摘要：我国采煤工作面底板突水事故量和损失呈增长趋势。为探究采煤底板变形破坏和采场压力变化规律，以邢台邢东矿某工作面为例进行物理模拟试验。根据地质资料确定现场岩性参数，根据相似原理，结合试验台尺寸确定几何、时间和应力比尺并堆筑模型。自主设计底板加压装置模拟承压水作用，通过位移测点和压力盒的实时监测数据分析得出底板变形破坏和采场压力变化规律。结果表明：在水平方向，煤层开采对工作面底板岩层的影响可分为超前压缩段、卸压膨胀段和压缩稳定段。该工作面充分采动后的最大底臌量为44.5cm，约为采厚的1/9。随深度的增加，底板岩层的下沉量和底臌量都迅速减小。底板应力经历了采前升高、采后下降和恢复稳定三个阶段。底板岩层对应力的传递随着深度的增加逐渐减缓。底板的位移变化相对于应力变化有滞后现象。
关键词：采煤；底板突水；物理模拟；底板位移；应力变化；
0 引言
我国的能源储量有“富煤、贫油、少气”的突出特点，一次化石能源中煤炭占76.3%，石油和天然气合计仅占15.9%[1-2]。我国的经济发展对煤炭的需求不断增长，而随着开采深度的增加和开采条件的劣化，煤炭开采受底板突水威胁愈加严重[3-6]。据2015年统计显示，我国重点煤矿中受底板突水威胁的占40%以上，储量高达400亿t[7-8]。国内外学者采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法研究承压水上采煤工作面底板变形和破坏规律并取得了丰硕成果[9-14]。物理模拟试验方法也是研究底板突水问题的有效方法，而承压水压力的准确模拟是试验成功的关键。当前承压水压力的模拟主要有水囊模拟和弹簧模拟两种方式。但水囊模拟存在压力控制不稳定、中间压力大于两端压力的不足，而采用弹簧模拟的压力会在模型底板变形后发生变化，导致试验不准确。
为准确模拟底板突水过程，以邢台邢东矿3125工作面为工程背景，分析地质资料得到该工作面承压含水层和底板岩层性质。根据相似原理，结合试验台尺寸确定几何、时间和应力比尺并堆筑物理模型。采用自主设计的杠杆加载装置模拟承压水的作用，在模拟煤层开挖的过程中观测并记录模型内部压力和模型表面位移变化，分析得出底板变形和破坏规律，以对工作面底板突水危险预测评估、承压水上采煤作业提供技术支持。
作者：游志忠