GEOFLUIDS Geofluids 1468 - 8123 1468 - 8115 Hindawi 10.1155 / 2020/8834235 8834235 研究文章 调查在地上坚硬顶板破碎引起的压力在不同层厚煤层开采 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1988 - 8778 高 鲁伊 1 2 https://orcid.org/0000 - 0002 - 9486 - 7697 杨 精选 3 旷 从那时起 3 2 刘 Hongjie 2 李 Yingchun 1 矿业工程学院 太原理工大学 山西030024年 中国 tyut.edu.cn 2 大同煤矿集团有限公司 大同037000 中国 3 国家重点实验室的煤炭资源与安全开采 中国矿业大学&技术 徐州221116 中国 cumt.edu.cn 2020年 5 11 2020年 2020年 1 6 2020年 25 7 2020年 25 9 2020年 5 11 2020年 2020年 版权©2020瑞高et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

努力屋顶在不同的压裂层会导致复杂的地面压力工作面,如支持崩溃和严重的巷道变形。然而,地面压力的机制引起的坚硬顶板不同层的压裂仍不清楚。摘要20 m extrathick的物理模型建立了煤层开采与硬屋顶现有基于物理模拟相似准则。表土压裂结构、支承压力分布和煤的故障特征的身体被一个非接触监测应变测量系统和电阻应变仪,努力揭示地面压力诱导的机制屋顶压裂。此外, 现场测量被用来监视和分析地面压力影响硬屋顶在不同的水平。结果提供了理论依据的地面压力控制extrathick煤层开采与艰难的屋顶。

 国家重点实验室的煤炭资源与安全开采 SKLCRSM18X006 在山西省主要项目 20191101015 科技创新项目的高等教育机构在山西 2019年l0208 山西省的应用基础研究项目 201901 d211030 中国博士后科学基金会 2019年m651080 中国国家重点研究发展计划 2018年yfc0604506 2018年yfc0604500 1。介绍

在煤层开采,屋顶上覆岩层中存在,打破跨度通常是巨大的由于他们的伟大力量,因而会导致一个强大的地面压力等开采面板支持失败和巷道变形。通过数值模拟和现场测量,他等人,王等人发现大悬浮区域的屋顶将很容易导致先进的煤岩体的应力集中和失败( 1, 2]。坚硬顶板破碎时,能量释放的强度较高的大破坏。宁等。 3]研究了厚硬的断裂能量屋顶通过微震的监控。公布的结果表明,高能打破厚而硬的屋顶是造成强大的地面压力的主要原因。Bednarek和Majcherczyk 4]讨论了岩体特征影响支持的选择。赵et al。 5]研究extrathick的断裂特征和基于长硬顶梁理论。李等人。 6]研究了周期性断裂的厚而硬的屋顶基于弗拉索夫板理论和应变能分布在厚煤层坚硬顶板的特征。沈et al。 7)显示一个条目的强烈反应的影响受到上覆坚硬顶板和坚硬顶板断裂位置条目。居和徐 8]分析了上覆硬地层的结构特点和地面压力7米厚煤层开采后面板。夏et al。 9]研究的特点和机制矿业板地面压力的共同作用下,硬屋顶和煤柱。它被发现在上面的研究中,由于高强度和大量过剩的屋顶,屋顶上的应力集中明显困难,有重大影响的工作面和巷道开采面板。

在extrathick煤层的开采困难的屋顶下,由于大型矿业厚度、表土的迁移范围宽。失败的结果表明,高度可能达到200到350米在14到20米厚煤层开采 10- - - - - - 12]。现场监测表明,压裂的屋顶在一个大空间经常导致地面压力的发生在工作面不同强度和表现 13, 14]。地面工作面压力显示“长时间运行和短时间”的特点,“长时间”的时间间隔是30至60 m和“短期”间隔12至20 m,压力强度增加时,“长期”发生。然而,没有明显的规律性等发生强烈的地面压力支持故障或严重的巷道变形( 15, 16]。李等人。 17)发现extrathick煤层开采厚度巨大的结果在一个更大的活动空间高层屋顶,屋顶和高层的滑动不稳定会导致强烈的地面压力。辛格et al。 18]研究了岩层运动在地下开采厚煤层。根据李等人的研究( 19),旋转运动的关键层上覆岩层直接影响了支持在工作面和动态加载引起的拱结构的不稳定性进行了分析。谢和徐 20.]分析了不同厚度的影响规律和程度的屋顶上的峰值和支承压力的影响范围。玉等人,陈等人进行了现场测量巷道的变形特性和应力分布规律的过程中挖掘一个extrathick煤层下艰难的屋顶( 21, 22]。郭et al。 23]研究了悬臂支架阻力之间的关系和距离的屋顶,和标准合理选择支架阻力。Mondal et al。 24)监测地层行为destressed浅带印度长壁板硬砂岩盖使用mine-microseismicity和钻孔电视观众数据。然而,其他学者也投资于硬顶研究[ 25, 26];结果表明,硬顶的发生直接影响地面压力在工作面和很复杂。

在extrathick煤层的开采条件艰苦的屋顶,失败和不稳定的屋顶将逐渐发生在一个大空间,这可能会进一步导致频繁发生在工作面地面压力不同的优势。上述学者着重于上覆岩层的结构特点或工作从矿山压力的角度发展,但没有做深入的机理研究地面压裂压力诱导的各级屋顶。根据关键层理论( 27, 28),关键层的低水平是靠近煤层,打破跨度很小。增加发生水平,打破跨度和高级关键层的强度相应增加。因此,由于距离的影响煤层和跨度,失败和不稳定性低和高水平的关键层对地面的压力可能有不同的影响。此外,打破大跨度和不稳定的高层屋顶可能引起强烈的地面压力的发生在工作面和可能与下关键层的相互作用。物理模拟实验可能反映了上覆岩层的结构特点及其对矿业的支承压力影响面板直接和被认为是一种有效的手段来研究煤层开采上覆岩层结构和地面压力( 29日, 30.]。基于extrathick煤层的开采困难的屋顶,在本文中,采用物理模拟的研究方法,研究关键层的断裂规律和破坏引发的地面压力的强度和不稳定地层在不同的水平。

 2。实验模型 2.1。地质背景

石炭系# 3 - 5 extrathick煤层主要是开采在大山大同矿区的煤矿,14到20米的厚度。采用放顶煤开采过程挖掘的方法。煤层的埋藏深度是400到800米,和表土覆盖着多层硬屋顶60到120 MPa的抗压强度。由于开采的煤层厚度大,多层压裂的在一个大空间经常导致地面压力强劲,伴随着支持坠毁。底鼓是严重的在10至40米先进的巷道,巷道底鼓发生和最大达0.8米。屋顶塌陷是0.6米,两边的道路的喷射混凝土严重破裂,和先进个人道具被严重破坏,如图 1。

崩落采矿法在工作面和强大的地面压力。

把# 8216工作面在大山煤矿为例,石炭系# 3 - 5煤层开采,煤层的平均厚度是16米,埋深和煤层的倾角是418到522米和1 - 3°,分别。和采矿工作面距离的长度是230和1500,分别和煤层多艰难的屋顶覆盖着。

基于统计数据的强大的地面压力在采矿过程中,如表所示 1,它可以发现工作面临的压力是相对强劲的初始开采范围内214米。巷道变形和液压支柱倒塌严重先进35米,支架阻力明显增加,甚至伴随着安全阀开启。在以后的开采过程中,地面压力的强度相对减弱,影响范围减少到10米在一个先进的道路,和变形也减少了。

统计工作的强有力的地面压力的脸。

数据 矿业距离(米) 非凡的描述
2015.11.13 110.2 强大的地面压力提前10米的工作面,底鼓是0.3 - -0.4 m,肋胀严重:0.4;支持# 45 # 67的阻力是高。
2015.11.21 168.8 强势地压发生,先进的影响范围是10 - 20米,屋顶塌陷和底鼓严重,十液压道具倾倒,屋顶塌陷0.3 - -0.4米,底鼓0.45,支持# 23 # 35的阻力和# 56 # 71高。
2015.12.30 214.5 更强的地面压力发生提前12米的巷道,三十液压道具倾倒;水平和垂直方向的巷道变形是0.5和0.8 m,分别。支持的抗性的工作面都高,安全阀门打开支持# 45 # 67。
2016.1.14 450.0 强大的压力发生提前10米的工作面,一个明显的变形发生在巷道,液压支柱之一是弯曲提前8 m工作面;支持的阻力明显增加。
2016.2.13 635.0 地面压力,压力集中提前10米,底鼓是0.2 - -0.3 m,屋顶塌陷是不明显的。
2016.3.18 736.0 地面压力发生。在提前15米,底鼓是0.2 - -0.4 m,肋胀和屋顶沉降也不明显,和五个道具倾斜。
2.2。模型的基本参数

为了研究关键层压裂的影响在地上压工作面,采用物理模拟的方法在实验室。# 8101工作面为背景,石炭系# 3 - 5煤层开采。煤层的厚度和埋深是20和470米,分别。煤层倾角是1到3°,和工作面长度和矿业的距离是230和1500,分别。在实验室物理模型的帧大小 2.5 × 0.2 × 1。9 米( 长度 × 宽度 × 高度 )。设计模型的几何相似比为150:1;模型的实际高度为1.47米,而模拟的高度220米。材料包括砂、碳酸钙和石膏被用来模拟上覆岩层。时间比,重量比和应力比是1.667:1、12.25:1,250:1,分别。工作面临的实际工作时间是每天16个小时,和维护工作时间是8小时。先进的距离是每天约4米。因此,实际工作时间和开挖距离的模型可以计算每78分钟,每次2.6厘米。上覆unlaid地层的厚度是272.65米;覆岩的重量是6.816 MPa,和补偿压力的大小相似模型的上部为0.027265 MPa。 The basic parameters of the model are shown in Table 2。

物理相似模型的基本参数。

项目 参数 项目 参数
长度的模型 2.5米 矿业的距离 2.1米
厚度模型 0.2米 模型边界 10厘米
高度的模型 1.47米 开挖步骤 45
煤层厚度 13.3厘米 挖掘距离一旦 5厘米
几何比率 150:1 挖掘时间间隔 0.5 h
重量比 1.667:1 开挖时间 21小时
应力比 250:1 压力补偿 0.027265 MPa

表 3显示了煤岩体的物理力学参数( 31日]。根据相似比,模型中各岩层的匹配参数如表所示 3。No.32的岩层,27号,号,9煤层上方的计算是基于关键层理论的关键层( 27, 28),重点研究了测试。

煤和岩石的参数。

不。 岩性 深度(米) 厚度(m) 模拟厚度(cm) 抗压强度(MPa) 模拟强度(KPa) 匹配的数量 体重(公斤) 砂(公斤) 碳酸钙(公斤) 石膏(公斤) 水(公斤)
1 粗砂岩 267.01 4.9 3.3 28.34 113.36 373年 29.4 22.05 5.15 1.65 4.20
2 细粒砂岩 271.91 12.1 8.1 90.53 362.12 437年 72.6 58.08 4.36 8.13 8.07
3 粉砂岩 284.01 3.7 2.5 33.6 134.4 737年 22.2 19.43 0.83 1.70 2.47
4 粗砂岩 287.71 2.8 1。9 23.1 92.4 473年 16.8 13.44 2.35 0.81 1.87
5 小卵石 290.51 4.5 3.0 35.6 142.4 555年 27 22.50 2.25 1.88 3.00
6 粗砂岩 295.01 5 3.3 25.9 103.6 755年 30. 26.25 1.88 1.64 3.33
7 企业集团 300.01 5 3.3 37.74 150.96 455年 30. 24.00 3.00 2.40 3.33
8 粉砂岩 305.01 5 3.3 24.1 96.4 473年 30. 24.00 4.20 1.44 3.33
9 细粒砂岩 310.01 12.9 8.6 80.21 320.84 337年 77.4 58.05 5.81 10.16 11.06
10 粗砂岩 322.91 5 3.3 26.6 106.4 755年 30. 26.25 1.88 1.64 3.33
11 中砂岩 327.91 4.8 3.2 30.3 121.2 655年 28.8 24.69 2.06 1.76 3.20
12 粉砂岩 332.71 3 2.0 35.87 143.48 555年 18 15.00 1.50 1.25 2.00
13 企业集团 335.71 5.2 3.5 25.6 102.4 755年 31.2 27.30 1.95 1.71 3.47
14 小卵石 340.91 5.4 3.6 32.3 129.2 737年 32.4 28.35 1.22 2.48 3.60
15 粉砂岩 346.31 4 2.7 23.57 94.28 473年 24 19.20 3.36 1.15 2.67
16 细粒砂岩 350.31 12.2 8.1 80.27 321.08 337年 73.2 54.90 5.49 9.61 10.46
17 粗砂岩 362.51 5.7 3.8 32.87 131.48 737年 34.2 29.93 1.28 2.62 3.80
18 企业集团 368.21 3.3 2.2 22.9 91.6 473年 19.8 15.84 2.77 0.95 2.20
19 粉砂岩 371.51 3 2.0 33.85 135.4 737年 18 15.75 0.68 1.38 2.00
20. 中砂岩 374.51 4.83 3.2 30.24 120.96 655年 28.98 24.84 2.07 1.77 3.22
21 粉砂岩 379.34 5 3.3 23.23 92.92 473年 30. 24.00 4.20 1.44 3.33
22 细粒砂岩 384.34 10.12 6.7 65.53 262.12 337年 60.72 45.54 4.55 7.97 8.67
23 小卵石 394.46 5.6 3.7 30.23 120.92 373年 33.6 25.20 5.88 1.89 4.80
24 泥岩 400.06 5.8 3.9 25.3 101.2 755年 34.8 30.45 2.18 1.90 3.87
25 企业集团 405.86 3.8 2.5 29.13 116.52 373年 22.8 17.10 3.99 1.28 3.26
26 粉砂岩 409.66 5.25 3.5 36.56 146.24 555年 31.5 26.25 2.63 2.19 3.50
27 细粒砂岩 414.91 9.1 6.1 55 220年 437年 54.6 43.68 3.28 6.12 6.07
28 粉砂岩 424.01 6.4 4.3 30.73 122.92 655年 38.4 32.91 2.74 2.35 4.27
29日 企业集团 430.41 3.2 2.1 23.6 94.4 473年 19.2 15.36 2.69 0.92 2.13
30. 中砂岩 433.61 4 2.7 30.43 121.72 655年 24 20.57 1.71 1.47 2.67
31日 粗砂岩 437.61 5.05 3.4 38.6 154.4 455年 30.3 24.24 3.03 2.42 3.37
32 细粒砂岩 442.66 9.44 6.3 55.53 222.12 437年 56.64 45.31 3.40 6.34 6.29
33 砂质泥岩 452.1 5.65 3.8 33.3 133.2 737年 33.9 29.66 1.27 2.60 3.77
34 企业集团 457.75 3.2 2.1 23.34 93.36 473年 19.2 15.36 2.69 0.92 2.13
35 粉砂岩 460.95 4.5 2.9 21.07 84.28 573年 26.4 22.00 3.08 1.10 2.93
36 泥岩 465.35 4.3 2.9 17.36 69.44 773年 25.8 22.58 2.26 0.85 2.87
37 # 3 - 5煤层 469.65 20. 13.3 15.94 63.76 773年 120年 105.00 10.50 3.94 13.33
38 粗砂岩 489.65 3 2.0 43.87 175.48 637年 18 15.43 0.77 1.54 2.00
2.3。监控系统

监测系统示意图如图 2。以五个关键地层为研究对象(17日45、75、107、146煤层上方垂直),每个关键层的厚度是9.44,9.1,10.12,12.2,和12.9 m,分别。为了监控每个关键层破坏的影响在支承压力的分布特征在煤体内,总共有七个应变监测安排每隔30厘米的煤层。第一个测定点40厘米open-off削减的工作面。为了真正反映了上覆岩层的结构特点,一个小的模拟液压支架放置在工作面。

监控系统的物理模型。

物理模型

通过非接触Vic-2D应变监测

支承压力的监测方案

非接触应变监测系统(Vic-2D)被用来监控上覆岩层位移及时,见图 2 (b)。黑色斑点被随机喷洒到模型表面,和相机是用来捕获运动实时斑点的上覆岩层移动。斑点的位移通过后处理软件,倒上覆地层的位移变化规律。

 3所示。实验结果分析 3.1。上覆地层的结构特点

的模拟工作面开采间隔是5厘米每30分钟。结构特点和上覆岩层位移变化在坚硬顶板得到了各级压裂,如图 3。

结构和在各级压裂地层位移。

压裂的直接顶

压裂的KS1

压裂的KS2

压裂的KS3

压裂的KS4

压裂的KS5

工作面开采时60 m,屋顶首次打破,打破的42米。支持上面的断块的长度是7米,和它的重量是由支持。屋顶破了第一次后,上覆的地层弯曲和下降20厘米,如图 3(一个)。

105工作面开采时,KS1打破第一次打破跨度为82.5米。KS1同步旋转和引起崩溃的压裂地层,并导致较低的垂直变化0.42年的支持。这增加了支持的工作阻力,如图 3(一个)。

140工作面开采时,KS2打破第一次和初始的压裂一步KS2多达105。KS2导致同步失败的压裂和不稳定的潜在的地层,导致旋转运动,如图 3 (c)。强度很低的KS2破损和KS1结构保持稳定,减少KS2破损的强度。根据图 3 (c),我们可以看到,支持只有0.22米的垂直位移和上方的岩层支持显示复合悬臂梁的结构特点。

当工作面开采180米,KS3打破第一次打破140米的跨度和旋转下沉7.5米。KS3的厚度为10.12米。由于其大厚度、打破跨度和旋转下沉,能量释放强度KS3破碎中相对较高,从而导致底板岩石的同步旋转运动。如图 3 (d),支持下降达到0.9米。

210工作面开采时,KS4高和远场首次打破了。失步的距离是170米和KS4的厚度为12.2米。的高强度KS4压裂导致KS1的同步旋转,KS2, KS3。这个大岩石结构的旋转运动是上面的悬臂梁结构的支持,导致2.5悬臂梁结构的垂直位移和巨大压力的支持,如图 3 (e)。

225工作面开采时,KS5首次打破了。失步的距离是175米,KS5的厚度为12.9米。KS5压裂的情况下,虽然强度相对较高,由于长途从煤层压裂的KS5并未导致所有底层地层不稳定旋转。如图 3 (f)KS1的悬臂结构,保持自己的稳定,因此对工作面产生一定的保护作用。然而,由于KS5断裂强度高,屋顶的垂直位移直接仍高达0.48米,和破坏影响略低于KS4支持。

根据上覆地层压裂的综合分析,发现由于大型矿业的煤层厚度和上覆岩层的广泛迁移,KS1 KS5所有打破的关键层,和关键层在不同的层次有不同的影响工作面。KS1压裂和KS2近场形成一个悬臂梁和砌体梁结构,导致轻微的地面工作面临的压力。远场KS4爆发后,由于其巨大的厚度和宽跨度170米,地面工作面临的压力是最强烈的。KS5压裂的内涵也打破跨度为175米高,但由于长途煤层和稳定结构在较低的地层,KS5压裂的影响对工作面是减少KS4相比,工作面显示稍微强大的地面压力。

 3.2。支承压力在煤体内的变化

上述分析是基于关键层时的上覆岩层结构特点和位移在不同的层。发生和压裂的影响关键层的应力分布在煤体内能获得基于应变监测值;计算过程如下所示。应变仪的煤层被数1 - 7在采矿工作面方向,如图 2 (c)。四个应变仪选择决定弹性模量,如表所示 4。因此,基于弹性模量和应变监测,在每个监视器点的应力变化,如图 4。

应变仪的弹性模量计算。

不。 重量 P (N) 应变 ε (103) 弹性模量 E (GPa)
1 32 210年 0.121322414
64.4 412年 0.124451178
2 32 230年 0.110772639
64.4 428年 0.119798798
3 32 330年 0.077205173
64.4 540年 0.09495164
4 32 290年 0.087854162
64.4 690年 0.074309979
Avg。 0.101333248

在覆盖层压裂应力分布。

第一次主要屋顶压裂

首次KS1压裂

首次KS2压裂

首次KS3压裂

首次KS4压裂

首次KS5压裂

支承压力分布在第一次压裂的主要屋顶如图 4(一)第一,监测工作面旁边。屋顶的主要优惠后,第一压力监测从24点减少到14 MPa,表明煤壁的应力集中是在一定程度上减少。首次KS1打破时,第二点靠近工作面监测。由于KS1的旋转,煤壁压力增加从24到28 MPa,如图 4 (b)。KS2在第一次打破,3号从工作面监测是15米,和地层压裂对支承压力影响不大,如图 4 (c)。当KS3第一次爆发后,4号从工作面监测是15米。由于KS3打破,4号监控点的应力值增加从36到43 MPa。与此同时,在监视点5号和6号,压力略有降低,如图 4 (d),表明应力集中在先进的60 m是减少。当KS4休息,监视点5号和6号30米和75米,分别远离工作面。压力值在监视点# 5和# 6减少和34 MPa 31日至29日,32 MPa,分别如图 4 (e)。当KS5打破第一次监测分5号和6号是15 m和60 m,分别远离工作面。压力变化规律类似于KS4,如图 4 (f)。

坚硬顶板压裂的影响在不同的层在峰值应力和支承压力的范围先进煤体内得到统计(见表 5)。

范围地层压裂前后的压力影响。

前 破坏后
峰值应力(MPa) 影响范围(米) 行动范围(米) 压力变化(MPa)
KS1 30. 45 ﹥0 24⟶28
KS2 33 60 ﹤15 - - - - - -
KS3 25 60 ﹥15 36⟶43
KS4 34 120年 ﹤30 - - - - - -
KS5 33 105年 ﹥15 - - - - - -

如表所示 5,与上覆岩层崩落的发展高度,支承压力和影响范围在先进煤层相应增加。先进煤体内的峰值应力略有增加(30到34 MPa),和先进的影响范围大大增加。关键压裂KS4之前,先进的支承压力的影响范围达到120米。

关键层破时,地层旋转挤压煤工作面附近的身体,导致煤的身体上的压力上升。受应变监测布局间隔,是不可能准确地计算先进煤体内的影响范围受到每个关键层的压裂的影响,但是我们仍然可以找到表 5的压裂KS4导致一个强大的压缩区提前15 - 30米的工作面。关键层之间的距离的增加,煤层底板岩石的缓冲作用加强,先进和强大的压缩区域煤炭的尸体被削弱了相应的(例如,KS5)。作为关键层和煤层之间的距离减少,破坏的范围跨度和先进的压缩区相应的减少(如KS3)。

 3.3。先进的故障区域

基于非接触应变监测系统,先进的煤炭身体的应变变化特征是通过应变测量行进一步研究影响的范围和程度强烈压缩区域引起的每个关键层的压裂。

应变测量线路安排在煤层和直接顶的接口获取压裂后的应变变化的煤炭身体KS1 KS5,如图 2;结果如图所示 5。横坐标代表监视点的位置沿挖掘方向,最左边的坐标零点的模型,和坐标轴增加相应的开采工作面方向。模型的长度是375米。

应变的煤体在不同关键层的压裂。

应变的煤炭KS1压裂期间身体

应变的煤炭KS2压裂期间身体

应变的煤炭KS3压裂期间身体

应变的煤炭KS4压裂期间身体

应变的煤炭KS5压裂期间身体

15米的边界支柱是保留在模型中。当工作面开采到105(对应于横坐标 x = 120年 米)、KS1打破和煤的统计应变曲线的身体前后KS1得到,如图 5(一个)。模拟的支持是15米长。从图 5(一个),我们可以发现煤尸体被压缩在先进的5米,也就是说,KS1压裂的影响范围在先进的煤炭身体约5米。同样,应变曲线KS2压裂期间获得如图 5 (b)。与KS1相比,压缩区先进煤体内造成KS2压裂略有增加,达到6米。如图 5 (c)、压缩范围先进煤体内的压裂期间KS3达到10米。根据煤的身体从测试,获得故障判据的压裂KS3导致3 m先进的煤炭身体失败。

KS4打破时,由于其高强度和强大的影响,煤炭的身体上的压力大大增加,如图 5 (d)。先进的煤炭的最大应变变量身体是0.07,这很容易导致崩溃的支持和先进的影响范围的20米。煤炭的身体严重压缩在先进20米。KS5压裂的作用类似于KS4,先进的煤炭身上也相对严重,但影响的范围和作用强度是低于KS4,如图 5 (e)。影响的范围从身体KS5压裂在先进的煤炭是16米。

 4所示。讨论

根据图 5,影响的范围和程度的overburden-key-strata压裂先进煤体内获得的统计如图 6。从图可以看出 6,增加了发生程度的关键层,每个关键层压裂的冲击强度煤体内相应增加。KS4的压裂对先进的煤炭身体最强的影响,煤炭的最大应变变化的身体达到0.036和影响范围达到20米。进一步提高的关键层和煤层之间的距离,以KS5为例,行动的力量KS5先进的煤炭身上减少,煤紧张的身体的变化是0.013,和影响的范围减少到16米。作为关键层和煤层之间的距离越来越近,关键层压裂的强度也会减少由于减少了关键层破坏的。以KS3为例,先进的煤炭的最大应变的变化所造成的身体KS3压裂是0.005,和影响的范围是10米。

影响煤地层压裂的身体不同程度的困难。

结合上面的研究,我们可以发现,冲击强度关键层的压裂开采面板上的压力直接相关的断裂,发生位置和分布的地层。物理模拟研究表明,KS4压裂开采面板上的影响最强烈的压力,KS5紧随其后。KS4之间的距离的比值和KS5煤层,煤层厚度是5.35:1和7.3:1,分别。

从图 6,我们可以看到压缩煤体内诱导的压裂KS4和KS5大于KS1-KS3。这主要是因为在压裂KS1 KS3,低区空间和关键层旋转角度大。尽管关键层的冲击速度较大,关键层的破裂的一步是相对较小。此外,关键层更有可能采取行动在采空区岩体屈服了,如图 7(一),弱影响采矿小组的压力。

地面压力在地层在不同级别的断裂。

在近场地面压力地层断裂

在远场地层破坏地面压力

随着上覆岩层裂缝高度的发展,远场关键层下的分层作用空间减少,影响速度关键层破坏后的相应减少。然而,动能后远场关键层破坏是巨大的由于其伟大的厚度、强度高、和大型断裂区间,再加上小的旋转空间。地层压裂的动能主要作用于上覆岩层越低,导致降低覆岩层的同步旋转运动。这导致先进煤体内强大的地面压力和工作的脸,如图 7 (b)。

进一步提高的关键层之间的垂直距离和煤层分层作用空间进一步减少,能量转移从关键层压裂煤层相应减弱。地层压裂并不一定导致不稳定和底板岩石的同步运动。根据上述物理模拟分析,在这种地质条件,KS4压裂(远场)已经对工作面最严重影响,KS5紧随其后。煤层的垂直距离KS4 KS5是107和146,分别和垂直距离烟煤煤层厚度的比值是5.35和7.3,分别。

同时,我们还利用现场测量的方法研究地面压力extrathick煤层的开采困难屋顶( 13, 15]。煤层的厚度是19米,和放顶煤开采过程挖掘的方法。地层运动测量点安排在关键层在不同级别(22、51和104离煤层)。三个关键层的厚度是12日,9.8,23 m自下而上。与此同时,工作面临的阻力特性支持实时记录,如图 8。监测结果表明,工作面支架阻力的增加两个关键的压裂地层,是22和51米离煤层低水平,和支持的动载荷系数为1.15和1.34,分别。压力持续时间是7 h和16 h,分别和工作面没有明显的迹象表明强烈的地面压力。当23米厚关键层从煤层(104)破产,# 35 - 95支持在工作面压碎,和支持的动载荷系数达到1.54。压力持续时间达到43 h,之间的距离之比最高的关键层和煤层,煤层厚度,为5.47。

地面压力在地层在不同级别的断裂。

因此,由于extrathick煤层的厚度,上覆岩层运动的范围是巨大的,关键层不同级别了。其中,硬顶在远场跨度最大的破坏和能源强度最高。这导致底板岩石的同步旋转,这是强烈的地面压力的发生的主要原因在工作面。基于上述研究,发现厚,硬地层,与距离的比值的煤层煤层厚度在5.3和7.3之间,对工作面最严重的影响。,20米厚煤层开采时,厚而硬的屋顶,这是106米至146米范围内的煤层,最大对工作面矿山压力的影响。结果提供一个理论依据指导坚硬顶板控制层的选择在一个大空间,提高坚硬顶板控制的可靠性。结果表明,高层硬地层的主要因素是造成强大的采场地压,突破我们的想法控制地面压力较低的岩石弱化和改善地面压力控制的可靠性和准确性。高层硬地层的控制,传统的技术手段不能达到这一高度。因此,我们的团队开发了一种地面压裂的技术方法来控制高级硬地层,取得了成功。这将在后续研究。

 5。结论

基于物理模拟准则,一个物理模型的挖掘extrathick煤层努力建立了屋顶和非接触应变监测和桥台应力监测的方法被用来研究结构特点和相应的地面压力的屋顶在不同的水平

研究表明,较低的关键层主要崩溃到采空区,从而减少影响工作面和先进的煤炭的身体。在厚,硬在远场关键层破坏,大型压裂跨度和高强度导致不稳定和同步旋转的地层,造成支持坠毁和先进的煤炭身体受损,这是主要原因的发生强烈的地面压力

结合物理模拟和现场测量研究,发现地面压力变化的特点与关键层的水平。在extrathick煤层的开采困难的屋顶,厚和硬地层比(煤层煤层厚度)的距离的5.3 - -7.3对工作面具有最大的影响

数据可用性

中包含的数据和材料是透明的和纸。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 确认

我们感激张Yun,立信局域网,百艺Li和郝燕协助物理模拟实验。这项工作得到了中国国家重点研究发展计划(2018年格兰特数字2018 yfc0604500 yfc0604506),中国博士后科学基金(批准号2019 m651080),山西省应用基础研究项目(批准号201901 d211030),科技创新项目的高等教育机构在山西(STIP)(批准号2019 l0208),山西省主要项目(批准号20191101015),和独立研究项目的国家重点实验室煤炭资源安全开采,CUMT (SKLCRSM18X006)。

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