大采高综采覆岩裂隙演化特征三维实验研究

发布时间：2021-07-04 03:28

　　上覆岩层裂隙区域是瓦斯运移储集通道,为准确得到大采高综采条件下裂隙演化特征,以山西天池煤矿202工作面为原型搭建了三维物理相似模拟模型,采用声发射监测系统、三维模型剖切等方法得到覆岩裂隙发育过程及裂隙分布特征。结果表明,202工作面基本顶初次垮落步距为36 m,周期来压步距为16～27 m,周期来压平均步距18 m;采用物理模型剖切的方式得到采动覆岩裂隙高度及三维分布形态,垮落带高度15 m,是采高2.9倍,裂隙带高度64 m,是采高12.5倍;覆岩垮落裂隙三维形态为"椭抛体"。在煤层倾向及走向上,覆岩整体下沉趋势为"凹"型,距离煤层底板10 m处上覆岩层下沉量最大为3.5 m,越往上下沉量越小,岩层下沉呈梯形分布;在走向及倾向方向裂隙密度均呈现"双驼峰"状,倾向裂隙区位于工作面0～30 m与90～120 m范围内,走向裂隙区位于切眼侧0～30 m与停采线侧160～200 m范围内,裂隙区裂隙密度达5条/m,中部压实区裂隙密度在1～2条/m之间,回风巷侧裂隙区为高位巷布置最佳区域,能够有效提高瓦斯抽采效率,对工作面及采空区瓦斯治理具有重要意义。 

【文章来源】：西安科技大学学报. 2020,40(04)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

202工作面综合地质柱状图

实验采用西安科技大学西部煤矿开采及灾害防治教育部重点实验室小型三维物理相似模拟实验平台(图2)。该平台以三维物理相似模型箱体为主体,实现井工煤矿工作面开采过程中矿压分布规律、裂隙演化特性、瓦斯运移机理的一体同步研究。采用模块化设计,主要由三维实验台箱体、煤层开采系统、通风系统、瓦斯注入系统、瓦斯抽采系统以及测试系统(应力测试、气体浓度测试和声发射测试)等组成,可实现工作面开采、矿井通风、瓦斯涌出与瓦斯抽采等功能的模拟(图3)。三维实验台箱体尺寸为1 200 mm×700 mm×800 mm(长×宽×高),四周所有接缝处利用密封胶垫加螺栓密封。煤层开采采用下降条钢的方式,即实验开始前由2个螺柱顶起条钢两端,与螺柱配合的螺母焊接在箱体的底板上,开采时采用双联摇杆同时降下条钢模拟煤层开采,平台能够对岩层破断能量数据、瓦斯数据、应力数据实现实时采集。图3 三维物理相似模拟实验平台构成

三维物理相似模拟实验平台构成

【参考文献】：
期刊论文
[1]采动覆岩导水裂隙主通道分布模型及其水流动特性[J]. 曹志国,鞠金峰,许家林.  煤炭学报. 2019(12)
[2]采动覆岩裂隙动态演化规律的三维模拟[J]. 史博文,白建平,郝春生,杨昌永,姚晋宝.  煤矿安全. 2019(07)
[3]硫磺沟矿（4-5）04工作面高位钻孔抽采瓦斯技术[J]. 邱春亮,赵鹏翔,王绪友,刘殿福,张雪涛,安学东,杨俊生.  西安科技大学学报. 2018(03)
[4]三维采动应力条件下覆岩裂隙演化规律试验研究[J]. 尹光志,李星,韩佩博,李铭辉,李文璞,邓博知.  煤炭学报. 2016(02)
[5]浅埋深薄基岩煤层组开采采动裂隙演化及台阶式切落形成机制[J]. 薛东杰,周宏伟,任伟光,张博夫,刘亚群,赵宇峰.  煤炭学报. 2015(08)
[6]煤岩体采动裂隙网络的逾渗与分形特征关系研究[J]. 栗东平,周宏伟,薛东杰,易海洋,郜海莲.  岩土力学. 2015(04)
[7]复合顶板综放面覆岩破坏及裂隙演化相似模拟试验[J]. 熊祖强,王晓蕾.  中国安全生产科学技术. 2014(10)
[8]基于分形理论的采动裂隙时空演化规律研究[J]. 李宏艳,王维华,齐庆新,张浪.  煤炭学报. 2014(06)
[9]基于物理相似模拟实验的覆岩采动裂隙演化规律研究[J]. 肖鹏,李树刚,林海飞,赵鹏翔.  中国安全生产科学技术. 2014(04)
[10]基于因果模糊聚类法预测覆岩裂隙带高度研究[J]. 李波,陈广平,于正兴.  中国安全生产科学技术. 2013(11)

博士论文
[1]厚煤层综采覆岩破断及裂隙演化机理三维大型物理模拟研究[D]. 成小雨.西安科技大学 2018



本文编号：3263937