印度某礦采場上覆厚巖層破斷行為實驗研究.pdf

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1、2010年12月礦業(yè)安全與環(huán)保第37卷第6期印度集礦采場上覆厚巖層破斷行為實驗研究．孔海陵，王路珍，陳榮華(1．鹽城工學(xué)院基礎(chǔ)部，江蘇鹽城224003；2．中國礦業(yè)大學(xué)力建學(xué)院，江蘇徐州221008)摘要：依據(jù)印度東部煤田有限公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ煤層2號鉆孔地質(zhì)資料和開采工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)，運用相似材料模擬試驗對含厚頂板的上覆巖層在工作面推進(jìn)過程中的礦壓規(guī)律進(jìn)行分析。研究表明：厚頂初次來壓步距長，破斷時動壓現(xiàn)象非常明顯；厚頂?shù)钠茢鄬ι细矌r層的破斷起到控制作用，破斷后，上覆巖層與厚頂保持同步協(xié)調(diào)運動。隨著工作面向前推進(jìn)，在工作面

2、前方煤壁形成支承壓應(yīng)力增高區(qū)；在呆場上方靠近煤層的頂板中，形成拉應(yīng)力增高區(qū)，導(dǎo)致頂板產(chǎn)生拉伸破壞；工作面前后方剪應(yīng)力呈中心對稱分布，并在前后方煤壁上端形成壓剪破壞。關(guān)鍵詞：厚頂；破斷；相似材料；模擬試驗中圖分類號-TD325文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號：1008—4495(2010)06一OOO9—04往往借助于相似材料模擬試驗以獲得滿足工程應(yīng)用1概述要求的數(shù)值解。自采用長壁開采技術(shù)以來，回采工作面的頂板控印度東部煤田有限公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ制一直是采礦學(xué)科研究的核心問題之一。采場頂板煤層覆巖是含有厚板的典型實例，依據(jù)2號鉆孔地

3、質(zhì)中厚巖層的變形對整個頂板的穩(wěn)定性具有控制作用，資料和開采工藝等相關(guān)參數(shù)，運用相似材料模擬試驗因此，用厚板模型來分析厚巖層的力學(xué)行為。厚對該礦R一Ⅵ煤層頂板采場應(yīng)力場、巖層移動及礦壓板的存在，使得覆巖的變形和破壞具有一些新的特進(jìn)行了系統(tǒng)的力學(xué)分析。根據(jù)平面應(yīng)力礦壓模型，對點，對采場礦壓控制提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如具有良好該礦采場上覆厚巖層進(jìn)行相似材料模擬試驗，分析厚分層性的厚頂板來壓的特征、厚關(guān)鍵層覆巖的采場層老頂破斷垮落過程，給出老頂及其上覆巖層的支承礦壓規(guī)律。隨著工作面的推進(jìn)，工作面頂板活動空壓力分布曲線和巖層下沉量變化曲線。間與老頂懸臂梁

4、結(jié)構(gòu)的彎矩加大，使工作面壓力加大，來壓時，采動影響波及的范圍增大。同時，由于2長壁開采采場上覆厚巖層破斷行為的相似各礦區(qū)地質(zhì)條件的差異，厚頂板破斷與垮落的形式也材料模擬試驗具有多樣性和隨機性，目前還沒有形成大致相同的含通常，研究長壁采場在工作面推進(jìn)過程中上覆巖有厚板覆巖變形和破壞的計算和分析程序或規(guī)范。層運動與控制關(guān)系，均采用沿走向的平面應(yīng)力相似模相似材料模擬是當(dāng)前研究巖層運動的主要方法型進(jìn)行模擬研究。之一_6?。許多工程實際問題，由于所研究問題的幾2．1模擬試驗何特征及邊界條件等制約而無法求得其解析解，因此模型實驗的原型是印度東部煤田有限

5、公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ巖層2號鉆孔l和2煤層。收稿日期：2010—04～10；2010—07—27修訂煤層厚度5ill，埋深251m，直接頂是平均厚度23．6m基金項目：鹽城工學(xué)院應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目(XKR2010010)；的中砂巖，為厚頂，完整性較好，厚頂上分布有巖性相國家自然科學(xué)基金重大項目(50490270)；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)對較軟的頁巖及頁巖砂巖互層，煤層底板為砂質(zhì)頁展計劃項目(2007cB209400)巖，巖性較硬。采用長壁采煤方法，一次采全高。各作者簡介：孔海陵(1981一)，男，江蘇泰州人，博士，主要研主要巖層

6、物理力學(xué)參數(shù)及模擬區(qū)域煤系地層分布究方向為礦山巖體破壞理論與災(zāi)害防治技術(shù)。E—mail：hailkong@126．corn。見表1?！?·2010年12,El礦業(yè)安全與環(huán)保第37卷第6期在進(jìn)行上覆巖層變形與破壞的相似材料模擬時32號、39號，33號、4l號壓力盒(具體位置見圖1)所通常采用幾何相似比為1：10010]，根據(jù)現(xiàn)場實際情況測得的回采工作面前后覆巖壓力分布曲線見圖3。和試驗條件，確定容重相似比1：1．7，應(yīng)力相似比1：170，夕力卡目似比1：(1．7×10。)。模型長250cm，則實際長度為250m。實際平均采深251m，因此模擬

7、高度應(yīng)為251cm，又煤層厚度為5cm，外加高度為15cm的底板，故模型高度應(yīng)設(shè)計271em。根據(jù)我國的模型實驗經(jīng)驗，模型高度與寬度之比以5～8為宜¨，才能保證模擬開采結(jié)果具有足夠的一致性。由于實驗條件限制，本次實驗?zāi)Ｐ蛯挾葹?0cm，為滿足實驗要求，同時考慮平面問題，取模fa)初次來壓型高度與寬度之比約6．6，將實驗?zāi)Ｐ透叨仍O(shè)計為131cm，其余表土層和軟巖高度(140m)通過外加均布載荷補償。實驗時兩端各留煤柱30em。在模型的制作過程中埋人了壓力盒并安裝了位移傳感器，如圖l所示全自動恒壓水加壓器(b)g1次周期來壓圖2模型照片魯§。4

8、苔l4l312l1l098。。312。*32。33·。342日凸_』ii一37號測點0．／~幽．，—1．h．-／0—50O01001。一位移傳感器一壓力傳感器工作面相對壓力盒的不