煤矿覆岩破坏规律及近水体煤层开采技术

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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一、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。二、覆岩破坏的研究简史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

2、于覆岩的复杂性、现场实测条件的限制，至今未形成系统的理论。目前应用比较广泛的理论或假说：拱形垮落理论：悬梁（或悬板）垮落理论：垮落岩块碎胀充填理论：垮落岩块铰接理论：三、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。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，按其性质及程度可分为

3、三个区带，即：应力微变化区；微小变形与移动区；开裂垮落性破坏区。以上这三个区带的范围大小主要受采厚、倾角、岩性、地层结构等影响。下面以中等硬度岩（煤）层为例，说明采场采动影响的分布特征：采动影响部位采动影向性质不同煤层倾角采动影响范围（米）采动影响后果≤35°36~54°≥55°工作面前(后)方所采煤层本身应力微变化区微小变形与移动区开裂垮落性破坏区80~15030~350~380~15030~35————————巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变巷道维护困难,隔水性微受影响，透气性增加巷道不能维护、隔

4、水（气）性完全破坏采空区上（下）侧所采煤层本身应力微变化区微小变形与移动区开裂垮落性破坏区（下侧）80~100*(下侧）15~25**(下侧）2~3（上侧）40~60（上侧）10~30（上侧）2~5（上侧）30~50（上侧）10~30（上侧）5~20巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变巷道维护困难,隔水性微受影响，透气性增加巷道不能维护、隔水（气）性完全破坏采空区顶板岩层整体移动带开裂性破坏带垮落性破坏带30~40m以上9~30m0~6m30~40m以上9~30m0~6m——3~21m（煤层）3~7m（煤

5、层）△巷道有可能维护、透气性增加，隔水性微受影响△巷道难以维护，隔水（气）性完全破坏△巷道不能维护，隔气性完全破坏，无隔水、泥、砂能力采空区底板岩层鼓胀开裂带微小变形与移动带应力微变化带8~15***20~25****60~80————————————△△巷道难以维护，隔水（气）性受破坏△△巷道可以维护、隔水（气）性受破坏巷道维护容易，透气性微增，隔水性不受影响采场采动影响的分布特征注：m——采厚覆岩切冒型破坏破坏形态：既不象有规律的“三带”型破坏，又不象非均衡破坏那样逐渐向上抽冒，而是突然一次性的由煤层

6、顶板直达地表。垮落下来的岩块与未垮落岩体之间的裂隙形如刀切。破坏特点：垮落岩体呈反漏斗形状；单次垮落的面积大；垮落范围小于开采范围；地表下沉均匀，周边裂隙宽度达0.5m，深不见底。产生条件：覆岩整体性强，坚硬难冒，如大同矿区单向抗压强度80-200MPa。开采煤层厚度大，开采深度小，如大同煤厚5-6m，采深100m以内。覆岩拱冒型破坏破坏形态：覆岩在局部地方或大面积发生垮落，但发展到一定高度后形成悬顶、垮落的范围呈拱形。破坏特点：近煤层的顶板岩层受到破坏、远离煤层的顶板岩层不受到破坏；采空区周围垮落高度小

7、，中央垮落高度大，类似拱形；垮落有时瞬时发生，有时是逐次发生；产生条件：开采范围小或巷道掘进时；长壁开采初次放顶时；垮落条带法开采；急倾斜煤层回采区段的倾斜及走向长度较小。覆岩“三带”型破坏：采用全部垮落法处理采空区的长壁工作面煤层采出后，从煤层直接顶板开始，由下向上依次垮落、开裂、离层、弯曲经过若干时间终止移动。从特殊开采需要出发、对移动期间和移动稳定后的上覆岩层，按其破坏程度的不同，大致可分为垮落带、裂隙带、弯曲带。覆岩垮落带破坏长壁工作面回柱放顶或移架后，与煤层毗邻的直接顶失去支撑力，垮落、破碎形成

8、岩块堆，其特点：不规则性。垮落带下部为不规则垮落。垮落带内岩块不能传递水平力，控顶范围内垮落带的岩层重量由支柱或支架支撑。膨胀性。岩石的碎胀性使垮落带岩石的体积增大，使垮落带与未垮落顶板岩层下方的自由空间逐渐变小，使垮落不再继续。高度控制因数。垮落带与煤层采厚、上覆岩层岩性、碎胀系数、煤层倾角和直接顶厚度。覆岩裂隙带破坏垮落带之上的和整体移动带之间的岩层产生断裂或裂缝。其特点：岩层破坏有规则：无论是垂直岩层面或平行岩层面的裂缝