毕业设计(论文)-深井特厚冲击倾向性煤层巷道围岩稳定控制及防冲技术研究.doc
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1、西安科技大学成人高等教育2012届本科生毕业设计(论文)题 目:深井特厚冲击倾向性煤层巷道 围岩稳定控制及防冲技术研究专 业 采矿工程 班 级 2012级姓 名 指导老师 完成日期 2014年9月25日深井特厚冲击倾向性煤层巷道围岩稳定控制及防冲技术研究【摘 要】:砚北煤矿是华亭煤业集团公司的骨干矿井,设计年生产能力600万吨,目前开采的有二水平的2502采区和一水平的1502采区,另外还有一水平的1504采区,准备巷道施工临近尾声,年掘进巷道达一万三千多米,随着开采强度的不断加大和采深的逐步加深,矿压显现愈来愈强烈,在采掘过程中表现十分突出,集中表现在巷道四周变形凸出,巷道底鼓尤为严重,锚索
2、、锚杆拔断,皮带震翻,从2005年来,较为严重的来压有百余次,困扰着生产秩序,给安全生产造成严重威胁,针对现状,我们从围岩控制、区段煤柱尺寸留设,巷道和顶板的位置关系等设计因素着手,实施长远规划预防,利用微震监测,钻屑量监测,表面位移监测,电磁辐射监测,锚杆应力监测等监测手段对高应力区域实施监测,采取煤体卸压爆破,顶板卸压爆破等措施,对高应力危险区域进行主动解危卸压,制定高应力危险时期组织管理细则,完善防范措施等综合治理方案,开展矿压显现治理,取得了明显的效果。【关键词】:地质特征 开采技术条件 放顶煤开采 矿压显现 煤矿第一章绪论1.1 课题背景砚北煤矿目前采掘的三个采区,在施工开采过程中,
3、不同程度发生强矿压显现,特别在2502采区和1502采区表现突出,为此,组织人员在这两个采区开展重点监测与防治。第二章矿压现象及分析2.1 工作面开采技术条件150206工作面回风顺槽位于1502采区,沿煤层顶板布置,为1502采区第六分层工作面,南部为华矿隔离煤柱,北部为砚峡乡保护煤柱,上部为150205采煤工作面(见图1502采区煤5层底板等高线平面图)。分层高度11米。巷道长1446.792m,开口处坐标:X为3184.554m,Y为7806.624m,Z为986.830m。巷道标高为986m994m,地面标高为+1510+1598米,巷道埋深已经达到500m以上。150206工作面开采
4、区域煤层为急倾斜煤层,总体呈单斜状,煤层产状:在工作面北部(第一段)走向341,倾向251,倾角3540;在工作面中部走向356,倾向266,倾角4050;工作面南部走向341,倾向251,倾角5053。煤层厚为43.4360.29米,平均厚度为48.8米;煤层以块状、碎块状为主,煤层坚固性系数为1.32.9,平均1.9;煤层赋存较为稳定,由南向北煤层厚度逐渐变厚。煤层结构较为复杂,中、下部结构简单,有一层厚0.451.0米的泥岩和泥质砂岩夹矸,较稳定,在运输顺槽第二拐点前后50米范围内将揭露该夹矸。煤层上部结构复杂,共含3-8层泥岩夹矸,靠近顶板为煤与夹矸互层,互层厚36米,单层夹矸厚0.0
5、50.8米。中下部煤层较硬,上部煤层松软。回风顺槽沿煤层顶板布置靠近顶板煤层较软且破碎,在回风顺槽第二拐点前后200米范围内,进入煤矸互层段,煤层本身无承压能力,巷道支护困难。煤层伪顶岩性是一层深灰、灰黑色,松软易碎泥岩,厚度一般为0.10.3m,赋存不稳定,容易垮落;直接顶为灰、灰黑色泥岩夹煤线,厚度2.05.8m,硬度1.22.2;老顶为胶结致密、层理发育粉砂岩,厚度5.612.5m,硬度3.84.9。煤层底板直接底为灰-灰黑色以石英为主的含砾粗砂岩,厚度1.55.9m,硬度2.13.4。老底为灰白、灰黑色泥质胶结粉-细砂岩,厚度1.79.7m,硬度2.13.4。图1 砚北煤矿150206
6、工作面煤5层综合柱状图250206工作面位于2502采区中部,地面标高15111606m工作面标高10401216m地面位于杨家山白草咀一带,其北部为井田边界,接山寨煤矿,东部为250205上工作面采空区,南部为二水平回风、皮带及辅运大巷,西部为设计250207上工作面,工作面走向长26382642m,倾斜宽208.5m。 煤层为煤5,煤层总厚20.538.0m,平均厚28.5m, 煤层倾角316煤层为黑色,具有沥青光泽、贝壳状断口,内生裂隙较发育。煤层中下部以暗煤为主,煤质较硬且稳定性好,煤层结构简单,局部含12层透镜状夹矸;煤层上部以亮煤为主,煤质较软且结构复杂,含37层夹矸,局部呈煤矸互
7、层,煤矸互层厚23m,其中单层夹矸厚0.050.8m,一般0.050.2m,夹矸以泥岩为主,少数为泥质砂岩。本工作面区域煤层总厚度变化较大,为20.538.0m,在工作面南北两侧较厚,中部受背斜影响,煤层较薄;同时在进风顺槽侧煤层较薄,在运输顺槽一侧,煤层较厚。由于煤层底板起伏不平,次级褶曲发育,造成煤层分层厚度变化大。本工作面(上分层)通过探顶揭露,煤层厚度在9.515.4m之间,平均煤厚12.0m。工作面煤层顶、底板情况见表,工作面地质构造:从南向北,由背斜转入向斜。工作面中南部背斜与工作面呈29夹角,轴向331,向南东倾伏;切眼处进入向斜轴部,轴向316,向南东倾伏,与工作面呈44夹角,
8、因此工作面北高南低。工作面南部位于背斜西南翼,走向270,倾向180,倾角511,平均6;工作面中部位于背斜轴部,倾角34;工作面北部位于背斜东北翼,即向斜西南部,走向360,倾向90,倾角1016,平均14,切眼处,位于向斜轴部,倾角610。煤层底板沿走向次级褶曲发育,底板起伏不平,呈波浪状。 煤 层 顶 底 板 情 况 表顶底板名称岩石名称厚 度(m)岩 性 特 征老 顶粉砂岩5.018.0胶结致密,层理发育 直 接 顶砂质泥岩2.05.0 灰、深灰色,层理明显伪 顶泥 岩0.10.3深灰,灰黑色,松软易碎直 接 底泥 岩0.050.2灰黑色,松软,富含炭质 老 底中粗砂岩6.519.0灰
9、、灰黑色,含小石英砾岩2.2 掘进工作面来压的现象及特点从250206掘进工作面25次来压和1502掘进工作面13次(150205工作面2次)共40次来压情况来看:1502采区掘进工作面15次来压,14次发生在回风顺槽,运输顺槽只有1次;10次发生在茬面50米范围,5次发生在后巷;来压能量104J就能使巷道受到破坏;巷道破坏主要是内帮底鼓,顶板下沉量不大;个别锚杆锚索有拔断现象;来压主要发生在1、2拐点附近和回风顺槽与切眼贯通60米范围。250206掘进工作面来压25次,其中运输顺槽来压16次,回风顺槽来压2次,切眼来压7次;全部在茬面向后50米范围,来压能级在104J时,巷道破坏主要表现为底
10、鼓,顶板下沉量不大;来压能级在105J时,巷道破坏范围较大,在茬面向后100米内,底鼓严重,顶板下沉量大;来压区域基本都在250205工作面切眼前方360米范围。从冲击地压的发生时间来看,破坏性动压灾害发生的时间主要集中在顶板岩石的活动期间。从动压现象的发生空间来看,掘进工作面及巷道发生动压的频度相对较高,且强度较大。此外,历次较严重的动压事故均发生在受掘进工作面和采动工作面影响范围内,可见开采造成的应力集中对动压灾害的发生有很大的影响,尤其是在同时受多个回采或掘进工作面影响时最为严重。从动压现象的发生强度上来看,急倾斜煤层水平分段工作面顶板顺槽发生的动压现象较底板顺槽发生的动压现象更为严重。
11、此外,随着开采深度的增加,动压的频度与强度也随之增加。从动压现象在顺槽附近的发生情况来看,褶曲构造的拐点附近应力集中程度较高,动压现象在拐点附近发生较多,发生强度也较大。22250206工作面掘时期矿压显现统计表编号时 间地 点回风顺槽来压破坏情况12008年3月17日15:38回风开口以里32703305排之间距茬面2530mm范围顶板煤体破碎,有离层现象,距茬面2030m之间顶沉300mm,底鼓300mm;外帮帮鼓100mm,内帮肩部下沉严重,距茬面205m范围顶沉100mm,底鼓100mm,茬面外帮顶板冒落600mm。23月25日17:10回风顺槽开口以里3324排3346排.距茬面15
12、40m顶板下沉0.10.3m、底鼓0.10.4m,其中距茬面2025m最为严重,巷道仅有2.3m,金属网掉包严重。时 间地 点运输反掘来压破坏情况12008年4月30日早班9点运输反掘(开口470550排)470550排范围底鼓0.405m,顶板下沉0.2m,22008年5月2日中班5:20运输反掘(开口510540排)距茬面3050m范围底鼓0.10.3m、顶板稍有下沉,不太明显,外帮掉包严重。皮带托滚震落。32008年5月10日13:17运输反掘(开口510590排)茬面660排510590#范围来煤爆,560590排之间最为严重,底鼓0.20.4m、顶板稍有下沉;帮没有明显变化。5105
13、60排范围几次煤爆累计底鼓0.4m、顶板稍有下沉,帮没有明显变化能量为2.54E442008年5月20日11:37运输反掘造成茬面后5米到35米底鼓400mm500mm,面略有下沉,两帮没有明显变化。来压能量:1.87E4J 52008年5月26日14:31运输反掘722到753排底鼓300mm-400mm,753到769排底鼓400mm-500mm,770到784排底鼓200mm-300mm,从722到753排皮带架子翻向外帮,873排向后连续四排空顶严重,无超前锚杆。两帮没有明显变化,外帮顶部略下沉。震动能量1.96*104J时 间地 点运输正掘来压破坏情况12008年2月24日17:37
14、运输正掘造成距茬面20米到45米范围底鼓400mm600mm,顶沉200mm300mm,内帮略有帮鼓现象22008年4月13日22:0206运输顺槽开口以里(05切眼过60m)茬面后巷29m范围,底鼓1.0m、顶沉0.5m,能量为:4.97E5震源位于对应的回风顺槽308年4月22日中班放炮诱发一次运输顺槽距茬面30m范围卸压爆破后1分钟来压,声响较大,底鼓0.10.3m42008年4月25日8:22茬面处运输正掘茬面在打眼时来压一次,未造成巷道破坏52008年5月14日夜1:27运输顺槽距茬面(1714排)2050m范围茬面20m50m范围,底板几次累计底鼓0.40.5m、顶沉0.20.3m
15、,能量为:1.39E4震源位于工作面煤体后巷62008年5月18日夜00:27运输顺槽距茬面(1753排)2550m范围距茬面25m50m范围,底板几次累计底鼓0.60.8m、顶沉0.30.4m,两帮有轻微的突出。能量为:3.5104E4震源位于工作面煤体后巷72008年5月319:24运输顺槽正掘来压造成茬面顶部靠内帮冒落,距茬面20m范围内底鼓达0.4m0.5m,顶略有下沉,距茬面69m44m(1770排1802排)顶沉0.20.3m,底鼓累计达0.8m1.2m,两帮没有明显变化。能量为5.00E4J。震源位于茬面西部150m煤体内。(茬面1858排)茬面冒顶2米,82008年6月2日20
16、:12运输顺槽正掘造成茬面2040米巷道底鼓300400mm,顶板略有下沉。能量:4.31E292008年6月7日夜3:06运输顺槽正掘来压造成距茬面(1903排)1020米(18911879排)巷高2.1米,2040米(18791854排)巷高2.4米,4060米(18541830排)巷高1.8米,6070米(18301818排)巷高2.2米,7085米(18181800排)巷高2.1米,自茬面10m向后75米范围累计底鼓1.21.4m, .其中4060米范围顶沉0.60.8米。来压能量1.26*105 J,来压位置在茬面向后170米的工作面内。该面从1445排开始底鼓,巷道变形,架设木垛支
17、护。102008年6月17日18:37运输顺槽正掘来压造成巷道从茬面(1966排,距切眼贯通点余13米)向后8米积煤到顶1.2米,茬面4排帮部未支护,茬面后816米(19561946排)顶沉0.20.3米,巷道高度余2.3米,茬面向后1618.4米(19461943排)顶沉0.5米,巷高余1.7米,茬面至此范围内帮鼓出0.50.6米,茬面向后18.423.2米(19431937排)顶沉0.5米,巷高余2.5米;茬面向后23.234.2米(19371922排)顶沉0.5米,巷高2.2米;茬面向后34.251.8米(19221900排)顶沉0.30.4米,巷高余2.2米;茬面向后51.868.6米
18、(19001879排)顶沉0.2米,巷高1.8米;茬面向后68.674.2米(18791872排)顶沉0.3米,巷高3米;茬面向后74.291.8米(18721850排)顶沉0.3米巷高2.6米此段有两个木垛压垮。本次来压造成切眼变形严重。震动能量4.38E5J,震源位置250205切眼上方250206工作面内。112008年8月27日凌晨0:51250206运输顺槽正掘来压位置:巷道从外端开口,掘进340米与其反掘段(反掘937排,720米)贯通,贯通后,来压造成贯通点后15米范围底鼓0.8米,巷道顶板完好,来压能量2.36*104J,时 间地 点切眼来压破坏情况12008年4月21日16:
19、45切眼掘进70m时来压(距茬面1020m)距茬面1020范围底鼓0.10.3m、顶板稍有下沉,不太明显,帮没有明显变化。部分锚索长托梁和变形较大,垫片呈凹形。22008年4月28日早班12:30切眼掘进125m时来压(距茬面1025m)来煤爆,将综掘机掀至左帮考死,底鼓0.10.3m。32008年4月29日早10:05切眼掘进130m时来压(距茬面1025m)距茬面1025范围底鼓0.10.3m、顶板稍有下沉,不太明显,帮没有明显变化。部分锚索长托梁和变形较大,垫片呈凹形。42008年5月6日13:30切眼掘进170m时来压(距茬面1025m)距茬面1025范围底鼓0.10.3m、顶板稍有下
20、沉,不太明显,帮没有明显变化。部分锚索长托梁和变形较大,垫片呈凹形。52008年5月25日14:28250206切眼来压下口向上2239米老塘侧巷道底鼓,累计巷道最大底鼓量2米、巷道高度余1.5米,木垛枕木有压折现象。震动能量7.49E4,位置14微震点后134米。62008年5月28日夜班10:33250206切眼来压18、19木垛压歪,部分枕木压扁或破坏,此段巷高2.4米,1817木垛间巷高1.6米,1613木垛压歪,175180排切眼中间顶部震冒抽楔三角形长*宽*高4*1.2*2米。来压能量1.1*104 J,定位震源14#微震点靠近运输顺槽煤体内。72008年6月17日18:37250
21、206切眼来压运输顺槽来压造成切眼破坏: 54排处巷高2.6米,93排处巷高2.6米,125排处巷高2.6米,157排处2.4米,169排处2.06米,183排处巷高1.7米,188排以下木垛压力大,个别枕木压碎,一个木垛压倒,198排前后3个木垛压斜,195排2.0米,213排处巷高2.1米,有部分抬棚震翻,单体柱压倒,距下口20米所有木垛与抬棚失效,下口20米处56个木垛底鼓0.4米,顶沉1米,爆声持续不断。来压能量:4.72E4J150206掘进工作面来压统计时 间地 点来压现象及特征 2007年10月13日中班12:21150205运输开口65m范围巷道外帮底鼓300mm;内帮底鼓10
22、0200mm;顶沉200mm;内外帮帮鼓100mmm。能量7.830E05(J)2008年2月26日夜班9:16150205回风开口530810m分三段,530570m为一段,底鼓700mm最为严重,帮也有鼓,轨道变形,皮带架倾倒,有锚索拉断;580m720m较为严重底鼓400mm;730810mm为三段巷道变形较小。能量:8.47E6J2008年3月31日150206煤门底鼓0.10.4m、顶沉0.10.3m2008年6月13日早7:39150206回风顺槽613668排40米范围(茬面为670排),顶沉0.5米0.2米,底鼓,0.21.2米,巷道最低余1.7米,左帮鼓0.5米,震动位置在茬
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