覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术课件

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1、煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术煤炭科学研究总院文学宽研究员联系电话:136815694251.覆岩破坏规律研究的目的采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设；水体下煤层开采可行性评价及开采上限合理确定；煤层群上行开采的可能性和安全性评价；高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施制定；“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取；采矿权重叠矿井安全评价。2.覆岩破坏规律研究理论覆岩破坏的研究只有近百年的历史。前苏联、德国、比利时、中国等国学者均进行了研究。近年来，由于研究方法、计算机的广泛和实测手段的应用，使覆岩破坏的研究进入了一个新的发展阶段，但由于覆岩的复杂性、现场实

2、测条件的限制，至今未形成系统的理论。目前应用比较广泛的理论或假说大概有以下几种：2.1悬臂梁假说德国学者施托克提出了悬臂梁假说。该假说认为：顶板岩层是一种连续介质，初次垮落以后，可以看作一端固定在工作面煤壁前方煤体上的悬臂梁,正是这种岩梁随采场推进有规律的折断才导致采场来压的现象。悬臂梁折断的步距可由连续介质力学的方法确定。悬臂梁假说可以较好地解释工作面周期来压的现象，但没有考虑支承压力预破坏对顶板岩层的影响，因而对覆岩结构形态的描述是不够全面的。2.2压力拱假说德国人哈克(W.Hack)和吉里策尔(CG.Gillitzer)于1928年提出的。在回采作面上方由于岩

3、层自然平衡的结果而形成了一个“压力拱”，拱的一个支撑点在工作面前方煤体内，形成前拱脚A，而另一个支撑点在采空区己垮落的矸石或采空区的充填体上，形成后拱脚B，如图1所示。A、B均为应力增高区(S1,S2)，工作面则处于应力降低区。在前后拱角之间顶板或底板中都形成了一个减压区((L1)，回采工作面的支架只承担压力拱C内的岩石重量。这种观点解释了两个重要的矿压现象：一是支架承受上覆岩层的范围是有限的；二是煤壁上和老空区矸石上将形成较大的支承压力。但由于该假说难以解释采场周期来压等现象，现场也难以找到定量描述拱结构的参数，所以只能停留在对一些矿压现象一般解释上，不能很好的解

4、决工程实际问题。2.3预成裂隙假说比利时A·拉巴斯提出。由于工作面前方支承压力的作用，使顶板岩体中形成了矿压裂隙，上覆岩层的连续性遭到破坏，从而形成非连续体。假说还认为，在回采工作面周围存在着应力降低区（Ⅰ）、应力升高区(Ⅱ)和采动影响区(Ⅲ)。随着工作面的推进，3个区域同时相应地向前移动。为了有效地控制顶板，应保证支架具有足够的初撑力和工作阻力，并及时支撑住顶板岩层，使各岩层的岩块之间保持彼此挤紧状态。借助于彼此之间的高摩擦力，阻止它们之间的相对滑移、张裂与离层。预成裂隙假说的贡献在于它揭示了煤层及临近采场的部分岩层在支承压力作用下超前破坏的可能性，正确地指出了其

5、破坏的原因。但不能正确地解释采场上覆岩层的周期性破坏和来压规律。2.4“砌体梁结构”理论中国工程院院士钱鸣高创立。认为：采场上覆岩层的岩体结构主要是由每个坚硬岩层组成，每个分组中的软岩层则可视为坚硬岩层上的载荷,在水平推力作用下，断裂后且排列整齐的坚硬岩块可形成铰接关系，此结构具有滑落和回转两种失稳形式。“砌体梁结构”理论给出了采场上覆坚硬岩层周期断裂后形成平衡结构的条件，并阐述了采场来压、支架—围岩关系等一系列问题。钱院士通过对“砌体梁”结构的进一步深人研究得出“关键层”理论。该理论认为，当采场上覆岩层中存在多层坚硬岩层时，仅有一层或几层坚硬岩层对整个采场上覆岩层

6、的运动起决定性作用，采场上覆岩层的变形、破断、离层和地表沉陷等一系列矿压显现规律主要受坚硬岩层中这一层或几层被称为关键层的岩层控制，主关键层与亚关键层、亚关键层与亚关键层之间的变形不协调导致了岩层移动中的离层与裂隙的产生。2.5“传递岩梁”理论由中国科学院院士宋振骐教授提出。认为：老顶岩梁对支架的作用力取决于支架对岩梁运动的抵抗程度，可能存在给定变形和限定变形两种工作方式，并给出支架—围岩关系的表达式，即位态方程。该假说还认为：以老顶断裂线为界分为内、外两个应力场。此观点对确定合理巷道的位置及采场顶板控制设计起到了积极的作用。这一理论的重要贡献在于：揭示了岩层运动与

7、采动支承压力的关系，并明确提出了内外应力场的观点，以此为基础，提出了系统的采场来压预报理论和技术；提出了“限定变形”和“给定变形”为基础的位态方程（支架围岩关系），以此为基础，提出了系统的顶板控制理论和技术。2.6”三带型”理论3.覆岩破坏与采动影响采动影响引起覆岩移动变形和破坏采动影响是指回采引起的围岩活动现象及造成的种种损害，包括：采动后岩层（岩体）和地表的应力变化；采动后岩层（岩体）和地表整体性移动；采动后岩层（岩体）和地表垮落开裂性破坏。3.1.采场采动影响的分布特征在采用长壁全部垮落采煤法的情况下，采空区顶、底板岩层及所采煤层本身中的采动影响，按其性质