5.1.1 上行开采重复采动覆岩裂隙演化相似模型试验
上行开采重复采动覆岩裂隙演化研究选择的研究区为北皂煤矿H1105工作面，此矿位于山东省黄县煤田西北隅，H1105工作面位于海域一采区，H1105工作面掘进过程中主要受顶板泥石灰岩含水层、泥岩夹泥石灰岩互层含水层、煤1油2残余裂隙水影响。工作面上覆基岩厚度约为140m，第四系松散层平均厚度为90m，工作面标高－272～－232m。
煤层直接顶为浅灰褐色含油泥岩，泥质结构，岩性致密，层理发育，平均厚度为6.57m，顶板抗压强度为29.4MPa，泊松比平均为0.2，局部含油泥岩较软弱。顶板主要含水层有泥岩，泥石灰岩岩组含水层，平均厚度为18.3m。与第四系松散层之间夹有平均厚度95m的泥岩，钙质泥岩互层岩组。结合海域采区顶板软岩地层及第四系松散层（厚度约90m）“两含夹一隔”的结构特征，一般情况下，具有较好的阻隔水能力和安全开采条件。工作面底板与煤2间隔一层平均厚度为18m的含油泥岩，结构致密，块状结构，深灰色，韧性大，层理较发育，局部夹软褐灰色条带，抗压强度平均为11.9MPa，泊松比平均为0.43。各岩层主要物理力学参数见表5-1。
表5-1 煤层顶底板岩层力学参数
煤1油2煤层开采工作面下方距离18m为已开采的煤2层H2107和H2108采空区，煤2开采厚度为4m，煤层倾角平均6°，可视为水平煤层。目前，H1105工作面在下部煤2开采的基础上采用上行开采的方式，对煤1油2层进行开采，开采厚度为4m，如图5-2所示。试验主要根据北皂煤矿H1105工作面煤1油2底板标高为－280m煤层综采放顶煤的地质条件进行模拟开采，研究煤1油2标高－280m，采厚4m时，重复采动后覆岩的变形特征及破坏规律。
以原型剖面－300m水平为底界面，模拟至地表，模型设置在平面应力模型台上，模型尺寸长×宽×高＝300cm×30cm×140cm，两侧边界煤柱30cm（原型60m），模型采长240cm（原型480m），模型图如图5-3所示。(https://www.daowen.com)
首先开采下层煤2，根据现场工作面实际推进速度按照时间常数模拟开采，每次开采5cm（原型10m），采厚2cm（原型4m），采长240cm（原型480m），每次开采间隔4h；模型开切眼一侧距边界30cm（原型60m），另一侧开采至距边界30cm（原型60m）处停采。煤2开采岩层移动变形稳定后，开采上层煤1油2，开采范围及开采方法与煤2开采过程相同。
图5-2 工作面走向剖面工程地质模型示意图[202]
图5-3 工作面走向剖面模型图[202]
