煤炭科学技术200809大同矿区地表沉陷类型及成因初探.docVIP

煤炭科学技术地表塌陷机理在采空区部分煤柱丧失承载能力后，上部覆岩将围岩应力转移到周边仍具有一定承载力的尚未完全失效的煤柱上。Datong Mining Area Huang Qing-guo1，ZhAO Jun2 (1.School of Technology, Shanxi Datong University, Datong,037003,China; 2.Technology Center，Datong Coal Mine Group Corporation Ltd, Datong 037003,China;) Abstract: In order to study the large-scale subsidence causes in Datong Mining Area,the paper analyzed the different type subsidence occurred with different coal mining methods and summarized the large area roof failing features of the hard roof in datong area.Meanwhile,a simulation was conducted on the coal pillar stressed condition and the surface subsidence mechanism before the roof in the coal mining face failed down.The conclusion was as followings;When some coal pillars in the goaf lost the loading capacity,the above strata would pass the stress of the surrounding rock to the nearby coal pillars with certain loading capacity but not lalling down yet.Then the nearby coal pillars would be failure and cause “domino”linked failure effect.Finally,the hard roof would be failed down and a large scale surface subsidence occurred. Key words: Datong Mining area; subsidence type; Coal pillar; falling down 大同矿区煤顶板坚硬，普遍存在有厚层状整体砂岩顶板，普氏系数采后顶板难以垮落，形成大面积悬隐患岩层破坏和地表移动表现出特有的复杂性和特殊性地表沉陷变形不明显，但采空区覆岩一旦发生切冒，地表就将在短时间内产生突发性变形裂缝和沉陷，从而导致地表建筑物严重破坏，甚至造成房屋倒塌和人员伤亡的严重后果。20世纪70年代以后，虽然采取了科学的开采方法和顶板管理技术，但随着采空区面积不断增加，以及多煤层联合开采导致采煤沉陷对地表及其建筑物的破坏。据不完全统计，截止2001年底，大同矿区地表采煤沉陷区总面积1975年6月马脊梁矿402盘区2号煤长壁刀柱采空区发生大面积切冒，冒落区距地表垂深55.8~106m，煤层采厚5.5~6.7m，冒落面积12.5万m2，地面塌陷面积约7万m2，并形成一个近似椭圆形的环状塌陷坑，面积0.7万m2，深度0.7m，塌陷坑周围出现13条大裂缝，最大宽度3.6m。外围还有环状小裂缝，宽度0.10.4m。切冒引起的地震3.2级，附近房屋的窗户玻璃被震碎，全矿区都有 图冒落大面积冒落发生之前，由于大面积长时间空顶和后期回收煤柱引起的应力重新分布，在破坏之前，顶板和煤柱是处于较高应力水平的承载能力弱化阶段煤柱上的荷载达到其极限强度时，煤柱的承载能力降低到零，煤柱就会破坏。挖金湾矿青羊湾井404盘区832采区距地面垂深84～104m，煤层厚4～4.3m，老顶为中粗砂岩，节理、裂隙等断裂构造极不发育。采用房柱式开采，一次采全厚，房宽810m，房间煤柱68m。上覆岩层的容重约为γ＝2.5×104N/m3，煤的＝23煤柱上的荷载地表塌陷机理中Ⅰ区、Ⅱ区为拉应力区，Ⅱ区为拉应力集中区，Ⅲ区为拉压应力复合区，拉应力分布呈宽“U”字形，此范围内岩体发生拉破坏。Ⅲ区拉压复合，直接导致关键层在此部位受拉开裂。关键层上位岩体受弯曲应力的影响压应力集中，工作面底板受卸荷影响而应力降低。 （a）最大主应力 （b）最小主应力 图 地