特厚煤层综放开采覆岩破坏移动规律

特厚煤层综放开采覆岩破坏移动规律

1岩石覆盖破坏特征1.1冒落带内部分岩石在所有开采方法的工作量中，岩石的破坏和移动有三个代表性部分：上升带、裂缝带和折叠带。(1)冒落带是指脱离岩层母体,失去连续性,呈不规则岩块或似层状岩块向采空区冒落的那部分岩层。冒落带内岩块之间空隙多,连通性强,是水体溃入井下的通道。(2)裂隙带位于冒落带之上,具有与采空区连通的导水裂隙,但连续性未受破坏。裂隙带中的离层裂缝是贮水和导水的通道,在其下部,离层裂隙与垂向裂隙连通,导水性明显增加,并能向下与采空区连通,若波及上覆水体,可将上覆水体导入井下。(3)弯曲带是指裂隙带顶界到地表的那部分岩层。由于其下沉量小,一般不出现离层,其下部即使产生离层,离层间隙仅局部充水而不与导水裂隙导通,不影响安全生产。1.2覆岩导水裂隙带形态导水裂隙带最终形态是在工作面开采范围达到一定程度,推过相应位置一定时间或距离,覆岩破坏移动随冒落矸石离层、裂隙压实而形成。采空区中部裂隙在回转下沉产生的水平推力作用下闭合变为非导水裂隙带;回转下沉部分的岩梁靠近边界的端部裂隙由于其向采空区方向的运动而使岩层上部裂隙张开,其下部咬合点处的水平推力超过其单向抗压强度还会进一步产生破碎,因此采空区中部与边界上的裂隙带存在一定的高差。在软弱覆岩(包括分层开采)条件下,导水裂隙带形态为两边高中间略低的不明显“马鞍型”,在中硬以上覆岩条件下则为两边高中间低的“马鞍型”。其位置在煤壁前方或在煤壁上。2覆岩覆岩裂隙带高度规律覆岩破坏导水裂隙带最大高度的影响因素较多,主要有以下几个方面:2.1开采厚度及分层数采厚越大,覆岩破坏越严重,裂隙带越高。裂隙带高度与采厚近似呈线性关系(见图1)对于厚煤层,分层重复开采裂隙带高度最小。增大初次开采厚度或全层一次开采会引起裂隙带高度的明显增大,并使马鞍型分布形态的明显程度增加。重复开采时,分层开采数目越多,马鞍型分布形态的降低越明显,有时甚至会使马鞍型基本消失。2.2采煤方法和顶板管理方法(1)全部垮落法会使覆岩破坏最严重,采用全部垮落法管理顶板,一般都发生冒落性和开裂性破坏。(2)充填法对覆岩的破坏影响较小,一般只引起开裂性破坏,而无冒落性破坏,并且冒落、裂缝带的最大高度比全部垮落法低。(3)煤柱支撑法有房柱法、条带法、刀柱法等。前两种方法保留煤柱的比例较大,煤矿能够支撑住覆盖岩层,使其不发生破坏;刀柱法保留煤柱的比例较小,煤柱支撑不住顶板,覆岩冒落裂隙带最大高度同全部开采时基本一样。2.3岩性和地层结构覆岩岩性对于导水裂隙带的发生和闭合有不同的作用。中硬以上岩层易产生裂隙,且裂隙不易闭合;软岩层不易产生裂隙,产生裂隙后容易闭合。阻止导水裂隙发展的最佳岩层组合是:以硬岩层开始,然后软岩,再次是硬岩,依次叠加。2.4煤层赋存状态当煤层倾角<35°时,冒落岩块下落后,基本就地堆积,开采空间和冒落岩层本身空间很快被冒落岩块充满,使上覆岩层的下沉和开裂达到最小程度并最终稳定;当倾角>35°时,倾角越大,裂隙带高度越大。2.5工作面几何参数(1)走向方向充分采动而倾斜方向没有充分采动。在工作面倾斜长度一定但没有达到充分采动时,其裂隙带高度随走向长度的增加而变高;当走向长度达到与倾斜长度相同的长度时,破坏高度发育到最大,以后不再随距离的增加而变大,导水裂隙带的形态不再是“马鞍型”,而是“拱型”。(2)走向和倾斜方向都达到充分采动。导水裂隙带的形态表现为典型的“马鞍型”,且最高点位于采空区内侧。2.6断层当断层位于导水裂隙带范围以外但较近时,远处的导水裂隙带高度比没有断层时略低,近处的要高于没有断层时的高度;当断层位于导水裂隙带范围内部时,从总体上来说对于导水裂隙带的高度没有影响,离断层近处的导水裂隙带高度要略高于远处。3提高开采限制的技术方法3.1疏干或安全采煤在开采前或开采过程中采用钻孔、巷道或钻孔巷道相结合的方式疏干或降低水体水位,实现安全采煤。这种方法资源回收率高,生产安全可靠,但增加煤炭生产成本。3.2中断水源供应在补给水源充足的情况下,先切断含水层补给水源再进行开采。主要措施有:河流改道、铺整河床、帷幕注浆堵水、地面防渗防漏等。3.3顶水开采导水层对导水裂隙带内的弱含水层实行疏干开采;对导水裂隙带以上的强含水层实行顶水开采。顶疏结合开采,关键是避免采煤引起的导水裂隙带波及强含水层。3.4采动覆岩导水裂隙带高度预计首先对上覆岩层隔水性及构造面进行分析,进行承压水水压计算,并对导水裂隙带高度进行较为准确的预计,从计算结果误差大小上提高开采上限并实现安全生产。导水裂隙带高度预计方法有经验公式法、类比法、应力计算法、神经网络法等,一般采用经验公式法。(经验公式为:坚硬:H导=30∑M−−−−−√+10=30∑Μ+10;中硬:H导=20∑M−−−−−√+10=20∑Μ+10;软:H导=10∑M−−−−−√+5)=10∑Μ+5)各矿区的地质条件不同,套用经验公式误差较大。因此,针对各矿区自身条件,采用回归分析法获得符合条件的预计公式,可提高导水裂隙带高度的预计精度。建立回归模型:y=a+bx+ε,式中:y—导水裂隙带高度,m;x—计算采厚,m;x=A√x=A;A—等效采厚,m;A=μk(h-1);μ=α1μ1+α2μ2k—工作面影响系数;1/L−−−√1/L;k=l/L−−−√k=l/LH—采厚,m;α1、α2—影响权重,α1+α2=1;μ1、μ2—岩层综合质量隶属度;l—工作面长度,m;L—覆岩充分采动长度,m。将实测数据代入公式,求得回归方程。3.5降低导水裂隙带高度防水安全煤岩柱公式:H水=H导+H保H导—导水裂隙带的最大高度;H保—保护层厚度;式中H保不变,要减小H水,必须降低H导。降低导水裂隙带高度的主要措施有:(1)降低采高或分层开采。对于厚煤,不易采用放顶煤开采或一次采全高,易采用分层开采,且第一层开采厚度不易过大。(2)采用充填法或煤柱支撑法管理顶板。防止顶板开裂性冒落,将导水裂隙带高度降至最低。(3)调整工作面几何参数。减小工作面面长,在倾斜方