金谷煤业近距煤层上行开采覆岩破坏规律研究

李录标

（冀中能源邢矿集团山西古县金谷煤业有限公司，山西 临汾042400）

1 实验模型模拟研究

1.1 模型建立

在建立模型时，选用一个5m的平面模型架。利用这种模型模拟的是11#煤的工作面走向开采的情况，根据具体的实验要求，并附加可参照的参数比，如几何相似系数、时间相似参数、容重相似系数以及泊松比相似系数[1]。

在建立模型时，模拟的是金谷煤矿11#煤层的厚度，尽可能地符合当时的实际情况，这一煤层的厚度为2m，通过建立这种模型，能够在一定程度上直观地反映出其原来的工作面所出现的矿压显现的规律。

1.2 覆岩破坏规律分析

实验在距模型右边界50m（原型值）处开挖，为方便理解，以下数据全部转换成原型数据，当工作面推进到24m时，直接顶冒落，并随着工作面的推进直接顶随采随冒。当工作面推进到42m时，有2m基本顶岩层发生离层。随着工作面的推进，离层逐渐向上发展，工作面推进到70m时，基本顶垮落达到距煤层顶面l0m处，这时基本顶初次来压，来压步距在70m左右。工作面推进到24m直接顶冒落，工作面推进到70m工作面基本顶初次来压。

工作面推进到80m的过程中发生了第二次周期来压，这两次来压基本顶在架后垮落，岩层垮落高度增加到18m，上覆岩层的破坏开始进入裂隙带，架后岩层与支架形成搭接，采空区未充填高度在lm左右。此时，破断岩层与母体岩层之间逐渐形成铰接结构，尽管实验中冒落带和裂隙带的界限不是十分明显，但可以认为此时这层破断岩层己开始进入裂隙带，岩层的冒落带高度为8.7m，冒落带的高度是采高的3倍左右[2]。

在整个工作面推进到90m时，基本顶岩层又再次发生了垮落的情况。覆岩的破断高度也增加到了15.5m。上覆岩层全面进入裂隙带。

在工作面推进到110m时，断裂岩层的高度又加深了2.5m，已经达到了18m。覆岩开始进入弯曲下沉的状态。在裂隙带上部垂直裂隙基本闭合，水平裂隙未充填高度有1.2m左右，如图1所示。裂隙带的高度是采高的10倍左右，此时，采空区上方的裂隙带和弯曲下沉带分布图，如图2所示。

图1 冒落带、裂隙带分布示意图

图2 冒落带、裂隙带及弯曲带示意图

通过工作面工作的逐步进行和开展，发现10#煤之上的部分层面发生了下沉。其中主要是岩层和土层的变化，呈完全下沉状。在岩层弯曲下沉的期间，10#煤和其顶板、底板也都发生了裂隙，且是纵向裂隙。但实际上，裂隙在工作面后方都是慢慢压实的情况。

2 工程情况的介绍

山西古县金谷煤业有限公司井田，位置在山西省古县古阳镇白素泽泉村。井田面积约为8.5062km2，设计产能0.60Mt/a，可采煤层2#、9#、10#、11#煤，其中，2#煤为肥煤，9#、10#、11#煤为焦煤。设计能利用储量3285.9万t。可采储量2553.92万t，服务年限30.4a。

通过金谷矿的可采煤层的一些分部情况，不难推断出一些结论：全矿范围内2#、9#、10#均为大部或局部可采，并有蹬空开采的隐患。同时，2#煤层的地质储量相对较少，仅开采2#煤层难以保证矿井的均衡生产。

10#煤层顶板为K2中厚层状石灰岩，致密坚硬，不易垮落，为较硬岩，稳固性好。其单向抗压强度为28.5～34.7MPa，抗拉强度为1.88～2.23MPa，抗剪强度为2.67～2.94MPa。伪顶0.15～0.61m，岩性为泥岩、炭质泥岩。显然，首先对9#、10#煤层进行开采，则坚硬顶板条件下采场矿压显现程度剧烈，且浅埋煤层上覆岩层在沟谷地带由于冲积层薄，上覆岩层难以形成“三带”，具有很大安全隐患。

3 结论

相似材料模拟实验研究表明，11#煤出现了正常的“三带”分布，覆岩冒落带高度为8.7m，其高度是采高的3倍；裂隙带高度18m，是采高的10倍。10#煤处在11#煤上方的弯曲下沉带内。这部分受采动的影响并不是很大，或者可以说非常的小，所以它可以正常地进行开采工作。