覆岩破坏规律与水体下采煤技术修改--.doc

煤矿覆岩破坏规律与水体下开采技术（摘要） 煤炭科学研究总院文学宽 2008年9月18日 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； 近水体煤层开采的可行性评价及开采上限的合理确定； 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的制定； “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、利比亚、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： 予成裂隙假说： 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： 1、覆岩切冒型破坏 破坏形态： 既不像有规律的“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。 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 （m） 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 80~150 30~35 0~3 80~150 30~35 —— —— —— —— 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 9~30m 0~6m 30~40m 以上 9~30m 0~6m —— 3~21m （煤层） 3~7m （煤层） △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 2、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，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。 3、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、破碎形成岩块堆，其特点： 不规则