管道壓煤開采的相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究

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1、學(xué)兔兔www.xuetutu.com第15卷第2期(總第93期)煤礦開采Vo1．15No．2(SeriesNo．93)2010年4月CoalminingTechnologyApril2010管道壓煤開采的相似材料模擬實(shí)驗(yàn)研究祝琨(煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計(jì)分院，北京100013)[摘要]用相似材料模擬的方法，以興隆莊礦為例，研究管道壓煤開采巖層及地表移動(dòng)的規(guī)律以及壓煤開采對管道本身產(chǎn)生的影響。實(shí)驗(yàn)得出：管道壓煤開采的巖層及地表移動(dòng)規(guī)律與傳統(tǒng)的規(guī)律基本一致；管道下壓煤采出后，在管道縱剖面的下方會(huì)出現(xiàn)懸空狀態(tài)，對管道的安全造成不利

2、影響，而管道上方的地表會(huì)出現(xiàn)隆起與裂縫，對土地造成破壞。為今后管道過采空區(qū)的研究提供參考。[關(guān)鍵詞]管道；壓煤開采；相似材料模擬[中圖分類號]TD823．8[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B[文章編號]10066225(2010)02-0041-03AnalogySimulationforCoalMiningunderPipeLine傳統(tǒng)的“三下”開采，是指建筑物下、水體某鉆孔的實(shí)測結(jié)果如表1所示。下以及鐵路下的壓煤開采。隨著國家西氣東輸工程表l興隆莊礦主采煤層及巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)測結(jié)果的開展，不可避免地產(chǎn)生很多輸油氣管道過煤礦區(qū)日巖石真密度

3、／含水抗壓強(qiáng)抗拉強(qiáng)抗剪強(qiáng)硬度系名稱(kg·m。)率／％度／MPa度／MPa度／MPa數(shù)的情況，而隨著礦區(qū)地下煤炭資源的開采，這些管道就會(huì)存在嚴(yán)重的安全隱患。一旦由于煤礦開采引起的地表下沉對管道造成嚴(yán)重的破壞，就會(huì)對園家的能源以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境等造成很大的影響。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)新的問題，即管道下方壓煤的開采會(huì)對管道本身產(chǎn)生什么樣的影響。在這類問題的研究上有數(shù)值模擬、相似模擬等多種研究方法。以兗州興隆莊礦為例，采用常用的相似材料模擬方法，研究管道下方壓煤開采后，地表移動(dòng)變形以及對管道的影響情況。1興隆莊礦地質(zhì)采礦條件與巖石力學(xué)性質(zhì)興

4、隆莊煤礦分多個(gè)采區(qū)，以五采區(qū)為例。本區(qū)西南面以5309軌道下山起，東北至井田邊界即滋陽斷層。地表較平坦，地面標(biāo)高在50～52m，大部分為農(nóng)田，下部有一季節(jié)性河流小寥河穿過。區(qū)內(nèi)有小廠和大南莊2個(gè)村莊。巖層產(chǎn)狀平緩，總體表現(xiàn)為一單斜構(gòu)造，傾角2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為2～10。，一般都在3～7。，煤巖層走向一般為NW—NEE，傾向NE-SSE，由于局部走向變化，造2．1實(shí)驗(yàn)材料的制備成本區(qū)發(fā)育著次一級的寬緩的波狀起伏。相似模擬材料主要有2種成分：填料和膠結(jié)煤3為本區(qū)內(nèi)主采煤層，煤層穩(wěn)定，煤質(zhì)及厚物。填料在材料中所占的比重較大，是膠結(jié)物膠結(jié)度

5、變化較少，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含夾石1～2層，其巖的對象，其物理力學(xué)性質(zhì)對相似材料的性質(zhì)有重要性為炭質(zhì)細(xì)砂巖或泥巖。煤層產(chǎn)狀平緩，傾角一般影響。填料主要有河砂、云母粉、滑石粉、黏土3～7。。但區(qū)內(nèi)斷層較多，并有寬緩的波狀起伏，等，本實(shí)驗(yàn)填料采用河砂。煤層厚度在7．20～8．95m，平均為8．26m。膠結(jié)物是決定相似材料性質(zhì)的主導(dǎo)成分，其力[收稿日期]2009—12—23[作者簡介]祝琨(1985一)，男，浙江溫州人，開采設(shè)計(jì)研究分院在讀研究生。41學(xué)兔兔www.xuetutu.com總第93期煤礦開采2010年第2期學(xué)性質(zhì)在很大程度

6、上決定了相似材料的力學(xué)性質(zhì)，在上面，再填料到頂。因?yàn)楣艿缆裨谕林校萌庋鄢Ｓ玫哪z結(jié)材料主要有石膏、石蠟、碳酸鈣、石不能直接看到，為了觀測管道的移動(dòng)變形情況，在灰、高嶺土、水泥、鋸末等。本實(shí)驗(yàn)?zāi)z結(jié)料采用碳模型構(gòu)建之前，先對管道進(jìn)行了處理，在鋼管上以酸鈣和石膏。lOOmm為距離焊接了一些鐵絲，保證每根鐵絲都不同膠結(jié)料與骨料混合組成不同種類的相似材垂直鋼管向上，并且保持在同一水平面上，每根鐵料，其力學(xué)性能不同。本實(shí)驗(yàn)通過各鉆孔的實(shí)驗(yàn)數(shù)絲的上部都裸露在土層之上。這樣，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施前據(jù)，并結(jié)合煤層巖層與松散層的分布特征，對力學(xué)后，通過觀

7、測鐵絲端部的移動(dòng)情況，反映鋼管的移參數(shù)進(jìn)行了綜合調(diào)整。根據(jù)調(diào)整后的力學(xué)參數(shù)，選動(dòng)變形情況。煤層為水平煤層，在模型下面第2定骨料及膠結(jié)料進(jìn)行配比試驗(yàn)，為了精確選定與計(jì)層，厚度為30ram。待模型風(fēng)干完畢后，按lOOmm算參數(shù)一致的配比，經(jīng)過了多次配比試驗(yàn)，做出了XlOOmm的密度布設(shè)觀測點(diǎn)。最終模型如圖1所各種配比表，最后選擇出滿足實(shí)驗(yàn)要求的一種，祥示，各層層厚如表3所示。見表2。表2相似模擬實(shí)驗(yàn)配比圖1最終模型表3各層層厚2．2實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?gòu)建本模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膸缀蜗嗨票热?：300。在管道的選擇中，因?yàn)闊o法找到足夠細(xì)的鋼管，本

8、次試驗(yàn)的鋼管外徑lOmm，壁厚2mm，所以管道的幾何相似比無法與模型一致，而是以力學(xué)相似為主，所3實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象描述以本實(shí)驗(yàn)選用低碳鋼材質(zhì)的鋼管，以往的經(jīng)驗(yàn)顯示這種鋼管的力學(xué)性質(zhì)與實(shí)際鋼管最為相似，而且最模型的開采從2009年7月14日8時(shí)開始，一適宜進(jìn)行油氣管道的相似材料模擬研究。次采全