上保护层开采的相似材料模拟试验研究.pdf

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1、煤矿现代化2011年第5期总第104期上保护层开采的相似材料模拟试验研究王永辉，王培强【平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001)摘要利用模拟试验研究了上保护层开采条件下被保护层卸压增透效果，为确保被保护层的采掘活动始终在上保护层的保护范围内安全进行提供了非常重要的理论依据。关键词保护层开采；相似模拟试验；卸压保护中图分类号：TD713+．2文献标志码：A文章编号：1009—0797(2011)05—0038—03l5煤层底板27．2m处。每条观测线安设位移传感器1概述8个，第①位移传感器位于开切眼右边

2、10m，然后保护层开采是防治煤与瓦斯突出最有效、最经从右到左每隔30m依次布置第②、③、④⋯⋯⑧济的措施。但保护效果确定及保护边界划定还无法通位移传感器。过理论计算或现场观测来准确获取，因此模拟试验就另外，在己㈠，煤层底板布置1条应力观测线，成为最直接有效的研究方法了。模拟试验是以相似理观测线上安设23个应力传感器，第①应力传感器论为基础的模型试验技术，特别适用于采掘空间岩层布置在开切眼右侧20m处，然后从右到左每隔10m运动、地表移动控制等比较难以用理论分析方法获取依次布置第2、3、4⋯⋯23应力传感器。结

3、果的研究领域，同时也是一种用于对理论研究结果2．2_3模型制作进行分析和比较的有效手段，可对各种地质采矿条件在模型制作时控制分层铺设的间隔时间进行方便的模拟研究，能最大限度地反映物理本质。(2~5min)，并在层与层之间撒入一定量的云母片来模拟层面，整个模型一次铺设完成；在模拟煤层的2试验过程材料中掺人适量的粉煤灰，以降低材料的容重；铺2．1试验条件设到应力观测线位置时，要埋上应力传感器。模型试验以平煤股份某矿己、己。。煤层的赋存制作好后干燥一周，拆掉两侧模板，再干燥两周后条件为平面应力模型试验的原型，研究己

4、15煤层便可进行开挖和观测。开采以后，采场下伏煤岩体的移动、变形及下被保2．2．4回采程序设计护煤层的卸压效果，试验中考察的内容包括：采空保护层开采条件下相似材料模拟试验，需要对区底鼓、下伏煤岩体移动、下被保护层的膨胀变形；己煤层进行开挖，研究下伏煤岩层的变形、移动工作面平均采深795m，煤层倾角5。～8。。己煤和膨胀性系数。，层平均厚度1．7m，属于低瓦斯煤层；己煤层平3试验结果分析均厚度为3．4m，是高瓦斯煤层；平均层间距13．6m。己煤层直接底为泥岩，平均厚度1．8m；基本底为保护层工作面开采后，采空区

5、顶底板煤岩体发粉砂质泥岩，平均厚度1lm。生破坏、移动和变形，引起煤岩应力场与裂隙场的2．2模型设计重新分布，根据岩层控制理论，采空区上方将形成根据项目研究需要，针对本矿己。、己煤层垮落带、断裂带、弯曲带。而对采空区底板，本文从的实际情况和现有试验条件，选定的模型规格为：保护层开采的角度出发，将底板受到采动影响的煤2．5×2．0×0．2m(长×高×宽)，模拟的岩层厚度为岩层分为底鼓裂隙带和底鼓变形带两个带。各带的135m。裂隙发育特征不同，则瓦斯在各带内的汇集及流动2．2．1相似材料配比规律也不尽相同，应根据

6、煤层所处的不同分带，选相似材料包括砂子、碳酸钙、石膏等，相似材料择合理的瓦斯抽采方法抽采被保护煤层瓦斯。的性质取决于材料配比，所以在模型试验之前，必须3．1距保护层底板不同距离处位移的对比分析对每一种配成的相似材料进行力学性质的测定。根据位移观测线的布置，分别对距己15煤层底2．2．2观测点布置板13．6m、17m、27．2m处的位移进行对比分析。选择模型共布置3条位移观测线，第1、2观测线1、2、3观测线上第①、③号观测点来研究。分别位于己煤层顶底板，第3观测线位于己(1)三条观测线上的第①位移观测点位于开

7、切·38·煤矿现代化2011年第5期总第104期^垦一嘲肆f饕啪m啪％∞龉眼右边10m处，在工作面推进过程中这三个观测点下方，各测线测点位移都为正值，测点向上移动，说明的位移变化情况如图1所示，膨胀为正、压缩为负。从得到了保护层开采的保护卸压，而在煤柱下方测点为图中可以看出，这三个观测点处的岩层在工作面推进负值，测点向下移动，说明是煤柱下方煤体受到支撑过程中一直处于被压缩状态，说明该处为切眼后方煤应力作用，煤层被压缩。在卸压区内，测线1向上移动壁支撑区，距保护层底板13．6m处的岩层位移量最量为94～174m

8、m，测线2向上移动量为58—135mm，大，达到69mm；距保护层底板17m处的岩层位移量测线3向上移动量为38～64mm；应力集中区测线1达到57mm；距保护层底板27．2m处的岩层位移量达最大向下移动量为68mm，测线2最大向下移动量为到37mm64mm，测线3最大向下移动量为36mm。050l00150k／——弋一l0：===l／—20钉、目一30／＼＼嘲—40＼＼—、—————一．．。一蜜∥