缓倾斜煤层开采侧向支承压力分布特征模拟研究
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定 的人 工材料代替天然岩体制成模型 ， 去研究实
际工程问题 的实验方法。用相似材料模型试验可以
直 接 观 测 到 矿 山压 力 的变 化 过 程 和 内应 力 的作 用 情 况 ， 人 为地 依 据 矿 山压力 作 用 下 的 围岩条 件 进 能 行 新 技 术 、 方 案 的试 验 ， 新 可解 决 目前 理 论 分 析 中
第３１ 第１ 期 卷 ０ ２ 年 １ 月 ０１ １ ０
Ｖ０ ． ＮＯ ． ０ Ｉ３１ １
山西 煤 炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡＬ
Ｏｃｔ ．２Ｏ１１
文章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ １ １— ０ １ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ）０ ０ ３ － ３
缓倾斜煤层开采侧向支承压力分布特征模拟研究
收 稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １ － ８ ２
涂 上机油 ， 并将其安装 固定在模型架两侧 ； ②根据
上 述 表格 计 算 出 的分 层 材 料 用 量 ，分别 称量 所 需
作 者简介 ： 司贤让（ ９ ０ ） 男 ， １８ 一 ， 河南永 城人 ， 大学本科 ， 助理工程 师 ， 从事煤 矿现场安全管理 和技术 管理工作 。
司贤让
（ 河南 神火煤 电股份有 限公司 ， 河南 摘 永城 ４６０ ） ７ ６ ０ 要： 为全面了解缓倾斜煤层开采后 围岩应力分布规律 ， 运用相似 材料模 拟法 ， 以某矿综采 工作 面的实际工程
地质情况为依据 ， 分析 了采场两侧向的支承压力分布情况及应力集中程度 、 应力峰值距煤壁的距 离、 支承压力的影响 范
一
易 随采 随落 。直接 底 为一 薄 层泥岩 ， 水易膨 胀 。 遇 １ 相似 参数 的确 定 ． ２ 模 型架 的 尺 寸 为 ２ｍ Ｘ ．８Ｉ Ｘ１ （ Ｘ １ Ｉ ． ｍ 长 ０ Ｙ ７ 宽 Ｘ高 ）根 据相 似原 理 ， 据选 定模 型 架 尺寸 及其 ， 依 他 条 件综 合 考 虑 ， 定 主 要相 似 系数 ： 何 相 似 系 确 几 数 ＝．１ ００ ，时间相 似 系数 ００ １ ． ，容 重相 似 系数 ７
４ ５
试 验 中采 用摄 影 测量 法 对模 型进 行 拍 照 ， 片 照 能 够直 观反 映 了模 型 的变形 和破坏 过程 。素 描法 能 够 弥 补 摄 影 法 不 能对 模 型所 表 现 的现 象 进 行 确 切 的描 述 的不 足 。 因此 ， 验 中采 用摄 影 测量 及 素 描 试 法 相结合 的方法研 究上覆 岩层 的几何 形 态 。
围等 因素 ， 为该矿采区巷道的合理位 置布置提供参考价值 。
关 键 词 ： 倾 斜 煤层 ； 似 模 拟 ； 向 支承 压 力 ； 布 特 征 缓 相 侧 分
中 图分 类 号 ：Ｄ １ ￣ Ｔ ３５３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
相 似 材料 模 拟 实验 是 以相 似 理论 为基 础 ， 用 采
１ 相 似材料 配 比及用 量 ． ３
巷煤柱 的合 理尺寸提供依据 ，从而避开应力 峰值 区， 减少 采 动压 力 对 巷道 的影 响 。本文 以某 矿井 的
实 际 工程 地 质 资料 为 依 据 ， 采用 相 似材 料 模 拟方 法
分析侧向支承压力 的分布特点 ， 为今后多煤层采 区
巷 道 的布 置提供 参 考价值 。
根 据 现 场煤 层 顶 底 板 岩 层 综 合 柱 状 图 。利 用 Ｒ － １０ （ 石 材 料试 验机 １ ＭＴ ５Ｂ岩 测试 系统 ， 得 各 岩 测 层 的岩 石力 学性 质 。选 取 细河 沙 、 膏和 碳 酸钙 配 石 制不 同 比例 的相 似材 料 。 每组 ３块 （０ ｍＸ１ １ ０ｃ ｃ ｍＸ １ ｍ） 自然干 燥 ７ ， ０ ｃ ， 进行 抗压 强度 实验 ， ３个 试 ｄ 取 件 抗 压 强 度 的平 均 值 作 为 该材 料 配 比号 的抗 压 强
１ 相似模拟试验设 计与制作
１１ 模 拟 的地质 条件 ．
以某 矿 １０ ６工 作 面 的 地 质 条 件 为 工 程 试 验 ５１
背景 ， 采用平面模型研究缓倾斜煤层工作面侧向支 承压力变化情况 。该工作面煤层厚度基本稳定 ， 结
构简 单 ， 煤层 厚 度在 ３ ．ｍ一３６ ０ ．ｍ之 间 ， 均 ３４３ 平 ．１； １ 煤 层埋 深 ５ ０ 倾角 变化 不大 ， ９ 一１。 之 问 ， ０ ｍ， 在 。 ５
３１
圜衄
ｈ ｛。 ｔ ｔ ％ “ Ⅲ
山西煤炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡ Ｌ
第３１ 第 １ 期 卷 ０
表 １ 煤 岩 体 物 理 力 学 参数 及 配 比
序号 岩性描述 真厚度 ／ 密度 ／ ｇｉ ） 原始抗压强度 ／Ｐ 配比号 瑚 （ ・ ｋ ｎ ｋａ １ ２ ３
尚不 能解 决 的一些 问题 。
０ ， ． 应力 相似 常数 。＝ ．０ 。 由相 似定理 及 以上 ６ ０ ６ ０
国 内外 学者 在 采 动 引起 的 支承 压力 研 究 方 面 ，
各 基 本 的相 似 系数 ， 导 出 如 下相 似 系数 ： 力 比 可 外 ％ ６０ｘ１－强 度 比 ００６泊 松 比 ＝。 ＝ ． ０７ ．０ ， １ 由于无 现
平 均 １。 ； 层 东 西 走 向起 伏 较 大 ， ２ 煤 由东 向 西逐 渐
度。各岩层岩石力学性质和相似材料的配 比如表 １
所示 。
１ 模 型 的制作及 加载 ． ４
模 型 的制作 按 以下 步骤 进 行 ： ①在 模 板 内表 面
上坡 。煤 层顶 底板 情况 ： 接顶 为砂 质泥 岩 ， 煤层 直 距 顶 板 ０８ ．ｍ左 右有 １ ０１Ｔ～ ．１ 的煤 线 ，该 层 层 ．１ ０５Ｔ Ｉ Ｉ
多侧重超前支承压力分布规律 的研究。而分析侧 向 来自百度文库
支 承 压力 的分 布特 征 ， 以为巷 道 位置 的布 置及 护 可
场应力场资料 ， 以近似认为是均质重力场 ， 可 所以
初 始应 力场 是相似 的。模 型两侧 由于 干燥 收缩 和开 采 引起 的开 裂 与实 际不 符 ，但 留有 较 宽大 的边 界 ， 所 以边 界条 件也 是近似 相似 的 。
定 的人 工材料代替天然岩体制成模型 ， 去研究实
际工程问题 的实验方法。用相似材料模型试验可以
直 接 观 测 到 矿 山压 力 的变 化 过 程 和 内应 力 的作 用 情 况 ， 人 为地 依 据 矿 山压力 作 用 下 的 围岩条 件 进 能 行 新 技 术 、 方 案 的试 验 ， 新 可解 决 目前 理 论 分 析 中
第３１ 第１ 期 卷 ０ ２ 年 １ 月 ０１ １ ０
Ｖ０ ． ＮＯ ． ０ Ｉ３１ １
山西 煤 炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡＬ
Ｏｃｔ ．２Ｏ１１
文章 编 号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ １ １— ０ １ ０ １７ — ０ ０ ２ １ ）０ ０ ３ － ３
缓倾斜煤层开采侧向支承压力分布特征模拟研究
收 稿 日期 ：０ １ ０ — １ ２ １ － ８ ２
涂 上机油 ， 并将其安装 固定在模型架两侧 ； ②根据
上 述 表格 计 算 出 的分 层 材 料 用 量 ，分别 称量 所 需
作 者简介 ： 司贤让（ ９ ０ ） 男 ， １８ 一 ， 河南永 城人 ， 大学本科 ， 助理工程 师 ， 从事煤 矿现场安全管理 和技术 管理工作 。
司贤让
（ 河南 神火煤 电股份有 限公司 ， 河南 摘 永城 ４６０ ） ７ ６ ０ 要： 为全面了解缓倾斜煤层开采后 围岩应力分布规律 ， 运用相似 材料模 拟法 ， 以某矿综采 工作 面的实际工程
地质情况为依据 ， 分析 了采场两侧向的支承压力分布情况及应力集中程度 、 应力峰值距煤壁的距 离、 支承压力的影响 范
一
易 随采 随落 。直接 底 为一 薄 层泥岩 ， 水易膨 胀 。 遇 １ 相似 参数 的确 定 ． ２ 模 型架 的 尺 寸 为 ２ｍ Ｘ ．８Ｉ Ｘ１ （ Ｘ １ Ｉ ． ｍ 长 ０ Ｙ ７ 宽 Ｘ高 ）根 据相 似原 理 ， 据选 定模 型 架 尺寸 及其 ， 依 他 条 件综 合 考 虑 ， 定 主 要相 似 系数 ： 何 相 似 系 确 几 数 ＝．１ ００ ，时间相 似 系数 ００ １ ． ，容 重相 似 系数 ７
４ ５
试 验 中采 用摄 影 测量 法 对模 型进 行 拍 照 ， 片 照 能 够直 观反 映 了模 型 的变形 和破坏 过程 。素 描法 能 够 弥 补 摄 影 法 不 能对 模 型所 表 现 的现 象 进 行 确 切 的描 述 的不 足 。 因此 ， 验 中采 用摄 影 测量 及 素 描 试 法 相结合 的方法研 究上覆 岩层 的几何 形 态 。
围等 因素 ， 为该矿采区巷道的合理位 置布置提供参考价值 。
关 键 词 ： 倾 斜 煤层 ； 似 模 拟 ； 向 支承 压 力 ； 布 特 征 缓 相 侧 分
中 图分 类 号 ：Ｄ １ ￣ Ｔ ３５３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
相 似 材料 模 拟 实验 是 以相 似 理论 为基 础 ， 用 采
１ 相 似材料 配 比及用 量 ． ３
巷煤柱 的合 理尺寸提供依据 ，从而避开应力 峰值 区， 减少 采 动压 力 对 巷道 的影 响 。本文 以某 矿井 的
实 际 工程 地 质 资料 为 依 据 ， 采用 相 似材 料 模 拟方 法
分析侧向支承压力 的分布特点 ， 为今后多煤层采 区
巷 道 的布 置提供 参 考价值 。
根 据 现 场煤 层 顶 底 板 岩 层 综 合 柱 状 图 。利 用 Ｒ － １０ （ 石 材 料试 验机 １ ＭＴ ５Ｂ岩 测试 系统 ， 得 各 岩 测 层 的岩 石力 学性 质 。选 取 细河 沙 、 膏和 碳 酸钙 配 石 制不 同 比例 的相 似材 料 。 每组 ３块 （０ ｍＸ１ １ ０ｃ ｃ ｍＸ １ ｍ） 自然干 燥 ７ ， ０ ｃ ， 进行 抗压 强度 实验 ， ３个 试 ｄ 取 件 抗 压 强 度 的平 均 值 作 为 该材 料 配 比号 的抗 压 强
１ 相似模拟试验设 计与制作
１１ 模 拟 的地质 条件 ．
以某 矿 １０ ６工 作 面 的 地 质 条 件 为 工 程 试 验 ５１
背景 ， 采用平面模型研究缓倾斜煤层工作面侧向支 承压力变化情况 。该工作面煤层厚度基本稳定 ， 结
构简 单 ， 煤层 厚 度在 ３ ．ｍ一３６ ０ ．ｍ之 间 ， 均 ３４３ 平 ．１； １ 煤 层埋 深 ５ ０ 倾角 变化 不大 ， ９ 一１。 之 问 ， ０ ｍ， 在 。 ５
３１
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山西煤炭 ＳＨ ＸＩ ＡＮ ＣＯＡ Ｌ
第３１ 第 １ 期 卷 ０
表 １ 煤 岩 体 物 理 力 学 参数 及 配 比
序号 岩性描述 真厚度 ／ 密度 ／ ｇｉ ） 原始抗压强度 ／Ｐ 配比号 瑚 （ ・ ｋ ｎ ｋａ １ ２ ３
尚不 能解 决 的一些 问题 。
０ ， ． 应力 相似 常数 。＝ ．０ 。 由相 似定理 及 以上 ６ ０ ６ ０
国 内外 学者 在 采 动 引起 的 支承 压力 研 究 方 面 ，
各 基 本 的相 似 系数 ， 导 出 如 下相 似 系数 ： 力 比 可 外 ％ ６０ｘ１－强 度 比 ００６泊 松 比 ＝。 ＝ ． ０７ ．０ ， １ 由于无 现
平 均 １。 ； 层 东 西 走 向起 伏 较 大 ， ２ 煤 由东 向 西逐 渐
度。各岩层岩石力学性质和相似材料的配 比如表 １
所示 。
１ 模 型 的制作及 加载 ． ４
模 型 的制作 按 以下 步骤 进 行 ： ①在 模 板 内表 面
上坡 。煤 层顶 底板 情况 ： 接顶 为砂 质泥 岩 ， 煤层 直 距 顶 板 ０８ ．ｍ左 右有 １ ０１Ｔ～ ．１ 的煤 线 ，该 层 层 ．１ ０５Ｔ Ｉ Ｉ
多侧重超前支承压力分布规律 的研究。而分析侧 向 来自百度文库
支 承 压力 的分 布特 征 ， 以为巷 道 位置 的布 置及 护 可
场应力场资料 ， 以近似认为是均质重力场 ， 可 所以
初 始应 力场 是相似 的。模 型两侧 由于 干燥 收缩 和开 采 引起 的开 裂 与实 际不 符 ，但 留有 较 宽大 的边 界 ， 所 以边 界条 件也 是近似 相似 的 。