采动裂缝平面分布规律研究.pdf

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1、第5期矿山测量NO．52011年10月MINESURVEYING0ct．2011采动裂缝平面分布规律研究郑辉，李亮，吴侃。，赵鑫(1．兖州煤业股份有限公司，山东邹城273500；2．中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221116)摘要：采动引起的地表裂缝是关系到水工建筑物能否安全运行的重要问题。文中对开采引起的裂缝平面分布规律进行研究，通过对实测地表裂缝分布情况的分析，得到确定裂缝分布范围的角量参数、裂缝的动态发育规律，最后分析了裂缝与导致裂缝发育的水平变形关系，对安全生产有一定指导意义。关键词：

2、裂缝；平面分布；角量参数；动态发育规律中图分类号：TD823．83文献标识码：B文章编号：1001—358X(2011)05—0077—03鲁西南平原的兖州矿区，其内河流较多，主要有连线与水平线在煤柱一侧的夹角为稳定裂缝角；泗河、白马河、洗府河、幸福河、辽沟河、沙河等，河道一2月13日裂缝下压煤约占基础储量的23％。突出矛盾在于水体下一1月13日裂缝的煤炭资源需要开采，然而煤层的开采会引起河道的下沉，极大的降低堤防的防洪能力，此外还会造成三F}5305作向大量地表和堤防裂缝，使得堤防的边坡稳定性及防

3、作曲J，差渗能力受到严重损害，贯穿滩地与护堤地的裂缝可方向能会形成水流通道，使堤防丧失防洪能力。如果河流和湖泊的安全问题无法解决，开采带来的人身伤I害与经济损失将无法估量。日位置裂缝是关系到水工建筑物能否安全运行的重要位置l、；lP。-肘__一问题，开采引起的地表和堤防裂缝从两方面进行研究：①裂缝的平面分布规律；②裂缝的深度发育规l律。本文主要通过采动引起的裂缝分布实测数据，研究得到裂缝的平面分布规律。(a)1月31日(b)2月13日1采动裂缝分布实测图15305工作面开采实测堤防裂缝位置为了研究开

4、采引起的地表裂缝分布情况，在位(2)动态裂缝角：在工作面开采过程中，在地表于泗河水体下的鲍店矿5305观测站对采动过程中移动盆地的主断面上，移动盆地内最外侧的地表裂的地表裂缝进行了观测记录。图1为5305工作面缝至采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角开采地表和堤防裂缝分布情况。为动态裂缝角；(3)裂缝还原角：在工作面开采过程中，裂缝宽2地表裂缝分布范围确定度达到最大值后开始还原的位置至采空区边界的连为了确定开采引起的裂缝各个时期在地表的分线与水平线在煤柱一侧的夹角为裂缝还原角。布范围，给出如下几

5、个角量定义：鲍店矿5305工作面走向方向上煤层埋深为330(1)稳定裂缝角：在充分采动或接近充分采动m，上山方向煤层埋深250m。在工作面开采基本稳条件下，沉陷基本稳定后，在地表移动盆地的主断面定后，走向最外侧裂缝距工作面边界位置距离157上，移动盆地内最外侧的地表裂缝至采空区边界的m，上山方向最外侧裂缝距工作面边界位置距离12577第5期矿山测量2011年l0月m。司得：只有当相邻工作面的开采，或者人工充填，或者经历走向稳定裂缝角：较长时间的自然作用才能闭合。回采工作面上方的6"=arctan(H

6、)=arctan(丽330．)=64裂缝区是随着工作面的向前推进而前移的。当已开．6。(1)采的面积大于裂缝临界开采面积后，在采空区周边上山稳定裂缝角：上方出现裂缝区域(图3a)；当采空区面积连续增”。=arctan(孚)=arctan【250),=63．4o(2)大，切眼、上山、下山边界上方的裂缝区域扩大，而工作面上方地表裂缝区向前移动。先前的裂缝区逐渐在工作面动态开采过程中，走向上最外边界裂进入压缩变形区，产生的裂缝逐步还原，而在裂缝区缝距工作面边界位置距离135m，还原裂缝位于工作外侧则产生新

7、的裂缝(图3a一图3c)。工作面继续面前方21m。可得：推进各边界上方裂缝区范围不再扩大，工作面上方走向动态裂缝角：裂缝有规律的前移(图3c一图3e)。工作面停采后，。=arctan(孚)=arct两330)．：67．8。(3)裂缝还原角：二二]=arcfan(孚)=arccan()=86-4o(4)走向方向裂缝分布情况如图2。地表1231一裂缝开始还原位置；2一工作面推进过程中裂缝最外边界；3一工作面开采结束并稳定后裂缝最外边界。图2裂缝角分布位置图在工作面推进过程中工作面前方地表114rfl范围

8、(1点～2点之间，即动态裂缝角与裂缝还原角之间)是裂缝发育最为剧烈的位置，对河堤来说是最危险的位置。3裂缝动态发育规律裂缝并非地表沉陷一开始就产生的，而是工作面推进至一定面积，地表某一点的主应力达到裂缝临界值后开始逐步形成的。地表有一点处于裂缝临界状态时，已开采的面积称为裂缝临界开采面积。裂缝临界开采面积的大小取决于开采深度、开采厚度、上覆岩层的物理力学性质和结构等因素。产生4裂缝宽度与水平变形关系裂缝的临界值则主要取决于地表土的物理力学性质引。从前面的分析可知，裂缝