放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)研究

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1、放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)研究?2005-10-2514:28:05摘要　通過對放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)相似模擬試驗(yàn)結(jié)果的分析，并與實(shí)際觀測資料相對照，總結(jié)出了在放頂煤開采條件下覆巖斷裂角、冒裂帶高度大小的基本規(guī)律，以及尖滅硬巖層、煤層頂板巖性對覆巖移動(dòng)的影響等問題。關(guān)鍵詞　放頂煤開采　覆巖移動(dòng)　試驗(yàn)研究前　言　　放頂煤開采技術(shù)由于其高產(chǎn)、高效、煤質(zhì)好，已在我國許多有條件的礦區(qū)被廣泛采用，但由此引起的開采沉陷問題也日益突出，解決在放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)問題已迫在眉睫。研究放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)規(guī)律的方法通常有理論研究、實(shí)際觀測和模擬研究三種。

2、由于巖層移動(dòng)是一個(gè)影響因素非常多、非常復(fù)雜的物理力學(xué)過程，理論研究正在逐步深入；實(shí)際觀測是研究巖層移動(dòng)的主要方法，但由于放頂煤開采技術(shù)應(yīng)用時(shí)間較短，以及客觀條件限制，目前觀測數(shù)據(jù)很不充分，特別是對巖層內(nèi)部的觀測。因此模擬試驗(yàn)就成了研究放頂煤開采條件下覆巖移動(dòng)規(guī)律的有效方法。本次試驗(yàn)所模擬的地質(zhì)采礦條件完全與新集礦的實(shí)際情況相似，從而避免了模型簡化對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響。1　模擬試驗(yàn)概述1.1　原型條件　　相似模擬試驗(yàn)的剖面根據(jù)新集礦試驗(yàn)區(qū)實(shí)際勘探剖面所得，制作模型10臺(tái)，開采煤層為13—1煤、11—2煤，均為近水平煤層，全部跨落法管理頂板。煤層賦存、頂板

3、巖性和開采方法見表1。表1　煤層開采及賦存情況表模型編號(hào)開采煤層開采方法開采厚度（m）埋藏深度（m）頂板巖性113—1煤放頂煤開采10.7303泥巖11—2煤普采3.7366砂質(zhì)泥巖313—1煤放頂煤開采7.0300砂質(zhì)泥巖413—1煤普采8.0320砂質(zhì)泥巖513—1煤放頂煤開采8.6508粉砂巖11—2煤普采3.0576砂質(zhì)泥巖613—1煤放頂煤開采8.6508粉砂巖，切有／／裂隙11—2煤普采3.0576砂質(zhì)泥巖，切有／／裂隙713—1煤放頂煤開采8.6508粉砂巖，切有＼＼裂隙11—2煤普采3.0576砂質(zhì)泥巖，切有＼＼裂隙813—1煤放頂煤開

4、采8.6508粉砂巖（碎裂）11—2煤普采3.0576砂質(zhì)泥巖（碎裂）913—1煤放頂煤開采4.0595泥巖夾煤1013—1煤放頂煤開采4.0556泥巖夾煤1.2　相似材料配比　　制作模型主要所用材料有：河砂、云母、碳酸鈣、煤粉、石膏、水、水泥和鋸末等，相似材料配比是根據(jù)煤巖層的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行的。1.3　模型設(shè)計(jì)尺寸和相似條件　　模型框架尺寸為：2500mm×200mm×1800mm的平面模型，采用杠桿加載進(jìn)行相應(yīng)高度補(bǔ)償。在試驗(yàn)過程中，模型與原型之間嚴(yán)格遵守相似原理?！　　幾何相似比　　第1、2、5、6、7、8模型為：aL＝1／150　　第3、4模型

5、為：aL＝1／200　　第9、10模型為：aL＝1／100　　b　模型的容重比為：ar=rm/rp=0.625　　c　模型的強(qiáng)度比為：aσ＝σm／σp=aL*ar　　第1、2、5、6、7、8模型為：aσ＝1／240　　第3、4模型為：aσ＝1／320　　第9、10模型為：aσ＝1／160　　d　模型的時(shí)間比：at=tm/tp=(a)1/2　　第1、2、5、6、7、8模型為：at＝1／12　　第3、4模型為：at＝1／14　　第9、10模型為：at＝1／102　主要試驗(yàn)結(jié)果分析2.1　巖層斷裂角　　13—1煤層和11—2煤層開采完，其覆巖移動(dòng)穩(wěn)定后，采空

6、區(qū)上方巖層破壞形態(tài)呈拱形（圖1），稱為冒裂拱。分別將開切眼側(cè)和停采線側(cè)的巖層斷裂點(diǎn)連接起來近似為一直線，稱為斷裂線。斷裂線與煤層在采空區(qū)一側(cè)所夾角為斷裂角（圖1中的φ角）。斷裂角也是影響巖層與地表移動(dòng)大小和下沉盆地形態(tài)的一個(gè)重要因素。13—1煤采完覆巖移動(dòng)穩(wěn)定后斷裂角見表2。表2　13—1煤采完覆巖移動(dòng)穩(wěn)定后斷裂角（單位：度）模型編號(hào)134567810平均斷裂角（切眼側(cè)）7164.571.573706679.65669斷裂角（停采側(cè)）6856537166.56572.55163圖1　采場上覆巖層冒落形態(tài)　　11—2煤采完覆巖移動(dòng)穩(wěn)定后斷裂角見表3。從表

7、3中可以看出：表3　11—2煤采完覆巖移動(dòng)穩(wěn)定后斷裂角（單位：度）模型編號(hào)1568平均斷裂角（切眼側(cè)）755757.574.566斷裂角（停采側(cè)）6951586360　　a、無論是綜放開采還是普采（11—2煤為普采），巖層在切眼側(cè)的斷裂角要大于停采側(cè)的斷裂角，其值約為6°左右（見表2、表3）?！　、放頂煤開采條件下切眼側(cè)和停采側(cè)的斷裂角要比普通開采條件下相應(yīng)切眼側(cè)和停采側(cè)的斷裂角大3°左右（見表2、表3）。　　原因主要是：它與煤層的開采厚度和開采方向有關(guān)；還與煤層頂板的初次跨落（以巖梁形式垮落）和周期跨落（以懸臂梁形式垮落）形式不同有關(guān)。另外，上述斷

8、裂角的值偏大（一般在60°左右），這主要是所采煤層厚度較大，且上覆巖層偏軟造成的；模型8在切眼