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《急傾斜煤層開采上覆巖層運(yùn)動規(guī)律模擬研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、維普資訊http://www.cqvip.com焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，第22卷，第3期，2003年5月JournalofJiaozuoInstituteofTechnobgy(NaturalScience)，Vo1．22，No．3，May2003急傾斜煤層開采上覆巖層運(yùn)動規(guī)律模擬研究汪成兵，張盛，勾攀峰，張義順(焦作工學(xué)院資源與材料工程系，河南焦作454000)摘要：相似材料模擬試驗(yàn)是研究礦山壓力及圍巖運(yùn)動的重要手段．本文以平頂山煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司十三礦己】5一】7—12041工作面為模擬對象，對己組煤開采上覆巖層運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行相似材料模擬
2、試驗(yàn)，通過對模擬試驗(yàn)結(jié)果分析，得出己組開采上覆巖層的運(yùn)動規(guī)律．關(guān)鍵詞：運(yùn)動規(guī)律；相似模擬；急傾斜煤層中圖分類號：TD352文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1007-7332(2003)03-01654)30引言平頂山煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司十三礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為180萬t／a，1993年破土動工，1998年7月試生產(chǎn)，主要開采二疊系山西組己15一】7煤層(即二】煤層)．采用一對立井、采區(qū)上下山開采．由于新建礦井礦壓研究尚屬空白，并且由于該礦地質(zhì)條件變化大，鄰近礦井的礦壓研究成果不便利用，因此，有必要對該礦己組煤開采后上覆巖層的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行研究．相似材料模擬試驗(yàn)
3、是研究礦山壓力及圍巖運(yùn)動的方法之一，它以相似理論為依據(jù)，用與煤巖力學(xué)性質(zhì)相似的材料，按原型與模型間所需的相似準(zhǔn)則做成模型，然后在模型中開拓巷道或進(jìn)行回采，觀察頂板巖層的變形、位移及破壞情況，據(jù)此分析原型中所發(fā)生的情況，試驗(yàn)結(jié)果直觀，相似程度高．1模型設(shè)計(jì)與試驗(yàn)試驗(yàn)采用長×寬×高=1．5m×0．1m×1．1m的平面應(yīng)力模型試驗(yàn)架．試驗(yàn)時(shí)模型架前后安裝固定有機(jī)玻璃和鋼板，一方面限制模型縱向位移，另一方面便于觀測和拍照．1．1相似模擬試驗(yàn)的現(xiàn)場條件試驗(yàn)以平頂山煤業(yè)(集團(tuán))責(zé)任有限公司十三礦己15—17—12041工作面為模擬對象，采用平面應(yīng)力模型研究沿傾斜方
4、向頂板的運(yùn)動．12041工作面開采己15—17煤層，采深為322-450m，煤層平均厚度為5．15m，煤層傾角為45。，工作面斜長為75m．采用走向長壁分層開采爆破落煤法，分層采高為2．5m．煤層頂板為9．1m厚的大占砂巖，煤層底板為4．86m的細(xì)砂巖，其頂、底板物理力學(xué)性質(zhì)見表1．1．2相似比的選擇以巖石抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、密度、幾何條件為主，在滿足上述參數(shù)相似的同時(shí)，應(yīng)使模型與原型的邊界條件及初始條件相似．據(jù)相似理論、試驗(yàn)臺規(guī)格和模擬條件，相似參數(shù)定為：幾何比aI=，1／75，密度比口y=0．63，強(qiáng)度比=口L·口y=8．4×10一，外力比口p：口
5、y·口=1．49×10一．1．3相似材料的選取和模型架制作根據(jù)相似材料模擬試驗(yàn)的要求]，模型相似材料以石英砂作為骨料，石膏、石灰、碳酸鈣作為膠結(jié)材料，和水按一定比例配制而成，傾斜分層鋪設(shè)于模型架中，層與層之間撤入滑石粉模擬層面．收稿日期：2003~1—16：修回日期：2003~2·18作者簡介：汪成兵(1979一)。男。安徽懷寧人，碩士研究生。從事礦山巖體力學(xué)方面的研究維普資訊http://www.cqvip.com166焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2003年第22卷如圖1所示．模型采用杠桿法進(jìn)行加載．表1煤層頂、底巖層的物理力學(xué)性質(zhì)Tab．1Phys
6、icalandmechanicalfeatureoftheseamroofandflor注：老頂、直接頂均為大占砂巖2試驗(yàn)結(jié)果及分析(1)上分層開采后，直接頂巖層先在層理處離層，然后斷裂，斷裂巖塊大部分趨于一致．工作面上下部采空區(qū)頂板跨落不一致，具有不對稱性．采空區(qū)上部直接頂冒落充分，與周圍巖體完全脫離，下部冒落不充分．直接頂冒落后，老頂與上位巖層產(chǎn)生裂隙，但由于巖塊間咬合，其跨落不充分．(2)下分層開采后，直接頂隨采隨跨，且進(jìn)一步破碎．隨著時(shí)間的推移，在上覆巖層及外在載荷的作用下，老頂完全跨落，沿傾斜方向分成3塊．工作面上側(cè)采空區(qū)頂板巖層被彎曲拉斷，
7、下側(cè)采空區(qū)上覆巖層未在煤壁處剪斷．上覆巖層最終跨落情況如圖2、圖3所示．圖1試驗(yàn)前的模型開采后頂板的跨落特征為：上覆巖層按破壞程度Fig．1Modelbeforeexperiment自下而上存在著冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶．沿傾斜方向冒落帶形狀為上、下端不對稱的平頂拱形，其拱頂長度為32cm，拱底即工作面斜長100cm．垂直工作面層面上，上覆巖層呈層狀冒落，頂板冒落最大法線高度為44cm，相當(dāng)于兩層采高的6．41倍，位●●-于采#空}區(qū)中1上部ll；下部最大Il法j線冒落高度為30cm，相當(dāng)于兩層采高的4．4倍．冒落拱上端拱邊緣與采空區(qū)跨落巖層完全脫離
8、，并存在有一定的空隙，下端拱邊緣與采空區(qū)跨落巖層未完全脫離．處于工作面中、上部的頂板巖層運(yùn)動較
