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1、礦業(yè)研究與開發(fā)第卷第期年月，，煤層開采覆巖變形與破壞試驗(yàn)研究別小勇，周國慶，趙光思，王曉波（中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇徐州市）摘要：頂?shù)装遒x存含水層的煤系地層在采煤影響下可能因田內(nèi)最上主要可采煤層煤時(shí)，由于煤系地層的頂、導(dǎo)水裂隙的發(fā)育而導(dǎo)致突水危險(xiǎn)。采用平面模擬的方法，通底板都賦存有強(qiáng)含水層，在采動(dòng)影響下產(chǎn)生的導(dǎo)水過實(shí)驗(yàn)室相似模擬試驗(yàn)，對(duì)某井田采煤過程中覆巖變形與破裂隙帶可能導(dǎo)通其頂部的煤基巖裂隙含水層，采壞規(guī)律進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，獲得了上覆巖層應(yīng)力的分布以煤過程可能有突水危險(xiǎn)，需要對(duì)煤層回采過程中頂及隨開采面推進(jìn)的發(fā)展規(guī)律，結(jié)果表明，在本
2、模擬條件下煤板巖層冒落情況以及導(dǎo)水裂隙帶的高度進(jìn)行評(píng)估以層開采導(dǎo)致上部覆巖破裂帶觸及上部含水層，因此需采取必確保安全生產(chǎn)。要措施，以確保安全生產(chǎn)。目前我國大多數(shù)煤礦采用的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高關(guān)鍵詞：煤層；覆巖；導(dǎo)水裂隙帶；巖層應(yīng)力；相似模擬中圖分類號(hào)：，文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式主要考慮的因素是煤層采厚，而未文章編號(hào)：（）全面考慮其他因素，如開采面積、煤層傾角、斷層、采煤方法和覆巖巖性等。導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)展是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，只有結(jié)合實(shí)際采場(chǎng)的推進(jìn)情況，才能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。本文擬結(jié)合，，該井田實(shí)際，采用相似模擬試驗(yàn)的方法模擬煤層開
3、，采過程覆巖變形和破壞的特征，研究導(dǎo)水裂隙帶發(fā)（，育高度，為煤礦安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。，，，）模型的建立：，原型地層條件研究區(qū)內(nèi)煤以上地層沉積環(huán)境由湖泊相逐漸向河床相過渡，煤層的沉積厚度越來越小，巖性也由粘土巖、粉砂巖向中、粗砂巖和含礫粗砂巖、礫巖過渡。其特征如下。（）煤層。煤頂至煤頂段地層中，共含煤層：即煤、煤和煤。煤厚度，平均，常含層夾矸，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，厚度不穩(wěn)定。有大范圍變薄或缺失現(xiàn)象。煤層底板巖性，基本穩(wěn)定，為礫狀粘土巖或粉砂巖；頂板巖性變化較大。煤厚度，極不穩(wěn)定不可采煤層，僅：，，在個(gè)別鉆孔中見煤層，相應(yīng)層位由中、粗砂巖所取，，代，而
4、使煤缺失。煤厚度，平均，為不穩(wěn)定的可采煤層，局部大面積沖刷缺失或引言薄，相應(yīng)層位被中、粗砂巖或礫巖替代。某井田地處華北型煤盆地的開平煤田，開采井（）粘土巖和粉砂巖。主要發(fā)育在煤層的直接收稿日期：作者簡(jiǎn)介：別小勇（），男，河南南陽人，博士研究生，主要從事巖土方面的研究礦業(yè)研究與開發(fā)，（）頂、底板層位，煤頂煤頂巖層段，粘土巖和粉中個(gè)壓力盒間距為，工作面上方的個(gè)壓砂巖的平均厚度占該段地層總厚度的左右。力盒間距為。壓力盒布置位置見圖、圖。巖體強(qiáng)度較低，在煤層開采時(shí)隨采隨落，對(duì)上覆巖層不具有承載能力。（）砂巖。煤以上地層巖層粒級(jí)由下而上逐漸變粗。煤煤頂?shù)?/p>
5、板間主要以中、細(xì)砂巖為主，一般為泥質(zhì)或凝灰質(zhì)膠結(jié)；中、粗砂巖主要賦存于煤頂板，大部分為厚層狀含礫結(jié)構(gòu)。相似配比根據(jù)試樣試驗(yàn)獲得的巖石物理力學(xué)參數(shù)，以砂子為骨料，添加一定配比的膠結(jié)料配制相似材料以模擬頂?shù)装鍘r層，煤層材料則在上述相似材料中添圖傾向布置工作面試驗(yàn)?zāi)Ｐ图臃勖夯襾韺?shí)現(xiàn)。經(jīng)反復(fù)調(diào)整，獲得各層材料的最佳配比。由于采礦工程的復(fù)雜性難以實(shí)現(xiàn)材料參數(shù)的完全相似，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，模擬試驗(yàn)以單向抗壓強(qiáng)度為主導(dǎo)準(zhǔn)則，同時(shí)做到彈性模量和單向抗拉強(qiáng)度近似相似。模型的建立試驗(yàn)采用平面模擬的方法在平面應(yīng)變模型架上進(jìn)行，分別考慮了開采沿走向推進(jìn)和沿傾向布置工作面兩
6、種情況。走向模型幾何縮比為，模型尺寸為；則模擬原型的實(shí)際高度為；沿傾向布置工作面模型幾何縮比為，圖走向推進(jìn)模型測(cè)點(diǎn)布置模型尺寸為，對(duì)應(yīng)模擬原型實(shí)際高度為。根據(jù)試驗(yàn)確定的幾何縮比，確定各巖層厚度并在試驗(yàn)臺(tái)上鋪設(shè)模型。模型上覆巖層應(yīng)力采用應(yīng)力補(bǔ)償法實(shí)現(xiàn)，左右為固定位移約束邊界，鋪設(shè)完畢的試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D、圖。圖傾向布置工作面模型測(cè)點(diǎn)布置試驗(yàn)過程將模型按設(shè)計(jì)要求鋪好，干燥后施加補(bǔ)償應(yīng)力，加載時(shí)首先在垂直方向加到原始應(yīng)力水平狀態(tài)，原始應(yīng)力水平按下式計(jì)算：圖走向推進(jìn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?!""（）觀測(cè)方案#!!#""!!（）根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，在模型的煤和煤之間的砂$#巖中布
7、置壓力盒進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。走向模型共布置壓式中：!———靜壓下圍巖垂直主應(yīng)力，；力盒個(gè)，前個(gè)壓力盒間距，后個(gè)壓力!———靜壓下圍巖水平主應(yīng)力，；盒間距。傾向模型布置個(gè)壓力盒，實(shí)體煤"———煤層上覆巖層的平均重度，；別小勇，等：煤層開采覆巖變形與破壞試驗(yàn)研究!———煤層埋深，；!———泊松比。加載穩(wěn)定后，首先根據(jù)工程實(shí)際開采煤，開采速度按試驗(yàn)確定的時(shí)間縮比進(jìn)行。待煤采完模型穩(wěn)定后開采煤。試驗(yàn)過程中通過模型網(wǎng)格及時(shí)測(cè)量上覆巖層的位移和覆巖帶的發(fā)育過程，采用型數(shù)據(jù)巡回檢測(cè)儀測(cè)量壓力變化。模擬結(jié)果分析圖煤開采至?xí)r底板應(yīng)力分布模型的裂隙發(fā)育情況（）在開采工作
8、面沿走向推進(jìn)時(shí)，隨工作面向前推進(jìn)，破裂帶發(fā)育高度也隨之發(fā)展；當(dāng)工作面推進(jìn)長度超過時(shí)，破裂帶高度漸趨穩(wěn)定，高度約為。在整個(gè)開采過程中破裂帶經(jīng)歷了發(fā)育發(fā)展
