煤层群开采覆岩运移规律及“三带”高度确定.pdf
《煤层群开采覆岩运移规律及“三带”高度确定.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《煤层群开采覆岩运移规律及“三带”高度确定.pdf(12页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、为研究煤层群开采条件下覆岩移动规律及“三带”分布范围,基于神东布尔台煤矿42 1 0 6工作面概况,采用相似模型物理实验方法模拟了2-2 煤及4-2 煤2 层煤先后开采的覆岩移动变化特征,分别就覆岩垮落特征、应力变化、岩层下沉量3个方面进行了对比分析。结果表明:上煤层工作面开采结束后,覆岩破坏程度整体较低,应力峰值主要存在工作面超前影响区域,存在块体铰接等现象;下层煤开采后裂隙带与上层煤采空区沟通,导致复合煤层采空区的断裂带远大于上煤采后的断裂带,应力相比上煤层整体较大,且顶板下沉量显著增大,覆岩历经离层、离层增大,最终闭合3个阶段。通过观测点数据测量确定了42 1 0 6 工作面“三带”高度
2、,并在现场进行钻孔监测,验证了相似物理模拟结果的合理性。关键词:多煤层开采;覆岩运移;物理模拟;“三带”探测;“三带”高度中图分类号:TD325文献标志码:A文章编号:1 0 0 3-49 6 X(2023)08-0106-12Law of overburden movement in coal seam group mining and the determination of“three zonesheightGUO Ruiruil,ZHENGKaige2,XI Jie2,WANG Zeyang?(1.Buertai Coal Mine of Shendong Coal Group Co.
3、,Ltd.,Ordos O017209,China;2.China Coal Technology and Engineering Group Xian Research Institute(Group)Co.,Ltd.,Xian 710054,China)Abstract:In order to study the law of overburden movement and the distribution range of“three zones under the condition ofcoal seam group mining,based on the general situa
4、tion of 42106 working face of Shendong Buertai Coal Mine,the physical ex-periment method of similar model is used to simulate the overburden movement characteristics of 2-2 coal and 4-2 coal successive-ly,and the characteristics of overburden caving,stress change and strata subsidence are compared a
5、nd analyzed respectively.Theresults show that after the mining of the upper coal seam face,the failure degree of the overlying rock is low as a whole,and thestress peak value mainly exists in the leading influence area of the working face,block hinge and so on.After the lower coal min-ing,the fractu
6、re zone communicates with the upper coal goaf,resulting in that the fracture zone of the goaf of the composite coalseam is much larger than that of the upper coal seam,the stress is larger than that of the upper coal seam as a whole,and theroof subsidence increases significantly.The overburden has g
7、one through three stages of separation and separation increasing,andfinally closed.The“three zones height of 42106 working face is determined by the data measurement of observation points,andthe borehole monitoring is carried out in the field to verify the rationality of similar physical simulation
8、results.Key words:multiple coal seams mining;overburden rock migration;physical simulation;“three zones exploration;“three zonesheight收稿日期:2 0 2 2-1 1-0 4责任编辑:朱蕾作者简介:郭瑞瑞(1 9 7 9),男,内蒙古鄂尔多斯人,工程师,从事煤矿技术管理工作。E-mail:7 9 442 1 2 8 6 q q.c o m通讯作者:郑凯歌(1 9 8 8 一),男,副研究员,博士,主要从事瓦斯防治和矿压动力灾害防治方面的工作。E-mail:107
9、Safety in Coal MinesAug.20232023年8 月煤砺发全No.8Vol.54第8 期第54卷煤层在采动影响下,覆岩破断运移,形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带!,对有含水层矿井造成突水威胁。“三带”与煤层上方水、沙的空间关系,是溃水溃砂事故发生的重要因素 2 。布尔台煤矿利用钻探探测、孔内窥视等方法进行了覆岩破坏“三带”发育高度观测。实测覆岩破坏导水断裂带和垮落带高度值较大,甚至在浅埋煤层开采过程中,部分工作面的覆岩破坏裂缝直达地表,给矿井生产造成了安全隐患 3。当覆岩中存在含水层或上煤层开采存在采空区积水时,准确预计导水裂隙带和落带的高度,对于采煤过程中的水害防治至关重要
10、当下对于覆岩裂隙发育高度的预测以试验总结为主 4-2 1 。由于断裂带的计算公式 2 直接应用于布尔台煤矿三带计算不够精准,难以对矿井的安全高效开采进行有效指导,因此需要对布尔台多煤层开采覆岩破断特征、“三带”演化过程及发育规律进行系统研究。为此,在布尔台煤矿42 1 0 6 工作面展开现场试验,并基于相似实验模拟,研究工作面开采后上覆岩层的沉降特征及“上三带”分布高度;进而预防水害,为矿井安全生产提供基础资料。1工程背景布尔台煤矿42 1 0 6 工作面煤层倾角1 3,煤厚范围3.46 7.0 5m,平均6.1 m。根据区段平均煤厚划分3.6 m的分叉区和6.6 m的复合区,层间分布0 1.
11、2 m厚砂质泥岩夹研。工作面埋深2 7 7 458m,平均38 4m。采用综放开采,采高3.6 m,放顶煤高度3.0 m,放煤步距0.8 6 5m,一采一放,循环推进。42 1 0 6 综放工作面与上部煤层2-2 层间距45 7 8m。4-2 煤层覆岩物理力学性质见表1。表1 4-2 煤层覆岩物理力学性质Table 1Physical and mechanical properties ofoverlying rock in 4-2 coal seam单轴抗单轴抗弹性内摩黏聚泊松密度/岩层压强度/拉强度/模量/擦角/力/比(kg:m)MPaMPaGPa()MPa细砂岩37.461.597.77
12、0.3420.88.352.343粗砂岩10.340.251.390.3734.12.562.002中砂岩19.540.843.490.36 23.16.402.142泥质砂岩75.082.687.810.3439.84.072.371砂质泥岩30.481.722.250.3632.52.952.283煤15.230.731.360.3331.22.342.135通过物理模拟分析2 层煤开采时覆岩破坏规律以及垮落带和导水裂隙带的发育高度,由此得出下层煤开采对上层煤垮落带和导水裂隙带的影响规律。2物理模拟试验2.1物理模拟实验模型根据现场钻孔资料,依据地层实际情况,按照相似比例进行物理相似模型设
13、计,模型设计参数为:模型长宽高:30 0 cmx40cm161cm;几何相似比:1:2 0 0;时间相似比:1:1 0;密度相似比:1:1.5;强度相似比:1:30 0;外力相似比:1:30 0;模拟方向:综放走向方向。模型铺设采用材料成型法,根据相似条件,确定相似材料中砂子、碳酸钙和石膏的配比量,计算出模型各分层材料的用量。相似材料配比见表2。首先将模型前、后约束面利用护板随铺设工作依次安装到实验架上,然后将各分层所需的各种材料按表2 所述分别称量好,加水搅拌均匀,将拌好的材料倒入模型中,用刮板把材料摊平并墩实。铺设完成1 层后,撒适量云母粉与要铺设的上1 层岩层相隔离,按次序逐层往上铺设,
14、直到所需高度为止。同时在铺设中在事前设计位置埋设应力传感器。待模型干燥1 2 周后,在模型表面安设标志点和参考线。开挖之前左右边界两侧各留设2 0 cm煤柱,减少边界效应的影响。每次开挖间隔30 min,开挖前、后利用莱卡 TM5100精密经纬仪,记录开挖过程中的岩层运移特征。2.2覆岩破断特征2.2.1上层煤采动影响布尔台42 1 0 6 工作面上部赋存2-2 煤层,2-2 煤采厚3m,在开采4-2 煤之前2-2 煤层已采完形成采空区,因此,相似模拟时首先开采上部的2-煤。开采2-煤时,每次开挖5cm,待覆岩充分运移,开始下一段煤层开采。2-2 煤回采覆岩破坏过程如图1。当工作面推进2 0
15、cm,基本顶尚未断裂。当工作面推进2 5cm,煤层上部有离层。推进35cm,直接顶垮落,垮落角为51.8 煤层上部6 cm的岩层离层,测量垮落在垂向影响范围2 6.5cm。因此,判定初次来压步距35 cm。当工作面推进50 cm,直接顶由倾斜离层逐渐开始断裂,采空区上部离层随煤层开采水平发育,引起上覆岩层缓慢弯曲下沉,覆岩垮落角为50.7,垮落高度为3cm,垮落长度1 6.8 cm,累计垮落长度43.3cm。确定本次周期来压的来压步距1 5cm,最.108SafetyinCoal Mines2023年8 月Aug.2023No.8Vol.54煤砺发全第8 期第54卷表2 木相似材料配比Tabl
16、e2Ratio of similar materials岩层真实厚度/模拟厚度/分层厚度/重复配比密度/材料用量/kg岩性编号mcmcm次数号(gcm)沙子碳酸钙石膏水R8细粒砂岩63.03.017:8:21.6060.986.971.740.87R7砂质泥岩2713.53.548:6:41.50261.3619.6013.076.53R6粉砂岩3819.03.567:5:51.55374.1626.7326.7313.36R5砂质泥岩3919.53.568:6:41.50377.5228.3118.889.44R4细粒砂岩3316.53.057:8:21.60335.4138.339.584
17、.79R3砂质泥岩136.52.538:6:41.50125.849.446.293.15R2粉砂岩168.03.037:5:51.55157.5411.2511.255.63R1砂质泥岩4221.03.078:6:41.50406.5630.4920.3310.16C1煤31.51.518:6:41.3526.141.961.310.65M1砂质泥岩2412.03.048:6:41.50232.3217.4211.625.81M2细粒砂岩199.53.537:8:21.60193.1222.075.522.76M3砂质泥岩3015.03.058:6:41.50125.849.446.293.
18、15C2煤73.53.518:6:41.3560.984.573.051.52F1砂质泥岩105.02.528:6:41.50125.849.446.293.15F2煤31.51.518:6:41.3529.042.181.450.73F3砂质泥岩326.03.028:6:41.50116.168.715.812.90(a)工作面开挖2 0 m(b)工作面开挖2 8 m(c)工作面开挖35m(d)工作面开挖6 5m图1 2-煤回采覆岩破坏过程Fig.1Rock failure diagrams of 2-2 coal mining process高处离层裂隙长度达到2 9 cm。当工作面推进6
19、 0 cm,直接顶已明显离层,同时采空区上方1 5cm出现离层。在距离开切眼2 6 cm处直接顶出现破碎重叠现象,阻碍了上部离层继续弯曲下沉。在开挖6 5cm后,直接顶再次断裂,伴随块状岩体垮落,本次垮落角为51.5,垮落高度为3cm,判定来压步距为1 5cm,此时,采空区上部离层继续向开挖方向发展,离层裂隙带上部继续弯曲下沉。后续开挖顶板垮落规律基本一致,直至回采完毕,历经1 3次周期来压,累计垮落长度2 59 cm,来压后垮落角2 3.1,垮落高度3cm,垮落长度为1 9cm,上部岩层沉降运移达到稳定。2-煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角如图2。通过试验分析布尔台煤矿2-煤开采后覆岩落带
20、最大高度1 2 m,裂隙带最大高度为38 m,岩层3570来压步距一岩层破断角30602550(。)/业2040153010205100012345678910 11 12 13周期来压次数图2 2-2 煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角Fig.2Roof periodic weighting step and rockfracture angle of 2-2 coal mining断裂角为2 3.2 6 1.7,平均为46.7,初次来压步距66m。在模拟开挖后,直接顶直接垮落,基本顶产生裂隙离层。在工作面向前推进过程中,采空区覆岩沉109Safety in Coal Mines2023年8
21、 月Aug.2023煤防发全Vol.54第8 期第54卷No.8降,将裂隙压实,覆岩块状运移,相对完整稳定。2.2.2下层煤采动影响布尔台42 1 0 6 工作面主采4-2 煤层,煤层埋深约421m,上部有2-煤开采形成的采空区,相似模拟主要研究开挖4-2 煤时垮落带发育高度、4-2 煤对2-2煤采空区的影响以及两层煤开采条件下上部覆岩的裂隙发育高度和破坏状态。4-煤回采覆岩破坏过程如图3。(a)工作面回采2 0 m(b)工作面回采2 5m(c)工作面回采50 m(d)工作面回采8 5m图34-2 煤回采覆岩破坏过程Fig.3Rock failure diagrams of 4-2 coal
22、mining process工作面推进至2 0 cm时,直接顶及其上部岩层保持稳定状态。而推进到2 5cm时直接顶发初次垮落,煤层上方岩层压力得到释放。块状垮落体位于在4-2 煤上方1 3cm位置,开挖煤层上部出现1 mm离层。垮落角为50.9。初次垮落长2 5cm,垮落高度为3cm,分析初次来压步距2 5cm,当工作面推进到30 cm时,开挖煤层工作面上方6 cm处出现明显离层,随着工作面的进一步开挖直接顶向工作面后方倾斜,离层裂隙逐渐增加。当工作面向前推进到40 cm时,在层高3cm处直接顶垮落1 5cm范围,岩石破碎严重,垮落角为43.1。垮落高度不变,判断本次周期来压步距1 5cm。采
23、空区上部离层继续向开挖方向发育,最高处离层裂隙长度为2 2 cm,同时采空区上部1 2 cm处出现裂隙,高度约为2 mm。当工作面推进45cm,开切眼处离层与垮塌部分形成三角区,直接顶轻微离层,上部覆岩1 2 cm处明显离层,最高处离层裂隙长度为2 3cm,离层裂隙高度为3mm。覆岩上部逐渐弯曲下沉,采空区上部离层继续向开挖方向发育。当推进到50 cm,直接顶发生倾斜离层,采空区上部离层继续向开挖方向发育,最高处离层裂隙长度达2 2 cm。覆岩上方9 cm有裂隙,在开采距离切眼2 0 cm覆岩弯曲,采空区上方1 2 cm处离层继续发育,裂隙高度2 mm并继续弯曲下沉。当工作面推进到8 5cm,
24、直接顶岩层块状垮落,落角为46,跨落长度1 0.5cm,跨落高度为1 2cm。同时采空区上方离层继续向上发育,采空区上部30.5cm处出现长度为32 cm,高度为1.5cm的离层裂隙,判断为采空区上方30.5cm上方岩层为关键层在距离开切眼水平距离30 cm位置,采空区上部2 4cm处离层弯曲闭合。随着模型继续开挖,顶板垮落规律基本一致,直至工作面向前推进到2 6 0 cm处,工作面上方裂隙继续发展,裂隙加宽,采空区空间裂隙被逐渐压实。同时上部岩层不断向下运动,上部采空区也出现纵向裂隙,直接顶发生垮落,垮落角为48.8,垮落长度17cm,高度为6 cm累计垮落2 6 0 cm,周期来压步距1
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤层 开采 覆岩运移 规律 高度 确定
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。