上行开采覆岩移动规律相似材料模拟研究.pdfVIP

煤 炭 科 技 2013年第4期 2O COAL SCIENCE TECHNOLOGY MAGAZINE No．4 2013 文章编号：1008—3731(2013)04—0020—03 上行开采覆岩移动规律相似材料模拟研究 周 磊，高 翔，郏慧慧 (河南神火集团 山西项 目部，河南 永城 476600) 摘 要：上行开采覆岩移动规律是进行上行开采可行性分析的基础依据。采用实验室相似材料 模拟方法，分析下位煤层、上位煤层开采中覆岩破断、顶板下沉及三带发育规律，结果表明：下位 煤层开采时，初次来压步距为40m，周期来压步距为10～20m，上位煤层位于弯曲带内；上位煤 层开采时，初次来压步距为15m，周期来压步距为5～10m，开采过程稳定，证明上行开采是可行的。 关键词：上行开采；覆岩活动；三带高度 中图分类号 ：TD325 文献标志码 ：B 上行开采覆岩移动规律是进行上行开采可行性 素对矿山压力的影响规律，试验结果直观，相似程度 分析的基础依据，也是上位煤层开采设计和矿压控 高，且周期短。其实质是：用与原型力学性质相似的 制必须掌握的规律。国内外专家针对上行开采可行 材料按几何相似常数缩制成模型，然后在模型上开 性的判定提出了多个准则，比如采动影响倍数法(比 挖各类工程，以观察、研究工程围岩内的变形与破坏 值判别法)、“三带”判别法和围岩平衡法等。根据已 等地压现象，为工程的设计及工艺的改进等提供 有成果和经验 ，上行开采主要影响因素可归结为层 依据。 间距，采高，采煤方法，岩性及层间结构，以及煤层倾 2．1 试验装置及测试仪器 角和时间等。传统的理论分析法难 以将所有关键因 试验使用简易立体模型架，模型架长2．5m，高 素考虑在 内，因此也难 以确切地指导上行开采实 1．5m，两侧边为200mm宽的支座用以模拟边界条 践。实验室相似材料模拟依据相似理论 ，充分考虑 件。在模型另外一侧沿煤层走向安设3排测线，每 现场煤岩层赋存条件、开采方法和时间因素，可作为 排设 8个测点，每个测点上安装 1个位移计，记录此 一 种较为可靠的研究手段。 点的下沉量。3排测线垂直方向上间距不等。测量 本文结合新庄煤矿二 煤和三 煤实际条件 ，通 仪器采用TS3890A程控静态 电阻应变仪，以半桥方 过构建相似材料模型来模拟上行开采情况，研究上 式搭接，数据 自动保存在计算机中，便于处理。 行开采覆岩移动规律。 2．2 模型设计 根据模型和原型相似的要求，主要考察几何相 1 工程地质条件 似、物理力学性质相似及时间相似3个方面。 永夏矿区含煤地层为太原组，陕西组，上、下石 (1)几何相似。对应于原型各部分尺寸，模型 河子组，总厚度634．48m，含煤34层。其中，可采煤 应按相同比例缩小，取模型尺寸比为1：100。 层4层，自下而上分别为二：煤、三：煤、三。煤、三 煤， (2)物理力学性质相似 。在相似模拟试验 中， 煤层平均厚度为 11．32m，二 煤和三：煤全区可采， 基本顶来压问题不仅涉及到弹性范围，而且也包括 三 煤大部分可采，三 煤局部可采。二 煤厚度3．0 破坏过程 ，因此对这两个方面都必须加以考察。 ～ 5．36m，平均4．8m；三 煤厚度 1．0～4．5m，平均 (3)时间相似。随着工作面的推进，采场基本 2．24m。两者间距平均80m左右。