急倾斜煤层顶板破坏特征相似模拟

作者:周清龙;刘大鹏;赵阳升;王昆 刊名:煤矿安全 上传者:秦胜利(口述)

【摘要】针对山西潞安集团潞宁大汉沟煤业有限公司地质条件和煤的赋存状况,运用可绕轴旋转试验模型架对该矿的5个可采煤层进行相似模拟。对各层煤分2个水平严格按照时间相似比进行模拟开采。用数码相机记录顶板的弯曲破断形态,并结合各水平各区段在模拟开采过程中与开挖完成后的位移变化,分析急倾斜煤层顶板弯曲破断的共性和特殊性。

全文阅读

对于急倾斜煤层顶板压力的研究,科研工作者主要根据,近水平煤层和缓倾斜煤层的矿压特点,将其类推到急倾斜煤层[1-4]。由弹性力学和岩体力学对急倾斜煤层顶板特殊的受力情况进行分析[5-8],有上覆岩层作用到顶板的应力沿垂直于岩层方向的分力小于平行方向的分力,所以急倾斜煤层的矿压特点与普通煤层并不具有类比性。基于此,结合潞宁大汉沟煤业有限公司特殊地质条件,利用相似模拟手段,对急倾斜煤层顶板的破断规律进行研究。1大汉沟煤矿的地质情况潞宁大汉沟煤业有限公司井田地层构造复杂程度为中等,煤层倾角范围34°~68°。2#、2#下、3#、4#、5#煤层为井田内可采煤层。煤层顶底板以泥岩、砂岩、砂质泥岩为主。可采煤层赋存特征见表1。2试验设计及参数2.1相似条件及相似材料表1煤层特征一览表煤层煤层厚度/m最小最大平均层间距/m夹矸层数煤层结构可采情况煤层稳定程度2#0.27 6.70 3.872#下0.00 3.15 1.483#0.22 3.30 1.234#0.00 1.58 0.815#1.20 14.85 6.231.41~7.514.352.68~13.837.1312.32~40.1823.462.82~26.0712.330~2简单大部可采稳定0~2简单大部可采较稳定0~1简单大部可采稳定0~1简单大部可采较稳定0~5简单~复杂可采稳定根据大汉沟煤矿的地质条件将可采煤层进行了模拟。其煤岩的物理力学参数见表2。试验参数为:几何相似比αl=150;密度相似常数αρ=1.75;应力相似常数ασ=262.5;应变相似常数αε=1.0;内摩擦角相似常数αφ=1.0。表2试验选用煤岩的力学性质煤岩层类别厚度/m密度/(g·cm-3)抗压强度/(kg·cm-2)抗拉强度/(kg·cm-2)压拉比粉砂岩6.83 2.69 271.43 21.91 12.392#煤层3.87 1.53 104.29--砂质泥岩4.34 2.53 198.98 19.39 10.262下煤层1.48 1.54 111.53--泥岩7.11 2.67 354.08 47.07 7.523#煤层1.23 1.48 112.45--泥岩12.71 2.67 354.08 47.07 7.52砂质泥岩10.74 2.53 198.98 19.39 10.264#煤层0.81 1.46 122.65--砂质泥岩8.90 2.53 198.98 19.39 10.26中砂岩3.37 2.69 271.43 21.91 12.395#煤6.23 1.49 76.73--中砂岩15.53 2.49 229.59 20.41 11.25依据上述的物理力学参数,试验选用河砂、铁矿作为骨料,选用石膏、石灰、高岭土、碳酸钙为胶结材料,选云母粉作为岩层之间的分层材料,硼砂为缓凝剂。由实验岩石力学相似材料的计算方法计算出各材料配比[9],并将各材料加水搅拌后装入模型架。2.2模拟开采过程本相似模拟试验以大汉沟煤矿急倾斜煤层实际赋存为原型,根据各煤层不同的煤层厚度,设计采用不同的模拟采煤方法进行开采。根据模拟煤层的深度,将该模型架分2个水平进行开采,上部为一水平,下部为二水平,从上往下严格依照时间相似比进行模拟开采。在开采过程中和开采完成后用数码相机进行拍照,记录顶板垮落形态,并运用计算机软件对图像进行分析,得出位移数据。3试验结果分析本次的相似模拟试验,反映了很多急倾斜煤层群在开采过程中顶板变形破坏的特点和规律。主要根据几个典型的区段开采之后煤层顶板弯曲破断后的形态,先从总体上分析顶板破坏的共性,其次分析在共性之外

参考文献

引证文献

问答

我要提问