放顶煤开采条件下覆岩移动规律试验研究

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1、放顶煤开采条件下覆岩移动规律试验研究 2005-10-2514:28:05摘要　通过对放顶煤开采条件下覆岩移动相似模拟试验结果的分析，并与实际观测资料相对照，总结出了在放顶煤开采条件下覆岩断裂角、冒裂带高度大小的基本规律，以及尖灭硬岩层、煤层顶板岩性对覆岩移动的影响等问题。关键词　放顶煤开采　覆岩移动　试验研究前　言　　放顶煤开采技术由于其高产、高效、煤质好，已在我国许多有条件的矿区被广泛采用，但由此引起的开采沉陷问题也日益突出，解决在放顶煤开采条件下覆岩移动问题已迫在眉睫。研究放顶煤开采条件下覆岩移动规律的方法通常有理论研究、实际观测和模拟研究三种。

2、由于岩层移动是一个影响因素非常多、非常复杂的物理力学过程，理论研究正在逐步深入；实际观测是研究岩层移动的主要方法，但由于放顶煤开采技术应用时间较短，以及客观条件限制，目前观测数据很不充分，特别是对岩层内部的观测。因此模拟试验就成了研究放顶煤开采条件下覆岩移动规律的有效方法。本次试验所模拟的地质采矿条件完全与新集矿的实际情况相似，从而避免了模型简化对试验结果产生的影响。1　模拟试验概述1.1　原型条件　　相似模拟试验的剖面根据新集矿试验区实际勘探剖面所得，制作模型10台，开采煤层为13—1煤、11—2煤，均为近水平煤层，全部跨落法管理顶板。煤层赋存、顶板

3、岩性和开采方法见表1。表1　煤层开采及赋存情况表模型编号开采煤层开采方法开采厚度（m）埋藏深度（m）顶板岩性113—1煤放顶煤开采10.7303泥岩11—2煤普采3.7366砂质泥岩313—1煤放顶煤开采7.0300砂质泥岩413—1煤普采8.0320砂质泥岩513—1煤放顶煤开采8.6508粉砂岩11—2煤普采3.0576砂质泥岩613—1煤放顶煤开采8.6508粉砂岩，切有／／裂隙11—2煤普采3.0576砂质泥岩，切有／／裂隙713—1煤放顶煤开采8.6508粉砂岩，切有＼＼裂隙11—2煤普采3.0576砂质泥岩，切有＼＼裂隙813—1煤放顶煤开

4、采8.6508粉砂岩（碎裂）11—2煤普采3.0576砂质泥岩（碎裂）913—1煤放顶煤开采4.0595泥岩夹煤1013—1煤放顶煤开采4.0556泥岩夹煤1.2　相似材料配比　　制作模型主要所用材料有：河砂、云母、碳酸钙、煤粉、石膏、水、水泥和锯末等，相似材料配比是根据煤岩层的抗压强度进行的。1.3　模型设计尺寸和相似条件　　模型框架尺寸为：2500mm×200mm×1800mm的平面模型，采用杠杆加载进行相应高度补偿。在试验过程中，模型与原型之间严格遵守相似原理。　　a　几何相似比　　第1、2、5、6、7、8模型为：aL＝1／150　　第3、4模型

5、为：aL＝1／200　　第9、10模型为：aL＝1／100　　b　模型的容重比为：ar=rm/rp=0.625　　c　模型的强度比为：aσ＝σm／σp=aL*ar　　第1、2、5、6、7、8模型为：aσ＝1／240　　第3、4模型为：aσ＝1／320　　第9、10模型为：aσ＝1／160　　d　模型的时间比：at=tm/tp=(a)1/2　　第1、2、5、6、7、8模型为：at＝1／12　　第3、4模型为：at＝1／14　　第9、10模型为：at＝1／102　主要试验结果分析2.1　岩层断裂角　　13—1煤层和11—2煤层开采完，其覆岩移动稳定后，采空

6、区上方岩层破坏形态呈拱形（图1），称为冒裂拱。分别将开切眼侧和停采线侧的岩层断裂点连接起来近似为一直线，称为断裂线。断裂线与煤层在采空区一侧所夹角为断裂角（图1中的φ角）。断裂角也是影响岩层与地表移动大小和下沉盆地形态的一个重要因素。13—1煤采完覆岩移动稳定后断裂角见表2。表2　13—1煤采完覆岩移动稳定后断裂角（单位：度）模型编号134567810平均断裂角（切眼侧）7164.571.573706679.65669断裂角（停采侧）6856537166.56572.55163图1　采场上覆岩层冒落形态　　11—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角见表3。从表

7、3中可以看出：表3　11—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角（单位：度）模型编号1568平均断裂角（切眼侧）755757.574.566断裂角（停采侧）6951586360　　a、无论是综放开采还是普采（11—2煤为普采），岩层在切眼侧的断裂角要大于停采侧的断裂角，其值约为6°左右（见表2、表3）。　　b、放顶煤开采条件下切眼侧和停采侧的断裂角要比普通开采条件下相应切眼侧和停采侧的断裂角大3°左右（见表2、表3）。　　原因主要是：它与煤层的开采厚度和开采方向有关；还与煤层顶板的初次跨落（以岩梁形式垮落）和周期跨落（以悬臂梁形式垮落）形式不同有关。另外，上述断

8、裂角的值偏大（一般在60°左右），这主要是所采煤层厚度较大，且上覆岩层偏软造成的；模型8在切眼