采动与煤岩裂隙演化规律李化敏

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1、采动覆岩裂隙动态演化形态及机理分析河南理工大学2010.9.12研究内容一、研究意义二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析三、采动覆岩裂隙带空间工程简化模型及参数四、采动覆岩裂隙动态演化特征及机理分析五、主要结论采动覆岩裂隙动态演化形态及机理分析我国大部分煤矿煤层原始透气性系数较低，地面钻井采气、井下原始煤体抽采和压裂增透试验均表明预抽效果较差，应重点抽采采动影响下的卸压瓦斯。煤层开采后将引起覆岩移动与破断形成采动裂隙带，它的产生发展时空规律及动态变化特征，与卸压瓦斯抽采密切相关一、研究意义采动覆岩裂隙动

2、态演化形态及机理分析采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析二走向及倾向物理相似模型二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析FLAC3D模型及网格划分图二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析沿走向破断裂隙分布图1、采动覆岩破断裂隙分布规律裂隙区A1裂隙区A2裂隙区A2压实区压实区覆岩破断裂隙沿走向分为三个阶段：①开切眼到顶板初次来压前（范围大约32m），裂隙密度较大；②采空区中部垮落矸石被压实，裂隙密度较小；③工作面附近（范围大约26m），覆岩破断裂隙分布密度仍然很大沿倾向破断裂隙

3、分布图裂隙区B1裂隙区B2压实区进风巷覆岩破断裂隙沿倾向也分三个阶段：采空区中部（范围大约123m）垮落的矸石趋于压实，而进风巷（范围大约24m）和回风巷（范围大约21m）附近仍各自保持一个裂隙发育区，沿工作面倾向分布呈驼峰状二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析沿走向第三排与第七排测线间离层率分布2、采动覆岩离层裂隙动态演化规律第2亚关键层初次垮落第5亚关键层初次垮落主关键层明显弯曲二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析沿走向推进220m时第2~6、6~主关键层间离层率、离层量分布二、采动覆岩裂隙演化规律

4、模拟实验分析沿工作面倾向的离层量分布规律裂隙区裂隙区进风巷二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析离层裂隙沿走向及倾向分布具有两大阶段、两个层位及三个区间特征①阶段1（主关键层接触垮落矸石前）上层位：垮落的最上位亚关键层上部。离层率及离层量沿走向及倾向分布曲线呈高帽状，采空区中部离层最为发育。下层位：垮落的最上位亚关键层下部。离层率及离层量沿走向及倾向分布曲线呈驼峰状，沿走向在切眼、工作面附近裂隙发育，采空区中部离层裂隙趋于压实；沿倾向在进回风巷附近裂隙发育，采空区中部裂隙较小二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实

5、验分析②阶段2（主关键层接触垮落矸石后）主关键层下部离层分布规律类似于阶段1中的第二层位，即在采空区中部离层趋于压实，而在采空区四侧（即切眼、工作面、进风巷及回风巷侧）仍各自保持一个裂隙发育区，关键层下离层沿走向采长分布呈驼峰状二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析裂隙最高位置、垮落高度与工作面的推进距离之间关系3、采动裂隙带高度随工作面推进，裂隙高度逐渐增大，但裂隙发展非匀速，一般在经过若干循环后才有离层动态变化，最高离层层位大部分出现于未垮的上位关键层下方二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析4、采动覆

6、岩裂隙带形态（1）主关键层接触垮落矸石前，垮落的最上位亚关键层上方与未垮关键层之间裂隙发育，其下方在采空区四周覆岩裂隙较为发育，采空区中部裂隙则被压实，裂隙区及压实区边界线近似为直线，从外形上看呈梯形状，但内外梯形高度不同裂隙区压实区主关键层裂隙区压实区沿走向形态沿倾向形态二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析（2）主关键层接触垮落矸石后，主关键层下的采空区中部被压实，但采空区四周裂隙仍可保持，裂隙区及压实区边界线也可近似为直线从外形上看呈梯形状，内外梯形高度相同裂隙区压实区裂隙区沿走向形态沿倾向形态裂隙

7、区主关键层压实区裂隙区二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析（3）沿平行于煤层剖面。当采空区见方前（即推进距小于采宽）及见方后（即推进距大于采宽），在垮落带中充分卸压裂隙发育区形态可以认为是圆角矩形圈，在断裂带随着离煤层顶板高度的增大趋于椭圆形二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析推进90m距煤层顶板40mZ向位移推进90m距煤层顶板10mZ向位移当采空区见方时（即推进距等于采宽），在垮落带中充分卸压裂隙发育区形态转为圆角方形圈，在断裂带随着离煤层顶板高度的增大趋于圆形二、采动覆岩裂隙演化规律模拟实验分析推

8、进170m距煤层顶板40mZ向位移推进170m距煤层顶板10mZ向位移采动覆岩裂隙动态演化形态及机理分析采动覆岩裂隙带空间工程简化模型及参数三三、采动覆岩裂隙带空间工程简化模型及参数1、采动裂隙带工程简化模型关键层关键层关键层关键层岩层离层裂隙和破断裂隙相互贯通后，在三维空间上形成梯形堤坝状外部边界，当工作面推进到一定距离，采空区中部采动裂隙被压实，其边界也可用近似梯形堤坝状来描述，于是在垂直于煤层剖面上，近似于一裂隙发育的梯形台走向剖面形