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煤层群保护层开采是目前防治煤与瓦斯突出最有效的区域措施,从保护层开采作用机理可知,煤层群保护层开采问题的关键在于保护范围的划定。针对急倾斜煤层群保护层开采保护范围划定的问题,以砚石台煤矿深部急倾斜上保护层开采为工程背景,采用物理相似模拟对上保护层开采的保护范围进行了研究,获得了上保护层开采过程中被保护层的卸压和膨胀变形曲线,划定了被保护层保护范围,并与数值模拟方法和现场测试考察方法所得结果进行了对比分析验证。主要研究结果及研究结论如下:(1)通过上保护层开采物理相似模拟研究,得到了急倾斜上保护层开采采空区“三带”高度分布特征和层厚较小的急倾斜煤层采空区上覆岩层破断垮落特征;实验表明,“三带”中垮落带高度约为3.4cm,为保护层煤层层厚的2.3倍,裂隙带高度约为10cm,为保护层工作面煤层厚度的6.7倍;同时,结合数字散斑方法监测结果,煤层层厚较小的情况下采空区上覆岩层会破断成相对完整的多块巨型岩块并相互咬合成多个三角形支撑结构,这些支撑结构就会以触矸点为支撑形成对顶板岩层的支撑作用。(2)在上保护层开采物理相似模拟中,通过数字散斑方法对保护层工作面围岩位移进行了监测,得到了上保护层开采过程中工作面围岩的位移等值线云图;结果表明,采空区围岩位移稳定之后在采空区底板出现2个明显位移异常区域,2处位移等值线都呈现半环形的向下的位移,说明这2处位置都明显地出现了触矸点。(3)通过上保护层开采物理相似模拟研究,得到了上保护层开采过程中被保护层卸压曲线和卸压曲线形状特征,发现卸压曲线整体呈“U”形,口宽底窄,开口位置出现应力集中,应力集中系数可以达到1.04,底部卸压量围绕一定值波动,其最大可以达到0.046MPa。(4)通过上保护层开采物理相似模拟研究,并结合保护范围煤岩体膨胀变形准则,得到了上保护层开采过程中被保护层膨胀变形曲线和上保护层开采有效保护范围卸压角,其中倾向上边界卸压角为68°,下边界卸压角为88°;将物理相似模拟结果与现场考察结果和数值模拟结果对比分析,表明本次采用物理相似模拟方法划定深部急倾斜煤层保护层开采保护范围是可靠的。