平朔东露天煤矿采空区处理与采矿一体化研究(1).pdf

硕士学位论文 平朔东露天煤矿采空区处理 与采矿一体化研究 Research on Integration of Goaf Treatment and Mining in Pingshuo Dong Surface Mine 作 者吕建洲 导 师尚 涛 教授 中国矿业大学 二〇一五年五月 万方数据 中图分类号 TD824 学校代码 10290 UDC 622.2 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 平朔东露天煤矿采空区处理 与采矿一体化研究 Research on Integration of Goaf Treatment and Mining in Pingshuo Dong Surface Mine 作 者 吕建洲 导 师 尚 涛 教授 申请学位 工学硕士 培养单位 矿业工程学院 学科专业 采矿工程 研究方向 露天开采 答辩委员会主席 评 阅 人 二〇一五年五月 万方数据 学位论文使用授权声明学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、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 作为申请学位的条件之一， 学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位 论文的部分使用权，即①学校档案馆和图书馆有权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；②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、浏览。另外，根据有关法规，同意中国 国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 万方数据 论文审阅认定书论文审阅认定书 研究生 吕建洲 在规定的学习年限内， 按照研究生培养方案的 要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学 位论文,经审阅，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， 同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审。 导师签字 年 月 日 万方数据 致致 谢谢 在论文的研究和编写过程中， 自始至终都得到了导师尚涛教授的悉心指导和 亲切关怀。从论文的选题、研究思路、理论分析直到论文的成稿，无不浸透着导 师的心血。导师渊博的知识、严谨求实的治学态度、谦虚谨慎的高贵品质以及忘 我的专业奉献精神和对科学的执著追求深深的感染了作者， 这将对作者以后的学 习和工作产生深远的影响。值此论文完成之际，特向导师尚涛教授表示衷心的感 谢和崇高的敬意 作者在完成论文期间， 得到了中国矿业大学露天开采与边坡工程研究所各位 老师的热情帮助和大力支持，在此向才庆祥教授、姬长生教授、李克民教授、舒 继森教授、车兆学教授、周伟副教授、彭洪阁副教授和陈树召讲师表示衷心的感 谢 在论文的撰写过程中，还得到了博士生刘福明、汤万钧，硕士生孙宇霆、昌 珺、郭强、杨飞、万蒙蒙、刘云肖、栗嘉彬、韦志远、尹文影、刘干、郭金帅等 人的支持和帮助；在攻读硕士学位期间，矿业工程学院诸位领导和老师给予了作 者无微不至的关怀和指导，在此一并致以诚挚的谢意 感谢在参考文献中列出的以及没有列出的所有给予我启发的研究成果的作 者 感谢我的父母、哥哥及姐姐们在研究生期间的支持 最后，感谢百忙中抽出时间给予悉心评阅和指教的诸位专家 万方数据 I 摘摘 要要 平朔东露天煤矿开采境界范围内有众多小煤矿， 由于这些小煤矿长期的无序 开采、无充填开采、采富弃贫等现象，造成了平朔东露天煤矿开采境界内现存在 大量的地下采空区，而这些采空区大多数都没有位置、尺寸等具体资料，给露天 煤矿的安全高效生产带来很大的隐患。 论文以平朔东露天煤矿采空区为研究对象， 对采空区的探测、 采空区上覆岩层安全厚度的计算以及采空区处理和采矿一体化 展开研究。 论文首先分析采空区探测常用方法的工作原理、优缺点以及适用范围，结合 平朔东露天煤矿的实际情况，得出平朔东露天矿采空区探测工艺。论文通过分析 相关资料，整理出采空区上覆岩层安全厚度计算所需计算参数，在此基础上，通 过多种不同的理论方法和数值模拟方法， 综合分析得出采空区上覆岩层安全厚度 的合理值。论文最后通过分析露天煤矿开采境界内采空区独有的特点，结合露天 煤矿生产实际，得出采空区的治理原则，根据采空区的不同种类提出不同的治理 方法，在此基础上，结合具体采空区，提出采空区处理与采矿一体化理论，得出 采空区处理的流程，并针对平朔东露天煤矿的实际情况，提出露天煤矿过采空区 的安全措施。 采空区处理与采矿一体化的研究， 不仅对平朔东露天煤矿采空区的处理具有 重要现实意义，也对国内外相类似的矿山具有重要的借鉴意义。 该论文有图 38 幅，表 8 个，参考文献 77 篇。 关键词关键词露天煤矿；采空区探测；安全厚度；UDEC；治理 万方数据 II Abstract There were a number of small coal mines in the mining boundary of range of Pingshuo Dong mine. Because of these small mines long disorderly exploitation, no filling mining, the rich abandoning the poor and other phenomena, there existed a large number of goaf in the realm of Pingshuo Dong surface mining. And the majority of the goaf no location, size and other specific ination they created a great deal of hidden safe and efficient production of surface mine. Paper took Pingshuo Dong surface mine goaf for the study, for goaf getecting，calculation of safety thickness of rock upon goaf and research on integration of goaf treatment and mining. Thesis analyzed goaf detecting common works, the advantages and disadvantages as well as the scope and considering of the actual situation of Pingshuo Dong surface mine, drew detection process of Pingshuo Dong surface mine. Thesis by analyzing the relevant data, sorted out the overburden thickness to calculate the required safety parameters to calculate the goaf. On this basis, through a variety of different theoretical s and numerical simulation and by comprehensive analysis it obtained reasonable safety thickness of rock upon goaf. Finally, by the analysis of unique features of goaf in the realm of surface mine, combined with the actual production of surface mine, it obtained goaf treatment principles. Depending on the type of goaf , it proposed different treatment s. On this basis, it proposed the integration of treatment and mining and came out the process of mining treatment. As the actual situation of Pingshuo Dong surface mine, it proposed security measures of surface mine crossing over goaf. There were 38 figures, 8 tables and 77 references in thesis. Keywords surface mine; goaf detecting; safety thickness; UDEC; treatment 万方数据 III 目目 录录 摘摘 要要 I 目目 录录 III 图清单图清单 VII 表清单表清单 IX 变量注释表变量注释表 X 1 绪论绪论 1 1.1 研究背景和意义 1 1.2 研究现状综述 4 1.3 主要研究内容 8 1.4 研究方法与技术路线 9 1.5 本章小结 9 2 露天煤矿采空区探测关键技术露天煤矿采空区探测关键技术 11 2.1 采空区探测常用方法 11 2.2 平朔东露天煤矿采空区探测工艺 16 2.3 本章小结 20 3 采空区上覆岩层安全厚度计算采空区上覆岩层安全厚度计算 21 3.1 计算参数 21 3.2 采空区上覆岩层安全厚度理论计算 22 3.3 基于 UDEC 的采空区上覆岩层安全厚度计算 30 3.4 采空区上覆岩层合理的安全厚度 36 3.5 本章小结 37 4 露天煤矿采空区处理与采矿一体化研究露天煤矿采空区处理与采矿一体化研究 38 4.1 露天煤矿采空区的特点及治理原则 38 4.2 采空区分类及治理方法 39 4.3 采空区处理与采矿一体化 46 4.4 露天煤矿过采空区的安全措施 51 4.5 本章小结 52 5. 结论结论 53 参考文献参考文献 55 万方数据 IV 作者简历作者简历 59 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 60 学位论文数据集学位论文数据集 61 万方数据 V Contents Abstract II Contents V List of Figures VII List of Table IX List of Variables X 1 Introduction 1 1.1 Study Background and Significance 1 1.2 Research Actuality and Literature Summarize 4 1.3 Research Contents 8 1.4 Research Approach and Technical Route 9 1.5 Summary 9 2 Goaf Detecting Technologies for Surface Mine 11 2.1 Common of Goaf Detecting 11 2.2 Technology of Goaf Detecting in Pingshuo Dong Surface Mine 16 2.3 Summary 19 3 Calculation for Safety Thickness of Goaf Roof Rock 21 3.1 Calculation Parameters 21 3.2 Theoretical Calculation for Safety Thickness of Goaf Roof Rock 22 3.3 Calculation Based on UDEC for Safety Thickness of Goaf Roof Rock 30 3.4 Reasonable Safety Thickness of Goaf Roof Rock 36 3.5 Summary 37 4 Research on Integration of Goaf Treatment and Mining in Surface Mine 38 4.1 Features and Treatment Principles of Surface Mine Goaf 38 4.2 Goaf Classification and Treatment s 39 4.3 Ntegration of Goaf Treatment and Mining 46 4.4 Safety Measures of Crossing over Goaf in Surface Mine 51 4.5 Summary 52 5 Conclusion 53 References 55 万方数据 VI Author’s Resume 59 Declaration of Thesis Originality 60 Thesis Data Collection 61 万方数据 VII 图清单图清单 图序号 图名称 页码 图 1-1 平朔东露天矿田内及其周围生产煤矿及小窑分布详细位置 3 Figure 1-1 Detailed location of within its production and distribution of small kiln in Pingshuo Dong surface mines around the field 3 图 1-2 技术路线图 10 Fi