特厚煤層綜放開(kāi)采覆巖破壞高度

張宏偉,朱志潔,霍利杰,陳 鎣,霍丙杰,3

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,遼寧阜新 123000;2.同煤國(guó)電同忻煤礦有限公司,山西大同 037003;3.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司,山西大同 037003)

特厚煤層綜放開(kāi)采覆巖破壞高度

張宏偉1,朱志潔1,霍利杰2,陳 鎣1,霍丙杰1,3

(1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院,遼寧阜新 123000;2.同煤國(guó)電同忻煤礦有限公司,山西大同 037003;3.大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司,山西大同 037003)

為了對(duì)特厚煤層綜放開(kāi)采覆巖破壞高度進(jìn)行深入研究,以同忻煤礦15 m特厚煤層為實(shí)例,采用多種方法進(jìn)行論證。采用關(guān)鍵層理論和材料力學(xué)相關(guān)理論,對(duì)8100工作面回采過(guò)程的覆巖破壞情況進(jìn)行研究,結(jié)果表明:覆巖破壞高度最大為174.6 m,各亞關(guān)鍵層控制著覆巖破壞的發(fā)育,主關(guān)鍵層抑制著覆巖破壞的發(fā)育。應(yīng)用EH-4大地電磁法和數(shù)值模擬方法,綜合確定了覆巖破壞高度為150～172 m,驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的正確性,理論計(jì)算可對(duì)覆巖破壞高度有效預(yù)計(jì)。研究表明:同忻煤礦綜放開(kāi)采覆巖破壞高度為采高的10.0～11.5倍,關(guān)鍵層的破斷控制著覆巖破壞的發(fā)育。

特厚煤層;綜放開(kāi)采;覆巖破壞高度;關(guān)鍵層;EH-4大地電磁法

煤層開(kāi)采后引起上覆巖層移動(dòng)與破壞,覆巖破壞發(fā)育的高度對(duì)礦井水災(zāi)害治理和水資源的保護(hù)具有重要意義,同時(shí)對(duì)煤層氣資源開(kāi)發(fā)和瓦斯災(zāi)害防治也具有重要作用。國(guó)內(nèi)外對(duì)覆巖破壞高度已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究[1-9],但對(duì)特厚煤層綜放開(kāi)采的覆巖破壞特征研究較少。本文以同忻煤礦8100綜放工作面為研究對(duì)象,基于關(guān)鍵層和材料力學(xué)相關(guān)理論,分析了特厚煤層綜放工作面覆巖破壞發(fā)育過(guò)程及發(fā)育高度,采用EH-4大地電磁法和數(shù)值模擬方法,對(duì)理論計(jì)算結(jié)果的正確性進(jìn)行驗(yàn)證,為實(shí)現(xiàn)同忻煤礦安全開(kāi)采提供了重要的參考數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 同忻煤礦地質(zhì)情況及開(kāi)采條件

大同礦區(qū)開(kāi)采侏羅、石炭二疊系雙系煤田。同忻井田開(kāi)采的是石炭二疊系煤層,可采煤層為3～5號(hào)煤層。8100工作面位于該煤層北一盤(pán)區(qū),煤層平均厚度為15.3 m,傾角2°～3°。工作面傾向長(zhǎng)度為193 m,可采走向長(zhǎng)度為1 406 m。采用一次采全厚低位放頂煤采煤法,采高為 3.9 m,放頂煤高度為11.4 m。8100工作面頂板大部分都為堅(jiān)硬砂巖,其中基本頂為含礫粗砂巖,厚2.2～8.3 m,直接頂為砂質(zhì)泥巖及炭質(zhì)泥巖。該工作面對(duì)應(yīng)的上覆侏羅紀(jì)8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)煤層大部分已采空,12號(hào)、14號(hào)煤層采空區(qū)占工作面走向長(zhǎng)度近一半,14號(hào)煤層距本層間距為175～194 m(圖1)。

圖1 工作面布置平面Fig.1 Layout of working face arrangement

2 覆巖破壞高度理論分析

2.1 覆巖破壞高度計(jì)算相關(guān)理論

對(duì)于硬巖層采用固支梁力學(xué)模型估算其極限跨距[10],即

式中,h為巖層的厚度;σt為巖層的極限抗拉強(qiáng)度;q為巖層的載荷。

對(duì)于軟弱巖層,最大水平拉伸應(yīng)變時(shí)的極限跨距[11]為

式中,E為巖層的彈性模量;εmax為巖層的最大水平拉伸應(yīng)變。

軟弱巖層的最大撓度[11]為

式中,I為截面慣性矩。

巖層下部自由空間高度為

其中,Δi為第i層巖層下的自由空間高度;M為煤層采高;hj為第j層巖層的厚度;kj為第j層巖石的殘余碎脹系數(shù)。巖層斷裂時(shí)的臨界開(kāi)采長(zhǎng)度為

式中,m為煤層頂板至該巖層下部的所有巖層數(shù);hi為第i層巖層的厚度;l為該巖層的極限斷跨距;φq, φh分別為巖層的前、后方斷裂角。

斷裂帶的發(fā)育受到關(guān)鍵層的抗拉強(qiáng)度、軟巖層的抗應(yīng)變能力、巖層下部的自由空間高度和工作面的推進(jìn)距離等因素共同影響?？梢酝ㄟ^(guò)關(guān)鍵層和軟巖的破斷與其下部自由空間的高度關(guān)系判斷斷裂帶的發(fā)育情況。具體判斷方法如圖2所示。

圖2 斷裂帶高度判斷流程Fig.2 Flow chart of water flowing fracture zone judgement

2.2 覆巖破壞高度理論計(jì)算

2.2.1 關(guān)鍵層的判定

由于8100工作面上方約200 m處為侏羅系采空區(qū),因此關(guān)鍵層計(jì)算邊界至侏羅系采空區(qū)為止。綜合北一盤(pán)區(qū)的鉆孔數(shù)據(jù),3～5號(hào)煤層至侏羅系14號(hào)煤層之間共有25層巖層(表1),其中以堅(jiān)硬的砂巖和礫巖為主。根據(jù)關(guān)鍵層的判別條件[12],確定了3～5號(hào)煤上覆巖層各個(gè)關(guān)鍵層,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 上覆巖層分布情況Table 1 Rock formation columnar section

表2 關(guān)鍵層判定結(jié)果Table 2 Determination results of key stratum

2.2.2 工作面覆巖破壞理論分析

由于覆巖以堅(jiān)硬巖層為主,計(jì)算覆巖破壞高度時(shí),不需考慮軟弱巖層的作用。結(jié)合關(guān)鍵層判定結(jié)果,根據(jù)覆巖破壞高度判斷流程(圖2)以及判定公式(1)～(5),可以確定工作面推進(jìn)不同位置時(shí)覆巖破壞的發(fā)育情況(表3)。由表3可知,工作面推進(jìn)至55和109 m時(shí),亞關(guān)鍵層Ⅰ和亞關(guān)鍵層Ⅱ發(fā)生破斷,其上控制的巖層也隨之發(fā)生破壞,斷裂帶發(fā)育高度為32.4 m和143.5 m。當(dāng)工作面推進(jìn)至193 m時(shí),關(guān)鍵層Ⅲ發(fā)生破斷覆巖裂隙發(fā)育至主關(guān)鍵層底部,斷裂帶發(fā)育高度為174.7 m。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn),由于主關(guān)鍵層的傾向懸露距離小于其極限跨距,斷裂帶發(fā)育至主關(guān)鍵層下部截止。

表3 各關(guān)鍵層隨工作面推進(jìn)初次破斷情況Table 3 Each key stratum first breaking with working face moving

由上述理論分析可知,裂隙發(fā)育至主關(guān)鍵層下部時(shí),由于主關(guān)鍵層不滿足其破斷條件,裂隙停止繼續(xù)向上發(fā)育。各個(gè)亞關(guān)鍵層控制著其上局部覆巖裂隙的發(fā)育,主關(guān)鍵層控制著其上所有巖層的裂隙發(fā)育。

3 覆巖破壞高度物理探測(cè)分析

3.1 EH-4物理探測(cè)方案

EH-4大地電磁法是大地電磁測(cè)深技術(shù)之一,它利用天然或人工電磁場(chǎng)的測(cè)量,獲得地下介質(zhì)電阻率的分布規(guī)律,達(dá)到解決地下巖性分帶、地層劃分、斷層破碎帶探測(cè)、地下采空區(qū)等工程地質(zhì)問(wèn)題的目的[13-15]。

采用EH-4大地電磁法,對(duì)8100工作面不同開(kāi)采階段覆巖破壞特征進(jìn)行物理探測(cè),分析不同層位電導(dǎo)率的分布特征,確定工作面上覆巖層垮落帶與斷裂帶范圍。在8100工作面對(duì)應(yīng)的地表布置2條測(cè)線,1號(hào)測(cè)線布置在8100工作面未開(kāi)采區(qū)域的地表,2號(hào)測(cè)線布置在8100工作面已開(kāi)采區(qū)域的地表,具體測(cè)線布置如圖1所示。分3個(gè)階段對(duì)該2條測(cè)線進(jìn)行探測(cè):第1階段為2011年5月,此時(shí)工作面推至1號(hào)測(cè)線和2號(hào)測(cè)線之間,工作面推過(guò)2號(hào)測(cè)線1～1.5個(gè)月;第2階段為2011年8月,此時(shí)工作面采過(guò)1號(hào)測(cè)線2個(gè)月;第3階段為2012年5月。

3.2 EH-4物理探測(cè)結(jié)果分析

圖3為1號(hào)測(cè)線不同階段大地電阻率二維反演圖(圖中雙黑虛線為煤層位置)。從圖3(a)中可以看到,電阻率等值線平滑,疏密變化不大,呈層狀分布,電性標(biāo)志層穩(wěn)定。結(jié)果證實(shí)了該區(qū)域內(nèi)煤層未經(jīng)采動(dòng)影響,巖層賦存穩(wěn)定。從圖3(b)中可以看到,在水平方向80～180 m,標(biāo)高在800～880 m有一高阻閉合圈(圖3(b)中紅色虛線所示),該異常區(qū)域范圍與圖1中所示的8100綜放工作面的范圍吻合,推斷此高阻異常區(qū)為8100綜放工作面開(kāi)采后形成的垮落帶,影響高度約80 m。圖中藍(lán)色虛線為工作面開(kāi)采后斷裂帶發(fā)育高度的邊界,影響高度約150 m。由斷裂帶的邊界至地面均為彎曲下沉帶。從圖3(c)中可以看到,煤層所在位置(圖中黑色虛線)上覆巖層一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)高阻分布,且電阻率等值線平穩(wěn)、連續(xù),層狀分布,說(shuō)明工作面上覆巖層經(jīng)過(guò)1 a的運(yùn)動(dòng)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),巖層的松散與裂隙是造成高阻的原因,穩(wěn)定后的巖層重新恢復(fù)了層狀分布。

圖4為2號(hào)測(cè)線不同階段大地電阻率二維反演(圖中雙黑虛線為煤層位置)。在圖4(a)中可以看到,在水平方向80～300 m,標(biāo)高在800～900 m有一高阻閉合圈(圖4(a)中紅色虛線所示),其上部電阻率等值線平穩(wěn)、連續(xù),層狀分布,而且該異常區(qū)域范圍與圖1中所示的8100綜放工作面的范圍吻合,因此推斷此高阻異常區(qū)為8100綜放面開(kāi)采后形成的垮落帶,影響高度約100 m。圖中藍(lán)色虛線為工作面開(kāi)采后斷裂帶發(fā)育高度的邊界,影響高度約170 m。由斷裂帶的邊界至地面均為彎曲下沉帶。圖4(b)中形成的高異常帶的形態(tài)與范圍基本與第一階段形成的圖4(a)中的基本一致,推斷工作面垮落帶影響高度約100 m,斷裂帶影響高度約170 m。在圖4(c)同樣是電阻率等值線平穩(wěn)、連續(xù),層狀分布,說(shuō)明工作面上覆巖層經(jīng)過(guò)1 a的運(yùn)動(dòng)已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)定后的巖層重新恢復(fù)了層狀分布。

圖3 1號(hào)測(cè)線大地電阻率二維反演Fig.3 EH-4 two-dimensional inversion profile of No.1 survey line

圖4 2號(hào)測(cè)線大地電阻率二維反演Fig.4 EH-4 two-dimensional inversion profile of No.2 survey line

通過(guò)上述分析,同忻煤礦8100工作面開(kāi)采后形成的覆巖破壞高度為150～170 m(表4),采高按15 m計(jì)算,其覆巖破壞高度與采厚之比為10.0～

11.3,隨著開(kāi)采結(jié)束時(shí)間的增長(zhǎng)及覆巖遠(yuǎn)離工作面,垮落帶內(nèi)巖層被壓實(shí),斷裂帶的發(fā)育程度越來(lái)越小,物理探測(cè)時(shí)可能捕捉不到微小裂隙造成的電性變化,因此實(shí)際中斷裂帶的高度可能要稍大于探測(cè)結(jié)果。

表4 “兩帶”高度探測(cè)結(jié)果Table 4 Exploration results of two zones the height

4 覆巖破壞高度數(shù)值的模擬分析

4.1 數(shù)值計(jì)算模型的建立

為研究8100工作面采后上覆巖層破壞分布規(guī)律,建立FLAC3D數(shù)值計(jì)算模型。模型采用摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則,模型尺寸為400 m×200 m×250 m(長(zhǎng)×寬×高),共建立303 000個(gè)單元,468 180個(gè)節(jié)點(diǎn),煤層厚15.3 m,模擬工作面長(zhǎng)度為 193 m,推進(jìn)長(zhǎng)度為200 m,模型共計(jì)28層。在模型x軸方向施加21.2～16.5 MPa的梯度應(yīng)力;模型 y軸方向施加6.5～5.1 MPa的梯度應(yīng)力;模型上部施加11.3 MPa的等效載荷,z軸方向設(shè)定自重載荷。

4.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

圖5為工作面充分采動(dòng)時(shí)塑性區(qū)分布。由圖5可知,自煤層頂板由下自上為拉伸破壞、拉伸裂隙、剪切破壞和未破壞區(qū)。采空區(qū)中間覆巖破壞高度低于兩側(cè)的“馬鞍型”破壞形態(tài)分布。在頂板的65 m范圍內(nèi),覆巖同時(shí)發(fā)生剪切和拉伸破壞,認(rèn)為此區(qū)域?yàn)椤叭龓А敝械目迓鋷?在頂板之上65～172 m范圍內(nèi),覆巖進(jìn)入剪切破壞區(qū)域,認(rèn)為此區(qū)域是覆巖破壞“三帶”中的斷裂帶。因此,可以確定8100工作面覆巖破壞高度約為172 m,該結(jié)果與EH-4大地電磁法探測(cè)結(jié)果相吻合。

圖5 工作面充分采動(dòng)時(shí)塑性區(qū)分布范圍Fig.5 Range of plastic zone under full mining

5 覆巖破壞高度綜合分析

對(duì)開(kāi)采石炭二疊系煤層的同忻煤礦8100工作面進(jìn)行物理探測(cè)和數(shù)值模擬,確定了8100工作面覆巖破壞發(fā)育高度為150～172 m,與理論計(jì)算結(jié)果相一致。3～5號(hào)煤層平均采厚為15 m,覆巖破壞發(fā)育高度為采厚的10.0～11.5倍。

8100工作面與侏羅系煤層相距175～194 m,大于確定的覆巖破壞高度,未出現(xiàn)采空區(qū)裂隙聯(lián)通現(xiàn)象。而8106工作面與侏羅系煤層相距125～140 m,小于確定的覆巖破壞高度,出現(xiàn)了采空區(qū)裂隙聯(lián)通現(xiàn)象,進(jìn)一步驗(yàn)證了該結(jié)果的正確性。在兩系間距小于180 m的區(qū)域可通過(guò)控制有效采高、充填開(kāi)采等方法減小覆巖破壞發(fā)育高度,防止侏羅系煤層采空區(qū)有毒有害氣體涌入石炭二疊系煤層工作面而引起安全事故。

6 結(jié) 論

(1)采用關(guān)鍵層理論和材料力學(xué)相關(guān)理論,確定綜放工作面開(kāi)采的覆巖破壞高度為174.6 m。各亞關(guān)鍵層控制著覆巖破壞的發(fā)育,主關(guān)鍵層抑制覆巖破壞。

(2)采用EH-4大地電磁法和數(shù)值模擬方法,綜合確定同忻煤礦8100工作面綜放開(kāi)采后覆巖破壞高度為150～170 m,驗(yàn)證了理論計(jì)算結(jié)果的正確性,采用該理論計(jì)算方法可對(duì)覆巖破壞高度進(jìn)行有效預(yù)計(jì)。

(3)通過(guò)分析同忻煤礦各工作面與上部侏羅系煤層采空區(qū)相互聯(lián)通情況,進(jìn)一步對(duì)覆巖破壞高度進(jìn)行驗(yàn)證,與采空區(qū)裂隙聯(lián)通情況相互吻合。

[1] 杜 鋒,白海波.厚松散層薄基巖綜放開(kāi)采覆巖破斷機(jī)理研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(7):1105-1110.

Du Feng,Bai Haibo.Mechanism research of overlying strata activity with fully mechanized caving in thin bedrock with thick alluvium [J].Journal of China Coal Society,2012,37(7):1105-1110.

[2] 劉洪永,程遠(yuǎn)平,陳海棟,等.高強(qiáng)度開(kāi)采覆巖離層瓦斯通道特征及瓦斯?jié)B流特性研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(9):1437-1443.

Liu Hongyong,Cheng Yuanping,Chen Haidong,et al.Characteristics of mining gas channel and gas flow properties of overlying stratum inhigh intensity mining[J].Journal of China Coal Society,2012,37 (9):1437-1443.

[3] 許家林,朱衛(wèi)兵,王曉振.基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)方法[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(5):762-769.

Xu Jialin,Zhu Weibing,Wang Xiaozhen.New method to predict the height of fractured water-conducting zone by location of key strata [J].Journal of China Coal Society,2012,37(5):762-769.

[4] 施龍青,辛恒奇,翟培合,等.大采深條件下導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2012,41(1):37-41.

Shi Longqing,Xin Hengqi,Zhai Peihe,et al.Calculating the height of water flowing fracture zone in deep mining[J].Journal of China University of Mining&Technology,2012,41(1):37-41.

[5] 張宏偉,朱志潔,霍丙杰,等.基于改進(jìn)的FOA-SVM導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測(cè)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2013,23(10):9-14.

Zhang Hongwei,Zhu Zhijie,Huo Bingjie,et al.Water flowing fractured zone height prediction based on improved FOA-SVM[J].China Safety Science Journal,2013,23(10):9-14.

[6] 王連國(guó),王占盛,黃繼輝,等.薄基巖厚風(fēng)積沙淺埋煤層導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2012,29(5):607-612.

Wang Lianguo,Wang Zhansheng,Huang Jihui,et al.Prediction on the height of water-flowing fractured zone for shallow seam covered with thin bedrock and thick windblown sands[J].Journal of Mining &Safety Engineering,2012,29(5):607-612.

[7] 許家林,王曉振,劉文濤,等.覆巖主關(guān)鍵層位置對(duì)導(dǎo)水裂隙帶高度的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(2):380-385.

Xu Jialin,Wang Xiaozhen,Liu Wentao,et al.Effects of primary key stratum location on height of water flowing fracture zone[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(2):380-385.

[8] 林海飛,李樹(shù)剛,成連華,等.覆巖采動(dòng)裂隙帶動(dòng)態(tài)演化模型的實(shí)驗(yàn)分析[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2011,28(2):299-303.

Lin Haifei,Li Shugang,Cheng Lianhua,et al.Experimental analysis of dynamic evolution model of mining-induced fissure zone in overlying strata[J].Journal of Mining&Safety Engineering,2011,28 (2):299-303.

[9] 張玉軍,李鳳明.高強(qiáng)度綜放開(kāi)采采動(dòng)覆巖破壞高度及裂隙發(fā)育演化監(jiān)測(cè)分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2011,30(S1): 2994-3001.

Zhang Yujun,Li Fengming.Monitoring analysis of fissure development evolution and height of overburden failure of high tension fullymechanized caving mining[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2011,30(S1):2994-3001.

[10] 王 開(kāi),康天合,李海濤,等.堅(jiān)硬頂板控制放頂方式及合理懸頂長(zhǎng)度的研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,28(11):2320-2327.

Wang Kai,Kang Tianhe,Li Haitao,et al.Study of control caving methods and reasonable hanging roof length on hard roof[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(11): 2320-2327.

[11] 張 杰,余學(xué)義,成連華.淺煤層長(zhǎng)壁間隔工作面隔水土層破壞機(jī)理[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,27(6): 801-804.

Zhang Jie,Yu Xueyi,Cheng Lianhua.Failure mechanism of soil layer in long wall face intermission advance in shallow seam mining [J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science), 2008,27(6):801-804.

[12] 許家林,錢鳴高.覆巖關(guān)鍵層位置的判別方法[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,29(5):463-467.

Xu Jialin,Qian Minggao.Method to distinguish key strata in overburden[J].Journal of China University of Mining&Technology, 2000,29(5):463-467.

[13] 柳建新,羅 曦,童孝忠,等.EH-4時(shí)頻數(shù)據(jù)聯(lián)合處理及其在煤礦采空區(qū)的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展,2012,27(5):2160-2167.

Liu Jianxin,Luo Xi,Tong Xiaozhong,et al.Joint analysis of EH-4 data in time-frequency domain and application in gob areas of coal mine[J].Progress in Geophysics,2012,27(5):2160-2167.

[14] 蔡 盛,柳建新,胡子君,等.EH-4電導(dǎo)率成像系統(tǒng)在煤礦采空區(qū)的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2011,8(6):687-691.

Cai Sheng,Liu Jianxin,Hu Zijun,et al.Application of EH-4 electric conductivity imaging system to coal coaf[J].Chinese Journal of Engineering Geophysics,2011,8(6):687-691.

[15] 吳銀龍,陸明鋒,李 琴.EH-4野外工作方法的研究與應(yīng)用[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào),2011,31(4):476-480.

Wu Yinlong,Lu Mingfeng,Li Qin.The study and application of EH-4 electromagnetic image system[J].Acta Geologica Sichuan, 2011,31(4):476-480.

Overburden failure height of superhigh seam by fully mechanized caving method

ZHANG Hong-wei1,ZHU Zhi-jie1,HUO Li-jie2,CHEN Ying1,HUO Bing-jie1,3
(1.College of Mining Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China;2.Datong Coal Guodian Tongxin Coal Mine Co.,Ltd.,Datong 037003,China;3.Datong Coal Mine Group Co.,Ltd.,Datong 037003,China)

In order for further research on the overburden failure height of fully mechanized caving face,taking 15 m extra-thick coal seam of Tongxin Coal Mine as the research object,the demonstration was carried out by many methods.Applied critical layer theory and material mechanics theory,overburden failure was analyzed as mining face moving.The results show that overburden failure maximum height is 174.6 m,the inferior key strata controlls overburden failure development and the main key stratum restrains overburden failure development.By adopting EH-4 magnetotelluric methods and numerical simulation methods,the height of overburden failure was determined as 150-172 m result,in consistent with theoretical calculation,theoretical calculation method can be highly effectively predicted.The studies show that the overburden failure height of fully mechanized caving face is 10.0-11.5 times the height of mining in Tongxin Coal Mine and key strata controlls overburden failure development.

extremely thick coal seam;fully mechanized caving;overburden failure height;key stratum;EH-4 magnetotelluric method

TD82;TD325

A

0253-9993(2014)05-0816-06

張宏偉,朱志潔,霍利杰,等.特厚煤層綜放開(kāi)采覆巖破壞高度[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(5):816-821.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.0641

Zhang Hongwei,Zhu Zhijie,Huo Lijie,et al.Overburden failure height of superhigh seam by fully mechanized caving method[J].Journal of China Coal Society,2014,39(5):816-821.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.0641

2013-05-16 責(zé)任編輯:王婉潔

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51274117,51104085);遼寧省教育廳基金資助項(xiàng)目(L2012106)

張宏偉(1957—),男,黑龍江湯原人,教授,博士。Tel:0418-3350473,E-mail:kyzhw@263.net