管道压煤开采的相似材料模拟实验研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第15卷第2期(总第93期)煤矿开采Vo1．15No．2(SeriesNo．93)2010年4月CoalminingTechnologyApril2010管道压煤开采的相似材料模拟实验研究祝琨(煤炭科学研究总院开采设计分院，北京100013)[摘要]用相似材料模拟的方法，以兴隆庄矿为例，研究管道压煤开采岩层及地表移动的规律以及压煤开采对管道本身产生的影响。实验得出：管道压煤开采的岩层及地表移动规律与传统的规律基本一致；管道下压煤采出后，在管道纵剖面的下方会出现悬空状态，对管道的安全造成不利

2、影响，而管道上方的地表会出现隆起与裂缝，对土地造成破坏。为今后管道过采空区的研究提供参考。[关键词]管道；压煤开采；相似材料模拟[中图分类号]TD823．8[文献标识码]B[文章编号]10066225(2010)02-0041-03AnalogySimulationforCoalMiningunderPipeLine传统的“三下”开采，是指建筑物下、水体某钻孔的实测结果如表1所示。下以及铁路下的压煤开采。随着国家西气东输工程表l兴隆庄矿主采煤层及岩石物理力学性质实测结果的开展，不可避免地产生很多输油气管道过煤矿区日岩石真密度

3、／含水抗压强抗拉强抗剪强硬度系名称(kg·m。)率／％度／MPa度／MPa度／MPa数的情况，而随着矿区地下煤炭资源的开采，这些管道就会存在严重的安全隐患。一旦由于煤矿开采引起的地表下沉对管道造成严重的破坏，就会对园家的能源以及当地的环境等造成很大的影响。这样就产生了一个新的问题，即管道下方压煤的开采会对管道本身产生什么样的影响。在这类问题的研究上有数值模拟、相似模拟等多种研究方法。以兖州兴隆庄矿为例，采用常用的相似材料模拟方法，研究管道下方压煤开采后，地表移动变形以及对管道的影响情况。1兴隆庄矿地质采矿条件与岩石力学性质兴

4、隆庄煤矿分多个采区，以五采区为例。本区西南面以5309轨道下山起，东北至井田边界即滋阳断层。地表较平坦，地面标高在50～52m，大部分为农田，下部有一季节性河流小寥河穿过。区内有小厂和大南庄2个村庄。岩层产状平缓，总体表现为一单斜构造，倾角2实验设计为2～10。，一般都在3～7。，煤岩层走向一般为NW—NEE，倾向NE-SSE，由于局部走向变化，造2．1实验材料的制备成本区发育着次一级的宽缓的波状起伏。相似模拟材料主要有2种成分：填料和胶结煤3为本区内主采煤层，煤层稳定，煤质及厚物。填料在材料中所占的比重较大，是胶结物胶结度

5、变化较少，结构较复杂，含夹石1～2层，其岩的对象，其物理力学性质对相似材料的性质有重要性为炭质细砂岩或泥岩。煤层产状平缓，倾角一般影响。填料主要有河砂、云母粉、滑石粉、黏土3～7。。但区内断层较多，并有宽缓的波状起伏，等，本实验填料采用河砂。煤层厚度在7．20～8．95m，平均为8．26m。胶结物是决定相似材料性质的主导成分，其力[收稿日期]2009—12—23[作者简介]祝琨(1985一)，男，浙江温州人，开采设计研究分院在读研究生。41学兔兔www.xuetutu.com总第93期煤矿开采2010年第2期学性质在很大程度

6、上决定了相似材料的力学性质，在上面，再填料到顶。因为管道埋在土中，用肉眼常用的胶结材料主要有石膏、石蜡、碳酸钙、石不能直接看到，为了观测管道的移动变形情况，在灰、高岭土、水泥、锯末等。本实验胶结料采用碳模型构建之前，先对管道进行了处理，在钢管上以酸钙和石膏。lOOmm为距离焊接了一些铁丝，保证每根铁丝都不同胶结料与骨料混合组成不同种类的相似材垂直钢管向上，并且保持在同一水平面上，每根铁料，其力学性能不同。本实验通过各钻孔的实验数丝的上部都裸露在土层之上。这样，在实验实施前据，并结合煤层岩层与松散层的分布特征，对力学后，通过观

7、测铁丝端部的移动情况，反映钢管的移参数进行了综合调整。根据调整后的力学参数，选动变形情况。煤层为水平煤层，在模型下面第2定骨料及胶结料进行配比试验，为了精确选定与计层，厚度为30ram。待模型风干完毕后，按lOOmm算参数一致的配比，经过了多次配比试验，做出了XlOOmm的密度布设观测点。最终模型如图1所各种配比表，最后选择出满足实验要求的一种，祥示，各层层厚如表3所示。见表2。表2相似模拟实验配比图1最终模型表3各层层厚2．2实验模型的构建本模拟实验模型的几何相似比取1：300。在管道的选择中，因为无法找到足够细的钢管，本

8、次试验的钢管外径lOmm，壁厚2mm，所以管道的几何相似比无法与模型一致，而是以力学相似为主，所3实验过程及现象描述以本实验选用低碳钢材质的钢管，以往的经验显示这种钢管的力学性质与实际钢管最为相似，而且最模型的开采从2009年7月14日8时开始，一适宜进行油气管道的相似材料模拟研究。次采全