煤炭学报

作者：柴敬, 雷武林, 杜文刚, 张丁丁, 马哲, 袁强,

关键词：立体模型试验, 巨厚复合关键层, 厚板理论, 分布式光纤传感, 光纤响应特性,

为了深入探究采场上覆巨厚复合关键层的移动变形规律，以义马矿区的地质条件为背景，利用计算机软件(KSPB)判别覆岩关键层位置;根据高位关键层与工作面推进长度的空间位置关系，结合符拉索夫厚板理论对其进行力学分析与计算;搭建三维立体模型(3.6 m×2.0 m×2.0 m)进行物理模拟试验，采用压力传感器测试采场支承压力，分布式光纤传感技术(BOTDA)监测覆岩动态变形过程，多点位移计测试岩层内部位移，并将3种测试结果进行综合对比分析。结果表明:复合关键层破断距理论计算值与物理模型试验测量值基本一致，传感光纤频移峰值在数值、位置、形状上的变化可反映覆岩关键层弯曲变形、破断、回转的动态演化过程;当工作面1推进至960 m时，40 m厚亚关键层一细砂岩(煤层上方112 m位置)中的传感光纤V11出现了4次频移峰值，分别为438.98,313.85,304.27和288.97 MHz，发生了4次破断，初次破断距为368 m，周期破断距为186 m，处于垮落带;160 m厚亚关键层二下组巨厚砾岩(煤层上方225 m位置)中的传感光纤V12出现了1次频移峰值，为165.94 MHz，仅发生1次破断，初次破断距为736 m，但结构未失稳，处于裂隙带;250 m厚主关键层上组巨厚砾岩(煤层上方386 m位置)中的传感光纤V13最大频移峰值为38.61 MHz，远远小于光纤V11和V12的频移峰值，仅发生微小弯曲变形，处于弯曲下沉带。工作面2覆岩变形规律与工作面1趋势基本一致，但关键层在工作面1的破断距离比工作面2大。随开采范围增大，巨厚复合关键层自下而上逐步发生破断，会出现同步和非同步破断现象，增大了采场围岩失稳的不确定及控制难度，易诱发矿井动力灾害。

来源：2020年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2020年第1期