急傾斜煤層上保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)范圍物理相似模擬實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、煤層群保護(hù)層開(kāi)采是目前防治煤與瓦斯突出最有效的區(qū)域措施，從保護(hù)層開(kāi)采作用機(jī)理可知，煤層群保護(hù)層開(kāi)采問(wèn)題的關(guān)鍵在于保護(hù)范圍的劃定。針對(duì)急傾斜煤層群保護(hù)層開(kāi)采保護(hù)范圍劃定的問(wèn)題，以硯石臺(tái)煤礦深部急傾斜上保護(hù)層開(kāi)采為工程背景，采用物理相似模擬對(duì)上保護(hù)層開(kāi)采的保護(hù)范圍進(jìn)行了研究，獲得了上保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中被保護(hù)層的卸壓和膨脹變形曲線，劃定了被保護(hù)層保護(hù)范圍，并與數(shù)值模擬方法和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試考察方法所得結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析驗(yàn)證。
　　主要研究結(jié)果及研

2、究結(jié)論如下：
　　(1)通過(guò)上保護(hù)層開(kāi)采物理相似模擬研究，得到了急傾斜上保護(hù)層開(kāi)采采空區(qū)“三帶”高度分布特征和層厚較小的急傾斜煤層采空區(qū)上覆巖層破斷垮落特征；實(shí)驗(yàn)表明，“三帶”中垮落帶高度約為3.4cm，為保護(hù)層煤層層厚的2.3倍，裂隙帶高度約為10cm，為保護(hù)層工作面煤層厚度的6.7倍；同時(shí)，結(jié)合數(shù)字散斑方法監(jiān)測(cè)結(jié)果，煤層層厚較小的情況下采空區(qū)上覆巖層會(huì)破斷成相對(duì)完整的多塊巨型巖塊并相互咬合成多個(gè)三角形支撐結(jié)構(gòu)，這些支撐結(jié)構(gòu)就會(huì)

3、以觸矸點(diǎn)為支撐形成對(duì)頂板巖層的支撐作用。
　　(2)在上保護(hù)層開(kāi)采物理相似模擬中，通過(guò)數(shù)字散斑方法對(duì)保護(hù)層工作面圍巖位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得到了上保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中工作面圍巖的位移等值線云圖；結(jié)果表明，采空區(qū)圍巖位移穩(wěn)定之后在采空區(qū)底板出現(xiàn)2個(gè)明顯位移異常區(qū)域，2處位移等值線都呈現(xiàn)半環(huán)形的向下的位移，說(shuō)明這2處位置都明顯地出現(xiàn)了觸矸點(diǎn)。
　　(3)通過(guò)上保護(hù)層開(kāi)采物理相似模擬研究，得到了上保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中被保護(hù)層卸壓曲線和卸壓曲線形

4、狀特征，發(fā)現(xiàn)卸壓曲線整體呈“U”形，口寬底窄，開(kāi)口位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)可以達(dá)到1.04，底部卸壓量圍繞一定值波動(dòng)，其最大可以達(dá)到0.046MPa。
　　(4)通過(guò)上保護(hù)層開(kāi)采物理相似模擬研究，并結(jié)合保護(hù)范圍煤巖體膨脹變形準(zhǔn)則，得到了上保護(hù)層開(kāi)采過(guò)程中被保護(hù)層膨脹變形曲線和上保護(hù)層開(kāi)采有效保護(hù)范圍卸壓角，其中傾向上邊界卸壓角為68°，下邊界卸壓角為88°；將物理相似模擬結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比分析，表明本次采用