东升庙矿2#采空区围岩冒落危害预测及其防治研究

发布时间：2019-09-26 18:15

【摘要】：由于采矿历史原因，东升庙矿形成大小不一、形状各异的采空区数十处，这些采空区严重影响着矿山的安全生产。根据相关地质部门的统计，目前东矿2#采空区的规模较大，上盘围岩和顶板总暴露面积达92968m2，采空区体积达1101540m3。如此大规模的采空区，上盘和顶板围岩一旦发生大面积冒落，会压缩空区的空气，使空气瞬间由采空区扑入生产巷道形成速度每秒数百米的空气冲击波，此外，冒落岩体还会对空区底部结构产生动力冲击。由于冲击波有很高的超压，会对井下人员和设备造成严重的损害，是影响矿山安全生产的潜在重大安全隐患。鉴于采空区存在如此大的安全隐患，本文就采空区围岩冒落危害预测及防治措施做了比较详细的研究。本论文主要采用Hertz弹塑性接触理论、应力扩散理论、能量守恒原理、理论建模（顶板冒落-空气耦合冲击力学模型）、MATALAB差分计算等方法对采空区存在的安全问题进行了研究，得出如下研究成果： （1）采空区大冒落在采空区底部激发的空气冲击波波速约为38m/s，风压约为4.6MPa，扑入生产巷道的最大波速约为523m/s，，冲击波以此速度在巷道内传播影响的距离为7812m。将冒落体简化为一直径6.4m的球体，以31m/s的速度撞击底部结构，最终求得最大冲击力为4.34×109N，结构内部最大应力为9176397Pa，结构会发生破坏。 （2）基于激波管试验和多孔介质内空气流动理论，综合计算得到垫层厚度为18m,并引入一个综合影响因子K对垫层厚度公式进行了修正。 （3）基于Hertz弹塑性接触理论和垫层应力扩散理论，按照简支梁受冲强度准则计算得出垫层厚度为10m。 （4）基于冲击波灾害，在生产区和采空区相距小于20m的巷道中设置阻波墙，若采用混凝土阻波墙，则墙厚为2.7m即可有效阻挡冲击波。 （5）为预防冲击波灾害，在空区顶部开一天窗井，其规格为4.0×4.0m，高度约为208m。 （6）针对地表塌陷区危害，本文制定了综合防灾措施，例如设置栅栏、截洪沟、挡水墙等。
【图文】：

内蒙古科技大学硕士学位论文埋深由浅表数米直到数百米，大量空区对现在东升庙矿采矿造成山投产以来已经发生了数十次浅表空区塌陷，如在 2014 年 4 月 1地表 18 勘探线天窗井东侧约 15m 处发生塌陷（如图 1.1 所示）区宽约 16m、长约 30m，估计塌陷区深度约 100m；同时，在塌石零星冒落、垮落的声音，并且在现场发现了几处裂缝。

空区呈重叠、交错等不同状况，980 水平、950 水平、900 水平空区水平投影如下图2.1 所示，2#采空区沿走向剖面图如图 2.2。图 2.1 空区赋存状况图图 2.2 2#采空区剖面图
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD324

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 郑怀昌;宋存义;胡龙;肖刚;李明;张晓君;;采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪模拟[J];北京科技大学学报;2010年03期

2 王飞,王伟策,王耀华,顾月兵,陆明,刘强;挡波墙对空气冲击波的削波作用研究[J];爆破器材;2004年01期

3 庞伟宾,何翔,李茂生,任辉启;空气冲击波在坑道内走时规律的实验研究[J];爆炸与冲击;2003年06期

4 唐经文;张新铭;习磊朋;;石墨泡沫内流动与传热的数值分析[J];重庆大学学报;2009年06期

5 严国超;息金波;宋选民;胡耀青;;采场冲击气浪的灾害模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年02期

6 何思明;;滚石对防护结构的冲击压力计算[J];工程力学;2010年09期

7 吕兆华;泡沫型多孔介质中非达西流动特性的研究[J];工程力学;1998年02期

8 徐利娜;雍顺宁;王凤丹;刘圢;干亍;;直坑道内爆炸冲击波超压传播规律研究[J];测试技术学报;2014年02期

9 陈驰;刘成清;陈林雅;赵世春;;落石作用于钢筋混凝土棚洞的冲击力研究[J];公路交通科技;2015年01期

10 邢平伟;付玉平;李志军;宋选民;;采场顶板飓风耦合模型及采高对飓风灾害的影响[J];中北大学学报(自然科学版);2010年03期

本文编号：2542282