极薄保护层钻采上覆煤岩体压力及裂隙演化相似模拟试验.docVIP

 n 极薄保护层钻采上覆煤岩体压力及裂隙演 化相似模拟试验 张志鹏，刘海波** 5 10 15 20 （中国矿业大学安全工程学院，江苏 徐州 221008） 摘要：为了能够真实模拟出极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层移动变形和压力变化特 征，本次相似模拟试验是以相似理论为基础，在新近设计、加工、安装的模型试验台上进行， 模拟极薄保护层钻采过程中上覆被保护煤层移动变形和透气性变化及分布特征，为被保护煤 层的卸压瓦斯抽采提供科学依据。 关键词：保护层开采；相似模拟；煤层变形 中图分类号：TD712 Similar Experimental Research on Deformation and Stress Change of Overlying Coal Seam Induced by Drilling Extra-thin Protective Coal Seam Zhang Zhipeng, Liu Haibo (Faculty of Safety Engineering, China University of Mining Technology, Xuzhou Jiangsu 221008) Abstract: In order to simulate the real process of drilling thin protective layer overlying coal seams to be protected and pressure changes in movement and deformation characteristics of this simulation is similar to the similarity theory, the recent design, processing, installation of the model test bench to simulate the process of drilling thin protective layer on the cover to protect the movement and deformation and permeability of coal and changes in distribution, as protected coal seam gas drainage relief to provide a scientific basis. Key words: protective layer mining; similar simulation; coal deformation 25 0 引言 煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全生产的重要问题之一，煤与瓦斯突出是煤层中存储的瓦斯 和应力能的失稳释放，表现为在极短的时间内向生产空间抛出大量煤岩和瓦斯[1]。 保护层开采后，岩体中形成自由空间，破坏了原岩应力的平衡，地应力重新分布，岩体 30 35 向采空区方向移动，发生顶板冒落与下沉、底板鼓起等现象，煤层与岩体发生卸压、膨胀， 同时产生大小不同的裂缝。由此可见，这一系列变化的起因与基础在于岩（煤）层的变形与 移动[2]。变形与移动越大，卸压越充分，保护效果也越好。距开采层越近保护效果越好，反 之，效果越差。保护效果主要决定于开采的地质条件与技术条件[3]。 地下煤体的采出必定会引起采场围岩体内的应力重新分布，引起围岩的变形、破坏及移 动，从而导致围岩裂隙状态的变化[4]。岩层移动与开采沉陷是采矿学科的基础之一，也是保 护层开采及卸压瓦斯抽采的基础。钱鸣高院士[5]根据砌体梁理论对煤层开采后覆岩移动规律 提出“横三区”、“竖三带”，即沿工作面推进方向上覆岩层将分别经历煤壁支承影响区、 离层区、重新压实区，由下往上岩层移动分为垮落带、断裂带、弯曲下沉带[6-7]。实践表明， 上覆岩层的岩性对岩层移动、变形和断裂有很大的影响。 作者简介：张志鹏（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向：矿井瓦斯防治 通信联系人：刘海波（1980-），男，副教授，主要研究方向：矿井瓦斯防治. E-mail: liuhaibo-8888@163.com -1-  n 40 45 50  相似模拟试验是以相似理论为基础的模型试验技术，是利用事物或现象间存在的相似和 类似等特征来研究自然规律的一种方法，它特别适用于那些难以用理论分析方法获取结果的 研究领域，同时也是一种用于对理论研究结果进行分析和比较的有效手段。目前，相似模拟 试验已广泛应用于解决采矿工程中许多难题的研究中。 1 相似模拟试验理论基础 对物理现象进行模拟的研究依据是相似学说，相似学说对相似现象的基本性质及被研究 现象之间的相似特征是用