三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究

发布时间：2020-06-26 01:25

【摘要】：以川煤集团白胶煤矿2481工作面地质资料为基础,利用自行研制的"多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统",进行了三维采动应力条件下的三维模拟开采实验。通过应力监测、测量统计、色素示踪、照相素描等方法,对采动后的底板岩层破坏规律进行了研究。研究结果表明:底板岩层表现出"采前增压-采后卸压-压实回升"的动态受力特征;根据裂隙发育特征,可将底板裂隙带在走向上分为"开切眼裂隙发育区"、"采空区中部压实区"和"工作面裂隙发育区",在竖直方向上分为"底板破断裂隙带"和"底板弯曲离层带";确定底板最大破坏深度为14 m,为上保护层开采中被保护煤层瓦斯抽采的设计及优化提供了依据。
【图文】：

芍械装逖也愕牟啥猁苹倒媛桑?本实验以川煤集团白胶煤矿2481工作面为地质原型，进行了三维应力条件下的模拟开采实验，对底板的应力变化、裂隙分布及底板弯曲变形进行了统计研究。原型工作面位于开采煤层一煤层(C1)内，一煤层(C1)作为上保护层，下方与被保护层二煤层(B4)距离为16．5～27m，平均为22m，底板各层以砂质泥岩、细砂岩和粘土为主，采区内无明显断层结构。以此为地质原型进行三维相似模拟开采实验，地质原型及实验模型的力学参数如表1。实验在“多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统”上进行(图1)。该加载系统机架上固定了位置相应的9套加载液压缸，从而实现“三向四级”加载方式:垂直方向4个1000kN加载缸分布在试件的上面，可同时加载，也可分别加载，用于模拟地下开挖中煤岩层不同垂直应力水平;水平方向4个1000kN加载缸分布在试件侧面，可同时加载，亦可分别加载，用于模拟煤岩层内不同水平侧向应力;水平后向用1个2000kN液压缸来完成煤岩层水平纵向应力模拟;同时，由固定底座、侧壁和反力架提供反力。各压力轴或各压板之间的动作互不干涉，可进行独立动作实现不同试验条件下多级多向加载。图1多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统Fig．1Multi-fieldcouplingofcoalminedynamicdisastersimulationtestingsystem图2相似模拟模型实物图Fig．2Thesimilarsimulationmodel试件尺寸为1140mm×590mm×550mm(图2)，模型几何相似比为1∶100，并以此换算出模拟材料的厚度、容重、抗压强度等，(表1)，确定相似材料的配比，进行模型制作;其中，第6、8层底板及一煤层(C1)直接顶配比为6∶4∶1(砂∶水泥∶石2017年第3期康钦容，等:三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究613

馗追植?在试件的上面，可同时加载，也可分别加载，用于模拟地下开挖中煤岩层不同垂直应力水平;水平方向4个1000kN加载缸分布在试件侧面，可同时加载，亦可分别加载，用于模拟煤岩层内不同水平侧向应力;水平后向用1个2000kN液压缸来完成煤岩层水平纵向应力模拟;同时，由固定底座、侧壁和反力架提供反力。各压力轴或各压板之间的动作互不干涉，可进行独立动作实现不同试验条件下多级多向加载。图1多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统Fig．1Multi-fieldcouplingofcoalminedynamicdisastersimulationtestingsystem图2相似模拟模型实物图Fig．2Thesimilarsimulationmodel试件尺寸为1140mm×590mm×550mm(图2)，模型几何相似比为1∶100，并以此换算出模拟材料的厚度、容重、抗压强度等，(表1)，确定相似材料的配比，进行模型制作;其中，第6、8层底板及一煤层(C1)直接顶配比为6∶4∶1(砂∶水泥∶石2017年第3期康钦容，等:三维应力条件下煤层底板采动破坏规律实验研究613

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