姚利军

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045000）

井工开采中，工作面回采后，覆岩在上覆岩层及自身重力作用下发生破断，并发生以大位移为特征的垮落运动，这是工作面矿压显现的主要原因[1-4]。因此，掌握覆岩运移规律及覆岩垮落、裂隙带范围对于综采面支护设计具有重要意义。本文以新元煤矿3109 综采工作面为研究背景，采用相似模拟方法对覆岩垮落、裂隙带高度演化过程进行了试验。

1 工作面概况

新元煤矿3109 工作面位于一水平一采区，开采3#煤层，煤层厚度为2～3.1 m，平均2.75 m，倾角为2°～9°，平均3°。煤层赋存稳定，结构较简单，属中灰、低硫的优质贫、瘦煤。煤层以亮煤为主，内生裂隙发育。煤层中一般含1～2 层泥质夹矸，厚度一般为0.02～0.05 m，平均0.03 m。工作面倾斜方向长258.2 m，走向长1 364.3 m，面积352 262.3 m2。工作面标高+656～+620 m，对应地表标高+1 049.2～+1 132.7 m，埋藏深度393.2～512.7 m。3#煤层伪顶为高岭石泥岩，平均厚度0.32 m，直接顶为灰黑色砂质泥岩，平均厚度3.1 m，老顶为中粒砂岩，平均厚度2.40 m；煤层直接底为深灰黑色泥岩，平均厚度2.98 m，老底为浅灰色细粒砂岩，平均厚度3.5 m，见表1。

表1 3109 工作面煤层顶底情况

2 工作面覆岩垮落带及裂隙带相似模拟试验

由于现场观测施工程序复杂，成本高，且无法直观得到覆岩垮落、裂隙带范围，因此，采用相似模拟方法进行试验。本试验采用二维平面相似模拟试验台，试验台尺寸为2 000 mm×1 500 mm×200 mm。根据工作面顶底板岩层厚度、强度铺设模型，模型尺寸为2 000 mm×1 500 mm×200 mm，试验采用1:100 的几何相似比。由于试验台尺寸限制，通过液压系统在模型上表面施加7.5 MPa垂直应力（350 m×25 000 N/m3）模拟上覆岩层重量。……