大同矿区石炭纪煤层复合顶板条件大采高开采相似模拟研究.pdf

Value EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue EngineeringValue Engineering 0引言 实践证明， 大采高工作面矿压显现与综放及分层开采有明显不 同[15]， 如放顶煤开采出现架载荷不仅不增加反而减小 568， 载 荷强度减小 1520， 支架动载不明显， 支架前柱工作阻力大于后 柱， 支柱载荷中心靠煤壁等[67]现象。 近年来， 针对上述问题进行了大 量的理论研究， 取得了重要的进展[89]， 然而尚不成熟。 1相似模拟的基本条件 相似材料模拟原型为白洞矿 C3煤层 301 盘区 8108 工作面， 煤层最小厚度为 3.6m， 最大厚度为 5.8m， 平均厚度 4.43m， 煤层倾角 为 3.57， 平均 5.5， 夹石最小厚度为 0.1m， 最大厚度为 0.7m， 煤层 结构简单， 直接顶砂质泥岩， 单轴抗拉强度为 49.73Mpa， 老顶为砂 砾岩， 单向抗拉强度为 108.56Mpa， 底板为粉砂岩， 单轴抗压强度为 78.6Mpa， 工作面平均埋藏深度为 975m， 走向平均长度为 870m， 工 作面长度为 181m。 2试验方法及模型制作 为完成上述研究内容， 本试验在 300mm15mm30mm 的平面应 力实验台上进行， 采用的几何相似比为 1 100。 本次试验铺设总厚度 为 150cm， 在铺设过程中， 严格按照各煤岩层的实际尺寸折算后来 施工。每次铺设厚度为 1.5cm， 尽量保障平稳均匀， 每层间加云母粉 使模型层理分明。各煤岩层具体用量见表 1。 模型铺设高度为 150cm， 这样还有 250cm 的剩余高度， 采用液 压油缸来加压模拟其产生的压力。由于大采高 8108 工作面地表为 岩层， 因此， 250m 的深度产生的压力为 σh γ1302.510009.82.6 （MPa ） σh γ2502.510009.86.1MPa 根据模型的尺寸， 以及预定比例， 实际加载压力为 Fσ s/10006.11064.20.25/10006.4 （KN ） 模型设计方案见图 1。 为了真实反映开采过程中煤岩层应力的变化趋势和大小， 铺设 模型时， 在煤层和岩层中设置了测量应力的基点， 采用灵敏度极高 的压力盒来测量， 共布置 4 条水平测线， 测线间距为 200mm， 测线 距离底板距离分别为 0cm， 10cm， 20cm， 40cm。应力测点编号如图 2 所示， 合计应力测点 52 个。 为了分析应力随开采推进度的变化， 沿开采方向上与压力盒基 点的布置相对应， 在两个不同的层位设置两排位移计， 来观测工作 面开采过程中上覆岩层垂直位移的变化情况， 位移计分别安设在距 煤层底板 16cm 老顶中部位置，以及距煤层底板 28cm 上位老顶中 部的位置， 它们之间相隔 20cm， 老顶岩层布置 10 个， 上位老顶岩层 布置 9 个， 共计 19 个位移计。 3实验结果分析 模型中安设了压力盒， 以记录相应的应力， 传感器的信号统一 由实验室的 YE2539 数据采集器来自动采集， 数据采集由计算机控 制， 并进行数据处理。 3.1 模型开采与煤壁失稳移动过程描述 3.1.1 当工作面推进距切眼 6cm （实际推进约 6m ） 时， 此时推进 的长度等于模型的宽度， 工作面直接顶和煤壁未见明显的垮落和破 坏， 但煤壁上方已经出现明显离层现象， 见图 3。 3.1.2 随工作面推进， 当工作面推进 8cm （实际推进 8m ） 时， 直 接顶出现明显的垮落， 垮落高度为 1m， 老顶出现了离层， 煤壁出现 破裂线， 见图 4， 此时可近似作为顶板运动加剧， 并伴随煤壁开始失 稳的开始。 3.1.3 其后推进 16cm （实际推进 16m ） 停止。煤壁失稳碎裂明 显， 裂断最先从顶部开始， 裂缝延伸至顶板以下 8.5cm 左右， 并与顶 板形成 70左右夹角， 实际高度 1.7m， 深度约为 0.30.4cm 左右， 持 续一段时间后煤壁顺裂缝断裂。 3.2 推进过程中压力传感器数据分析结果 进行相似模拟试验 的过程中， 可以获得大量应力和位移的实验数据， 经过分类整理得 到了沿工作面开采方向煤壁前方不同煤岩层中支承压力的分布情 基金项目国家自然科学基金项目 （编号 51009015， 50874021， 50574016 ） ； 辽宁省教育厅重点实验室项目 （编号 2009S006 ） 。 作者简介刘文 （1964- ） ， 男， 山西大同人， 大同煤矿集团有限责任公司高级 工程师， 研究方向为煤碳开采。 大同矿区石炭纪煤层复合顶板条件大采高开采相似模拟研究 Material Simulation Study on Large Height and Compound Roof Mining in Datong Carboniferous Coal Seam 刘文①Liu Wen；张春山②Zhang Chunshan （①大同煤矿集团有限责任公司， 大同 037003； ②大同煤矿集团有限责任公司永定庄煤矿， 大同 037003 ） （①Technology Center of Coal Mine， Datong Coal Mine Group Co.， Ltd.， Datong 037003， China； ②Yongdingzhuang Coal Mine， Datong Coal Mine Group Co.， Ltd.， Datong 037003， China ） 摘要以白洞矿 C3煤层 301 盘区 8108 工作面开采条件为基础， 应用相似材料模拟方法， 研究了开采后上覆岩层运动的过程、 变化及特点， 探讨了上覆岩层运动的规律及煤壁失稳情况； 根据模拟结果， 分析了开采范围内支承压力峰值的变化及对顶板的影响。 Abstract Overlying strata of No.8108 working face, 301 panel, NO.C3 coal seam in Baidong coal mine is material simulated to study the movement law and instability characteristic. Based on the test result, the change of maximum abutment pressure as well as whose effects on roof is also analyzed. 关键词大采高； 相似材料模拟； 矿压显现 Key words large mining height； similar material simulation； strata pressure behavior 中图分类号TD82 文献标识码A 文章编号1006-4311 （2011 ） 29-0019-02 基本底煤层直接顶老顶上位老顶上覆岩层 细纱 （kg ） 石膏 （kg ） 水 （kg ） 锯末 （kg ） 总量 （kg ） 73.5 10.5 8.4 168 47.25 10.5 9.5 5.25 63 76 8 8.4 84 176.5 25 20.15 201.5 196.5 22 26.85 218.5 1323 189 151.2 1512 表1相似模拟煤岩层用量表 19 价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程 1广元物流业概况 广元市物流产业起步较早，在 2005 年就成功举办了当时全省 较高规格的物流发展论坛， 但由于缺乏科学的规划和健全的工作运 行机制， 物流产业整体发展缓慢， 已被遂宁、 内江等地赶超。 当前， 如 何准确把握和发挥我市优势， 促进物流产业跨越发展， 为我市正在 实施的资源转化战略提供保障支撑， 已成为刻不容缓的重大战略性 课题。 近年来， 广元市物流园区建设步伐加快。初步建成了下西综合 物流园区， 总规模达 1.26 平方物流存在的问题公里， 2006 年以来先 后引进烟草、 新华文轩、 金顺、 双星等物流企业进入园区， 建成仓储 设施 20 余万平方米。 新型物流企业发展较快。 全市已注册商贸物流 企业 160 家， 注册资本 11.5 亿元， 最大的注册资本 593.7 万元。 2008 年全市公路货运量 2706 万吨， 公路货物周转量 13.84 亿吨公里， 分 别是 1985 年建市之初的 12.1 倍和 19.2 倍。城乡商业网点密布。全 市不同经济类型的商业网点 12 万多个。市县城区新型商业经营业 态不断出现， 连锁经营达到一定规模， 一批物流配送相关的产业正 在兴起。传统运输业通过改造正在向现代物流业方向发展。随着物 作者简介周海娟 （1979- ） ， 女， 重庆人， MBA 硕士， 讲师， 研究方向为高等职 业教育市场营销、 物流管理等。 论广元物流业发展存在的问题及对策 Problems Existing in Development of Logistics Industry in Guangyuan and Countermeasures 周海娟Zhou Haijuan （四川信息职业技术学院， 广元 628017 ） （Sichuan Ination Technology College， Guangyuan 628017， China ） 摘要随着时代经济的发展物流业迅速发展起来， 中国物流业中存在着许多问题制约着物流业的健康发展。 为了突破物流发展问题， 广元物 流又相对比较落后， 为了物流业的发展采用策略推进发展， 政府要做发展现代物流业的基础条件创造者和运行秩序维护者， 物流企业要加强联 合重组和高素质人才的引进， 针对问题做出有利政策， 为未来做好规划。 Abstract With the development of economy, logistics industry developed rapidly in China. There are many problems existing in the logistics industry of China, which restrict the healthy development of the logistics industry. The logistics of Guangyuan is relatively backward. In order to break through the barrier to the logistics development, the government should pave the way and maintain order for its development, the enterprises should attach importance to reorganization and the introduction of talent, make favorable policies to solve the problem, and plan for the future. 关键词物流产业； 健康发展； 问题； 对策 Key words logistics industry； health development； problem； countermeasures 中图分类号F253 文献标识码A 文章编号1006-4311 （2011 ） 29-0020-02 况， 见图 5 为工作面初次来压后 正常开采时煤壁前方支承压力 分布情况。 从图中可以得到如下几点 结论 3.2.1 支承压力分布范围在 工作面前方 30m 左右， 煤壁中的 支承压力略大于顶板岩层 （23cm 层位为老顶岩层 ） 中的支承压力。 3.2.2 支承压力在距离煤壁 7m 处出现峰值。 3.3 顶板运移分析 本次相似模拟实验共安设 19 个位移计， 通 过整理分析所得数据， 其中有如下几个测区的数据可以作为现场分 析运用。图 6、 7、 8、 9 分别为距开切眼不同距离时顶板位移变化情况。 从图中可以看出， 在工作面刚开始回采时 （图 6 ） ， 顶板位移很 小， 而且在工作面煤壁后方呈悬空状态， 位移不再急剧增加； 工作面 正常开采时， 老顶初次垮落后 （图 8， 9 ） ， 顶板位移量急剧增大。 通过对整个工作面开采方向上垂直位移分析， 可以得出如下几 点基本结论 3.3.1 顶板位移出现的具体位置不能确定，因为沿开采方向上 地质条件不同， 其垂直位移发生的位置是不一样的， 只能给出范围， 即距工作面煤壁前方大约 30～80m 的位置开始出现位移。具体而言 在那个位置出现依工作面的情况而定。 3.3.2 老顶发生跨落的位置也不能给出一个确切的值，只能给 出相对的范围，即采空区距离工作面煤壁大约 2～20m 的范围内老 顶岩层发生跨落。道理相同， 具体位置依具体情况而定。 3.4 上覆岩层的位移观测与分析 根据观测的数据，经过认真 的整理， 得到了上覆岩层的水平位移和垂直位移。 4结语 根据相似理论和现场综合柱状具体条件， 确定开采模拟模型比 例为 1 100。对上覆岩层、 上位老顶、 老顶、 直接顶、 煤层和基本底六 个层位进行模拟实验， 布置测点 138 个， 通过电子经纬仪观测其受 采动影响的位移数据变化。 并在煤层上覆岩层顶板布置压力盒传感 器和位移计， 所测相关数据都经计算机处理， 得到直接顶初次垮落 步距 31m， 老顶初次垮落步距 53.4m， 模拟开采经历了 10 次周期垮 落， 平均垮落步距 16.3m， 老顶呈倒台阶垮落， 垮落前后形状对称， 垮落角为 50左右。煤岩层的支承压力在距离煤壁大约 30m 的位置 处于原岩应力状态， 然后开始逐渐增加， 直到达到峰值。 支承压力距 煤壁前方大约 5～7m 的位置出现峰值。随着开采的推进度加大， 工 作面煤壁前方上覆岩层的垂直位移变化受到采动影响的范围逐渐 加大。 参考文献 [1]宋振骐， 赵经彻.放顶煤开采岩层移动和矿山压力控制[C].2000 年综 采放顶煤与安全技术研讨会论文集， 19-26. [2]李化敏， 周英， 翟新献.放顶煤开采顶煤变形与破碎特征[J].煤炭学报， 2000， 25，（4 ） 252-255. [3]吴健.综放采场支架围岩关系的新概念[C].2000 年综采放顶煤与安 全技术研讨会论文集， 27-35. [4]李化敏， 周英， 苏承东.放顶煤开采支架受力测试与分析[J].山东科技 大学学报， 2000， 19，（2 ） 97-100. 20