放顶煤开采条件下覆岩移动 规律试验研究 郝延锦 3 吴立.pdf

第4期矿山测量No.4

1999年11月MINESURVEYINGNov.1999
放顶煤开采条件下覆岩移动
规律试验研究
郝延锦3吴立新3沙从术33孟召平3胡金星3
3(中国矿业大学北京校区)33(郑州煤田职工地质学院)

摘要通过对放顶煤开采条件下覆岩移动相似模拟试验结果的分析,并与实际观测资料相对照,总结
出了在放顶煤开采条件下覆岩断裂角、冒裂带高度大小的基本规律,以及尖灭硬岩层、煤层顶板岩性
对覆岩移动的影响等问题。
关键词放顶煤开采覆岩移动试验研究

表1煤层开采及赋存情况表
前言
开采埋藏
模型开采开采
厚度深度顶板岩性
放顶煤开采技术由于其高产、高效、煤质好,已编号煤层方法
(m)(m)
在我国许多有条件的矿区被广泛采用,但由此引起
13—1煤放顶煤开采1017303泥岩
1
的开采沉陷问题也日益突出,解决在放顶煤开采条11—2煤普采317366砂质泥岩
件下覆岩移动问题已迫在眉睫。研究放顶煤开采条313—1煤放顶煤开采710300砂质泥岩

件下覆岩移动规律的方法通常有理论研究、实际观413—1煤普采810320砂质泥岩
测和模拟研究三种。由于岩层移动是一个影响因素13—1煤放顶煤开采816508粉砂岩
5
非常多、非常复杂的物理力学过程,理论研究正在逐11—2煤普采310576砂质泥岩
粉砂岩,切
步深入;实际观测是研究岩层移动的主要方法,但由13—1煤放顶煤开采816508
有öö裂隙
6
于放顶煤开采技术应用时间较短,以及客观条件限砂质泥岩,切
11—2煤普采310576
有裂隙
制,目前观测数据很不充分,特别是对岩层内部的观öö
粉砂岩,切
13—1煤放顶煤开采816508
测。因此模拟试验就成了研究放顶煤开采条件下覆有øø裂隙
7
砂质泥岩,切
岩移动规律的有效方法。本次试验所模拟的地质采11—2煤普采310576
有øø裂隙
矿条件完全与新集矿的实际情况相似,从而避免了
13—1煤放顶煤开采816508粉砂岩(碎裂)
模型简化对试验结果产生的影响。
8砂质泥岩
11—2煤普采310576
1模拟试验概述(碎裂)
111原型条件913—1煤放顶煤开采410595泥岩夹煤
相似模拟试验的剖面根据新集矿试验区实际勘1013—1煤放顶煤开采410556泥岩夹煤

探剖面所得,制作模型10台,开采煤层为13—1煤、第1、2、5、6、7、8模型为:aL=1ö150

11—2煤,均为近水平煤层,全部跨落法管理顶板。煤第3、4模型为:aL=1ö200

层赋存、顶板岩性和开采方法见表1。第9、10模型为:aL=1ö100

112相似材料配比b模型的容重比为:ar=rmörp=0.625

制作模型主要所用材料有:河砂、云母、碳酸钙、c模型的强度比为:aR=RmöRp=aL3ar

煤粉、石膏、水、水泥和锯末等,相似材料配比是根据第1、2、5、6、7、8模型为:aR=1ö240

煤岩层的抗压强度进行的。第3、4模型为:aR=1ö320

113模型设计尺寸和相似条件第9、10模型为:aR=1ö160
1ö2
模型框架尺寸为:2500mm×200mm×1800mmd模型的时间比:at=tmötp=(a)

的平面模型,采用杠杆加载进行相应高度补偿。在试第1、2、5、6、7、8模型为:at=1ö12

验过程中,模型与原型之间严格遵守相似原理。第3、4模型为:at=1ö14

a几何相似比第9、10模型为:at=1ö10
©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net
第4期郝延锦等:放顶煤开采条件下覆岩移动规律试验研究7

2主要试验结果分析
211岩层断裂角
13—1煤层和11—2煤层开采完,其覆岩移动稳
定后,采空区上方岩层破坏形态呈拱形(图1),称为
冒裂拱。分别将开切眼侧和停采线侧的岩层断裂点
连接起来近似为一直线,称为断裂线。断裂线与煤层图1采场上覆岩层冒落形态
在采空区一侧所夹角为断裂角(图1中的U角)。断11—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角见表3。从
裂角也是影响岩层与地表移动大小和下沉盆地形态表3中可以看出:
的一个重要因素。13—1煤采完覆岩移动稳定后断裂a、无论是综放开采还是普采(11—2煤为普采),
角见表2。岩层在切眼侧的断裂角要大于停采侧的断裂角,其
表213—1煤采完覆岩移动稳定后断裂角(单位:度)
模型编号134567810平均
断裂角(切眼侧)716415711573706679165669
断裂角(停采侧)6856537166156572155163
表311—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角(单位:度)随着放顶煤工作面的推进,采空区上方岩层冒