the static load analysis .................................................................................................... 37 4.4 Dynamic load analysis of the working surface ..................................................................................... 39 4.5 Chapter summary .................................................................................................................................. 43 5 Working face impact hazard monitoring and warning and control technology ......... 45 5.1 The prevention and control of the impact of the working face ............................................................. 45 5.2 Monitoring and warning of the impact of the working face .................................................................. 46 万方数据 山东科技大学硕士学位论文 Contents VII 5.3 The prevention and rescue measures for the impact of the working face ............................................. 53 5.4 Chapter summary...... ............................. 62 6 Conclusion .......................................................................................................................... 63 6.1 Main conclusions ...............................................................................