朝阳煤矿3107（东）工作面冲击危险性评价及防治技术研究.pdf

分类号分类号TD324 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 朝阳煤矿朝阳煤矿3107（东）工作面冲击危险性（东）工作面冲击危险性 评价及防治技术研究评价及防治技术研究 尹鹏尹鹏 申请学位级别申请学位级别工程硕士工程硕士 领域领域名名称称矿业工程矿业工程 指导教师姓名指导教师姓名郭忠平郭忠平 职职 称称教教 授授 副副指导教师姓名指导教师姓名王传勇王传勇 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 二零一七年十月二零一七年十月 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 论文题目论文题目 朝阳煤矿朝阳煤矿 3107（东）工作面冲击危险性评（东）工作面冲击危险性评 价及防治技术研究价及防治技术研究 作者姓名作者姓名 尹鹏尹鹏 入学时间入学时间 2015 年年 9 月月 领域名称领域名称 矿业工程矿业工程 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 指导教师指导教师郭忠平郭忠平 职职 称称教教 授授 副指导教师副指导教师王传勇王传勇 高级工程师高级工程师 论论文提交日期文提交日期2017 年年 10 月月 论文答辩日期论文答辩日期2017 年年 11 月月 18 日日 授予学位日期授予学位日期 万方数据 Created by free version of DocuFreezer THE RISK ASSESSMENT AND PREVENTION OF ROCK BUST IN THE 3107EAST WORKING FACE OF CHAOYANG COAL MINE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF ENGINEERING from Shandong University of Science and Technology by Yin Peng Supervisor Professor Guo Zhongping Vice-supervisor Senior Engineer WangWang ChuanyongChuanyong College of Mining and Safety Engineering November 2017 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 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标明引用的内容外，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。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。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。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人完全意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 Created by free version of DocuFreezer 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 Created by free version of DocuFreezer 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，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 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 摘要 I 摘摘 要要 冲击地压具有突发性、复杂性和影响因素多等特点，是煤矿严重的动力灾 害之一。特别是深部的老矿井，随着开采深度的增加，一些开采边界不规则的 孤岛工作面冲击危险性越来越大，冲击地压显现强度越来越强，属于典型的高 危工作面，严重威胁工作面安全生产。因此需要对这种典型的高危工作面从冲 击危险性评价、冲击危险性监测、预卸压以及时解危等方面开展冲击地压主动 防治技术研究。 本文以朝阳煤矿 3107（东）工作面地质及开采条件，综合运用了理论分析 与计算、现场监测等方法，分析了影响采掘工作面发生冲击地压的地质及开采 因素，利用宏观评价确定了 3017（东）工作面极有可能发生冲击地压灾害，因 此必须针对工作面开展冲击地压主动防治技术，主要内容包括冲击危险区的划 分，针对不同等级的冲击危险区提出了适应于掘进和回采工作面冲击危险监测 预警方案及冲击地压解危措施，避免了冲击灾害的发生，从而构建了一套完整 的采掘工作面冲击地压防治技术体系。主要研究成果如下 （1）通过对地质及开采条件的分析，可知诱发 3107（东）工作面冲击地 的主要因素有开采深度、基本顶中砂岩初次来压及工作面“见方”、断层和向斜 地质构造及相邻采空区及煤柱等因素。 （2）根据 3107（东）工作面地质和开采技术因素，利用综合指数法计算出 了工作面冲击地压危险状态等级评定综合指数 Wt0.722， 属于中度冲击危险性； 根据可能性指数诊断法评价，3107（东）工作面冲击地压发生的可能性指数 U0.843，具备了很可能发生冲击地压的应力条件。结合两个宏观评价结果，可 以认为 3107（东）工作面在掘进和回采期间很可能会发生冲击地压，因此需要 对工作面开展冲击地压主动防治技术研究。 （3）3107（东）工作面掘进期间，首先根据地质及开采条件，采用多因素 耦合方法，将掘进工作面划分出 5 个中度危险区和 3 个高度危险区，对工作面 采取应力在线监测预警系统、微震监测系统和钻屑法监测煤体冲击危险性，针 对危险区及出现的冲击现象采取了大直径钻孔卸压、煤体卸压爆破及底板松动 爆破等解危措施。 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 摘要 II （4）3107（东）工作面回采期间,首先根据地质及开采条件，采用多因素耦 合方法，将回采工作面划分出 4 个中度危险区和 4 个高度危险区，同时对工作 面采取应力在线监测预警系统、支护阻力监测、微震监测系统和钻屑法监测煤 体冲击危险性，针对危险区及出现的冲击现象采取了大直径钻孔卸压、顶板深 孔爆破、煤体卸压爆破及底板松动爆破等解危措施。 （5）通过设立防冲机构，制定并完善规章制度，汲取掘进和回采工作面冲 击地压的防治经验，构建了一套完整的防冲技术体系。 关键词关键词冲击地压；宏观评价；危险区划分；监测与防治 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 Abstract III Abstract With the exploitation of shallow coal resources, the depth of coal mining is getting deeper and deeper. The increase of coal mining depth has caused a series of geological disasters, Such as rock burst, high temperature, water inrush and so on. Especially, the problem of rock burst has become the most necessary disaster to avoid in deep mining. According to Chaoyang Coal Mine 3107 East working face geology and mining conditions, the s of theoretical analysis and calculation and field monitoring are used comprehensively. The factors affecting the rock burst in the working face are analyzed, the risk grade of rock burst is determined by macroscopic uation, and different grades of impact danger zones are also classified. According to different grades of impact dangerous area, the scheme of monitoring rock burst and the measures to solve the danger of rock burst are put forward. The main research results are as follows, 1 The main factors affecting the rock burst in the working face are mining depth, tendency of rock burst in coal seam, fault and syncline geological structure, thickness and variation of coal seam, roadway layout mode. 2 Wt0.722 is calculated by using the theory, it shows that the working face is in the middle danger degree of rock burst. Probability index of rock burst occurrence at working face U0.843, it shows that the working mask has the stress condition of the rock burst. Combined with two macro uation results, we can think that the 3107 East working face may occur rock burst during tunneling and coal mining. 3 3107 East working face driving roadway, first, according to the geological and mining conditions, using the multi factor coupling , the tunneling face is divided into 5 moderately dangerous areas and 3 high risk areas. And the on-line monitoring and early warning system of coal body stress, support resistance monitoring, microseismic monitoring system and drilling cuttings are adopted to monitor the impact risk of working face. In view of the danger area and the impact of the phenomenon of taking large diameter borehole pressure relief, 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 Abstract IV pressure relief in the coal blasting and blasting and controlling measures of floor. 4 Mining period of 3107 East face, first, according to the geological and mining conditions, using the multi factor coupling , the tunneling face is divided into 4 moderately dangerous areas and 4 high risk areas. And the on-line monitoring and early warning system of coal body stress, support resistance monitoring, microseismic monitoring system and drilling cuttings are adopted to monitor the impact risk of working face. In view of the danger area and the impact of the phenomenon of taking large diameter borehole pressure relief, pressure relief in the coal blasting and blasting and controlling measures of floor. （5）By setting up the antiscour mechanism, ulating and perfecting the rules and regulations, drawing the experience of prevention and control of the rock burst in the driving and mining face, a complete set of antiscour technical system has been constructed. Keywords rock burst; Macro uation; Dangerous zone division; Monitoring, prevention and pressure relief 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 目录 V 目目 录录 摘摘 要要 ....................................................................................................... I 目目 录录 ...................................................................................................... V Contents ................................................................................................ VII 1 绪论绪论 ..................................................................................................... 1 1.1 问题的提出 ................................................................................................. 1 1.2 国内外研究现状 ......................................................................................... 1 1.3 研究内容及技术路线 ................................................................................. 4 2 工作面概况及冲击发生条件研究工作面概况及冲击发生条件研究 .................................................... 6 2.1 工作面地质条件 ......................................................................................... 6 2.2 工作面地质构造 ......................................................................................... 8 2.3 3107（东）采掘工作面冲击地压发生条件研究 ..................................... 9 2.4 本章小结 ................................................................................................... 16 3 3107（东）工作面冲击地压危险性宏观评价（东）工作面冲击地压危险性宏观评价 .............................. 17 3.1 综合指数法 ............................................................................................... 17 3.2 冲击地压发生可能性指数诊断法 ........................................................... 21 3.3 本章小结 ................................................................................................... 22 4 3107（东）掘进工作面冲击地压防治研究（东）掘进工作面冲击地压防治研究 .................................. 23 4.1 3107（东）掘进工作面冲击危险区划分 ............................................... 23 4.2 3107（东）掘进工作面冲击危险监测预警方案 ................................... 28 4.3 3107（东）掘进工作面巷道冲击地压防治方案 ................................... 30 4.4 本章小结 ................................................................................................... 33 5 3107（东）回采工作面冲击地压防治研究（东）回采工作面冲击地压防治研究 .................................. 35 5.1 3107（东）回采工作面冲击危险区划分 ............................................... 35 5.2 3107（东）回采工作面冲击地压危险监测预警方案 ........................... 41 5.3 3107（东）回采工作面冲击危险防治方案 ........................................... 45 5.4 采掘工作面防冲管理措施 ....................................................................... 49 5.5 本章小结 ................................................................................................... 50 6 结论及展望结论及展望 ....................................................................................... 52 6.1 主要结论 ................................................................................................... 52 6.2 展望 ........................................................................................................... 53 参考文献参考文献 ................................................................................................. 54 致谢致谢 ......................................................................................................... 58 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 目录 VI 攻读硕士学位期间主要攻读硕士学位期间主要成果成果................................................................. 59 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 Contents VII Contents Abstract ...................................................................................................... I Contens ....................................................................................................................... V 1 Introduction .......................................................................................................... 1 1.1 Put forward the problem ................................................................................................. 1 1.2 Research status at home and abroad ............................................................................... 1 1.3 Research contents and technical route ............................................................................ 4 2 General situation of working face and analysis of risk factors of rock burst 6 2.1 Working face geological condition ................................................................................. 6 2.2 Geological structure of working face ............................................................................. 8 2.3 Risk factor analysis of rock burst in 3107 East working face ...................................... 9 2.4 Brief summary .............................................................................................................. 16 3 Macroscopic uation of rock burst risk in 3107 East working face ...... 17 3.1 Comprehensive index ...................................................................................... 17 3.2 Diagnostic of rockburst possibility index ........................................................ 20 3.3 Brief summary .............................................................................................................. 22 4 Research on prevention and control of rock burst in 3107 East heading face..................................................................................................................... 23 4.1 Division of dangerous zone of rock burst in 3107 East heading face ........................ 23 4.2 Monitoring scheme of rock burst in 3107 East heading face ..................................... 28 4.3 Prevention and control scheme of roadway rock burst in 3107 East heading face .... 30 4.4 Brief summary .............................................................................................................. 34 5 Research on prevention and control of rock burst in 3107 East mining face ........................................................................................................................... 35 5.1 Division of dangerous zone of rock burst in 3107 East mining face ......................... 35 5.2 Monitoring scheme of rock burst in 3107 East mining face ...................................... 41 5.3 Scheme for prevention and control of rock burst in mining face.................................. 45 5.4 Anti scour management measures of working face ...................................................... 49 万方数据 Created by free version of DocuFreezer 山东科技大学工程硕士论文 Contents VIII 5.5 Brief summary .............................................................................................................. 50 6 Conclusion and Prospect ................................................................................... 52 6.1 Main conclusions .......................................................................................................... 52 6.2 The Prospects ................................................................................................................ 53 Reference .....................................................................................................