大倾角煤层开采三维模拟试验：应力分布与演化

"大倾角煤层开采大型三维可加载相似模拟试验" 在煤炭开采领域，大倾角煤层的开采面临着独特的挑战。由于煤层赋存条件特殊，这些煤层的开采会导致采场围岩的空间应力分布和演化变得极其复杂，同时也影响着围岩的运动特征。传统的三维模型试验平台在模拟加载、空间开采和监测等方面存在技术不足，无法充分反映大倾角煤层开采的实际状况。 为了克服这些局限，科研人员采用了新型的三维可加载模型试验系统。这一创新技术实现了模型的均匀加载，能够模拟密闭空间内的开采过程，从而更准确地反映出大倾角煤层开采的实际情况。具体应用到枣泉煤矿120210工作面的大型三维可加载相似模拟试验中，研究结果显示：在工作面上部区域，覆岩垮落充分，裂隙发育明显，形成了较高的关键域；而在下部区域，覆岩垮落则相对不充分，关键域形成层位较低。此外，研究还发现，覆岩空间垮落呈现非对称的拱壳形态，上部区域的应力值、来压强度以及支承压力区的应力集中系数等特征量显著高于下部区域。 这些发现对于理解和预测大倾角煤层开采中的围岩动态行为至关重要。通过对这些特征量的分析，可以更好地掌握煤层开采过程中围岩空间结构形态的变化规律，以及应力如何随时间演化的动态过程。这对于提高开采安全性，预防矿井灾害，优化开采设计，以及制定有效的支护策略都具有深远的影响。 关键词所涉及的“大倾角煤层”是指煤层倾角大于45度的情况，这样的煤层开采难度较大，安全风险也更高。“三维可加载相似模拟”是通过物理模型在三维空间内模拟开采过程，可以真实反映实际开采情况。“梯形裂隙区”是指在煤层开采过程中形成的特殊裂隙结构，它影响着煤体的稳定性。“空间拱壳”是指垮落覆岩形成的非对称拱形结构，反映了煤层开采后围岩的变形状态。“支承压力”则是指煤层开采时，上方岩层对下方开采区域的压力，对支护设计有直接影响。 这项研究通过采用先进的三维可加载模型试验技术，揭示了大倾角煤层开采的复杂力学特性，为今后的类似开采工程提供了理论依据和技术支持。同时，它也为矿井安全管理和地质灾害防治提供了新的研究方法和思路。