综采条件下软弱覆岩破坏规律探测研究

（安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001）

摘要： 为探求水体下采煤提高回采上限的可能性和安全性，利用地面探测钻孔进行覆 岩破坏探测试验，试验表明了倾斜长壁综采条件下软弱覆岩的破坏发展高度较低，仅为常规 数值的50%左右，为条件类似矿井缩小防水煤柱、提高采煤上限提供重要的参考。

关键词：倾斜长壁采煤；覆岩破坏；防水煤柱

中图分类号：TD32文献标识码：A[WT]文章编号：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

煤层开采改变了岩体的原始应力状态，使得采场周围岩体特别是上覆岩体发生移动破坏 ，其破坏的范围和程度直接决定着水体下采煤提高回采上限的可能性和安全性。因此，搞清 覆岩破坏规律是解放水体下压煤量和保证矿井安全生产不可缺少的重要内容。现场探测是准 确获得覆岩破坏状况可靠数据的重要手段。通过对百善煤矿66采区三个倾斜长壁综采工作面 覆岩破坏的发育高度及其分布形态进行探测研究，获得了一些有益的成果。

1区域地质及开采条件

662、663、664工作面位于矿井北翼，是66采区三个沿倾斜并列的大条带综采面。主采二迭 系山西组的6煤层，厚度3 m左右，倾角一般为3°～7°，平均采深170 m左右。工作面上方有第四系松散层，平均厚度约125 m。煤层顶板及其上 覆岩层以泥质岩居多，约占80%～90%，砂岩所占比例很少，约占20%～10%，且呈薄层状夹杂 在泥质岩之间。 老顶的初次来压步距为15～19 m，周期来压步距为10～15 m， 强度一般较弱或中等偏弱。 覆岩类型总体为软弱型(见表1)。[LM]表1观测工作面采矿地质特征

工作面[]平均采厚/m倾角/(°)工 作 面倾斜长/m[]走向长/m顶 板 岩 性直接顶[]老顶[ZB)W][]底板岩性[]覆岩岩性[]地 质构造662[]2.9[]5～7[]147[]800[][]泥岩为主[][JP2]泥质岩为主，部分地段砂岩[ JP][]泥岩[]风化软弱[]简单[BHDWG2]663[]3.0[]3～5[]147[]1 060[][]泥岩为主[][JP2]泥质岩为主，部 分地段粉砂岩[JP][]细砂岩[]风化软弱[]简单[BH]664[]3.0[]5～6[]137[]950[][]砂泥岩[]泥岩[]粉砂岩[]风化软弱[]简 单

2探测钻孔布置和探测方法

为探测冒落带、导水裂缝带的发展高度，从地面向662、663、664三个倾斜长壁综采工 作面的风巷、机巷边界及采面中部施工10个“两带”高度观测孔(见图1)。 各观测孔松散层段用黄泥浆或化学泥浆钻进，孔径127 mm，钻进至基岩面下 一定深度后扩孔下套管，封闭止水合格后，再用108 mm孔径继续钻进和观测 ，到煤层底板终孔。钻进过程中 进行钻孔冲洗液漏失量和钻孔水位变化观测，记录钻进过程中各种异常现象。根据冲洗液漏 失量、孔内水位变化、岩芯破碎情况以及钻进中的各种异常现象，经过综合分析来确定冒 落带、导水裂缝带的最大高度及破坏特征。 图1662、663、664综采面两带高度观测孔位置示意图3覆岩破坏形态及高度

3.1冒落带、导水裂缝带的发展高度

通过对10个观测钻孔的有效实测资料进行综合分析，获得“两带”高度的观测数据(见表2) 。

表2662、663、664工作面冒落带、导水裂缝带发展高度

由表2可知，66采区综采工作面冒落带高度为1.66～8.80 m，冒 采比为0.55～2.84；导水裂缝带高度为9.12～27.80 m，裂采比为2.94～9.27。 由于覆岩软弱，工作面中部钻孔的冒落带较低，甚至只见导水裂缝带而无明显的冒落带。

3.2“两带”高度的发展形态

椐实测，倾斜长壁综采工作面的覆岩破坏形态，沿平行工作面的剖面基本呈现为两边高 中间低的“马鞍形”(见图2)。采空区边界的冒、裂高度与中部的冒、裂高 度之比为1.19～3.15(见表3)。图2662综采面两带高度发展形态表3综采面两带高度发展特征

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] 边界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覆岩破坏规律

(1) 覆岩破坏与回采工艺的关系综采工作面的突出优点就是开采强度大，与一般的炮采相 比，具有采高大，回采速度快 和工作面长等特点。这些特点在一定程度上决定了综采面覆岩破坏的特殊性。由于采空区跨 度大和回采速度快，有利于覆岩的均匀弯曲下沉和裂缝的压实，相对地起到减小开采空间的 作用，致使冒落带高度较低。

(2) 覆岩破坏与采厚的关系开采是造成煤层上覆岩层破坏的主要因素。一般情况下，采厚 越大，覆岩破坏越严重， 冒落带也就发展得越高。实际观测表明，在采矿地质条件几乎相同的情况下，综采面的C11孔、C12孔等一些钻孔实测的冒裂带高度，基本上是随采厚的增加而增高的。

(3) 覆岩破坏与覆岩岩性及结构的关系覆岩破坏高度与煤层上覆岩层结构、岩性和风化程 度有密切的关系。66采区三个综采观 测面上覆岩层中泥质类岩层和强风化的粉细砂岩占80%以上，同时这三个采面煤岩柱尺寸较 小，接近松散层底部开采，顶板岩层绝大多数已风化，使粉细砂岩变软、强度降低，泥质类 岩层塑性增强，能够抑制采动冒落带、裂缝带向上发展，使覆岩破坏高度的发展受到严重限 制。

(4) 覆岩破坏与时间的关系实际观测表明，观测孔距回采工作面的距离或观测滞后采动的 时间对获得冒裂带最大高 度有一定影响。当观测钻孔观测滞后于回采仅23～30 d时，便能捕获到冒落裂 缝最大发展高度；而当滞后回采超过3个月时，冒落带、裂缝带高度便趋于明显减小，个别 的冒落带甚至基本消失。随着滞后时间的延长，冒裂带高度降低速率，采空区边缘为1.29m/月，采空区中部为3 m/月。显然，采空区中部冒裂高度的降低速 率比边缘部位大，亦即采空区中部冒落裂缝压实速率比边缘大。

(5) 覆岩破坏与岩层及地表移动时间的关系一般随着井下煤层不断开采，上覆岩 层逐渐弯曲变形、垮落，弯曲移动直至波及地表，在地 表产生下沉。66采区三个综采面开采后，地表下沉反映比较快，其tg β=1.70， 较大， 最大下沉速度滞后距为12 m，较小，说明煤层上覆岩层下沉比较快，冒落带得 不到充分发展 。由于上部弯曲的岩层厚度比较大，导致地表拉伸变形增大，当变形值超过表土层的抗拉强 度时，即产生裂缝。随着综采面的不断推进，工作面上方拉伸区出现了大致平行于开采边界 的地表裂缝。在采深、采厚比平均为62的条件下，地表非连续变形如此剧烈，主要是由于综 采面的采高和推进速度的缘故。

5结论

（1） 倾斜长壁开采的覆岩破坏形态亦呈现为两边高、中间低的“马鞍形”。软弱 覆岩综 采条件下的冒高采厚比为0.55～2.84，裂高采厚比为2.94～9.27，覆岩破坏高度较低，仅为 常规数值的50%左右。

（2） 遭受强烈风化作用的基岩所具有的性能，具有抑制覆岩破坏高度发展的作用，特别 是在综采的条件下，冒裂高度得不到充分发展，此种情况下对水体下采煤比较有利。但由于 地表水平变形值较大，对建筑物或铁路下采煤不利。

参考文献：

［1］煤炭科学院北京开采研究所. 煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用［M］. 北京：煤炭工业出版社，1981.

［2］廖学东.临接风化带采煤的覆岩破坏移动特征研究［J］.东北煤炭技术，19 98，21（5）：3033.

［3］廖学东.松散含水层下采煤合理煤岩柱高度的确定［J］.辽宁工程技术大学 学报(自然科学版)，2003，22（6）：737739.

［4］任奋华，蔡美峰，来兴平，等.采空区覆岩破坏高度监测分析［J］. 北京科技大学学报，2004，26（2）：115117.

［5］康永华，王济忠，孔凡铭，等.覆岩破坏的钻孔观测方法［J］.煤炭科学技 术，2006，30（2）：2628.

(责任编辑：何学华)