煤礦覆巖破壞規(guī)律及近水體煤層開采技術(shù)

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1、煤礦覆巖破壞規(guī)律及近水體煤層開采技術(shù)煤炭科學(xué)研究總院文學(xué)寬一、覆巖破壞規(guī)律研究的目的采掘工作面支護(hù)參數(shù)及井巷煤柱的合理留設(shè)；水體下煤層開采可行性評(píng)價(jià)及開采上限合理確定；煤層群上行開采的可能性和安全性評(píng)價(jià)；高瓦斯、易自燃近距離煤層開采防滅火措施制定；“雙突”礦井瓦斯預(yù)抽范圍及解放層的選??；采礦權(quán)重疊礦井安全評(píng)價(jià)。二、覆巖破壞的研究簡(jiǎn)史覆巖破壞的研究只有近百年的歷史。前蘇聯(lián)、德國(guó)、比利時(shí)、中國(guó)等國(guó)學(xué)者均進(jìn)行了研究。近年來，由于研究方法、計(jì)算機(jī)的廣泛和實(shí)測(cè)手段的應(yīng)用，使覆巖破壞的研究進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，但由

2、于覆巖的復(fù)雜性、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)條件的限制，至今未形成系統(tǒng)的理論。目前應(yīng)用比較廣泛的理論或假說：拱形垮落理論：懸梁（或懸板）垮落理論：垮落巖塊碎脹充填理論：垮落巖塊鉸接理論：三、覆巖破壞與采動(dòng)影響采動(dòng)影響引起覆巖移動(dòng)變形和破壞采動(dòng)影響是指回采引起的圍巖活動(dòng)現(xiàn)象及造成的種種損害，包括：采動(dòng)后巖層（巖體）和地表的應(yīng)力變化；采動(dòng)后巖層（巖體）和地表整體性移動(dòng)；采動(dòng)后巖層（巖體）和地表垮落開裂性破壞。采場(chǎng)采動(dòng)影響的分布特征在采用長(zhǎng)壁全部垮落采煤法的情況下，采空區(qū)頂、底板巖層及所采煤層本身中的采動(dòng)影響，按其性質(zhì)及程度可分為

3、三個(gè)區(qū)帶，即：應(yīng)力微變化區(qū)；微小變形與移動(dòng)區(qū)；開裂垮落性破壞區(qū)。以上這三個(gè)區(qū)帶的范圍大小主要受采厚、傾角、巖性、地層結(jié)構(gòu)等影響。下面以中等硬度巖（煤）層為例，說明采場(chǎng)采動(dòng)影響的分布特征：采動(dòng)影響部位采動(dòng)影向性質(zhì)不同煤層傾角采動(dòng)影響范圍（米）采動(dòng)影響后果≤35°36~54°≥55°工作面前(后)方所采煤層本身應(yīng)力微變化區(qū)微小變形與移動(dòng)區(qū)開裂垮落性破壞區(qū)80~15030~350~380~15030~35————————巷道維護(hù)容易,透氣性微增,隔水性不變巷道維護(hù)困難,隔水性微受影響，透氣性增加巷道不能維護(hù)、隔

4、水（氣）性完全破壞采空區(qū)上（下）側(cè)所采煤層本身應(yīng)力微變化區(qū)微小變形與移動(dòng)區(qū)開裂垮落性破壞區(qū)（下側(cè)）80~100*(下側(cè)）15~25**(下側(cè)）2~3（上側(cè)）40~60（上側(cè)）10~30（上側(cè)）2~5（上側(cè)）30~50（上側(cè)）10~30（上側(cè)）5~20巷道維護(hù)容易,透氣性微增,隔水性不變巷道維護(hù)困難,隔水性微受影響，透氣性增加巷道不能維護(hù)、隔水（氣）性完全破壞采空區(qū)頂板巖層整體移動(dòng)帶開裂性破壞帶垮落性破壞帶30~40m以上9~30m0~6m30~40m以上9~30m0~6m——3~21m（煤層）3~7m（煤

5、層）△巷道有可能維護(hù)、透氣性增加，隔水性微受影響△巷道難以維護(hù)，隔水（氣）性完全破壞△巷道不能維護(hù)，隔氣性完全破壞，無隔水、泥、砂能力采空區(qū)底板巖層鼓脹開裂帶微小變形與移動(dòng)帶應(yīng)力微變化帶8~15***20~25****60~80————————————△△巷道難以維護(hù)，隔水（氣）性受破壞△△巷道可以維護(hù)、隔水（氣）性受破壞巷道維護(hù)容易，透氣性微增，隔水性不受影響采場(chǎng)采動(dòng)影響的分布特征注：m——采厚覆巖切冒型破壞破壞形態(tài)：既不象有規(guī)律的“三帶”型破壞，又不象非均衡破壞那樣逐漸向上抽冒，而是突然一次性的由煤層

6、頂板直達(dá)地表。垮落下來的巖塊與未垮落巖體之間的裂隙形如刀切。破壞特點(diǎn)：垮落巖體呈反漏斗形狀；單次垮落的面積大；垮落范圍小于開采范圍；地表下沉均勻，周邊裂隙寬度達(dá)0.5m，深不見底。產(chǎn)生條件：覆巖整體性強(qiáng)，堅(jiān)硬難冒，如大同礦區(qū)單向抗壓強(qiáng)度80-200MPa。開采煤層厚度大，開采深度小，如大同煤厚5-6m，采深100m以內(nèi)。覆巖拱冒型破壞破壞形態(tài)：覆巖在局部地方或大面積發(fā)生垮落，但發(fā)展到一定高度后形成懸頂、垮落的范圍呈拱形。破壞特點(diǎn)：近煤層的頂板巖層受到破壞、遠(yuǎn)離煤層的頂板巖層不受到破壞；采空區(qū)周圍垮落高度小

7、，中央垮落高度大，類似拱形；垮落有時(shí)瞬時(shí)發(fā)生，有時(shí)是逐次發(fā)生；產(chǎn)生條件：開采范圍小或巷道掘進(jìn)時(shí)；長(zhǎng)壁開采初次放頂時(shí)；垮落條帶法開采；急傾斜煤層回采區(qū)段的傾斜及走向長(zhǎng)度較小。覆巖“三帶”型破壞：采用全部垮落法處理采空區(qū)的長(zhǎng)壁工作面煤層采出后，從煤層直接頂板開始，由下向上依次垮落、開裂、離層、彎曲經(jīng)過若干時(shí)間終止移動(dòng)。從特殊開采需要出發(fā)、對(duì)移動(dòng)期間和移動(dòng)穩(wěn)定后的上覆巖層，按其破壞程度的不同，大致可分為垮落帶、裂隙帶、彎曲帶。覆巖垮落帶破壞長(zhǎng)壁工作面回柱放頂或移架后，與煤層毗鄰的直接頂失去支撐力，垮落、破碎形成

8、巖塊堆，其特點(diǎn)：不規(guī)則性?？迓鋷虏繛椴灰?guī)則垮落。垮落帶內(nèi)巖塊不能傳遞水平力，控頂范圍內(nèi)垮落帶的巖層重量由支柱或支架支撐。膨脹性。巖石的碎脹性使垮落帶巖石的體積增大，使垮落帶與未垮落頂板巖層下方的自由空間逐漸變小，使垮落不再繼續(xù)。高度控制因數(shù)?？迓鋷c煤層采厚、上覆巖層巖性、碎脹系數(shù)、煤層傾角和直接頂厚度。覆巖裂隙帶破壞垮落帶之上的和整體移動(dòng)帶之間的巖層產(chǎn)生斷裂或裂縫。其特點(diǎn)：巖層破壞有規(guī)則：無論是垂直巖層面或平行巖層面的裂縫