云駕嶺煤礦采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)分布特征模擬研究

孫福龍，李奇賢，李克相，馬新根，孫 京，栗 磊，王冰山，郭建忠

（1.華能煤炭技術(shù)研究有限公司，北京 100070；2.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，北京 100013；3.華能云南滇東能源有限責(zé)任公司礦業(yè)分公司白龍山煤礦，云南 曲靖 655508）

0 引言

能源是世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類賴以生存的基礎(chǔ)，當(dāng)前煤炭仍是全球燃料供應(yīng)的主要組成部分，占全球所有能源消耗的27%[1]。然而煤炭開采勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致覆巖移動(dòng)和破壞，采動(dòng)誘導(dǎo)的裂隙帶相互導(dǎo)通，出現(xiàn)瓦斯運(yùn)移通道，卸壓瓦斯則會(huì)沿著瓦斯運(yùn)移通道的升浮、擴(kuò)散并儲(chǔ)集于裂隙帶頂部。高瓦斯礦井?dāng)?shù)量占我國重點(diǎn)煤礦數(shù)量的70%以上，高瓦斯礦井采場(chǎng)瓦斯涌出量大，并在工作面、采空區(qū)、頂板裂隙帶中呈分區(qū)富集規(guī)律，導(dǎo)致工作面瓦斯異常涌出風(fēng)險(xiǎn)居高不下，易引發(fā)瓦斯動(dòng)力災(zāi)害[2]。為了避免此類災(zāi)害的出現(xiàn)，就必須有效掌握采動(dòng)過程中采場(chǎng)覆巖移動(dòng)垮落演化規(guī)律，明確煤巖層裂隙分布特征。

在煤層開采過程中，采場(chǎng)上覆巖層會(huì)在采動(dòng)作用下發(fā)育大量裂隙，目前大量學(xué)者針對(duì)采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)方面已經(jīng)做了大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐工作，并取得了一定的研究成果。劉天泉[3]針對(duì)采動(dòng)裂隙帶確立了“橫三區(qū)”和“豎三帶”；錢鳴高等[4-5]基于關(guān)鍵層理論分析了上覆巖層采動(dòng)裂隙分布特征，揭示了長(zhǎng)壁工作面覆巖采動(dòng)裂隙的兩階段發(fā)展規(guī)律，提出了采動(dòng)裂隙“O”形圈；李樹剛等[6-8]認(rèn)為采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)在空間上呈橢圓帶分布特征；劉澤功等[9]基于上覆巖層冒落特征和裂隙發(fā)育機(jī)理，發(fā)現(xiàn)上風(fēng)巷上部靠采空區(qū)一端會(huì)形成“環(huán)形裂隙圈”；楊科等[10-11]將采動(dòng)裂隙分布特征劃分為“∩”形高帽狀、前低后高駝峰狀、前后基本持平駝峰狀、前高后低的駝峰狀；尹光志等[12-13]認(rèn)為采動(dòng)覆巖裂隙在空間呈“類梯形臺(tái)”分布，且低位巖層呈“圓角矩形”，中高位呈“O”形；王志國等[14]基于相似材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了覆巖采動(dòng)巖體裂隙分布特征，描述了采動(dòng)巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的分布特征；王家臣等[15]和楊勝利等[16]探究了長(zhǎng)壁矸石充填開采上覆巖層移動(dòng)特征；林海飛等[17-18]探究了煤層群重復(fù)采動(dòng)后覆巖裂隙分布特征，明確了卸壓瓦斯儲(chǔ)運(yùn)區(qū)演化規(guī)律；李奇賢[19]利用相似材料物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段對(duì)采場(chǎng)覆巖裂隙分布形態(tài)展開了研究；焦彥錦等[20]開展了采空區(qū)覆巖“豎三帶”孔隙率三維分布研究，建立了采空區(qū)孔隙率三維分布模型；吳群英等[21]基于自建的采動(dòng)覆巖離層率空間分布的計(jì)算方法分析了重復(fù)采動(dòng)覆巖離層率空間分布特征。

基于此，為了更為清晰和直觀地研究邯鄲礦務(wù)局云駕嶺煤礦12305 工作面采動(dòng)后的覆巖裂隙場(chǎng)發(fā)育演化規(guī)律，通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相似模擬實(shí)驗(yàn)和UDEC 數(shù)值模擬手段還原井下煤體推進(jìn)全過程，利用三維靜態(tài)變形測(cè)量系統(tǒng)對(duì)采場(chǎng)覆巖移動(dòng)特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)近距離對(duì)覆巖垮落特征進(jìn)行記錄，以認(rèn)識(shí)采場(chǎng)覆巖移動(dòng)規(guī)律和采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)空間分布情況。

1 工程概況

云駕嶺煤礦隸屬冀中能源邯礦集團(tuán)，位于河北省武安市西北約5.0 km 處，12305 工作面走向長(zhǎng)度845 m，傾向長(zhǎng)度125 m，主采2 號(hào)煤層，煤層傾角22°～32°，無陷落柱等復(fù)雜構(gòu)造，煤層平均厚度約為3.7 m，上覆巖層的厚度為550 mm，研究區(qū)域地層結(jié)構(gòu)如圖1 所示。工作面主要存在著瓦斯涌出量大，頂板裂隙帶中呈分區(qū)富集規(guī)律的問題。采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式回采，綜采一次采全高。12305 工作面位于井田二采區(qū)、四采區(qū)東部，北部以云駕嶺礦與郭二莊礦隔離煤柱線為界；南部以主暗斜井、副暗斜井保護(hù)煤柱為界；西部以-180 m 標(biāo)高水平切割煤層為界；東部以-550 m 標(biāo)高水平煤層為界。

圖1 云駕嶺煤礦12305 工作面地層柱狀圖Fig.1 Stratigraphic histogram of 12305 working face in Yunjialing Coal Mine

2 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)相似模擬實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)條件與方案

2.1.1 實(shí)驗(yàn)條件

1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)平臺(tái)選用長(zhǎng)×寬×高：2 500 mm×180 mm×1 400 mm 的CM250/18 平面應(yīng)變實(shí)驗(yàn)臺(tái)，如圖2（a）所示，其巖層鋪設(shè)的最大高度為1 085 mm；選用三維靜態(tài)變形測(cè)量設(shè)備對(duì)采場(chǎng)覆巖下沉分布規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖2（b）所示。三維靜態(tài)變形測(cè)量設(shè)備工作原理是依據(jù)高分辨率專業(yè)相機(jī)對(duì)開挖前后的采場(chǎng)覆巖進(jìn)行拍攝，通過多角度拍攝的相片利用三維靜態(tài)變形測(cè)量設(shè)備自帶的計(jì)算方法進(jìn)行三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以獲取不同開挖階段的采場(chǎng)覆巖區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，同時(shí)利用攝影測(cè)量工程得到各個(gè)開挖階段的位移矢量圖。該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)為：可獲得三維坐標(biāo)、位移變形數(shù)據(jù)；測(cè)量結(jié)果三維顯示；快速、簡(jiǎn)單、高精度，操作簡(jiǎn)單、攜帶方便；在各個(gè)方向上的變形分量可計(jì)算及顯示。

圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備Fig.2 Experimental equipment

2）模型相似條件：依據(jù)12305 工作面工程條件和實(shí)驗(yàn)室CM250/18 平面應(yīng)力實(shí)驗(yàn)臺(tái)規(guī)格的限制，本次物理模擬實(shí)驗(yàn)采用平面應(yīng)力模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶缀蜗嗨票菴L為100，巖層容重相似比Cρ為1.47，進(jìn)而得到應(yīng)力比（Cσ=CL×Cρ）為147。

3）相似材料的選擇與配比：相似材料主要有河沙、石膏、大白粉、粉煤灰，以云母片相鄰層之間的巖層弱化分層材料。根據(jù)相似條件，確定的相似材料配比方案見表1。

表1 模擬實(shí)驗(yàn)相似材料配比方案Table 1 Ratio scheme of similar material in the simulation experiment

4）工作面推進(jìn)設(shè)計(jì)：在煤層兩端各預(yù)留設(shè)50 m的邊界煤柱，推進(jìn)距離設(shè)置為5 m，待上覆巖層穩(wěn)定后，利用三維靜態(tài)變形測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，并記錄覆巖垮落高度、裂隙場(chǎng)分布特征等參數(shù)。

2.1.2 監(jiān)測(cè)方案

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸膊贾昧?0 條監(jiān)測(cè)線，X軸方向每條監(jiān)測(cè)線上布置了24 個(gè)采集點(diǎn)，間隔距離為100 mm；Y軸方向每條監(jiān)測(cè)線上布置了24 個(gè)采集點(diǎn)，1 號(hào)監(jiān)測(cè)線～8 號(hào)監(jiān)測(cè)線上采集點(diǎn)的間隔距離為100 mm，而9 號(hào)監(jiān)測(cè)線～10 號(hào)監(jiān)測(cè)線上采集點(diǎn)的間隔距離為25 mm，如圖3 所示。

圖3 監(jiān)測(cè)線布置方案Fig.3 Layout scheme of monitoring line

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)分布特征

圖4 為直接頂跨落后覆巖裂隙場(chǎng)空間分布特征。由圖4 可知，推進(jìn)距離達(dá)到35 m 后，在采動(dòng)作用下，直接頂出現(xiàn)初次垮落，覆巖層出現(xiàn)少量明顯的橫向離層裂隙，離層和垮落高度依次為6.2 m 和1.8 m；推進(jìn)距離達(dá)到40 m 后，第一次垮落的煤巖體不能完全充填采空區(qū)，直接頂在自身重力的作用下再次破斷，離層裂隙橫向發(fā)育，離層高度仍為6.2 m，垮落高度為3.0 m，該階段內(nèi)采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)處于產(chǎn)生階段。

圖4 直接頂跨落后覆巖裂隙場(chǎng)分布特征Fig.4 Distribution characteristics of overburden fracture field behind direct roof collapse

圖5 為基本頂垮落后覆巖裂隙場(chǎng)分布特征。由圖5 可知，推進(jìn)距離達(dá)到60 m 后，基本頂離層加劇，出現(xiàn)第一次垮落，垮落高度為10.8 m，工作面?zhèn)扰c開切眼側(cè)破斷角為57°和54°，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)內(nèi)破斷裂隙與離層裂隙分布范圍明顯增大，裂隙場(chǎng)呈現(xiàn)梯形分布形態(tài)；推進(jìn)距離達(dá)到75 m 后，第一次周期來壓出現(xiàn)，來壓步距15 m，垮落高度達(dá)27.7 m，工作面?zhèn)扰c開切眼側(cè)的破斷角分別為54°和54°，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)呈躍進(jìn)態(tài)勢(shì)向上發(fā)展，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)處于擴(kuò)展階段，且呈等腰梯形分布形態(tài)；推進(jìn)距離達(dá)到85 m 后，第二次周期來壓出現(xiàn)，來壓步距10 m，垮落高度達(dá)36.4 m，工作面?zhèn)扰c開切眼側(cè)的破斷角分別為56°和56°，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)中下部裂隙開始被壓實(shí)，而兩側(cè)和上部裂隙仍然較為發(fā)育，總體上繼續(xù)沿著推進(jìn)方向向上和向前擴(kuò)展；推進(jìn)距離達(dá)到150 m 時(shí)，第七次周期來壓出現(xiàn)，來壓步距為14 m，該階段內(nèi)采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)處于壓實(shí)階段，兩端裂隙呈交錯(cuò)折疊狀發(fā)育，下部和上部裂隙處于被壓實(shí)趨于閉合，綜上可知，隨著開挖工作的推進(jìn)，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)不斷逐步向較高層位和推進(jìn)方向發(fā)育，而當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)中下部裂隙被不斷壓實(shí)，而兩端裂隙仍較為發(fā)育，整體上裂隙密度逐步減小，整體來看采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)呈梯形分布特征，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)主要經(jīng)歷產(chǎn)生、擴(kuò)展和壓實(shí)三個(gè)階段。

圖5 基本頂垮落后覆巖裂隙場(chǎng)分布特征Fig.5 Distribution characteristics of overburden fracture field behind main roof collapse

2.2.2 采動(dòng)覆巖下沉參數(shù)演化

圖6 為不同推進(jìn)距離頂板巖層下沉曲線。由圖6 可知，推進(jìn)距離達(dá)到60 m 后，8 號(hào)監(jiān)測(cè)線所在覆巖區(qū)域率先出現(xiàn)了負(fù)向位移，即下沉方向的位移，最大位移量位于采空區(qū)覆巖走向中部位置，達(dá)到29.2 mm，而1 號(hào)監(jiān)測(cè)線～7 號(hào)監(jiān)測(cè)線下沉量較小，該區(qū)域覆巖只是產(chǎn)生了離層裂隙；推進(jìn)距離達(dá)到75 m 后，7 號(hào)監(jiān)測(cè)線所在覆巖區(qū)域出現(xiàn)了較大負(fù)向位移，意味著該區(qū)域覆巖出現(xiàn)了垮落，7 號(hào)監(jiān)測(cè)線和8號(hào)監(jiān)測(cè)線的最大位移量依次為26.6 mm 和31.3 mm，均出現(xiàn)在空區(qū)覆巖走向中部位置；推進(jìn)距離達(dá)到85 m 后，6 號(hào)監(jiān)測(cè)線所在覆巖區(qū)域出現(xiàn)了較大負(fù)向位移，達(dá)到25.5 mm；推進(jìn)距離達(dá)到150 m 后，1 號(hào)監(jiān)測(cè)線～5 號(hào)監(jiān)測(cè)線所在覆巖水平也都出現(xiàn)了較大下沉，覆巖出現(xiàn)整體垮落。綜上可知，隨著推進(jìn)距離的增加，采空區(qū)覆巖各區(qū)域下沉量隨著巖層垮落逐步向上位巖層擴(kuò)張。推進(jìn)初期，覆巖受采動(dòng)作用影響較小，垮落范圍較小，到了推進(jìn)后期，因關(guān)鍵層的垮落，出現(xiàn)了整體垮落。

圖6 不同推進(jìn)距離頂板巖層下沉曲線Fig.6 Subsidence curve of roof strata with different advancing distances

為了定量表征采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)的空間發(fā)育程度，以離層率指標(biāo)來描述裂隙分布特征，離層率可以通過相鄰層位間的覆巖沉降差值與層間距比值求得，離層率值越大，則代表該區(qū)域內(nèi)采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)發(fā)育程度越大[2,22]，計(jì)算見式（1）。

式中：k為離層率；w1為覆巖底部下沉量；w2為覆巖頂部下沉量；Σh為覆巖的巖層總厚度。

圖7 為不同推進(jìn)距離下的頂板巖層離層率曲線。由圖7 可知，推進(jìn)距離為60 m 后，2 號(hào)煤層上方10～20 m 覆巖區(qū)域內(nèi)離層率曲線呈現(xiàn)“單峰”狀分布，這表明隨著工作面推進(jìn)的影響，采空區(qū)正上方的10～20 m 覆巖區(qū)域內(nèi)率先出現(xiàn)裂隙；推進(jìn)距離為75 m 后，2 號(hào)煤層上方10～20 m 覆巖區(qū)域內(nèi)離層率出現(xiàn)一大一小的“雙峰”狀分布，大波峰位于開切眼一側(cè)，且波谷位于采空區(qū)中部，2 號(hào)煤層上方20～30 m 覆巖區(qū)域內(nèi)離層率呈現(xiàn)“單峰”狀分布；推進(jìn)距離為85 m 后，在2 號(hào)煤層上方10～20 m 和20～30 m覆巖區(qū)域內(nèi)離層率曲線均呈現(xiàn)出一大一小“雙峰”狀分布，而位于2 號(hào)煤層上方30～40 m 覆巖區(qū)域內(nèi)離層率曲線呈現(xiàn)“單峰”狀分布，推進(jìn)距離為75 m 和85 m 的離層率曲線特征表明隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，在采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)不斷向上部巖層和推進(jìn)方向巖層發(fā)育的同時(shí)，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)中下部裂隙逐漸被壓實(shí)，而開切眼及工作面兩端區(qū)域的離層裂隙在煤壁支撐作用下仍持續(xù)發(fā)育，開切眼受到重復(fù)采動(dòng)作用更劇烈，裂隙發(fā)育程度相對(duì)較高；推進(jìn)距離達(dá)到150 m 后，采空區(qū)上方覆巖各個(gè)區(qū)域內(nèi)離層率曲線整體上呈“雙峰”形分布，覆巖中部區(qū)域的裂隙較少，幾乎被壓實(shí)，開切眼和煤壁兩端區(qū)域裂隙較多，同時(shí)覆巖各個(gè)區(qū)域的裂隙場(chǎng)發(fā)育寬度自下而上依次減小，表明采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)整體上成梯形空間分布形態(tài)。

圖7 不同推進(jìn)距離下的頂板巖層離層率曲線Fig.7 Fracture rate curve of roof strata with different advancing distances

2.2.3 采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)分布特征

圖8 為老頂垮落后覆巖位移場(chǎng)分布特征。由圖8 可知，推進(jìn)距離達(dá)到60 m 后，8 號(hào)監(jiān)測(cè)線～10 號(hào)監(jiān)測(cè)線的位移矢量箭頭出現(xiàn)明顯的擾動(dòng)現(xiàn)象，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域中部的位移矢量箭頭偏轉(zhuǎn)方向?yàn)榇怪毕蛳拢瑑啥说奈灰剖噶考^偏轉(zhuǎn)方向?yàn)橄騼蓚?cè)偏轉(zhuǎn)，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域呈現(xiàn)矩形分部特征；推進(jìn)距離達(dá)到75 m 后，7 號(hào)監(jiān)測(cè)線上的位移矢量箭頭出現(xiàn)較大運(yùn)移，存在明顯位移擾動(dòng)現(xiàn)象，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域呈現(xiàn)梯形分布特征，即推進(jìn)區(qū)域中部的位移矢量箭頭的偏轉(zhuǎn)方向垂直向下，兩端的位移矢量箭頭的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)橄騼蓚?cè)偏轉(zhuǎn)，且位移擾動(dòng)區(qū)域范圍自下而上減小；推進(jìn)距離達(dá)到85 m 后，6號(hào)監(jiān)測(cè)線上的位移矢量箭頭出現(xiàn)較大運(yùn)移，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域仍然呈現(xiàn)梯形分布特征，在非明顯位移擾動(dòng)區(qū)域的左側(cè)，即工作面?zhèn)鹊牟糠治灰剖噶考^開始出現(xiàn)順時(shí)針方向偏轉(zhuǎn)，說明該處的巖層已經(jīng)開始出現(xiàn)變形移動(dòng)；推進(jìn)距離達(dá)到150 m 后，所有監(jiān)測(cè)線上的位移矢量箭頭均存在明顯位移擾動(dòng)區(qū)域，推進(jìn)區(qū)域中部的位移矢量箭頭的偏轉(zhuǎn)方向垂直向下，兩側(cè)的位移矢量箭頭的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)橄騼蓚?cè)偏轉(zhuǎn)，而在非明顯位移擾動(dòng)區(qū)域的位移矢量箭頭整體上均受到擾動(dòng)。

圖8 老頂垮落后覆巖位移場(chǎng)分布特征Fig.8 Distribution characteristics of displacement field of overlying rock behind main roof collapse

綜上可知，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域分布整體上呈現(xiàn)隨著工作面推進(jìn)不斷逐步向較高層位和推進(jìn)方向的發(fā)育。在老頂初次垮落時(shí)候，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域呈現(xiàn)矩形分布，但隨著工作面推進(jìn)持續(xù)進(jìn)行，乃至上覆巖層整體垮落后，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)域呈現(xiàn)梯形分布。

3 采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)模擬研究

3.1 幾何模型與物理參數(shù)

在采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)相似模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇UDEC 離散元數(shù)值模擬軟件來探究云駕嶺12305工作面不同開挖階段的覆巖裂隙發(fā)育規(guī)律。覆巖巖石力學(xué)行為采用彈塑性力學(xué)模型，服從Mohr-Coulomb 變形準(zhǔn)則。待開挖煤層上覆巖層厚度為550 m，覆巖主要為粉砂巖、中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、泥巖和砂泥巖互層等，覆巖巖性力學(xué)參數(shù)見表2。建立模型尺寸的長(zhǎng)×高為250 m×108.5 m，上覆各個(gè)巖層的具體幾何尺寸見表1，整體模型如圖9 所示。模型水平方向兩端設(shè)置法向位移約束，底部邊界設(shè)置法向位移約束，頂部邊界則設(shè)置載荷邊界條件，其荷載依據(jù)原始地應(yīng)力大小施加，即施加均布荷載13.75 MPa。

表2 模型力學(xué)參數(shù)Table 2 Model mechanical parameters

圖9 數(shù)值模擬模型Fig.9 Numerical simulation model

3.2 模擬結(jié)果與分析

圖10 為采動(dòng)裂隙分布特征圖。由圖10 可知，推進(jìn)距離達(dá)到30 m 后，采場(chǎng)覆巖出現(xiàn)明顯的順層離層裂隙，離層高度達(dá)到8.6 m；推進(jìn)距離達(dá)到60 m 后，垮落高度最大達(dá)到9.0 m，采場(chǎng)覆巖發(fā)生垮落，將采空區(qū)中部裂隙壓實(shí)，采動(dòng)裂隙場(chǎng)呈梯形分布，裂隙發(fā)育區(qū)位于采空區(qū)頂部、煤壁后方與開切眼附近，且有向上發(fā)育的趨勢(shì)，離層高度達(dá)到35.1 m；推進(jìn)距離達(dá)到80 m 后，采場(chǎng)覆巖最大垮落高度達(dá)11.4 m，采空區(qū)中部裂隙壓實(shí)區(qū)范圍隨著工作面推進(jìn)不斷擴(kuò)大，煤壁后方及開切眼區(qū)域裂隙發(fā)育區(qū)范圍基本不變，但采場(chǎng)上部離層裂隙向上發(fā)育的趨勢(shì)明顯增加，離層高度達(dá)59.8 m；推進(jìn)距離達(dá)到150 m 后，采動(dòng)裂隙場(chǎng)發(fā)育呈現(xiàn)周期前移的特征，這是由于工作面推進(jìn)工作的影響，覆巖垮落形成周期來壓現(xiàn)象，使工作面端的裂隙隨著周期來壓作用的影響前移，在覆巖縱向方向上，覆巖移動(dòng)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致采空區(qū)在縱向方向上的裂隙趨于穩(wěn)定。

圖10 采動(dòng)裂隙分布特征圖Fig.10 Distribution characteristics of mining-induced fractures

綜上可知，采空區(qū)中部與煤壁后方和開切眼附近區(qū)域采動(dòng)裂隙演化規(guī)律截然不同，采空區(qū)中部區(qū)域，采動(dòng)裂隙隨著上覆巖層破斷垮落迅速增加，但隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，垮落巖層被上覆巖層壓實(shí)，采動(dòng)裂隙逐漸減小。煤壁后方和開切眼附近區(qū)域，邊界煤柱和垮落巖層形成三角形的采動(dòng)裂隙區(qū)域，且未出現(xiàn)壓實(shí)的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

1）隨著開挖工作的不斷推進(jìn)，采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)呈梯形分布特征，不斷逐步向較高層位和推進(jìn)方向發(fā)育，其中下部裂隙被壓實(shí)，兩端裂隙較為發(fā)育，整體上裂隙密度逐步減小。采動(dòng)覆巖裂隙場(chǎng)內(nèi)裂隙經(jīng)歷產(chǎn)生、擴(kuò)展和壓實(shí)三個(gè)階段，離層率先后經(jīng)歷“單峰”和“雙峰”兩個(gè)分布形態(tài)。

2）采空區(qū)中部與煤壁后方和開切眼附近區(qū)域采動(dòng)裂隙演化規(guī)律截然不同，采空區(qū)中部區(qū)域，采動(dòng)裂隙隨著上覆巖層破斷垮落而增加，但隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，垮落巖層被上覆巖層壓實(shí)，采動(dòng)裂隙逐漸減小，煤壁后方和開切眼附近區(qū)域，邊界煤柱和垮落巖層形成三角形的采動(dòng)裂隙區(qū)域。

3）采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)隨著工作面推進(jìn)向高層位和推進(jìn)方向發(fā)育，開采初期呈現(xiàn)矩形分布，而后隨工作面的推進(jìn)，采動(dòng)覆巖位移場(chǎng)影響區(qū)則呈現(xiàn)梯形分布，中部的位移矢量箭頭垂直于底板，開切眼和工作面端位移矢量分別呈逆時(shí)針和順時(shí)針偏轉(zhuǎn)。