采礦工程相似材料及模型試驗研究

王 展

0 引言

采礦工程遇到的巖體由于形成的漫長歷史年代中產生的層理節理，或在工程開挖影響下，發生不同程度破裂，采用連續介質數值模型不能很好地模擬分析潛在的巖塊滑動、轉動，也很難進行覆巖破裂過程變化的模擬;而相似物理模型試驗能較好地再現力學破裂機理等特點，在基本滿足相似原理的條件下，能避開數學和力學上的困難，較真實、全面、直觀、準確地反映采場巖層的破裂、冒落和移動規律，以及巖體工程的整體力學特征、變形趨勢及穩定性特點，在研究綜放工作面覆巖運動及破壞規律方面具有顯著的優勢[1-4]。因此，本文以煤礦井田工程地質條件為背景，進行了相似材料配比實驗;進而建立沿工作面走向的平面模型，從非均質巖體角度，探討了覆巖變形破壞運動過程及破壞模式，以期為該礦覆巖離層控制提供指導。

1 井田地質狀況

某煤礦一綜放工作面位于21采區下山西部，該工作面為2-1特厚煤層，工作面標高為-490 m～-520 m，平均埋深為480 m。煤層總厚度為6 m～10 m，平均厚度為8 m。煤層結構簡單，發育4層～5層夾矸。井田內大中型斷層稀少，基本構造形態為一簡單的單斜構造。工作面以長臂垮落法開采，工作面走向長度為1674 m，傾向長度為231.8 m。地層產狀平緩，走向近東西，傾向南，傾角11°～13°，沿走向略有變化。煤田內基本構造形態為一簡單的單斜構造、斷層稀少。直接頂為深灰～灰黑色泥巖，老頂為礫巖。

2 相似材料的選擇

相似材料主要包括骨料和膠結物。骨料多用河砂、滑石粉等;膠結物主要有石膏、石蠟、碳酸鈣、水泥等[5]。……