急傾斜煤層上保護層開采保護范圍物理相似模擬實驗研究.pdf

1、煤層群保護層開采是目前防治煤與瓦斯突出最有效的區域措施，從保護層開采作用機理可知，煤層群保護層開采問題的關鍵在于保護范圍的劃定。針對急傾斜煤層群保護層開采保護范圍劃定的問題，以硯石臺煤礦深部急傾斜上保護層開采為工程背景，采用物理相似模擬對上保護層開采的保護范圍進行了研究，獲得了上保護層開采過程中被保護層的卸壓和膨脹變形曲線，劃定了被保護層保護范圍，并與數值模擬方法和現場測試考察方法所得結果進行了對比分析驗證。
　　主要研究結果及研

2、究結論如下：
　　(1)通過上保護層開采物理相似模擬研究，得到了急傾斜上保護層開采采空區“三帶”高度分布特征和層厚較小的急傾斜煤層采空區上覆巖層破斷垮落特征；實驗表明，“三帶”中垮落帶高度約為3.4cm，為保護層煤層層厚的2.3倍，裂隙帶高度約為10cm，為保護層工作面煤層厚度的6.7倍；同時，結合數字散斑方法監測結果，煤層層厚較小的情況下采空區上覆巖層會破斷成相對完整的多塊巨型巖塊并相互咬合成多個三角形支撐結構，這些支撐結構就會

3、以觸矸點為支撐形成對頂板巖層的支撐作用。
　　(2)在上保護層開采物理相似模擬中，通過數字散斑方法對保護層工作面圍巖位移進行了監測，得到了上保護層開采過程中工作面圍巖的位移等值線云圖；結果表明，采空區圍巖位移穩定之后在采空區底板出現2個明顯位移異常區域，2處位移等值線都呈現半環形的向下的位移，說明這2處位置都明顯地出現了觸矸點。
　　(3)通過上保護層開采物理相似模擬研究，得到了上保護層開采過程中被保護層卸壓曲線和卸壓曲線形

4、狀特征，發現卸壓曲線整體呈“U”形，口寬底窄，開口位置出現應力集中，應力集中系數可以達到1.04，底部卸壓量圍繞一定值波動，其最大可以達到0.046MPa。
　　(4)通過上保護層開采物理相似模擬研究，并結合保護范圍煤巖體膨脹變形準則，得到了上保護層開采過程中被保護層膨脹變形曲線和上保護層開采有效保護范圍卸壓角，其中傾向上邊界卸壓角為68°，下邊界卸壓角為88°；將物理相似模擬結果與現場考察結果和數值模擬結果對比分析，表明本次采用