【摘要】：由于采礦歷史原因，東升廟礦形成大小不一、形狀各異的采空區(qū)數(shù)十處，這些采空區(qū)嚴(yán)重影響著礦山的安全生產(chǎn)。根據(jù)相關(guān)地質(zhì)部門的統(tǒng)計(jì)，目前東礦2#采空區(qū)的規(guī)模較大，上盤圍巖和頂板總暴露面積達(dá)92968m2，采空區(qū)體積達(dá)1101540m3。如此大規(guī)模的采空區(qū)，上盤和頂板圍巖一旦發(fā)生大面積冒落，會壓縮空區(qū)的空氣，使空氣瞬間由采空區(qū)撲入生產(chǎn)巷道形成速度每秒數(shù)百米的空氣沖擊波，此外，冒落巖體還會對空區(qū)底部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)力沖擊。由于沖擊波有很高的超壓，會對井下人員和設(shè)備造成嚴(yán)重的損害，是影響礦山安全生產(chǎn)的潛在重大安全隱患。鑒于采空區(qū)存在如此大的安全隱患，本文就采空區(qū)圍巖冒落危害預(yù)測及防治措施做了比較詳細(xì)的研究。本論文主要采用Hertz彈塑性接觸理論、應(yīng)力擴(kuò)散理論、能量守恒原理、理論建模（頂板冒落-空氣耦合沖擊力學(xué)模型）、MATALAB差分計(jì)算等方法對采空區(qū)存在的安全問題進(jìn)行了研究，得出如下研究成果： （1）采空區(qū)大冒落在采空區(qū)底部激發(fā)的空氣沖擊波波速約為38m/s，風(fēng)壓約為4.6MPa，撲入生產(chǎn)巷道的最大波速約為523m/s，，沖擊波以此速度在巷道內(nèi)傳播影響的距離為7812m。將冒落體簡化為一直徑6.4m的球體，以31m/s的速度撞擊底部結(jié)構(gòu)，最終求得最大沖擊力為4.34×109N，結(jié)構(gòu)內(nèi)部最大應(yīng)力為9176397Pa，結(jié)構(gòu)會發(fā)生破壞。 （2）基于激波管試驗(yàn)和多孔介質(zhì)內(nèi)空氣流動(dòng)理論，綜合計(jì)算得到墊層厚度為18m,并引入一個(gè)綜合影響因子K對墊層厚度公式進(jìn)行了修正。 （3）基于Hertz彈塑性接觸理論和墊層應(yīng)力擴(kuò)散理論，按照簡支梁受沖強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算得出墊層厚度為10m。 （4）基于沖擊波災(zāi)害，在生產(chǎn)區(qū)和采空區(qū)相距小于20m的巷道中設(shè)置阻波墻，若采用混凝土阻波墻，則墻厚為2.7m即可有效阻擋沖擊波。 （5）為預(yù)防沖擊波災(zāi)害，在空區(qū)頂部開一天窗井，其規(guī)格為4.0×4.0m，高度約為208m。 （6）針對地表塌陷區(qū)危害，本文制定了綜合防災(zāi)措施，例如設(shè)置柵欄、截洪溝、擋水墻等。
【圖文】：

內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文埋深由淺表數(shù)米直到數(shù)百米，大量空區(qū)對現(xiàn)在東升廟礦采礦造成山投產(chǎn)以來已經(jīng)發(fā)生了數(shù)十次淺表空區(qū)塌陷，如在 2014 年 4 月 1地表 18 勘探線天窗井東側(cè)約 15m 處發(fā)生塌陷（如圖 1.1 所示）區(qū)寬約 16m、長約 30m，估計(jì)塌陷區(qū)深度約 100m；同時(shí)，在塌石零星冒落、垮落的聲音，并且在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)了幾處裂縫。

空區(qū)呈重疊、交錯(cuò)等不同狀況，980 水平、950 水平、900 水平空區(qū)水平投影如下圖2.1 所示，2#采空區(qū)沿走向剖面圖如圖 2.2。圖 2.1 空區(qū)賦存狀況圖圖 2.2 2#采空區(qū)剖面圖
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD324

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2542282