采空區(qū)下近距離煤層開采覆巖“三帶”分析

宋義華　蘇靜　謝小平等

摘要：針對(duì)貴州盛遠(yuǎn)煤礦高瓦斯低透氣性近距離煤層群安全高效開采的問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)40803綜采工作面的實(shí)際情況，運(yùn)用相似模擬試驗(yàn)的方法，模擬得出上部2號(hào)、4號(hào)、7號(hào)煤層開采后，現(xiàn)場(chǎng)主采8#煤層工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采8#煤層上方第一層粉砂巖，上方第二層泥巖，高度為5.52-9.9m；裂隙帶范圍為煤層上方第六層砂質(zhì)泥巖，高度為14.96-22.96m；彎曲下沉帶范圍為裂隙帶以上直至地表層。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；近距離煤層；覆巖“三帶”；相似模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.064

1工程地質(zhì)概況

貴州省六盤水市鐘山區(qū)大灣鎮(zhèn)盛遠(yuǎn)煤礦，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，服務(wù)年限79a?？刹杉熬植靠刹擅簩庸?層，即2號(hào)、4號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)煤層。試驗(yàn)上保護(hù)層工作面為40803工作面，平均傾斜長(zhǎng)度為118m，平均走向長(zhǎng)度為400m，主要開采4號(hào)較薄煤層，煤厚1.07～2.47m，平均厚度1.66m，煤層傾角7°～11°，平均傾角9°，容重1.5t/m³，受斷層影響較小，產(chǎn)狀較穩(wěn)定。4號(hào)煤層頂板主要為深灰色砂質(zhì)泥巖或灰色泥巖，厚度0.25～12.78m，一般4.62m；底板主要為細(xì)砂巖或灰色砂質(zhì)泥巖，厚0～11.8m，一般5.22rn。

根據(jù)研究區(qū)域的巖層柱狀圖、歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及煤巖的物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定煤巖的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

2覆巖“三帶”的相似模擬分析

2.1模型建立

設(shè)計(jì)的模型為平面應(yīng)力模型，尺寸為長(zhǎng)×寬×高=400cm×30cm×180cm。根據(jù)工作面的地質(zhì)構(gòu)造條件，從煤層底板開始，首先鋪設(shè)下部巖層，然后結(jié)構(gòu)面通過撒上云母粉來(lái)模擬，之后上部地層模型用同樣的方法制作。試驗(yàn)前在距離模型一側(cè)邊緣50cm處開挖切眼，切眼寬度2.4cm，高度2.6cm，按1：100的比例設(shè)計(jì)。模型兩邊各留50cm邊界煤柱，相似模擬模型開挖前全貌如圖1所示。

在水平和垂直方向上分別每隔40cm、40cm設(shè)置一條觀測(cè)線，在模型表面形成縱向和橫向40cm×40cm的方格，地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿地表線布置，間距為40cm，通過工作面開采過程監(jiān)測(cè)上覆巖層的運(yùn)移變化規(guī)律、垮落狀況，及地表垂直和水平位移情況。

2.2數(shù)值模擬結(jié)果分析

通過覆巖下沉規(guī)律分析，并結(jié)合覆巖破壞結(jié)構(gòu)理論中長(zhǎng)壁工作面開采后在采空區(qū)形成的“三帶”（即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶）計(jì)算特征，上部2號(hào)、4號(hào)、7號(hào)煤層開采后，現(xiàn)場(chǎng)主采8號(hào)煤層工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采8號(hào)煤層上方第一層粉砂巖，上方第二層泥巖，高度為5.52～9.9m；裂隙帶范圍為煤層上方第六層砂質(zhì)泥巖，高度為14.96～22.96m；彎曲下沉帶范圍為裂隙帶以上直至地表層。如圖2所示。

3結(jié)論

通過覆巖下沉規(guī)律分析，并結(jié)合覆巖破壞結(jié)構(gòu)理論中長(zhǎng)壁工作面開采后在采空區(qū)形成的“三帶”（即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶）計(jì)算特征，上部2號(hào)、4號(hào)、7號(hào)煤層開采后，現(xiàn)場(chǎng)主采8號(hào)煤層工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采8號(hào)煤層上方第一層粉砂巖，上方第二層泥巖，高度為5.52～9.9m；裂隙帶范圍為煤層上方第六層砂質(zhì)泥巖，高度為14.96～22.96m；彎曲下沉帶范圍為裂隙帶以上直至地表層。