多煤层长壁板连续开采岩层移动及裂缝扩展特征

抽象的

多煤层长壁开采引起的岩层变形和裂隙扩展规律与单煤层开采不同。这种差异是由于不同煤层长壁开采活动产生的垮落带相互作用造成的，严重影响了多煤层开采后岩层沉陷的形成和渗透性。了解这一现象对于可靠地预测多煤层沉陷、评价突水风险和采取相应的防治措施、确定瓦斯抽采钻孔的适宜位置具有重要意义。在本研究中，利用比例物理模拟技术研究多煤层长壁板上的岩层变形、裂缝扩展特征和垂直沉降。结果表明:与单煤层开采相比，多煤层开采后多煤层下沉增量幅度显著增大;这种增加取决于多煤层开采配置。此外，与单煤层开采相比，多煤层开采时叠合板支承区域上方的层间裂缝向地表传播更广。这些裂缝增加了地下水/地表水存在时突水的风险，并形成了适合放置瓦斯抽采钻孔的高渗透性区域。

1.介绍

长壁开采是一种崩落法，其开采的长壁板的顶板不受支撑，使直接地层塌陷到采空区[1］．因此，覆盖层会发生塌陷和变形，形成三个不同的区域(见图)1）：（1）塌陷区，（2）裂缝区，和（3）连续变形区[2，3.］．这些地带的高度可因应个别地盘的参数而有所不同[2，4，5］．垮落带和裂隙带内的裂缝扩展模式(图1)会增加长壁开采后岩层的导水能力。了解覆岩的导水能力具有重要意义，特别是在水体下长壁开采的情况下[6，7］．腔内区域的诱导骨折网络可以与地下水相互作用，提供水的流动路径，并增加水中涌入的风险[6］．此外，冒落和破裂带的水力导流性和渗透性的提高为煤层气从煤层释放到低压冒落和破裂区提供了潜在的流入通道[8］．了解这一现象对于采用合适的瓦斯抽放策略非常重要[2］．此外，在沉降分析中，了解地层变形模式提供了洞察地面沉降机构的见解。这种理解有助于修改沉降预测方法，以便在LongWall挖掘后实现可靠的沉降预测[9- - - - - -12］．近年来，随着未开采煤层数量的减少，多煤层长壁开采越来越受欢迎[13］．然而，文献中各种多区矿场网站的现场观察显示，文献中的研究工作表明，在多芯萃取之后，诱导的地层和地面运动谱不同于案例而不同，与单缝采矿的情况不同[14- - - - - -18］．事实上，正如[19多云沉降是一种归属于依赖于依赖的现象，受煤层，地质和厚度的制作的排列变化的影响，以及采矿方法。Ghabraie等人。[11，12，20.通过物理模型证明了由于新诱导的多电阻长壁板的新诱导的腔内和受干扰区域的第一采矿活性而导致的旧腔和干扰区域的相互作用产生变化变形机​​构的变化。此外，在[中的情况下，在[中的剥离和断裂传播模式物理和数值建模的情况17，表明垮落带的高度和多煤层长壁板上方导水带的高度明显大于单煤层板上方由此形成的垮落带和导水带的高度。这些观察和文献中可用的研究(例如，[11，21，22，23]所以表明，由于腔和裂缝区域与多种采矿活动的相互作用，地层变形和断裂传播图案，因此多次挖掘后的地层液压导电性的变化严重不同于单缝采矿．

本研究的目的是通过物理建模技术来研究由于多灯长壁煤开采引起的地面运动特性和断裂传播模式。物理建模技术提供了在长墙板连续提取后容易观察实际断裂传播模式和地层运动特性的机会[23，24］．这种能力使物理建模技术成为实现本研究目的的合适方法。通过物理模拟方法对三个案例进行了建模。物理模型有不同的面板布置、层间厚度、地质和提取顺序。相似理论原则被用来确保物理模型测量的可靠性。基于三个主要参数:(1)地层变形模式、(2)裂缝扩展模式和(3)各长壁板上方不同距离的垂直沉降，对模型进行了测试和比较。根据物理模拟结果，根据先前崩落破碎带的开采形态和影响解释了岩层移动和多煤层沉陷特征。此外，还讨论了多煤层板序贯开采的裂缝扩展规律及其对地层水力导流性的影响。根据多煤层开采后裂缝扩展规律，评价了矿井突水风险和高产瓦斯抽采钻孔的适宜位置。

2.案例研究

为了研究多云挖掘对地层变形特征和裂缝繁殖模式的影响，通过物理建模技术模拟了两种情况研究和第二种情况的延伸（图2）.两种案例研究是蜀丽煤矿，位于中国安徽省淮北市东北大约20公里（图2(一个)）和番禺煤矿，位于中国安徽省淮南市西北约30公里（图2 (b)）.在这两个案例研究中，面板的示意图如图所示2．第三个案例研究的目的是调查在第二个案例研究，潘义东煤矿(图)中，将上面板向左延伸的效果2 (b)）.

在以下部分中，Shuoli和Panyidong矿物案例研究分别被称为案例1和案例2，潘岩矿井案例研究中的上部面板的延伸被称为案例3。

2.1。案例研究的地质学

2.1.1。案例1

Shuoli矿区有两个采矿缝：煤层没有。3（上海）和煤层没有。5（下缝）。煤层大多为平坦，深度约为305米。下缝位于上层下方12米。矿场的详细岩性在表格中注意到1．在本案例中，先开采上煤层，再开采下煤层。两层煤层均采用机械化长壁采矿法开采。本案例研究的模型部分的面板尺寸见表2．

2.1.2。案例2

煤层上方的覆盖层厚度。潘岩矿的13-1（上海）约为770米。上缝，煤层没有大约66米。11-1（下缝）位于。两种煤层都是平坦的，并用机械化的长壁采矿方法提取。表格中的详细岩性在表格中注意到3.．在本案例研究中，先提取下面板，再提取上面板。这是由于上煤层瓦斯含量高，下盘先于上盘抽采，可有效降低瓦斯压力，降低突出风险。本案例研究的模型部分的面板尺寸见表3.．

2.1.3。案例3

如上所述，案例3是案例2的扩展。岩性、开采顺序、覆盖层厚度与案例2相同。在本案例研究中，在与案例2相同的物理模型下，将上板扩展至100 m，抽采厚度与案例2上煤层相同。这个提取被称为扩展部分(表3.）.

3.物理建模原则

3.1。相似论

根据相似理论建立比例物理模型，可以有效地研究岩层移动特征和裂缝扩展规律[12，25］．作为1989年提到的惠特克和Reddish，只需要考虑具有主要影响材料的力学行为的参数，例如在计算模型材料的密度和几何形状的密度和强度和模型中的每个特征的情况下，也需要考虑具有主要影响的参数。这些参数应遵循以下关系： 在哪里 ， ，和分别为几何常数(长度)、强度常数和密度相似性常数。方程(1)是相似理论的基本条件[20.，25］．在这个方程, ， ，和可计算如下: 在哪里和分别为原型箱和模型的长度;和分别为原型案例和模型的强度(UCS);和和是原型案例和模型的密度。

３．２．模型建设

长壁板通常在一个维度(长度)大于另一个维度(宽度)。因此，可以假设长壁板的开始和结束对板的中间部分的影响可以忽略不计;也就是说，面板的一个截面可以在平面应力条件下建模。

案例1和案例2的物理模型长3m，高2.6 m，厚0.3 m，长4m，高3m，厚0.4 m。为模型构造和试验材料考虑的相似理论常数= 1: 100，= 1: 1.67，和= 1：167.物理模型材料通过砂，kalk和各种比率的石膏的混合物构成。这些比率基于所提到的相似性常数导致模型材料的合适强度和密度值。在表中注意到原型材料强度和密度值4．利用上述相似理论常数和表中所示的值，可以很容易地计算出物理模型的材料强度参数4．为了能够在提取长壁板后帮助分离岩层，在每一层之间使用一薄层kalk来模拟层理面。

所有型号的面板尺寸和提取厚度见表2．物理模型中只模拟了部分覆盖层，其余覆盖层的等效载荷基于面板的平均深度(图)2)，用于模拟覆盖层的自重。在这方面，通过如图所示的加载方法，箱1的重量为60kn，箱2(和箱3)的重量为85kn3.，应用于模型的顶部。

采用连续卸除煤层的方法模拟了长壁板的开采过程。所有病例的拔牙率均为每2小时5厘米。这个抽采率表示每天抽5米的煤层。这样，在煤层的每一段抽采后，岩层都有充分的变形时间。

３．3.监测方法

摄影测量方法，如[20.，用于监测所有案例的岩层移动特征和裂缝扩展模式。为此目的，在完成不同阶段的测试后，对数码照片进行了捕捉和比较。照片的分辨率限制了表中的条目4．利用相似常数可以很容易地计算出模型建筑材料的强度特性。

考虑到本研究中照片的分辨率，地层变形的测量精度约为+/−1 mm [20.］．

4.物理模拟结果

数据4和5在三个案例研究中显示不同阶段的物理模型。在以下部分中，详细介绍了观察到的地层运动，断裂繁殖模式和地下沉降。

4.1。地层变形模式

通过考虑每个提取后的最大变形的5％作为地层变形的限制，通过考虑5％的最大变形来研究主要层变形图案。该极限导致变形超过监测方法的最低精度，同时表示层的主要变形模式。在以下部分中，仅报告了由于提取多芯板而导致的增量地层变形，以研究多芯挖掘案例提取序列的效果。

4.1.1。案例1

通过抽采下盘，岩层间区域和受扰动的覆岩内，特别是新抽采段上方会产生显著变形(图)6(b))。提取此段也会在待提取段上方产生一些变形。可以看出，与单煤层抽采不同，下煤层第一段抽采引起的地面移动的极限位于其边缘以外。然而，这个扩展的受影响区域位于先前提取的上面板(图中梯形灰色阴影区域)的扰动区域内6(a))。

同样，下煤层第二段的提取会导致新提取段的正上方和之前提取的下面板段的上方产生显著变形。与新提取的部分上面的区域相比，待提取部分上面的变形幅度更小(图)6(c))。

提取下煤层的第三段(最后一段)，与前两段相比(与图中红色阴影区域相比)，在更大的范围内增强了地面运动6（d）与数字中的那些6(b)和6(c))。此外，在先前干扰的覆盖层内，在较浅的层（模型的顶部）中诱导显着变形。较低面板的提取导致无显着的位移超出了先前受扰区域（灰色阴影区域）的极限。换句话说，在这种情况下，多芯挖掘的效果主要限于提取的面板边缘上方的第一挖掘活动的程度和模型的最顶层。

4.1.2。案例2

在壳体2中，在提取上面板开始之前完全开采下面板。下缝的地层运动模式类似于情况1（截面）以下4.4.1)，主要地层移动的界限略宽(图7(a))，这是由于更大的深度，因此该面板上的负载比情况1中的上面板提取更大(图1)6(a))。

与案例1类似，连续提取多煤层面板会导致直接在提取区段上方的沉降增强，而在待提取区段上方的变形幅度相对较小，待提取区段位于之前的扰动区(图中灰色阴影区)7(b)和7(c))。在提取上面板的最后一段后(图7(d))，合成变形保持在先前受扰动的区域内，表明与单煤层开采相比，上盘边缘的主要变形角度相当尖锐(通过对比图中最后一段左边缘的变形模式)7（d）和图中下面的小组7(a))。

4.1.3。案例3

在案例3中，通过在第二个案例研究(Section)中将上面板扩展到其左侧来研究非对称多煤层开采配置4.1.2）.提取延伸部分的第一部分会在之前提取的部分上方产生显著的地面移动，特别是在案例2中提取的面板边缘上方(图2)8(a))。另外，可以看出，与单接缝提取相比，在提取该区段后，主变形图案的角度明显更加清晰。然而，通过提取延伸部分的下一段，该角度变得更宽并且与单接缝提取相似（图8(b))。

4.2。裂缝传播模式

多缝提取对裂纹扩展规律的影响可以通过突出提取多缝板每段后的裂纹闭合/张开区域来研究。不同的颜色在图形中使用9- - - - - -11为了达到这个目的。以便将崩落区和裂隙区分开(图1）选择塌陷区作为具有连接Interstrata裂缝（垂直或半周末骨折）的区域。然后选择塌陷区上方的裂缝区域作为裂缝区，位于连续变形区下方。

4.2.1。准备案例1

在提取下板的第一区段后，大部分现有裂缝直接提取的段被显着改变（图9（a）和9（b））.提取该区段还在预先塌陷区域内引起在待提取的段上方的一些裂缝开口。通过推进下面板提取，前面提取的第一段的主要裂缝部分关闭或保持不受限制的（图中的蓝色和灰色部分）9（c））.然而，该裂缝闭合区域以上的裂缝和层理分离主要打开(图中红色部分)9（c））.提取下面板的第三段，类似于第二段，诱导先前提取的段上方的裂缝的部分闭合（图中的蓝色部件9（d）)，创建新的裂缝，并在新提取的段上方打开先前存在的裂缝和层理分离(图中红色部分)9（d））.

图中的一个重要观察之一9是，在较低提取后的塌陷区显着延伸到较低面板后较浅深度。上面板提取后的先前破碎区域成为多芯提取的塌陷区的一部分。换句话说，下面板的提取可重新激活裂缝和先前受干扰的区域，并导致连接的Interstrata骨折的膨胀。另外，尽管提取下面板的每个新段引起先前提取的段上方的裂纹闭合，但是在下面板提取期间，下面板的边缘上方的大部分裂缝继续打开。

4.2.2。案例2

下煤层抽采后裂隙带延伸至上覆岩层(图)10）.这些裂缝和层理间距对提取上面板前两段后的裂纹扩展模式有显著影响。可以看出，先形成的层理分离在第一段和第二段提取后(图中红色部分)，大部分已打开10 (b)和10（c）)，并在上面板拔出后基本闭合。

通过推进上面板的提取(从片段1到片段2，图10（c），从第二段到第三段，图10)，裂缝和层理分离在上述区域之前提取的部分封闭(图中的蓝色部分10（c）和10）.此外，在新提取的岩块上方还形成了新的裂缝和层理分离。此外，尽管之前提取的片段上方的大部分裂缝已经部分闭合，但在提取上面板的每一个新片段后，在提取整个上面板的过程中，上面板右边缘(片段1右边缘)上方原有的裂缝仍会继续打开。

4.2.3。案例3

延伸部分的提取会在新提取的部分上方产生新的裂缝，并部分闭合相邻面板上方先前存在的裂缝(图)11）.在壳体2的左侧面板的左边缘上方的大多数interstrata骨折在延伸部分提取后部分关闭（图11(b))。另外，延伸部分上方的塌陷区显着小于相邻提取的面板上方的塌陷区（通过图表比较11(b)和10）.

4．3．断角

破裂角(或主要裂缝角)定义为主要裂缝区域的界限与提取的面板边缘的水平面的夹角。断裂角表示长墙板边缘以上严重扰动区域的极限。

在壳体2中的下板提取后的断裂角度表明在这种情况下提取上层（多灯提取）产生比下层（单接缝提取，通过比较附图来产生略微较小的断裂角度10 ()和10）.另外，在壳体3中提取延伸部分的第一段产生明显更锐的断裂角度（图11(a))比情况2的上面板(图10）.然而，这种断裂角度在提取延伸部分的下一个段后变得更大并且类似于下面板的断裂角度（图11(b))。

4.3.1。沉降因子

为了研究多煤层开采对下沉(岩层垂直变形)的影响，在三个实例中考虑了多条测量线。在案例1中，选取上、下煤层层位以上40 m和80 m两条测线，在案例2和3中选取上、下煤层层位以上40 m一条测线(图)2）.为减小抽采厚度对下沉幅度的影响，采用无量纲因子: 其中SF是每个调查点的沉降因子，年代是每个调查点（m）的沉降量是T为对应煤层的平均抽采厚度，m。

对Case 1的SF值进行调查发现，在提取面板上方40 m处，上下面板提取后的SF值在提取面板中部以上的位置几乎相同(图1)12（a））.然而，在提取的面板上方80米处，较低的面板产生的SF值要比较高的面板高得多。多煤层抽采后面板中部以上区域40 m和80 m处SF值相似。

在病例2中，与病例1相似，在提取上面板后，SF值显著增加(图)12（b））.在这种情况下，下沉幅度(年代)，其最大值超过萃取厚度(T），产生大于1的沉降因子（SF）。换句话说，地层消退多于提取的厚度。

在情况1和2中，最大增量沉降(SF_马克斯)，在提取多缝面板的大约中间以上的提取面板(图12）.然而,科幻小说_马克斯在延长部分旁边的先前提取的面板上方发生（图12（b））.

5.讨论

5.1。地层运动和沉降分析

不同情况下的岩层移动规律表明，多煤层板抽采后，岩层主要在扰动区边界内发生变形，扰动区外仅发生少量变形。这种现象在有薄夹层的破坏情况下尤其明显(病例1;数字6（d））。此外，在壳体1中提取下面板后，沉降因子幅度的增加（图12（a）)表示下盘抽采后受扰动岩层明显下沉。这些观察结果表明，第一次开采活动降低了地层的桥接和承载能力。因此，在提取后续的多煤层板后，之前被削弱的岩层变形并相应下沉，造成下沉幅度增加。这些之前被削弱的岩层也为上覆岩层提供了另一种变形路径，从而将多煤层开采后的主要变形限制在之前被削弱的区域。

在对先前提取的面板进行过度开采的情况下(案例2)，下面板的断裂和连续变形区与上面板提取的相互作用改变了上面板上方的变形模式(图2)7）.病例2中上面板拔除后，上面板上方先前存在的骨折部分闭合(图)10）.这些裂缝的闭合和先前破裂地层的桥接能力的降低导致了先前受扰动地层下沉幅度的增加(图)12（b））.

此外，在壳体3中提取延伸部分之后，在壳体3中的延伸部分附近的预先提取的面板的存在改变了所得变形图案（图8）.在这种情况下，新被破坏的地层产生了陡峭的主要变形角度。通过远离先前的腔区移动，所得到的变形图案和延伸部分上方的腔室的高度变得类似于单接缝观察（在壳体2中的下板;图10 ()和10）.此外，案例3中延伸部分上方的最大下沉出现在之前提取的相邻面板上方，而不是新提取的延伸部分上方(图3)12（b））.类似于[12，闭合之前存在的裂缝以上的相邻面板的边缘是一个原因的观察。

5.2。裂缝传播模式

提取长壁板后的裂缝扩展规律和垮落带形状对确定突水风险和瓦斯抽放钻孔的合适位置具有重要意义[2，6，7，17，26］．物理建模结果表明，多云萃取后塌陷区的裂纹传播图案和形状与单接缝提取后的显着不同。

通过对比不同试验的破裂角，可以看出裂纹扩展模式随面板布置的不同而变化。例如，可以看出，在Case 2(多缝提取)中，提取上层比提取下层(单缝提取;数据10 ()和10）.该观察结果示出了先前塌陷区的效果，其在上面板的中间产生弱化区。通过诱导朝向该区域的替代变形路径，弱化区域通过诱导替代变形路径来改变上板边缘周围的裂缝传播图案。

另外，在壳体3中，延伸上面板产生明显更高的断裂角度，而不是在案例2中（通过图表比较10和11(a))。该观察结果还表明，与新被破坏的部分相邻的预先腔面积的存在提供了具有替代变形路径的​​新破碎的地层，产生了尖锐的断裂角度（图11(a))。然而，提取下一段延伸部分后，断裂角度变大，与下面板的断裂角度相似(图)11(b))。换句话说，通过进一步远离之前的崩落带，提取面板边缘周围的地层条件类似于单煤层开采，并有更大的破裂角度(图)11)和主要变形区域(图8)是观察。

5．3.突水风险

开采水平以上地层的渗透系数是确定突水危险性的一个重要因素。采后孔洞密度与水力导流率有明显的相关性[6，7］．从物理模拟结果可以看出，多煤层开采后的裂缝扩展规律表明，在多煤层开采过程中，靠近支承区域的原有裂缝继续张开。该区域裂缝密度和连通性的增加明显大于单煤层开采时的增加。这在案例1和2中特别明显(图)9和10)，而在情况3中，扩展部分左侧边缘上方的裂纹扩展模式与单缝抽拔时相似(图3)11(b))。相比之下，在多煤层板的连续开采过程中，多煤层板中部以上和接近开采层位的大部分裂缝在经历了一段临时开启期后，部分封闭(图)9和10）.该观察与报告的现场测量相似，用于单接缝提取[27，在长墙板上测量到的受扰动地层的水力传导率明显高于长墙板边缘，而不是其中心。然而，根据物理模拟的观察，多煤层开采后裂缝的面积、密度和连通性显著增加4.2）.

多电池萃取也增加了裂缝密度，特别是床上用品分离和水平骨折在提取的面板中间，靠近塌陷区域的顶部（图13）.在提取第一缝后，在裂缝区内现有的隔离水平裂缝（床上用品）（图(13日))，如果与地下水相互作用，随着时间的推移(在单缝和多缝作业之间)可能会充满水。开采多煤层板将创建一个层间裂缝网络，可以达到之前存在的裂缝带的高度(图)13 (b)）.这种连接的裂缝网络可以为水平裂缝中的储水提供一条通向支撑区域的通道，水可以从那里被引导到工作空间。

此外，物理模拟结果表明，在案例1中，多煤层回采后垮落带高度几乎增加了一倍(图1)9）.多煤层抽采后，裂隙密度增大，垮落带高度增大，导致地层水力传导率增大，对含水层的破坏具有重要意义。裂缝密度和连通性的增加对机械和人员的安全构成了严重威胁，必须加以控制和缓解。因此，在含水层下多煤层开采中，需要采取适当的风险管理政策。这些政策的一些例子如下:(一)回填材料的使用:这对于水床下的浅层开采或深部开采特别有意义，因为开采区域的地表接触受到限制。(b)从待提取的长墙面板上方的表面或工作面积或工作中的灌浆喷射，以增加地层的桥接能力，并减少卧床分离。(c)减少提取宽度和/或增加柱宽，以减小腔室的高度。(d)改变多煤层开采结构和板的布置方式，如在两煤层中交错布置长壁板(下底板边缘在上底板中部以下)，以减少板的重叠宽度。在这方面，该科注意到这一点4.2.3结果表明，与多煤层开采相比，情况3的裂缝扩展模式与单煤层开采时相似，主要是由于抽提板的重叠区域离得更远，即垮落带更小，诱发裂缝的密度和连通性更小。

在文献中强调并讨论了多次挖掘配置对所得地面运动的重要性[19，23］．因此，两煤层长壁板边缘的重叠长度和位置对裂缝的扩展模式和由此产生的下沉剖面起着重要的作用。重叠长度越小，多缝相互作用越不显著。读者可参阅[19，23，以获得更多有关多煤层结构对相关裂缝扩展和地面运动的重要性的信息。

5.4。气排水规划

确定瓦斯抽采钻孔合适位置的关键因素之一是长壁抽采后的裂缝扩展方式[2，26］．Longwall采矿诱导的塌陷和裂缝区改变覆盖层中的渗透率，在覆盖层中的其他多孔形成中更显着地释放煤层中的气体[4，8］．诱导腔内和裂缝区中的裂缝提高了受扰动的地层的液压导电性和渗透性。在这方面，鉴定具有高穿插（垂直骨折）和水平（床上用品）渗透性的区域具有重要意义。例如，固体支座上方的裂缝区域为煤层气提供了合适的流动路径。案例研究报告在[4，8[其中甲烷气体生产在长墙板的末端放置在长墙板的末端在长墙板的钻孔位置相比，甲烷气体产生的结果提高了77％。长墙板的端板的末端被三个侧面限制，这导致发生靠近面板边缘的高度拉伸裂缝区域。沿着长墙板的周边的这些骨折，如[26]，为煤气排水提供“甜点”。在矿井的一部分上，靠近面板边缘的邻接区域具有这种特性。

在破坏和过度造型的情况下（案例1和2），在多灯面板边缘上方的Interstrata裂缝在整个面板的整个提取过程中生长。可以看出，在邻接区域中这些裂缝的密度显着高于两种情况1和2中的单接缝提取中的密度（通过比较数字9（a）和9（d）用于案例1和图表10 ()和10对于案例2)。案例3，在开采延伸部分第一段后，垂直裂缝密度高，断裂角度尖锐。然而，在提取该延伸部分的第二段后，裂缝扩展模式与单缝提取时相似(图)11）.与垂直裂缝相似，多煤层开采后水平顺层离层的产状增加。在案例1和案例2中，这种增加在多缝板边缘以上特别明显(图)9（d）和10）.此外，在案例1中，在多煤层板中部以上和新垮落区顶部，可以观察到层理离层的数量和尺寸显著增加(图1)9）.在类似于壳体1的情况下，床上用品倾向于在提取的面板的中间之上发生（图10）.但情况2和3的层理离层密度的增加幅度小于情况1，这可能与层间厚度的增加有关。

根据物理模拟结果，可确定多煤层开采后瓦斯抽采钻孔潜在的适宜位置为图中红色阴影区14．高于邻接区域的水平和Interstrata骨折的高密度，该折痕在整个多灯面板的提取过程中继续开放，为储气引流产生高度渗透区。但是，如[26]，甲烷气体的流动是一个动态过程，受长壁开采后岩层的去应力和裂缝生长的影响。因此，在确定合适的瓦斯抽采钻孔位置时，还需要考虑长壁板抽采过程中甲烷气体的动态流动和地层渗透率的变化。

6.结论

采用比例物理模拟技术可以研究多煤层长壁采动岩层的变形和裂隙扩展规律。物理模型表明，多煤层开采和单煤层开采的岩层变形和裂缝扩展规律不同。红色阴影表示层间和水平裂隙高密度区，蓝色阴影表示水平裂隙高密度区，灰色和绿色阴影分别表示水平和层间裂隙低密度区。

这些差异导致结果的多芯沉降配置文件的变化。而且，诱导的腔内和裂缝区域影响了地层的液压导电性，这在评估水中风险和用于放置甲烷气体排水孔的合适生产位置的测定具有重要意义。

本研究中使用了物理建模技术，以研究单层萃取后层运动特性和断裂传播模式之间的差异。三种不同的案例研究采用不同的采矿配置和中间厚度进行了建模。通过监测通过摄影测量方法顺序提取多灯面板的地层变形和断裂传播图案，研究了所得塌陷型材的变化和塌陷层的液压导电性。

从本研究中提出的物理建模结果中得出的一般结论可以概括如下：(一)与单煤层开采相比，多煤层开采在破坏和过度开采两种情况下都导致了更大的下沉幅度。这是由于垮落和破裂岩层的桥接能力降低，以及由于以前的开采活动，在垮落和破裂带中，以前的开放裂缝已经闭合。这种现象在夹层较厚的病例研究中观察到(与夹层较薄的病例1相比，病例2的程度较轻)。(b)新采空区附近是否存在已采多煤层板对新采空区的力学响应有显著影响。主要的变形发生在先前提取的区域附近，并形成一个锋利的断裂角度。最大下沉也发生在先前提取的相邻板块的边缘，而不是新提取部分的上方。然而，随着采空区的进一步移动，垮落过程和裂隙扩展模式变得与单煤层开采相似。(c)单煤层开采后原有裂缝在多煤层开采后发生动态变化。这些裂缝主要倾向于在新拔出段的上方或前方张开，并在多缝长壁板的前拔出段上方部分闭合。(d)先前采出的长壁板的破坏导致了崩落带高度的显著增加。多煤层开采上方的相互连通的裂隙(水平裂隙和层间裂隙)为工作面提供了潜在的水流通道，在含水层下开采时将对机械和人员安全造成严重威胁。在这种情况下，需要考虑适当的措施来缓解和控制突水风险，如使用回填，在多煤层开采前向覆岩注浆，减少面板宽度或增加链柱宽度，以及改变多煤层板的布置(采矿配置)。（e）在多煤层开采过程中，所有情况下的裂缝密度(包括水平裂缝和层间裂缝)都在不断增加，从而增加了地层的水力导流能力。因此，靠近长墙板边缘的支承区域将是瓦斯抽采钻孔的合适位置。（F）矸石间厚度通过减小两种开采活动中垮落带和裂隙带的相互作用，影响了前采盘对岩层移动特征的影响。

由此可见，在瓦斯抽采规划和突水风险管理中，比例物理模型是研究岩层移动规律的一种有效方法。通过物理模型可以很好地说明多缝相互作用的复杂性和裂缝扩展模式的发展。然而，需要指出的是，现场特定的参数和操作因素在多煤层开采的岩层响应中起着重要的作用。虽然物理模拟技术提供了宝贵的见解，以了解特定条件下的岩层力学行为，如果遵循相似定律，必须注意在实际情况下使用这些结果。

数据可用性

相应的作者可以根据要求提供本研究的讨论和沟通的原始数据。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

这项工作是通过国家自然科学资助的项目（奖项51504007和51574007）的支持。我们承认淮南矿业集团，淮北矿业集团和安徽科技大学，以获取完成这项工作所需的矿山，数据和物理资源。此外，本研究由RMIT大学的研究出版物批准到Ghabraie的高度学位部分地支持。我们承认RMIT大学进行这种支持。

参考文献

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