為了提高寺河煤礦采動(dòng)區(qū)地面鉆井的穩(wěn)定性,研究采煤過程中地面鉆井的失效特征具有重要意義。研究通過相似試驗(yàn)?zāi)M煤層開挖過程,以分析地面鉆井的高危破壞期、高危破壞位置及相應(yīng)的鉆井失效模式。結(jié)果表明,當(dāng)采煤工作面推過寺河煤礦的采動(dòng)區(qū)地面鉆井150 m后,地面鉆井處于高危破壞期;在破壞期內(nèi),鉆井高危失效位置易出現(xiàn)在上覆巖層中的硬-軟巖層交界處以及厚-薄-厚組合巖層中;其中,鉆井在硬-軟巖層交界處遭受剪切錯(cuò)斷而失效,在厚-薄-厚組合巖層內(nèi)遭受擠壓堵塞而失效。 

【文章來源】：煤礦安全. 2020,51(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

地面鉆井位置圖

試驗(yàn)采用二維相似模擬試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，試驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)300 cm，高235 cm，寬20 cm，采場(chǎng)前后各預(yù)留30cm的煤柱。上覆巖層高為233.4 cm，直接模擬到地表松散層，所以無需液壓加載提供額外壓力。試驗(yàn)選取碳酸鈣，石英砂做骨料，石膏，水做膠結(jié)材料，利用特質(zhì)器具將巖層水平均勻壓實(shí)，并在不同巖層之間鋪設(shè)氟金云母粉以模擬自然巖層交界面。模型的幾何相似常數(shù)為1/150，密度相似常數(shù)為0.62，應(yīng)力相似常數(shù)為0.004 1，時(shí)間相似常數(shù)為0.082。5301工作面的上覆巖層地質(zhì)柱狀圖如圖2。二維相似試驗(yàn)?zāi)Ｐ驼鎴D如圖3。試驗(yàn)通過布置典型豎向測(cè)線模擬地面鉆井，該豎向測(cè)線位于距開切眼110 cm處。在測(cè)線上每間隔8 cm布置1個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)21個(gè)測(cè)點(diǎn)。試驗(yàn)采用分步開挖方式模擬采煤工作面不斷推進(jìn)，每隔2 h開挖5 cm，模擬實(shí)際采煤過程中工作面每天推進(jìn)7.5 m。工作面推進(jìn)過程中，上覆巖層自下而上出現(xiàn)彎曲下沉，各測(cè)點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生橫向、豎向位移變化。當(dāng)巖層變化達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，精確監(jiān)測(cè)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的水平和豎向位移量大小分布。

當(dāng)采煤工作面和鉆井之間距離分別為-30、45、105、150、195 m時(shí)，用5條不同的曲線表示相應(yīng)距離下的鉆井位移量大小及分布。由圖4(a）可知，當(dāng)工作面未推過鉆井且距離鉆井30 m時(shí)，在煤層上方120 m高度內(nèi)鉆井無明顯水平位移變化。然而，在工作面推過鉆井以后，鉆井的水平位移隨著工作面推進(jìn)而快速增大。當(dāng)工作面推過鉆井150 m時(shí)，鉆井的整體水平位移達(dá)到最大，其中在煤層上方125、195、240 m處，鉆井的相對(duì)水平位移高達(dá)60～75 mm。由圖4(b）可知，當(dāng)工作面未推過鉆井且距離鉆井30 m時(shí)，鉆井豎向位移小于20 mm。當(dāng)工作面推過鉆井后，隨著工作面推過鉆井距離增加，鉆井的豎向壓縮位移不斷增大，且距離煤層越近，鉆井的豎向位移增加速度越快，并在煤層界面處達(dá)到位移峰值。當(dāng)工作面推過鉆井150 m后，鉆井豎向位移大小基本保持不變，此時(shí)在煤層上方120 m和249 m處鉆井的相對(duì)豎向位移最大可達(dá)85 mm。圖4 鉆井的位移大小和分布

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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