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《覆岩采动裂隙分布的_O_形圈特征研究_钱鸣高》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第23卷第5期煤炭学报Vol.23No.51998年10月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYOct.1998*覆岩采动裂隙分布的O形圈特征研究钱鸣高许家林(中国矿业大学)摘要应用模型实验、图像分析、离散元模拟等方法,对上覆岩层采动裂隙分布特征进行了研究,揭示了长壁工作面覆岩采动裂隙的两阶段发展规律与O形圈分布特征,并将其用于指导卸压瓦斯抽放钻孔布置,在淮北矿区卸压瓦斯抽放中得到应用,取得了显著效果.关键词采动裂隙O形圈卸压瓦斯抽放中图分类号TD325TD7121采动裂隙分布的模型实验研究11
2、实验的设计为了研究煤层开采后上覆岩层采动裂隙分布特征,做了5个相似材料模型实验,其中沿煤层走向模型4个,沿倾向模型1个.实验条件为淮北桃园矿1018工作面,开采10煤层,煤层倾角22,采高25m,工作面斜长180m.采深500m,表土层厚300m,10煤层上覆中组煤(6煤、7煤、9煤)瓦斯含量高.根据岩性参数测试结果,将10煤至6煤间各岩层简化为4类:坚硬岩层,从下往上共有4层,依次名为A,B,C,D,其厚度分别为118,88,93,98m,距10煤高度分别为30,82,132,146m;中硬岩层;软岩层;煤层.实验采用平面应力
3、模拟实验台,模型开采时进行位移观测与裂隙分布的照像素描.12实验结果及分析煤层开采后在上覆岩层中形成两类裂隙:一类为离层裂隙,是随岩层下沉在层与层间出现的沿层裂隙;另一类为竖向破断裂隙,是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙.实验结果表明,竖向破断裂隙仅在10煤顶板高度约30m以下有明显发展,30m以上以离层裂隙为主.为了定量描述采动裂隙的发育程度,采用了离层率及裂隙密度2个指标.离层率F(mmm)反映了单位厚度岩层内离层裂隙的高度.在实验中测得上、下岩层的下沉量Ss,Sx(mm)后,通过Ss与Sx的差值与上、下岩层间距离h(m)的比值求得F值,即F=(
4、Sx-Ss)h.裂隙密度是通过图像[1]分析技术对模型实验采动裂隙分布的照片进行扫瞄并在微机上进行测量与统计获得的,照片上的裂隙图像被分割成像元(pixels),裂隙密度用像元的个数表示,像元的个数越多则表示裂隙越发育.图1为离层率分布的实验结果,文献[1]得出了裂隙密度分布的图像分析结果.实验结果表明,随工作面推进,离层裂隙分布呈现两阶段特征:第一阶段从开切眼开始,随着工作面推进,离层裂隙不断增大,采空区中部离层裂隙最发育,离层率分布曲线呈高帽状(图1中推进至90m离层率分布曲线).第二阶段从采空区中部离层率下降开始,采空区中部离层裂隙趋于压实,而
5、采收稿日期:1997-07-08*国家自然科学基金项目(批准号:59674011)及煤炭科学基金项目(编号:97采10102)第5期钱鸣高等:覆岩采动裂隙分布的O形圈特征研究467空区两侧离层裂隙仍能保持,离层率分布曲线呈驼峰状(图1中推进至250m离层率分布曲线).裂隙带与中组煤离层裂隙分布的第一阶段极限分别出现在工作面推进至90m,158m处,裂隙带与中组煤第一阶段离层率最大值是第二阶段离层率最大值的23倍左右.对于近水平煤层而言,在空间的任意水平面内采动覆岩离层是沿采空区走向和倾向中心线对称分布的.在采空区对角线区
6、域由于顶板呈弧三角*板结构,覆岩离层发展相对迟缓,位于对角线区域与采空区走向中部的两点,若二者距采空区边界距离相同,则前者的离层率相对要小.根据覆岩离层空间分布的上述特征可以推断出工作面推进至250m处裂隙带离层率沿平面分布的等值线如图2所示,可见在顶板任意高度处的水平面内,当工作面推进一图1离层率分布曲线图2O形圈Fig1Thedistributioncurveofthebed-separationratioFig2ThesketchoftheO-shapecircle定距离进入离层裂隙分布的第二阶段时,位于采空区中部的离层裂隙
7、基本被压实,而在采空区四周存在**一连通的离层裂隙发育区,其形状与老顶岩板破断的OX型相似,称之为采动裂隙O形圈.[1]O形圈的周边宽度为34m左右.2离层裂隙分布的影响因素研究上覆岩层采动裂隙是煤层开采后上覆岩层移动破断形成的.上覆岩层为软硬相间、厚度不等的层状岩层,破断前其下沉变形相当于板梁的挠曲.显然,当岩层强度及厚度不同,其下沉挠度值是不等的,当上层挠度小于下层挠度,即形成了上、下岩层间的离层裂隙.由梁的力学模型不难发现岩层破断前其弹性模量E与厚度越大,岩层的挠度越小.[2]因此,上覆岩层中的关键层与下方薄软岩层间的离层裂隙
8、最为发育.破断后的岩层将形成砌体梁,由砌体梁[3]移动的拟合曲线形式可知,当采高及距开采煤层的距离一
