綜采條件下軟弱覆巖破壞規(guī)律探測研究

（安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001）

摘要： 為探求水體下采煤提高回采上限的可能性和安全性，利用地面探測鉆孔進(jìn)行覆 巖破壞探測試驗(yàn)，試驗(yàn)表明了傾斜長壁綜采條件下軟弱覆巖的破壞發(fā)展高度較低，僅為常規(guī) 數(shù)值的50%左右，為條件類似礦井縮小防水煤柱、提高采煤上限提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：傾斜長壁采煤；覆巖破壞；防水煤柱

中圖分類號(hào)：TD32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A[WT]文章編號(hào)：16721098(2008)02001903

Detection and Research on Weak Overlaying Rock Failure Regularity Under the Co ndition of Fully Mechanized Mining

LIAO Xuedong

（School of Energy and Safety, Anhui University of Science and Technology, Huain an Anhui 232001,China） Abstract: In order to find the possibility and safety of coal exploitation underwater with reduced waterproof pillar at upper limit, the vertical boreholes wer e drilled from the surface to detectoverlaying rock failure. The experiments s howed that the height of weak overlaying rock failure is lower and only about 50 % conventional height values under the condition of inclined longwall fully mech anized mining. It provides an important reference to coal exploitation with redu ced waterproof pillar at upper limit in other coal mines with similar conditions .

Key words:inclined longwall mining；overlaying rock failure ；waterproof pillar

煤層開采改變了巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)，使得采場周圍巖體特別是上覆巖體發(fā)生移動(dòng)破壞 ，其破壞的范圍和程度直接決定著水體下采煤提高回采上限的可能性和安全性。因此，搞清 覆巖破壞規(guī)律是解放水體下壓煤量和保證礦井安全生產(chǎn)不可缺少的重要內(nèi)容。現(xiàn)場探測是準(zhǔn) 確獲得覆巖破壞狀況可靠數(shù)據(jù)的重要手段。通過對百善煤礦66采區(qū)三個(gè)傾斜長壁綜采工作面 覆巖破壞的發(fā)育高度及其分布形態(tài)進(jìn)行探測研究，獲得了一些有益的成果。

1區(qū)域地質(zhì)及開采條件

662、663、664工作面位于礦井北翼，是66采區(qū)三個(gè)沿傾斜并列的大條帶綜采面。主采二迭 系山西組的6煤層，厚度3 m左右，傾角一般為3°～7°，平均采深170 m左右。工作面上方有第四系松散層，平均厚度約125 m。煤層頂板及其上 覆巖層以泥質(zhì)巖居多，約占80%～90%，砂巖所占比例很少，約占20%～10%，且呈薄層狀?yuàn)A雜 在泥質(zhì)巖之間。 老頂?shù)某醮蝸韷翰骄酁?5～19 m，周期來壓步距為10～15 m， 強(qiáng)度一般較弱或中等偏弱。 覆巖類型總體為軟弱型(見表1)。[LM]表1觀測工作面采礦地質(zhì)特征

工作面[]平均采厚/m傾角/(°)工 作 面傾斜長/m[]走向長/m頂 板 巖 性直接頂[]老頂[ZB)W][]底板巖性[]覆巖巖性[]地 質(zhì)構(gòu)造662[]2.9[]5～7[]147[]800[][]泥巖為主[][JP2]泥質(zhì)巖為主，部分地段砂巖[ JP][]泥巖[]風(fēng)化軟弱[]簡單[BHDWG2]663[]3.0[]3～5[]147[]1 060[][]泥巖為主[][JP2]泥質(zhì)巖為主，部 分地段粉砂巖[JP][]細(xì)砂巖[]風(fēng)化軟弱[]簡單[BH]664[]3.0[]5～6[]137[]950[][]砂泥巖[]泥巖[]粉砂巖[]風(fēng)化軟弱[]簡 單

2探測鉆孔布置和探測方法

為探測冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)展高度，從地面向662、663、664三個(gè)傾斜長壁綜采工 作面的風(fēng)巷、機(jī)巷邊界及采面中部施工10個(gè)“兩帶”高度觀測孔(見圖1)。 各觀測孔松散層段用黃泥漿或化學(xué)泥漿鉆進(jìn)，孔徑127 mm，鉆進(jìn)至基巖面下 一定深度后擴(kuò)孔下套管，封閉止水合格后，再用108 mm孔徑繼續(xù)鉆進(jìn)和觀測 ，到煤層底板終孔。鉆進(jìn)過程中 進(jìn)行鉆孔沖洗液漏失量和鉆孔水位變化觀測，記錄鉆進(jìn)過程中各種異?，F(xiàn)象。根據(jù)沖洗液漏 失量、孔內(nèi)水位變化、巖芯破碎情況以及鉆進(jìn)中的各種異?，F(xiàn)象，經(jīng)過綜合分析來確定冒 落帶、導(dǎo)水裂縫帶的最大高度及破壞特征。 圖1662、663、664綜采面兩帶高度觀測孔位置示意圖3覆巖破壞形態(tài)及高度

3.1冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)展高度

通過對10個(gè)觀測鉆孔的有效實(shí)測資料進(jìn)行綜合分析，獲得“兩帶”高度的觀測數(shù)據(jù)(見表2) 。

表2662、663、664工作面冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶發(fā)展高度

由表2可知，66采區(qū)綜采工作面冒落帶高度為1.66～8.80 m，冒 采比為0.55～2.84；導(dǎo)水裂縫帶高度為9.12～27.80 m，裂采比為2.94～9.27。 由于覆巖軟弱，工作面中部鉆孔的冒落帶較低，甚至只見導(dǎo)水裂縫帶而無明顯的冒落帶。

3.2“兩帶”高度的發(fā)展形態(tài)

椐實(shí)測，傾斜長壁綜采工作面的覆巖破壞形態(tài)，沿平行工作面的剖面基本呈現(xiàn)為兩邊高 中間低的“馬鞍形”(見圖2)。采空區(qū)邊界的冒、裂高度與中部的冒、裂高 度之比為1.19～3.15(見表3)。圖2662綜采面兩帶高度發(fā)展形態(tài)表3綜采面兩帶高度發(fā)展特征

工作面部位662冒采比[]裂采比[ZB)W ][ ][]663冒采比[]裂采比[ZB)W][][] 664冒采比[]裂采比[ZB)W] 邊界2.785.492.844.721.389.27中部2.344.301.603.89/2.94比值1.191.281.781.21/3.15 4覆巖破壞規(guī)律

(1) 覆巖破壞與回采工藝的關(guān)系綜采工作面的突出優(yōu)點(diǎn)就是開采強(qiáng)度大，與一般的炮采相 比，具有采高大，回采速度快 和工作面長等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)在一定程度上決定了綜采面覆巖破壞的特殊性。由于采空區(qū)跨 度大和回采速度快，有利于覆巖的均勻彎曲下沉和裂縫的壓實(shí)，相對地起到減小開采空間的 作用，致使冒落帶高度較低。

(2) 覆巖破壞與采厚的關(guān)系開采是造成煤層上覆巖層破壞的主要因素。一般情況下，采厚 越大，覆巖破壞越嚴(yán)重， 冒落帶也就發(fā)展得越高。實(shí)際觀測表明，在采礦地質(zhì)條件幾乎相同的情況下，綜采面的C11孔、C12孔等一些鉆孔實(shí)測的冒裂帶高度，基本上是隨采厚的增加而增高的。

(3) 覆巖破壞與覆巖巖性及結(jié)構(gòu)的關(guān)系覆巖破壞高度與煤層上覆巖層結(jié)構(gòu)、巖性和風(fēng)化程 度有密切的關(guān)系。66采區(qū)三個(gè)綜采觀 測面上覆巖層中泥質(zhì)類巖層和強(qiáng)風(fēng)化的粉細(xì)砂巖占80%以上，同時(shí)這三個(gè)采面煤巖柱尺寸較 小，接近松散層底部開采，頂板巖層絕大多數(shù)已風(fēng)化，使粉細(xì)砂巖變軟、強(qiáng)度降低，泥質(zhì)類 巖層塑性增強(qiáng)，能夠抑制采動(dòng)冒落帶、裂縫帶向上發(fā)展，使覆巖破壞高度的發(fā)展受到嚴(yán)重限 制。

(4) 覆巖破壞與時(shí)間的關(guān)系實(shí)際觀測表明，觀測孔距回采工作面的距離或觀測滯后采動(dòng)的 時(shí)間對獲得冒裂帶最大高 度有一定影響。當(dāng)觀測鉆孔觀測滯后于回采僅23～30 d時(shí)，便能捕獲到冒落裂 縫最大發(fā)展高度；而當(dāng)滯后回采超過3個(gè)月時(shí)，冒落帶、裂縫帶高度便趨于明顯減小，個(gè)別 的冒落帶甚至基本消失。隨著滯后時(shí)間的延長，冒裂帶高度降低速率，采空區(qū)邊緣為1.29m/月，采空區(qū)中部為3 m/月。顯然，采空區(qū)中部冒裂高度的降低速 率比邊緣部位大，亦即采空區(qū)中部冒落裂縫壓實(shí)速率比邊緣大。

(5) 覆巖破壞與巖層及地表移動(dòng)時(shí)間的關(guān)系一般隨著井下煤層不斷開采，上覆巖 層逐漸彎曲變形、垮落，彎曲移動(dòng)直至波及地表，在地 表產(chǎn)生下沉。66采區(qū)三個(gè)綜采面開采后，地表下沉反映比較快，其tg β=1.70， 較大， 最大下沉速度滯后距為12 m，較小，說明煤層上覆巖層下沉比較快，冒落帶得 不到充分發(fā)展 。由于上部彎曲的巖層厚度比較大，導(dǎo)致地表拉伸變形增大，當(dāng)變形值超過表土層的抗拉強(qiáng) 度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。隨著綜采面的不斷推進(jìn)，工作面上方拉伸區(qū)出現(xiàn)了大致平行于開采邊界 的地表裂縫。在采深、采厚比平均為62的條件下，地表非連續(xù)變形如此劇烈，主要是由于綜 采面的采高和推進(jìn)速度的緣故。

5結(jié)論

（1） 傾斜長壁開采的覆巖破壞形態(tài)亦呈現(xiàn)為兩邊高、中間低的“馬鞍形”。軟弱 覆巖綜 采條件下的冒高采厚比為0.55～2.84，裂高采厚比為2.94～9.27，覆巖破壞高度較低，僅為 常規(guī)數(shù)值的50%左右。

（2） 遭受強(qiáng)烈風(fēng)化作用的基巖所具有的性能，具有抑制覆巖破壞高度發(fā)展的作用，特別 是在綜采的條件下，冒裂高度得不到充分發(fā)展，此種情況下對水體下采煤比較有利。但由于 地表水平變形值較大，對建筑物或鐵路下采煤不利。

參考文獻(xiàn)：

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(責(zé)任編輯：何學(xué)華)