保护层开采条件下上覆岩层移动相似材料模拟.doc

上保护层开采的相似材料模拟验条件研究己15煤层开采以后，采场下伏煤岩体的移动、变形及下被保护煤层的卸压效果，试验中考察的内容包括：采空区底鼓、下伏煤岩体移动、下被保护层的膨胀变形；°～8°。己15煤层平均厚度1.7m，属于低瓦斯煤层；己16-17煤层平均厚度为3.4m，是高瓦斯煤层；平均层间距13m。平均粉砂质泥岩平均设计 相似材料配比 ,所以在模型试验之前,必须对每一种配成的相似材料进行力学性质的测定。 2）观测点布置 模型共布置条位移观测线，第1＃、2＃观测线分别位于己16-17煤层顶底板，第3＃观测线位于己15煤层底板m处。每条观测线位移传感器8个，第①#位移传感器位于开切眼右边10m，然后从右到左每隔30m依次布置第②＃、③＃、④＃⑧＃位移传感器。 己1煤层底板布置应力观测线观测线23个应力传感器，第①＃应力传感器布置在开切眼右侧0m处，然后从右到左每隔10m依次布置第2＃、3＃、4＃23＃应力传感器。模型制作 在模型制作时控制分层铺设的间隔时间（2-5min），并在层与层之间撒入一定量的云母片来模拟层面，整个模型一次铺设完成在模拟煤层的材料中掺入适量的粉煤灰，以降低材料的容重干燥一周，拆掉两侧模板，干燥两周后便可进行开和观测。回采程序设计 保护层工作面开采后，采空区顶底板煤岩体发生破坏、移动和变形，引起煤岩应力场与裂隙场的重新分布，根据岩层控制理论，采空区上方将形成垮落带、断裂带、弯曲带。而对采空区底板，本从保护层开的角度出发，将底板受到采动影响的煤岩层分为底鼓裂隙带和底鼓变形带两个带。各带的裂隙发育特征不同，则瓦斯在各带内的汇集及流动规律也不尽相同，应根据煤层所处的不同分带，选择合理的瓦斯抽采方法抽采被保护煤层瓦斯。 .1 距保护层底板不同距离处位移的对比分析 根据位移观测线的布置，分别对距己15煤层底板m、m、2m处的位移进行对比分析。选择1＃、2＃＃观测线①、③观测点来研究。 1）三条观测线上的第①位移观测点位于开切眼右边10m处，在工作面推进过程中这三个观测点的位移变化情况如图所示膨胀为正、压缩为负。从图中可以看出，这三个观测点处的岩层在工作面推进过程中一直处于被压缩状态，说明该处为切眼后方煤壁支撑区，距保护层底板m处的岩层位移量最大，达到mm；距保护层底板m处的岩层位移量达到mm；距保护层底板2m处的岩层位移量达到mm。 图第①位移观测点距保护层底板不同距离的位移变化曲线 2）三条观测线上的第③位移观测点均位于开切眼左边0m处，在工作面推进过程中这三个观测点的位移变化情况如图所示。从图中可以看出，这三个观测点处的岩层在工作面推进过程中先后经历压缩膨胀压膨胀稳定个阶段，工作面推进到距测点m时，压缩位移量开始增加，工作面推进到测点位置时，压缩位移量达到最大值，随着工作面推进，岩层由压缩变为膨胀，且膨胀位移迅速增大，工作面推过测点位置m左右，膨胀位移达到最大值，随后膨胀位移量有所降低。距保护层底板m处的岩层最大上移量mm，最大下移量mm；距保护层底板m处的岩层最大上移量mm，最大下移量mm；；距保护层底板m处的岩层最大上移量mm，最大下移量mm。 图第③位移观测点距保护层底板不同距离的位移变化曲线 . 2 工作面推进180m后的采空区范围岩层移动情况工作面推进180m后，三条位移观测线8个测点处的岩层位移情况统计分析，如图所示。图中横坐标0～180m区域为，-0～0m和～m代表煤柱区域。由图可以看出，在保护层采空区下方，各测线测点位移都为正值，测点向上移动，说明得到了保护层开采的保护卸压，而在煤柱下方测点为负值，测点向下移动，说明是煤柱下方煤体受到支撑应力作用，煤层被压缩。在卸压区内，测线1向上移动量为～mm，测线2向上移动量为～1mm，测线3向上移动量为～mm；应力集中区测线1最大向下移动量为mm，测线2最大向下移动量为mm，测线3最大向下移动量为mm。 图工作面推进180m后距保护层底板不同距离岩层的位移变化曲线 .3 下伏煤岩体应力变化规律 随着开采的进行，各压力传感器与工作面的相对位置是动态变化的，压力传感器所受载荷也会随之动态变化，传感器所采集数据为所在测点压应力的相对变化量。 该观测线深度上的原始垂直应力为MPa，工作面推进到30m时，开切眼侧受到支撑应力的影响，应力增加到MPa；随着开采长度的增加，开切眼及工作面支撑应力逐渐加大，同时采空区下部的卸压程度也逐渐增加，工作面推进到90m时，开切眼侧应力30.7MPa，采空区应力降低，最小值为MPa，应力分布由起初的非对称逐渐向对称过渡。随着工作面的继续推进，有效卸压范围逐渐扩大，并在采空区后部出现应力恢复区。当工作面推进到180m处，支撑应力增加到MPa，应力集中系数为1.倍，应力降到13MPa以下区域占到工作面开采长度的8%，应力降到6MPa以下区域