岩破坏规律.ppt

大倾角煤层覆岩顶板破坏规律
一、覆岩破坏规律研究的目的
采掘工作面支护参数及井巷煤柱的合理留设;
水体下煤层开采可行性评价及开采上限合理确定;
煤层群上行开采的可能性和安全性评价;
高瓦斯、易自燃近距离煤层开采防灭火措施制定;
“双突”矿井瓦斯预抽范围及解放层的选取;
采矿权重叠矿井安全评价。
二、覆岩破坏的研究简史
覆岩破坏的研究只有近百年的历史。前苏联、德国、比利时、中国等国学者均进行了研究。近年来,由于研究方法、计算机的广泛和实测手段的应用,使覆岩破坏的研究进入了一个新的发展阶段,但由于覆岩的复杂性、现场实测条件的限制,至今未形成系统的理论。目前应用比较广泛的理论或假说:
拱形垮落理论:
悬梁(或悬板)垮落理论:
垮落岩块碎胀充填理论:
垮落岩块铰接理论:
三、覆岩破坏与采动影响
采动影响引起覆岩移动变形和破坏
采动影响是指回采引起的围岩活动现象及造成的种种损害,包括:
采动后岩层(岩体)和地表的应力变化;
采动后岩层(岩体)和地表整体性移动;
采动后岩层(岩体)和地表垮落开裂性破坏。
采场采动影响的分布特征
在采用长壁全部垮落采煤法的情况下,采空区顶、底板岩层及所采煤层本身中的采动影响,按其性质及程度可分为三个区带,即:应力微变化区;微小变形与移动区;开裂垮落性破坏区。
以上这三个区带的范围大小主要受采厚、倾角、岩性、地层结构等影响。
下面以中等硬度岩(煤)层为例,说明采场采动影响的分布特征:
采动影响部位
采动影向性质
不同煤层倾角采动影响范围(米)
采动影响后果
≤35°
36~54°
≥55°
工作面前(后)方所采煤层本身
应力微变化区
微小变形与移动区
开裂垮落性破坏区
80~150
30~35
0~3
80~150
30~35
——
——
——
——
巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变
巷道维护困难,隔水性微受影响,透气性增加
巷道不能维护、隔水(气)性完全破坏
采空区上(下)侧所采煤层本身
应力微变化区
微小变形与移动区
开裂垮落性破坏区
(下侧)
80~100*
(下侧)
15~25**
(下侧)
2~3
(上侧)
40~60
(上侧)
10~30
(上侧)
2~5
(上侧)
30~50
(上侧)
10~30
(上侧)
5~20
巷道维护容易,透气性微增,隔水性不变
巷道维护困难,隔水性微受影响,透气性增加
巷道不能维护、隔水(气)性完全破坏
采空区顶板岩层
整体移动带
开裂性破坏带
垮落性破坏带
30~40m
以上
9~30m
0~6m
30~40m
以上
9~30m
0~6m
——
3~21m
(煤层)
3~7m
(煤层)
△巷道有可能维护、透气性增加,隔水性微受影响
△巷道难以维护,隔水(气)性完全破坏
△巷道不能维护,隔气性完全破坏,无隔水、泥、砂能力
采空区底板岩层
鼓胀开裂带
微小变形与移动带
应力微变化带
8~15***
20~25****
60~80
——
——
——
——
——
——
△△巷道难以维护,隔水(气)性受破坏
△△巷道可以维护、隔水(气)性受破坏
巷道维护容易,透气性微增,隔水性不受影响
采场采动影响的分布特征
注:m——采厚
覆岩切冒型破坏
破坏形态:
既不象有规律的“三带”型破坏,又不象非均衡破坏那样逐渐向上抽冒,而是突然一次性的由煤层顶板直达地表。垮落下来的岩块与未垮落岩体之间的裂隙形如刀切。
破坏特点:
垮落岩体呈反漏斗形状;
单次垮落的面积大;
垮落范围小于开采范围;
地表下沉均匀,,深不见底。
产生条件:覆岩整体性强,坚硬难冒,如大同矿区单向抗压强度80-200MPa。
开采煤层厚度大,开采深度小,如大同煤厚5-6m,采深100m以内。
覆岩拱冒型破坏
破坏形态:
覆岩在局部地方或大面积发生垮落,但发展到一定高度后形成悬顶、垮落的范围呈拱形。
破坏特点:
近煤层的顶板岩层受到破坏、远离煤层的顶板岩层不受到破坏;
采空区周围垮落高度小,中央垮落高度大,类似拱形;
垮落有时瞬时发生,有时是逐次发生;
产生条件:
开采范围小或巷道掘进时;
长壁开采初次放顶时;
垮落条带法开采;
急倾斜煤层回采区段的倾斜及走向长度较小。
覆岩“三带”型破坏:
采用全部垮落法处理采空区的长壁工作面煤层采出后,从煤层直接顶板开始,由下向上依次垮落、开裂、离层、弯曲经过若干时间终止移动。从特殊开采需要出发、对移动期间和移动稳定后的上覆岩层,按其破坏程度的不同,大致可分为垮落带、裂隙带、弯曲带。
覆岩垮落带破坏
长壁工作面回柱放顶或移架后,与煤层毗邻的直接顶失去支撑力,垮落、破碎形成岩块堆,其特点:
不规则性。垮落带下部为不规则垮落。垮落带内岩块不能传