采空区岩体碎胀系数的变化规律研究

尤耀军

（山西煤炭进出口公司 洪洞恒兴煤业有限公司，山西 洪洞 031600）

采空区岩体碎胀系数的变化规律研究

尤耀军

（山西煤炭进出口公司 洪洞恒兴煤业有限公司，山西 洪洞 031600）

以煤矿采空区冒落岩石压力实测数据为依据，参考郭广礼[2]的回归法公式：k=a/np+b，分析了工作面向前推进过程中采空区冒落岩层的碎胀系数的变化规律，并得出三点结论。

冒落岩石；压力；碎胀系数

采煤工作面采空后，顶板冒落是地表沉陷的直接原因。因此，研究采空区冒落岩石的碎胀系数规律，对治理地表沉陷和位移具有现实意义；煤矿瓦斯抽放和顶板管理也与冒落顶板岩石的碎胀系数变化规律有关联。本文基于煤矿的实测资料，研究了工作面向前推进过程中采空区冒落岩层的碎胀系数的变化规律，以对相关工作提供理论依据。

1 岩石的碎胀性

岩石的碎胀性主要是松软岩石所表现的特征，采空区顶板岩石冒落后体积增大，它与原岩石体积的比率称为岩石的碎胀率：k=v′/v.

式中：v′为冒落岩石破碎膨胀后的总体积，v为岩石处于整体状态下的体积。

确定煤矿采空区不同位置冒落岩石的碎胀系数的变化规律有多种方法：插值法、求导法、线性回归法、相似材料模型试验等。作者通过比较分析，参考郭广礼[2]“老采空区破裂岩体变形性质研究”认为：无论岩石强度与块度如何，碎胀系数与轴向压力之间均呈指数关系，可以得出松散岩块碎胀系数与轴向压力具有如下的回归关系：k=a/np+b.式中：k为碎胀系数，a、b为回归系数，p为轴向压力。

2 某矿井概况及采空区碎胀率的规律

某矿井生产能力0.90 Mt/a，水文地质条件属复杂，井田地质构造属简单型，各煤层煤尘均有爆炸危险性，煤层自燃等级（Ⅱ级），属自燃煤层，井田可采煤层为3、5、7号煤。该矿工作面煤层厚度5.1m～7.55 m，平均厚度6.1 m，煤层倾角近似水平，煤的坚固性系数在2～3之间。井田内东厚西薄、结构极复杂，含夹矸0～6层，大部为可采的稳定煤层。直接顶板岩性多为泥岩、细砂岩，老顶为中砂岩，平均厚度2.1m为Ⅱ类中等稳定顶板。底板岩性多为泥岩、砂质泥岩，见图1。

图1 采空区冒落岩石示意图

测试压力数据的测点位置，布置在图中Ⅰ和E（该位置采空区顶板冒落已经趋于稳定，适合布置测点）的交界处。测试方法是在工作面两边顺槽向采空区打一定深度的钻眼，在钻眼里放置压力传感器，收集压力数据。如表1所示。

把实测压力数据，代入碎胀系数与垂直压力的计算公式（k=a/np+b）可以得出：在工作面推进长度达到150 m左右及以后，碎胀系数在1.02及以下波动，总体趋于稳定。而在工作面推进长度10 m～150 m之间，初始的碎胀系数由1.06逐渐降低到1.02；随着距底板的测点距离逐渐增高，中间测点的碎胀系数由1.022逐渐升高到1.063。边缘测点的碎胀系数在1.055波动。

表1 采空区冒落岩石压力实测数据

表2 采空区冒落岩石中间测边缘测点实验数据

3 结论

依据实测数据的计算结果分析，可以得到出三点结论：

（1）正常生产中，随着工作面向前推进的距离增加，初始的碎胀系数逐渐降低；当工作面推进持续一定阶段后，碎胀系数趋于稳定。（2）沿工作面推进方向，在采空区的中间，碎胀系数由上至下逐渐减小。（3）沿工作面推进方向，在采空区的边缘，由于采空区上方关键层的支撑及两旁有煤柱的存在，使的碎胀系数由下至上近似相等。

［1］ 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制［M］.北京煤炭工业出版社，2007.

［2］ 郭广礼，缪协兴，张振南.老采空区破裂岩体变形性质研究［J］.科学技术与工程,2002（05）：44-47.

［3］ 张冬至，邓喀中，周鸣.采动岩体碎胀系数变化规律研究［J］.江苏煤炭，1998（01）：5-7.

［4］ 富强，吴健.放顶煤开采顶煤变形的膨(碎)胀率分区［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2001（04）：519-521.

［5］ 缪协兴，茅献彪，胡光伟，马占国.岩石(煤)的碎胀与压实特性研究［J］.实验力学，1997（03）：394-400.

Study on Broken Expansion Coefficient Variation of Rocks in Mined-out Area

YOU Yao-jun
(Hongtong Hengxing Coal Co.,Shanxi Coal Import and Export Co.,Hongtong Shanxi 031600)

On the basis of field data of pressure of roof falling rocks in mined-out areas and the regression formula of Guo Guang-li:k=a/n p+b,the study examines the broken expansion coefficient variation of roof falling strata in the process of driving and draws three conclusions.

roof falling rock;pressure;broken expansion coefficient

TD325

A

1672-5050（2012）04-0055-02

2011-10-15

尤耀军（1973—），男，山西平陆人，本科，工程师，从事采矿技术工作。

徐树文