印度某矿采场上覆厚岩层破断行为实验研究.pdf

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1、2010年12月矿业安全与环保第37卷第6期印度集矿采场上覆厚岩层破断行为实验研究．孔海陵，王路珍，陈荣华(1．盐城工学院基础部，江苏盐城224003；2．中国矿业大学力建学院，江苏徐州221008)摘要：依据印度东部煤田有限公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ煤层2号钻孔地质资料和开采工艺参数等数据，运用相似材料模拟试验对含厚顶板的上覆岩层在工作面推进过程中的矿压规律进行分析。研究表明：厚顶初次来压步距长，破断时动压现象非常明显；厚顶的破断对上覆岩层的破断起到控制作用，破断后，上覆岩层与厚顶保持同步协调运动。随着工作面向前推进，在工作面

2、前方煤壁形成支承压应力增高区；在呆场上方靠近煤层的顶板中，形成拉应力增高区，导致顶板产生拉伸破坏；工作面前后方剪应力呈中心对称分布，并在前后方煤壁上端形成压剪破坏。关键词：厚顶；破断；相似材料；模拟试验中图分类号-TD325文献标志码：B文章编号：1008—4495(2010)06一OOO9—04往往借助于相似材料模拟试验以获得满足工程应用1概述要求的数值解。自采用长壁开采技术以来，回采工作面的顶板控印度东部煤田有限公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ制一直是采矿学科研究的核心问题之一。采场顶板煤层覆岩是含有厚板的典型实例，依据2号钻孔地

3、质中厚岩层的变形对整个顶板的稳定性具有控制作用，资料和开采工艺等相关参数，运用相似材料模拟试验因此，用厚板模型来分析厚岩层的力学行为。厚对该矿R一Ⅵ煤层顶板采场应力场、岩层移动及矿压板的存在，使得覆岩的变形和破坏具有一些新的特进行了系统的力学分析。根据平面应力矿压模型，对点，对采场矿压控制提出了严峻的挑战，如具有良好该矿采场上覆厚岩层进行相似材料模拟试验，分析厚分层性的厚顶板来压的特征、厚关键层覆岩的采场层老顶破断垮落过程，给出老顶及其上覆岩层的支承矿压规律。随着工作面的推进，工作面顶板活动空压力分布曲线和岩层下沉量变化曲线。间与老顶悬臂梁

4、结构的弯矩加大，使工作面压力加大，来压时，采动影响波及的范围增大。同时，由于2长壁开采采场上覆厚岩层破断行为的相似各矿区地质条件的差异，厚顶板破断与垮落的形式也材料模拟试验具有多样性和随机性，目前还没有形成大致相同的含通常，研究长壁采场在工作面推进过程中上覆岩有厚板覆岩变形和破坏的计算和分析程序或规范。层运动与控制关系，均采用沿走向的平面应力相似模相似材料模拟是当前研究岩层运动的主要方法型进行模拟研究。之一_6⋯。许多工程实际问题，由于所研究问题的几2．1模拟试验何特征及边界条件等制约而无法求得其解析解，因此模型实验的原型是印度东部煤田有限

5、公司(ECL)Jhanjra煤田R一Ⅵ岩层2号钻孔l和2煤层。收稿日期：2010—04～10；2010—07—27修订煤层厚度5ill，埋深251m，直接顶是平均厚度23．6m基金项目：盐城工学院应用基础研究项目(XKR2010010)；的中砂岩，为厚顶，完整性较好，厚顶上分布有岩性相国家自然科学基金重大项目(50490270)；国家重点基础研究发对较软的页岩及页岩砂岩互层，煤层底板为砂质页展计划项目(2007cB209400)岩，岩性较硬。采用长壁采煤方法，一次采全高。各作者简介：孔海陵(1981一)，男，江苏泰州人，博士，主要研主要岩层

6、物理力学参数及模拟区域煤系地层分布究方向为矿山岩体破坏理论与灾害防治技术。E—mail：hailkong@126．corn。见表1。·0·2010年12,El矿业安全与环保第37卷第6期在进行上覆岩层变形与破坏的相似材料模拟时32号、39号，33号、4l号压力盒(具体位置见图1)所通常采用几何相似比为1：10010]，根据现场实际情况测得的回采工作面前后覆岩压力分布曲线见图3。和试验条件，确定容重相似比1：1．7，应力相似比1：170，夕力卡目似比1：(1．7×10。)。模型长250cm，则实际长度为250m。实际平均采深251m，因此模拟

7、高度应为251cm，又煤层厚度为5cm，外加高度为15cm的底板，故模型高度应设计271em。根据我国的模型实验经验，模型高度与宽度之比以5～8为宜¨，才能保证模拟开采结果具有足够的一致性。由于实验条件限制，本次实验模型宽度为20cm，为满足实验要求，同时考虑平面问题，取模fa)初次来压型高度与宽度之比约6．6，将实验模型高度设计为131cm，其余表土层和软岩高度(140m)通过外加均布载荷补偿。实验时两端各留煤柱30em。在模型的制作过程中埋人了压力盒并安装了位移传感器，如图l所示全自动恒压水加压器(b)g1次周期来压图2模型照片鲁§。4

8、苔l4l312l1l098。。312。*32。33·。342日凸_』ii一37号测点0．／~幽．，—1．h．-／0—50O01001。一位移传感器一压力传感器工作面相对压力盒的不