金源煤矿首采孤岛工作面沿空小煤柱变形机理与控制对策研究.pdf

分类号分类号TD32TD32密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1 104240424 学学 位位 论论 文文 金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面 沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究 王王 者者 鹏鹏 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称工程力学工程力学 指导教师姓名指导教师姓名秦秦 忠忠 诚诚职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零零八年五月二零零八年五月 论文题目论文题目论文题目论文题目 金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面金源煤矿首采孤岛工作面 沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究沿空小煤柱变形机理与控制对策研究 作者姓名作者姓名作者姓名作者姓名 王王 者者 鹏鹏入学时间入学时间入学时间入学时间2005200520052005年年9 9 9 9月月 专业名称专业名称专业名称专业名称 工程力学工程力学研究方向研究方向研究方向研究方向矿山工程力学矿山工程力学 指导教师指导教师指导教师指导教师 秦秦 忠忠 诚诚职职职职称称称称教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期论文提交日期2008200820082008 年年 5 5 5 5 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期2008200820082008 年年月月日日 授予学位日期授予学位日期授予学位日期授予学位日期 THETHETHETHEDEATIONDEATIONDEATIONDEATION MECHANISMMECHANISMMECHANISMMECHANISMANDANDANDAND CONTROLCONTROLCONTROLCONTROL COUNTERMEASURECOUNTERMEASURECOUNTERMEASURECOUNTERMEASURERESEARCHRESEARCHRESEARCHRESEARCH OFOFOFOF SMALLSMALLSMALLSMALL PILLARPILLARPILLARPILLARALONGALONGALONGALONGGOBGOBGOBGOBAREAAREAAREAAREAONONONON FIRSTFIRSTFIRSTFIRSTMININGMININGMININGMINING ISOLATEDISOLATEDISOLATEDISOLATEDISLANDISLANDISLANDISLANDCOALCOALCOALCOAL FACEFACEFACEFACEOFOFOFOF JINYUANJINYUANJINYUANJINYUAN MINEMINEMINEMINE A A A ADissertationDissertationDissertationDissertation tedtedtedted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements ofofofof thethethethe degreedegreedegreedegree ofofofof MASTERMASTERMASTERMASTEROFOFOFOF ENGINEERINGENGINEERINGENGINEERINGENGINEERING fromfromfromfrom ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand TechnologyTechnologyTechnologyTechnology b b b by y y y WangWangWangWang ZhepengZhepengZhepengZhepeng SupervisorSupervisorSupervisorSupervisor ProfessorProfessorProfessorProfessorQinQinQinQin ZhongchengZhongchengZhongchengZhongcheng CollegeCollegeCollegeCollege ofofofof NaturalNaturalNaturalNatural ResourcesResourcesResourcesResources andandandand EnvironmentalEnvironmentalEnvironmentalEnvironmental EngineeringEngineeringEngineeringEngineering MayMayMayMay 2008200820082008 声声明明 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机 关作鉴定。关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclaredeclare thatthatthatthat thisthisthisthis dissertation,dissertation,dissertation,dissertation, tedtedtedted inininin fulfillmentfulfillmentfulfillmentfulfillment ofofofof thethethethe requirementsrequirementsrequirementsrequirements forforforfor thethethethe awardawardawardaward ofofofof MasterMasterMasterMaster ofofofof PhilosophyPhilosophyPhilosophyPhilosophy inininin ShandongShandongShandongShandong UniversityUniversityUniversityUniversity ofofofof ScienceScienceScienceScience andandandand Technology,Technology,Technology,Technology, is is is is whollywhollywhollywholly mymymymy ownownownown workworkworkwork unlessunlessunlessunless referencedreferencedreferencedreferenced ofofofof acknowledge.acknowledge.acknowledge.acknowledge. TheTheTheThe documentdocumentdocumentdocument hashashashas notnotnotnot beenbeenbeenbeen tedtedtedtedforforforforqualificationqualificationqualificationqualification atatatat anyanyanyanyotherotherotherotheracademicacademicacademicacademic institute.institute.institute.institute. SignatureSignatureSignatureSignature DateDateDateDate 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘要要 小煤柱护巷技术经过不断地发展与完善，己成为矿井提高采区采出率的重要技术途 径之一。煤柱尺寸的留设，由于煤层赋存条件及开采技术条件的变化，各矿区不尽相同， 甚至差别很大。 本文针对金源煤矿1321孤岛工作面的具体情况，分析了影响煤柱屈服区宽度的关键 因素，推导了小煤柱宽度计算公式，利用数值模拟方法，分析了不同煤柱宽度时围岩应 力及巷道变形量的变化，并分析了煤柱开挖前后围岩应力的变化；不同宽度煤柱护巷模 拟结果表明，随着煤柱宽度的逐渐减小，巷道变形量逐渐增大，尤其当煤柱宽度由6m减 小为4m时，巷道变形量急剧变大，说明巷道的稳定性急剧下降。 针对 1321 孤岛工作面小煤柱护巷的特点和需要解决的问题，对沿空巷道围岩应力 进行了分析，提出了具体支护设计方案，并对支护效果进行了模拟。模拟结果表明支 护对巷道整体变形都起到了一定的抑制效果，其中对顶板和煤柱侧帮的支护效果最为明 显。 通过现场工业性试验和矿压观测研究分析得到巷道顶板锚杆及锚索支护参数选择 合理；煤柱锚固体强度偏低，煤柱宽度应适当加大，锚杆支护强度应进一步提高。 关键词关键词小煤柱护巷；屈服区宽度；数值模拟；围岩控制 山东科技大学硕士学位论文摘要 AbstractAbstractAbstractAbstract Small pillar technology to protect mine roadway becomes one of the important technical ways to enhancement mining area recovery coefficient by unceasingly development and consummation. The pillar dimensions are different, even the difference is very big, because of the differences of coal bed tax saves condition and mining engineering factor. The article in view of the No.1321 isolated island working surface condition of Jinyuan Mine, analyzed the key aspects which influence the width of yield zone, derived the calculation ula of small coal pillar width, analyzed the surrounding rock stress and roadway deation while the width of coal pillar is different by using the numerical simulation , analyzed the change of surrounding rock stress before and after coal pillar excavating. The protecting roadway simulation of different width coal pillar indicated that, roadway deation increased gradually along with the coal pillar width reduced gradually, especially when the coal pillar width reduced from 6m to 4m, the roadway deation increased suddenly, showed the roadway stability drops suddenly. In view of the characteristics of small pillar to protect mine roadway in No.1321 isolated island working surface and the problems needed to solve, the article put forward the concrete support design scheme through analyze the surrounding rock stress, and carried on the simulation to the supporting effect. The simulation result indicated that, the supporting had inhibitory effect to the roadway deation, especially to the roof and the coal pillar side. Through the industrial test and analyzed the mineral pressure observation we can get that, the parameters of bolt and anchor cable is reasonable, the strength of coal pillar anchorage body is low, the width of coal pillar should be proper increased, the anchor supporting strength should be enhanced. K K K Keywordseywordseywordseywords small pillar protect, width of yielding zone, numerical simulation, surrounding rock control 山东科技大学硕士学位论文目录 I 目目录录 1 1 1 1绪论绪论绪论绪论1 1 1 1 1.1 课题的提出及意义1 1.2 国内外研究现状2 1.3 主要研究内容12 1.4 本章小结13 2 2 2 2工程概况工程概况工程概况工程概况14141414 2.1 矿井概况14 2.2 采掘工程概况15 2.3 1321 孤岛工作面基本情况15 3 3 3 3沿空小煤柱变形机理沿空小煤柱变形机理沿空小煤柱变形机理沿空小煤柱变形机理分析分析分析分析与宽度设计与宽度设计与宽度设计与宽度设计19191919 3.1 对屈服区的一般认识19 3.2 屈服区宽度的理论解20 3.3 屈服区宽度的影响因素分析25 3.4 小煤柱宽度计算30 3.5 煤柱宽度的数值模拟33 3.6 合理煤柱尺寸确定46 3.7 本章小结46 4 4 4 4 孤岛面沿空孤岛面沿空孤岛面沿空孤岛面沿空巷道围岩控制对策巷道围岩控制对策巷道围岩控制对策巷道围岩控制对策47474747 4.1 沿空巷道围岩控制原理47 4.2 合理的锚杆支护技术48 4.3 巷道围岩应力分析与支护设计51 4.4 本章小结59 5 5 5 5 孤岛面沿空小煤柱护巷孤岛面沿空小煤柱护巷孤岛面沿空小煤柱护巷孤岛面沿空小煤柱护巷工业性试验工业性试验工业性试验工业性试验60606060 5.1 工业性试验60 山东科技大学硕士学位论文目录 II 5.2 巷道矿压观测61 5.3 应用效果65 5.4 本章小结66 6 6 6 6结论与展望结论与展望结论与展望结论与展望67676767 6.1 主要结论67 6.2 不足与展望68 参考文献参考文献参考文献参考文献69696969 致谢致谢致谢致谢73737373 附录附录附录附录74747474 山东科技大学硕士学位论文目录 III ContentsContentsContentsContents 1 1 1 1IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction1 1 1 1 1.1Putting forward and significance of the subject1 1.2Present research state2 1.3Research contents12 1.4Conclusion13 2 2 2 2EngineeringEngineeringEngineeringEngineering generalgeneralgeneralgeneral situationsituationsituationsituation14141414 2.1General situation14 2.2Engineering general situation of mining15 2.3General situation of working face15 3 3 3 3D D D Deationeationea