貴州山區(qū)淺埋深煤層開采地表變形相似模擬試驗(yàn)研究

王祥松+王加松+曾茂秋+陸慶文

摘 要：本試驗(yàn)以盛遠(yuǎn)煤礦40803工作面現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件為原型，運(yùn)用相似模擬試驗(yàn)的方法，研究采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與圍巖活動(dòng)機(jī)理，及地表變形情況，為確定合理的地表變形控制技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：淺埋深煤層；相似模擬；礦壓顯現(xiàn)規(guī)律；地表變形

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.039

1 工程概況

盛遠(yuǎn)煤礦位于六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)和威寧縣東風(fēng)鎮(zhèn)境內(nèi)，盛遠(yuǎn)煤礦為平硐+斜井開拓，單水平上下山開采，開采方式為走向長(zhǎng)壁后退式，采用綜合機(jī)械化采煤，全部垮落法管理頂板，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬t/a，服務(wù)年限79a。含可采及局部可采煤層6層，即2#、4#、7#、8#、9#、11#煤層，總厚度為5.55～18.48米，一般為11.27米，主要可采煤層為2#、4#、11#，局部可采煤層為7#、8#、9#，煤層平均傾角在7～12°，其余煤層均不可采，或僅個(gè)別點(diǎn)達(dá)到可采厚度，可采煤層的頂?shù)装寰心噘|(zhì)、砂質(zhì)、粘土質(zhì)等封閉性巖層，巖性極其松軟，透氣性差。

2 相似模擬模型方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的模型為平面應(yīng)力模型，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=400cm×30cm

×180cm。根據(jù)工作面的地質(zhì)構(gòu)造條件，從煤層底板開始，首先鋪設(shè)下部巖層，然后結(jié)構(gòu)面通過撒上云母粉來模擬，之后上部地層模型用同樣的方法制作。試驗(yàn)前在距離模型一側(cè)邊緣50cm處開挖切眼，切眼寬度2.4cm，高度2.6cm，按1：100的比例設(shè)計(jì)。模型兩邊各留50cm邊界煤柱，如下圖1所示。

在水平和垂直方向上分別每隔40cm、40cm設(shè)置一條觀測(cè)線，在模型表面形成縱向和橫向40cm×40cm的方格，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿地表線布置，間距為40cm，通過工作面開采過程監(jiān)測(cè)上覆巖層的運(yùn)移變化規(guī)律、垮落狀況，及地表垂直和水平位移情況。

3 結(jié)論

以盛遠(yuǎn)煤礦40803工作面實(shí)際地質(zhì)條件為根據(jù)，結(jié)合相似模擬試驗(yàn)，通過對(duì)其采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律與礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行的深入分析研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）三帶的高度?？迓鋷В好簩禹敯鍘r層，斷裂裂縫密集，順層開裂充分，煤層采出后，頂板自下而上逐層垮落，在煤層不斷延伸開挖，跨落帶高度達(dá)到10～14cm；裂隙帶：底部靠近垮落帶的巖層，層間離層開裂明顯，分層性好，垂直或傾斜裂縫發(fā)育，且變?yōu)閿嗔蚜芽p，在垮落帶離層后，裂隙帶變形顯著，垮落帶最大高度達(dá)到15～30cm；在裂隙帶緩慢下沉?xí)r，彎曲下沉帶開始發(fā)育下沉，范圍為裂隙帶以上直至地表層，高度達(dá)到20～35cm。

（2）地表變形。煤層開采過程為監(jiān)測(cè)地表垂直和水平位移情況，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿地表線布置，間距為40cm，從模型左邊開切眼方向往右，編號(hào)依次2#、4#、7#、8#、9#、11#，煤層開采后地表垂直和水平位移情況如下：

測(cè)點(diǎn)變形量如圖2、圖3所示。

根據(jù)圖2、圖3分析可知，以2#測(cè)點(diǎn)，在4號(hào)煤層向前不斷開挖，7#、8#、9#、11#緩慢下沉，下沉量隨著煤層想前開挖延伸，煤層下沉量不斷加大。以4#測(cè)點(diǎn)，在7號(hào)煤層向前不斷開挖， 8#、9#、11#緩慢下沉，下沉量隨著煤層想前開挖延伸，煤層下沉量不斷加大。2#、4#、7#、8#、9#、11#所有煤層開采后，工作面中部變形最大，達(dá)到32.3cm。兩旁留50cm煤柱，進(jìn)行留煤柱開挖，隨著煤層不斷開挖，地表緩慢下沉，在開挖2#煤層完時(shí)，地表下層量不是很明顯，但隨著4#、7#、8#、9#、11#煤層開挖，煤層下沉量不斷加大，兩邊下沉連緩慢，中間部分下沉比較顯著，在全部煤層開挖完后，中間下沉最大，下沉量達(dá)到32.3cm，地表受到嚴(yán)重破壞。

參考文獻(xiàn)：

[1]程遠(yuǎn)平，俞啟香，袁亮.上覆遠(yuǎn)程卸壓巖體移動(dòng)特性與瓦斯抽采技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22（04）：483-486.

[2]錢鳴高，繆協(xié)興，許家林.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[3]石必明，俞啟香，周世寧.保護(hù)層開采遠(yuǎn)距離煤巖破裂變形數(shù)值模擬[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，33（03）：259-263.

作者簡(jiǎn)介：王祥松（1994-），男，貴州安順人，本科。endprint