貴州山區淺埋深煤層開采地表變形相似模擬試驗研究

王祥松+王加松+曾茂秋+陸慶文

摘 要：本試驗以盛遠煤礦40803工作面現場地質條件為原型，運用相似模擬試驗的方法，研究采場礦壓顯現規律與圍巖活動機理，及地表變形情況，為確定合理的地表變形控制技術提供科學依據。

關鍵詞：淺埋深煤層；相似模擬；礦壓顯現規律；地表變形

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

1 工程概況

盛遠煤礦位于六盤水市鐘山區大灣鎮和威寧縣東風鎮境內，盛遠煤礦為平硐+斜井開拓，單水平上下山開采，開采方式為走向長壁后退式，采用綜合機械化采煤，全部垮落法管理頂板，設計生產能力90萬t/a，服務年限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，或僅個別點達到可采厚度，可采煤層的頂底板均含有泥質、砂質、粘土質等封閉性巖層，巖性極其松軟，透氣性差。

2 相似模擬模型方案設計

設計的模型為平面應力模型，尺寸為長×寬×高=400cm×30cm

×180cm。根據工作面的地質構造條件，從煤層底板開始，首先鋪設下部巖層，然后結構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。試驗前在距離模型一側邊緣50cm處開挖切眼，切眼寬度2.4cm，高度2.6cm，按1：100的比例設計。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設置一條觀測線，在模型表面形成縱向和橫向40cm×40cm的方格，地表位移監測點沿地表線布置，間距為40cm，通過工作面開采過程監測上覆巖層的運移變化規律、垮落狀況，及地表垂直和水平位移情況。

3 結論

以盛遠煤礦40803工作面實際地質條件為根據，結合相似模擬試驗，通過對其采場覆巖結構及運動規律與礦壓顯現規律進行的深入分析研究，得出以下主要結論：

（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，垂直或傾斜裂縫發育，且變為斷裂裂縫，在垮落帶離層后，裂隙帶變形顯著，垮落帶最大高度達到15～30cm；在裂隙帶緩慢下沉時，彎曲下沉帶開始發育下沉，范圍為裂隙帶以上直至地表層，高度達到20～35cm。

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

測點變形量如圖2、圖3所示。

根據圖2、圖3分析可知，以2#測點，在4號煤層向前不斷開挖，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#測點，在7號煤層向前不斷開挖， 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，達到32.3cm。兩旁留50cm煤柱，進行留煤柱開挖，隨著煤層不斷開挖，地表緩慢下沉，在開挖2#煤層完時，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，下沉量達到32.3cm，地表受到嚴重破壞。

參考文獻：

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作者簡介：王祥松（1994-），男，貴州安順人，本科。endprint