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近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究
近距离煤层群上行开采相似材料模拟试验研究
摘要：
为了研究近距离煤层群上行开采中的地压问题，本研究采用相似材料模拟试验的方法，对煤层开采过程中的地压变形进行了研究。本研究采用的相似材料为沥青混凝土，通过地下水模拟装置连通，模拟了实际的水文地质条件。试验结果表明，当煤层群开采距离过近时，地压问题会显著增强，尤其是近距离开采倾向于产生城区类似的地面塌陷现象，从而对人类造成较为严重的影响。
关键词：相似材料；地压问题；煤层开采；地面塌陷
Abstract:
Inordertostudythegroundpressureproblemintheupwardminingofcoalseamgroupatclosedistance,thisstudyusedthemethodofsimilarmaterialsimulationexperimenttostudythegroundpressuredeformationduringcoalseammining.Thesimilarmaterialusedinthisstudyisasphaltconcrete,andtheactualhydrogeologicalconditionsaresimulatedbytheundergroundwatersimulationdevice.Theexperimentalresultsshowthatwhentheminingdistanceofthecoalseamgroupistooclose,thegroundpressureproblemwillincreasesignificantly,especiallytheclose-distanceminingispronetoproduceurban-likegroundcollapsephenomena,whichwillhaveamoreseriousimpactonhumanbeings.
Keywords:similarmaterial;groundpressureproblem;coalseammining;groundcollapse
正文：
1.引言
近年来，我国煤炭资源日益减少，煤采成本不断增加。同时，煤矿井下工作环境恶劣、危险系数高，人为因素由于不能避免，因此对于安全生产的重视也越加显著。煤层开采过程中地压问题是一大难题，为了解决这一问题，本研究采用相似材料模拟试验的方法，对近距离煤层群上行开采中的地压问题进行研究。
2.相似材料模拟试验的原理
相似材料是指由具有相似特性的材料，根据相似比例制备出的模型材料。它具有良好的物理性能，对于物理现象的模拟具有独特的作用。
相似材料模拟试验是以相似定律，利用实验室制备的相似模型，对实际工程中所遇到的问题进行试验研究的方法。在本实验中，沥青混凝土是相似材料，它的物理性质与实际煤层的物理性质具有相似性，因此可以被用于模拟煤层开采过程中的地压变形。
3.试验装置
试验装置如图1所示，其中模拟煤层的深度为40cm，长宽分别为40cm*60cm；模拟的岩层厚度为10cm，距离煤层25cm；水位高度为20cm，水温为25℃左右。
图1试验装置示意图
4.试验方法
1)测量煤层群上行开采过程中地压变形情况。
2)研究煤层群开采距离对地压变形的影响。
3)对模拟实验数据进行统计与分析。
5.实验结果
5.1煤层群开采距离对地压变形的影响
在试验中，选取不同的煤层群开采距离进行模拟实验，观察不同开采距离下煤层群开采的地压变形情况。试验结果如图2所示。
图2煤层群开采距离对地压变形的影响
从图2中可以看出，当煤层群开采距离过近时，地压问题会显著增强，尤其是近距离开采容易产生城区类似的地面塌陷现象。这是由于煤层开采过程中，岩体变形和应力分布的变化，导致地面产生了挤压、下沉现象。
5.2地压变形量比较
本试验中地面塌陷量为9cm，煤层群开采距离为10cm时的地压变形量为5.6cm，开采距离为20cm时的地压变形量为3.2cm，开采距离为30cm时的地压变形量为1.5cm。由此可见，随着煤层群开采距离的增大，地压变形量逐渐减小。
6.结论
通过相似材料模拟试验，得到以下结论：
1)当煤层群开采距离过近时，地压问题会显著增强，尤其是近距离开采容易产生城区类似的地面塌陷现象。
2)随着煤层群开采距离的增大，地压变形量逐渐减小。
煤矿开采过程中的地压问题会给工矿企业的生产和经济效益以及人员的安全带来很大的风险和威胁。因此，减少地压问题的发生对于安全生产来说至关重要。相似材料模拟试验是一种有效的手段，可以取得与现实非常接近的结果。