211154771_急倾斜中厚煤层顶板破断特征及覆岩移动规律研究

存条件复杂,开采受煤层倾角、地质构造的影响大,
化综采提供理论指导,为工作面液压支架选型提供
支架易发生下滑、倾倒等问题,采区巷道产生非对
理论依据,保障了煤矿安全生产.
称性破坏,多煤层群开采矿山压力与显现差异性较
大,严重影 响 煤 矿 安 全 生 产[３－４]. 针 对 以 上 问 题,
１ 工程概况
对急倾斜煤层开采覆岩变形特征的研究,得出大变
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１ 模型搭建
相似模拟 设 备 为 ２
０ m×０
３ m×２
０ m 的 可
旋转模型架,加 载 载 荷 ２００t. 实 验 以 石 洞 沟 煤 矿
３１１１１ 综采工 作 面 为 原 型, 模 拟 煤 层 倾 角 ６０
°, 模
型铺设长度 ２
０ m,高 度 １
８ m, 模 型 选 用 １∶５０
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中国煤炭
第 ４９ 卷第 ４ 期
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４９ No
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２０２３ 年 ４ 月
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l ２０２３
★ 煤矿安全 ★
引用格式:邹勇,姜永东,杨启军,等 急 倾 斜 中 厚 煤 层 顶 板 破 断 特 征 及 覆 岩 移 动 规 律 [
J] 中 国 煤 炭,２０２３,４９
(
４):２２－２８
及支架受力情况,以石洞沟煤矿 ３１１１１ 工作面为工程背景,采用相似模拟实验研究了急倾斜
中厚煤层矿山压力 与 岩 层 移 动 规 律,获 得 急 倾 斜 煤 层 开 采 顶 板、底 板、支 架 的 应 力 分 布 规
律,顶板岩层断裂与移动规律,并揭示了急倾斜煤层开采基本顶断裂的 “厂”型结构;同时
还进行了采动影响下采区巷道矿山压力与显现研究,获得急倾斜煤层群开采下部煤层采区巷
９００ m,倾斜长 ７０~９０ m,工作面沿 K１０ 、K１１ 煤
层布置.K１０ 煤 层 结 构 简 单, 含 夹 矸 １~３ 层 , 煤
层厚度 稳 定, 总 厚 １
２５~１
８８ m (含 夹 矸);K１１
煤层结构复杂,一 般 含 夹 矸 １~２ 层, 煤 层 厚 度 较
稳定,总 厚 １
４５~１
°) 泊松比
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６０
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９１
９
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１０
１８
１０
２ 采用相似模拟实验进行覆岩破断规律研究
的比例进行模拟,如图 ２ 所示.
２１
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２９
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３２
０
２８
０
３１
０
２８
０
２５
应力监测系统采用 AMSD３ １６ 高速静态应变
仪和微型土压力盒,应力监测布置如图 ３ 所示.模
DOI:１０
１９８８０/
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国 煤 炭
第 ４９ 卷
表 １ 煤层顶底板参数
名称
岩性
基本顶
中粒砂岩
直接顶
砂质泥岩
伪顶
砂质泥岩
K１０ ＋K１１ 煤层
煤
K１３ 煤层
煤
K１２ 煤层
煤
伪底
砂质泥岩
直接底
细粉砂岩
厚度/m
３
８０~７
５０
弹性模量 E/GPa 抗压强度σc/MPa 内聚力 C/MPa 内摩擦角 φ/ (
７
０７,煤岩体物理力 学 参 数 见 表 １.K１０ ＋K１１ 煤 层
图 ３ 模型应力监测布置
合采 工 作 面 中 布 置 ２３ 个 尺 寸 为 ２０cm×６cm×８
７５ m.３１１１１ 综 采 工 作 面 为
K１１ 、K１０ 合层开采,平均采高 ３
６ m,煤层 平 均 倾
角 ６０
°.煤层顶底板参数见表 １.
图 １ ３１１１１ 工作面采掘平面
２３
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２０２３ 年第 ４ 期 中
测点间距 ２０cm, 垂 直 直 接 顶 上 方 ２０cm 高 度 布
置,依次编号 Z１６~Z２０, 开 挖 过 程 中 采 用 数 字 摄
影测量技术观测上覆岩层破坏过程.
图 ２ ３１１１１ 综采工作面相似模拟模型
相 似 模 拟 几 何 相 似 比 １∶５０, 容 重 相 似 比
１∶１
５６,应 力 相 似 比 １∶７８; 时 间 相 似 比 １∶
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１
四川川煤石洞沟煤业有限责任公司,四川省广元市,６２８２０８;
２
重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆市沙坪坝区,４０００４４;
３
重庆大学复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室,重庆市沙坪坝区,４０００４４)
摘 要 为了研究急倾斜中厚煤层综采工作面开采过程中顶板破断特征、覆岩垮落规律
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石洞沟煤矿井田位于四川省广元市大两会背斜
起伏变化,存在一 些 小 型 褶 皱 曲 和 平 移 断 层 (
F１ 、
F２ 、F３ 、F４ 正性平 移 断 层), 规 模 很 小, 矿 区 地 质
构造简单,采掘平面如图 １ 所 示.３１１１１ 综 采 工 作
面 开 采 标 高 为 ＋４３５~ ＋５００ m 水 平, 走 向 长
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基金项目:重庆市自然科学基金院士专项 (
２０２２YSZX－JCX０００５CSTB)
作者简介:邹勇 (１９７５－ ), 男, 四川旺苍县人, 高级工程师, 四川川煤石洞沟煤业有限责任公 司 总 经 理, 主 要 从 事 采 矿 工 程 方 面 的 研 究. EＧ
道合理布置的区域.研究成果为该矿 ３１１１１ 工作面综采液压支架选型、工作面岩层控制以及
下部煤层采区巷道位置选择提供了重要参考依据.
关键词 急倾斜煤层;相似模拟;矿山压力;覆岩移动
中图分类号 TD３２５ 文献标志码 A
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邹勇等:急倾斜中厚煤层顶板破断特征及覆岩移动规律研究 ２０２３ 年第 ４ 期
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０ 引言
中厚煤层智能化综采工作面为工程背景,利用相似
我国西部矿区煤矿开采以大倾角、急倾斜煤层
为主,其中,急倾 斜 煤 层 占 ５０％
,且 一 半 以 上
[
１－２]
模拟实验,研究多煤层群开采覆岩的破断、移动规
律,采场周边的应力分布规律、煤层下方采区巷道
为优质焦煤或无烟煤,开采价值高.急倾斜煤层赋
的矿压显现特征,研究成果为石洞沟煤矿实现智能
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