论文倾斜煤层开采相似材料模拟实验是关于煤层方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关煤层论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：为了研究倾斜煤层开采引起的地表移动与变形规律,探讨了相似材料模拟实验的观测方法与原理,通过对观测数据的分析与处理,求得观测线沉降曲线与水平位移曲线,运用Excel的函数计算得出变形曲线,最终在6号点和7号点之间纵向方面出现近水平裂缝,在横向方面产生显著的高角度裂缝,所得结果为煤矿的安全生产提供了科学依据.
关键词：相似材料模拟；沉降曲线；水平位移
中图分类号：TU502文献标识码：A 文章编号：1672-1098(2011)01-0068-03
Similar Material Simulation Test for Inclined Coal Seam Mining
JIANG Xiao-lei, PAN Yu, ZHANG Mei-wei DENG Rong-rong, WANG Lie-ping
(School of Surveying and Mapping, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)
Abstract:Observation methods and similar material simulation test principles were discussed in order to researchsurface movement and deformation caused by inclined seam mining. The observation line sinking curve and horizontal displacement curve were obtained by analyzing and processing the observation data. Deformation curve was got by use of Excel Function Evaluation. In longitudinal direction nearly horizontal cracks and in transverse direction significantly high angle cracks appeared between point 6 and point 7. The results provide a scientific basis for production safety of coal mine.
Key words: similar material simulation; subsidence curve; horizontal displacement
相似材料模拟是煤炭系统常用的研究岩层移动的一种方法.它是以相似理论为基础,将矿山岩层按一定的比例缩小,用相似材料作成模型,然后在模型上模拟煤层的开采过程,通过观测模型上岩层的移动和破坏情况,分析推测岩层实际发生的破坏和移动情况［1］.
1 模拟实验
本次模拟实验在模型上设置了三条倾斜观测线,从下到上依次为1、2、3号观测线,距离11-2煤层顶板的距离分别为20 cm、44 cm、79 cm(见图1),A、B、C、D为设在模型架左右两侧固定架上的控制点,这4个点不受开采影响［2］.要求A、C点必须处在同一水平高度上,B、D点必须处在同一水平高度上,并精确量取A、C点之间和B、D点之间距离为L;A、B点必须处于同一铅垂线上, C、D点必须处于同一铅垂线上,并精确量取A、B点之间和C、D点之间的距离为H0,这些数据作为计算的始算数据.
图1 测量点布置示意图
测点间的水平距离均为10 cm,计60个测点,布设的测点标志为具有十字线的圆,布设测点时用大头针将测点标志钉在模型上,观测时瞄准测点十字线的中心.
在2009年12月3日至12月12日期间采用NIKON NPL-821对测点进行位移观测(见表1),采前（12月3日~12月4日）独立进行两次全面观测,采中（12月5日~12月7日）和采后（12月8日~12月12日）期间共进行8次全面观测. 根据采前两次全面观测数据求得沉降观测中误差为0.11 mm, 水平位移观测中误差0.13 mm, 按照1∶100的比例将模型观测结果换算成实地地表沉降和水平位移观测中误差分别为11 mm和13 mm,满次实验的精度要求.
上山方向有325 mm的老空区,老空区和试采面之间留有100 mm 的巷道煤柱；老空区回采结束3天后进行试采面的一次性回采,试采面倾斜长度为1 475 mm,下山方向留有170 mm的煤柱.
2 模拟实验的观测与计算
2.1 观测线动态沉降曲线
11-2煤试采面回采结束后,1号线随即达到充分移动,在6号点和7号点之间产生了断裂和跨落,究其原因为留设巷道煤柱所致(见图2).1号线(1～20号点)的沉降曲线总体呈现W状,1～6号点之间同步沉降,最大沉降值为7.19 mm,8～11号点之间同步沉降,最大沉降值为19.39 mm, 11～17号点之间呈现碗状, 最大沉降值32.51 mm, 17～20号点之间呈现微倾状,最大沉降值为3.53 mm；2号线(21～40号点)的沉降曲线总体呈半盆状, 31号点为最大沉降点,沉降值为8.31 mm,与该地质采矿条件下的沉降规律一致；3号线(41～60号点)的沉降曲线呈现半碗状沉降,51号点为最大沉降点,沉降值为7.63 mm,与该地质采矿条件下的沉降规律一致.
图2 3条观测线最终沉降曲线比较
测线铅垂方向应变时,1号线与2号线之间具有显著差异,2号线和3号线之间没有显著差异(见图3).在7、16、27、36号点包围的范围内,应变出现了显著的纵向正应变,表明该区域出现了近水平裂缝.
图3 测线1~2和2~3纵向应变曲线图
2.2 观测线动态水平移动曲线
在图4中,1号线的水平位移曲线总体呈现马鞍状,7～16号点向上山方向移动；2号线的水平位移曲线总体呈现山顶状,两侧的点向下山方向移动,中间点向上山方向移动,移动微小；3号线的水平位移曲线总体呈现正弦状,只有微量的移动.3条观测线水平变形比较如图5所示,在6号点和7号点之间产生了显著的高角度裂缝,由3号线求得下山方向充分采动角分别为59°.
图4 3条观测线最终水平位移曲线比较
图5 3条观测线最终水平变形曲线比较
3 模拟实验分析
1) 倾斜煤层开采,顶板不易垮落.采空区上方的顶板并不切煤壁冒落,而呈阶状弯曲,保持一段悬顶距.顶板岩性越硬,悬顶距则越大,这时地表下沉曲线拐点也就越偏向采空区一方.
2) 煤层上覆岩层的三个移动带的形成和范围的改变与顶板悬露垮距有关系［3］.在实验过程中,上覆岩层的下沉量随采空区顶板垮距的增大而增加.当开采步距达到极限值时,就会产生裂隙并进一步发育成离层,即裂隙带.当开采步距进一步加大时,裂隙会向上延伸,下部岩层裂隙作用较为明显;而此时弯曲下沉带和裂隙带会进一步向上发
展.当开采步距达到顶板来压步距时,顶板会出现
第一次垮落,即冒落带.随着煤层的开采,这“三带”会继续向上发展,从而引起地表移动与变形.
3) 从煤层顶板的破坏程度和移动过程来看,煤层顶板是沿煤层法线方向垮落的,裂隙沿法线方向由垮落带自下而上发展,裂隙范围与岩层内裂隙宽度变化一致.这时垮落、断裂带呈现出一个喇叭状,地表岩层的这种变形方式从机理上解释了倾斜煤层开采地表移动的形态［4］.
4 结论
1) 由于倾斜煤层开采引起的地表移动和变形规律比较复杂,通过相似材料模拟实验,比较成功的研究了倾斜煤层的地表移动与变形规律.
2) 如图5所示,纵向方面,在6号点和7号点之间出现明显拉伸,表明该区域出现近水平裂缝;横向方面,在6号点和7号点之间产生显著的高角度裂缝.
3) 当倾斜煤层开采时,地表移动向下山方向影响长度范围远大于向上山方向的影响长度范围;地表沉陷的分布规律由初期的基本对称到后期的不对称分布.
参考文献：
［1］ 何国清,杨伦,凌赓娣,等.矿山开采沉陷学［M］.徐州：中国矿业大学出版社,1991：219.
［2］ 王芳.电子经纬仪在煤层相似材料模拟实验中的应用［J］.露天采矿技术, 2006(1)：18-19.
［3］ 姜岩,田茂义.矿山开采地表下沉与变形预计新方法［J］.矿山压力与顶板管理,2003,20(3)：74-78.
［4］ 煤科总院北京开采所.煤矿地表移动下覆岩破坏规律及其应用［M］.北京：煤炭工业出版社,1981：360.
(责任编辑：何学华,范 君)
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总结:本论文可用于煤层论文范文参考下载，煤层相关论文写作参考研究。
参考文献：
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