郭 路

（晋城煤业集团寺河煤矿二号井，山西 晋城 048019）

煤层赋存具有多样性和复杂性，开采过程中覆岩的破坏具有不连续性，因此无法通过建立统一模型解析覆岩破坏形式，相似模拟依据岩层相似理论[1-3]，通过建立实物小模型分析岩层运动规律，研究单个或多个因素对岩层运动的影响已得到广泛应用。本文以寺河煤矿二号井九四盘区首个薄煤层工作面94311为研究背景，旨在通过相似模拟得出覆岩运动的基本规律，从而确定有效的支护方式及顶板控制措施，保障工作面的安全生产。

1 工程概况

寺河煤矿二号井94311工作面为该矿九四盘区首个薄煤层工作面，煤层厚度1.1～1.8m，为山西组9#煤层。地质力学测试结果表明，该区域最大主应力以水平应力为主，五个测站最大主应 力 分 别 为 12.01MPa、11.82MPa、7.53MPa、6.88MPa、14.56MPa；最大主应力方向介于N37.20W～N67.50W之间。

9#煤层直接顶主要以泥岩为主，强度多在30～45MPa之间。老顶主要以中砂岩和灰岩为主，强度集中在65～120MPa之间。底板由致密的灰岩构成，强度平均在90MPa左右。

2 相似模拟试验方案设计

2.1 模拟试验相似系数确定

根据本次试验目的，综合考虑到试验可操作性和实际性，依据相似准则，本次试验取相似系数如下：

（1）几何相似

式中：

Lm-模型尺寸；

Lp-原型尺寸。

（2）时间相似

式中：

Tm-模型时间；

Tp-原型时间。

（3）容重相似

式中：

γm-模型容重，取1.5×104kg/m3；

γp-原型容重，取2.5×104kg/m3。

（4）其它相似

强度比：

弹模比：CE=Cr×CL=0.012

外力比：CP=Cr×CL3=4.8×10-6

泊松比：Cµ=1

2.2 试验方案设计

依据本次试验目的，建立长×宽×高=4.0×0.3×2.0（m）的平面应力模型。根据岩石力学参数测试结果以及相似系数计算各模拟岩层的强度，选取相似模拟试验岩层配比号，采用云母片进行模拟岩层间节理等弱面。……