6采場巖層移動與控制10

1、6 采場巖層移動與控制 我國煤礦我國煤礦90%以上是井工垮落法開采?？迓浞ㄒ陨鲜蔷た迓浞ㄩ_采。垮落法采煤，開采以后必然引起巖體向采空區(qū)移動，將造采煤，開采以后必然引起巖體向采空區(qū)移動，將造成采動損害及相關(guān)問題，主要表現(xiàn)為：成采動損害及相關(guān)問題，主要表現(xiàn)為：（1）形成礦山壓力顯現(xiàn)，引起采場和巷道圍巖變形、）形成礦山壓力顯現(xiàn)，引起采場和巷道圍巖變形、垮落和來壓，需對采取支護措施維護采場與巷道的垮落和來壓，需對采取支護措施維護采場與巷道的生產(chǎn)安全。生產(chǎn)安全。（2）形成采動裂隙，引起周圍煤巖體中的水和瓦斯）形成采動裂隙，引起周圍煤巖體中的水和瓦斯的流動，導致井下瓦斯與突水事故，需要對此進行的流動，導

2、致井下瓦斯與突水事故，需要對此進行控制和利用。控制和利用。6.1.1 煤層開采產(chǎn)生的相關(guān)問題煤層開采產(chǎn)生的相關(guān)問題（3）巖層移動發(fā)展到地表引起地表沉陷，導致農(nóng)田、）巖層移動發(fā)展到地表引起地表沉陷，導致農(nóng)田、建筑設(shè)施的毀壞，當?shù)孛鏉撍惠^高時，地表沉陷建筑設(shè)施的毀壞，當?shù)孛鏉撍惠^高時，地表沉陷盆地內(nèi)大量積水，農(nóng)田無法耕種村莊被迫搬遷，引盆地內(nèi)大量積水，農(nóng)田無法耕種村莊被迫搬遷，引發(fā)一系列環(huán)境、經(jīng)濟和社會問題。發(fā)一系列環(huán)境、經(jīng)濟和社會問題。 2000 2000年統(tǒng)計，山東省年統(tǒng)計，山東省“三下三下”壓煤高達壓煤高達4444億億t t，占可采儲量的占可采儲量的53%53%。焦作城市下壓煤。焦作城市

3、下壓煤1010億億t t。 據(jù)統(tǒng)計，平均每采萬噸煤地面塌陷約據(jù)統(tǒng)計，平均每采萬噸煤地面塌陷約800m800m2 2，截，截止到止到20002000年全國煤礦塌陷面積達年全國煤礦塌陷面積達5000km5000km2 2，并且以每，并且以每年年220km220km2 2的速度遞增。的速度遞增。6.1.1 煤層開采產(chǎn)生的相關(guān)問題煤層開采產(chǎn)生的相關(guān)問題（4）由于開采對圍巖的破壞，為了保護礦井生產(chǎn)安）由于開采對圍巖的破壞，為了保護礦井生產(chǎn)安全，需要留設(shè)大量的煤柱，我國煤炭采出率低。全，需要留設(shè)大量的煤柱，我國煤炭采出率低。 2007中國能源中國能源發(fā)展報告發(fā)展報告報道：報道：6.1.1 煤層開采產(chǎn)生的相

4、關(guān)問題煤層開采產(chǎn)生的相關(guān)問題6.1.2 煤礦綠色開采理念煤礦綠色開采理念 錢鳴高院士提出的綠色開采理念，在基本概念錢鳴高院士提出的綠色開采理念，在基本概念上是從廣義資源的角度來認識和對待煤、瓦斯、水上是從廣義資源的角度來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源；基本出發(fā)點是防止或等一切可以利用的各種資源；基本出發(fā)點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其它資源的不良影響；盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其它資源的不良影響；目標是取得最佳的經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。這與目標是取得最佳的經(jīng)濟效益和社會環(huán)境效益。這與國家循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是完全國家循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是完全一

5、致的。一致的。 什么是什么是循環(huán)經(jīng)濟循環(huán)經(jīng)濟? 循環(huán)經(jīng)濟的核心是建立資源循環(huán)經(jīng)濟的核心是建立資源產(chǎn)品產(chǎn)品再生資源的生再生資源的生產(chǎn)和消費方式，減少資源利用及廢物排放（產(chǎn)和消費方式，減少資源利用及廢物排放（Reduce），），實施物料循環(huán)利用（實施物料循環(huán)利用（Recycle），廢棄物回收利用），廢棄物回收利用（Reuse），這就是廣泛推崇的），這就是廣泛推崇的3R法則。法則。 1.減量原則。要求減少進入生產(chǎn)和消費流程的物質(zhì)量，減量原則。要求減少進入生產(chǎn)和消費流程的物質(zhì)量，即用較少的原料和能源投入滿足既定的生產(chǎn)或消費需求，即用較少的原料和能源投入滿足既定的生產(chǎn)或消費需求，在經(jīng)濟活動的源頭就做到節(jié)

6、約資源和減少污染。在生產(chǎn)在經(jīng)濟活動的源頭就做到節(jié)約資源和減少污染。在生產(chǎn)中，常要求產(chǎn)品體積小型化和產(chǎn)品重量輕型化，產(chǎn)品包中，常要求產(chǎn)品體積小型化和產(chǎn)品重量輕型化，產(chǎn)品包裝追求簡單樸實而不是豪華浪費；在生活中，減少人們裝追求簡單樸實而不是豪華浪費；在生活中，減少人們對物品的過度需求，從而達到減少廢棄物排放的目的。對物品的過度需求，從而達到減少廢棄物排放的目的。 2.再用原則。要求產(chǎn)品和包裝能夠以初始的形式被多再用原則。要求產(chǎn)品和包裝能夠以初始的形式被多次使用。在生產(chǎn)中，要求制造商使用標準尺寸進行設(shè)計，次使用。在生產(chǎn)中，要求制造商使用標準尺寸進行設(shè)計，以便于更換部件而不必更換整個產(chǎn)品，同時鼓勵發(fā)展

7、再制以便于更換部件而不必更換整個產(chǎn)品，同時鼓勵發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)；在生活中，鼓勵人們購買能夠重復使用的物品、造產(chǎn)業(yè)；在生活中，鼓勵人們購買能夠重復使用的物品、飲料瓶和包裝物。飲料瓶和包裝物。 3.循環(huán)原則。要求生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在完成其使用功能循環(huán)原則。要求生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在完成其使用功能后能重新變成可以利用的資源而不是無用的垃圾。物質(zhì)循后能重新變成可以利用的資源而不是無用的垃圾。物質(zhì)循環(huán)通常有兩種方式，一是資源循環(huán)利用后形成與原來相同環(huán)通常有兩種方式，一是資源循環(huán)利用后形成與原來相同的產(chǎn)品，二是資源循環(huán)利用后形成不同的新產(chǎn)品。循環(huán)原的產(chǎn)品，二是資源循環(huán)利用后形成不同的新產(chǎn)品。循環(huán)原則要求消費者和生產(chǎn)者

8、購買循環(huán)物質(zhì)比例大的產(chǎn)品，以使則要求消費者和生產(chǎn)者購買循環(huán)物質(zhì)比例大的產(chǎn)品，以使循環(huán)經(jīng)濟的整個過程實現(xiàn)閉合。循環(huán)經(jīng)濟的整個過程實現(xiàn)閉合。 什么是什么是循環(huán)經(jīng)濟循環(huán)經(jīng)濟?煤炭開采巖層移動排 放 水地表塌陷土地與建筑物損害瓦斯事故排放瓦斯污染環(huán)境地下水資源流失與突水事故煤與瓦斯共 采保水開采充填開采排放矸石煤巷支護矸石井下處 理煤炭地下氣 化占用農(nóng)田污染環(huán)境綠色開采6.1.2 煤礦綠色開采理念煤礦綠色開采理念“高效安全、高采出率、環(huán)境協(xié)調(diào)高效安全、高采出率、環(huán)境協(xié)調(diào)”綠色開采技術(shù)體系綠色開采技術(shù)體系膏體材料充填膏體材料充填超高水材料充填超高水材料充填矸石干式充填矸石干式充填 礦山充填技術(shù)發(fā)展階段礦

9、山充填技術(shù)發(fā)展階段 煤煤礦礦充充填填開開采采技技術(shù)術(shù)體體系系煤礦充填開采膏體充填高水材料充填干式充填充填工藝設(shè)備充填材料充填支架充填設(shè)計/評價回收煤柱沿空留巷防煤自燃矸石處理水砂/矸石充填高水材料膠結(jié)性膏體非膠結(jié)性膏體充填環(huán)境安全充填系統(tǒng)集成充填泵充填管件系統(tǒng)測控現(xiàn)場實測整體充填支架分體充填支架端頭充填支架巷旁充填支架干式充填支架采面控制設(shè)計材料選擇設(shè)計支架設(shè)計方法充采方法設(shè)計沉陷控制效果環(huán)境保護效果充填工藝設(shè)計復合外加劑膏體膠結(jié)料膏體膠結(jié)料粉塵防治三下一上采煤充采設(shè)計規(guī)范充填支架規(guī)范充填系統(tǒng)規(guī)范材料標準 煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)途徑煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)途徑 瓦斯抽采與利用瓦斯抽采與利用

10、我國煤層氣資源豐富，據(jù)我國煤層氣資源豐富，據(jù)2002年的有關(guān)報告，年的有關(guān)報告，在陸上煙煤和無煙煤田中，埋深在在陸上煙煤和無煙煤田中，埋深在3002000m范圍范圍內(nèi)的資源有內(nèi)的資源有31.46萬億萬億m3，相當于天然氣儲量，相當于天然氣儲量。難以在開采前抽采。難以在開采前抽采。利用巖層運動的特點開發(fā)煤層氣。利用巖層運動的特點開發(fā)煤層氣。在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的系統(tǒng)。在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的系統(tǒng)。 瓦斯抽采與利用瓦斯抽采與利用被保護層組保護層地面鉆井遠距離保護層開采（100110m）地面鉆井抽采法 瓦斯抽采與利用瓦斯抽采與利用壓縮壓縮轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運壓縮壓縮轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運 瓦斯發(fā)電瓦斯發(fā)

11、電 瓦斯罐裝利用瓦斯罐裝利用 煤炭地下氣化煤炭地下氣化 煤炭地下氣化是指其不將煤炭采出地面，而將其在地煤炭地下氣化是指其不將煤炭采出地面，而將其在地下直接氣化，即將地下煤炭通過熱化學反應在原地轉(zhuǎn)化為下直接氣化，即將地下煤炭通過熱化學反應在原地轉(zhuǎn)化為可燃氣體的技術(shù)。它可燃氣體的技術(shù)。它1912年開始于英國，美國始于年開始于英國，美國始于1946，蘇聯(lián)始于蘇聯(lián)始于1932年。其它如德國、法國、荷蘭、西班牙都年。其它如德國、法國、荷蘭、西班牙都進行過試驗，但由于熱值低，成本高而末得到發(fā)展。進行過試驗，但由于熱值低，成本高而末得到發(fā)展。 我國于我國于19581960年曾在年曾在16個礦區(qū)進行試驗，于個

12、礦區(qū)進行試驗，于1962年停止，年停止，1984年又開始了新的試驗，年又開始了新的試驗，1994年達到年達到連續(xù)生產(chǎn)連續(xù)生產(chǎn)295d，產(chǎn)氣量為，產(chǎn)氣量為200m3/h，熱值，熱值1381617584kJ/m3，采用的是有井式、長通道、大斷面的煤，采用的是有井式、長通道、大斷面的煤炭地下氣化方法。炭地下氣化方法。 煤炭地下氣化煤炭地下氣化干餾帶干餾帶氣氣化化劑劑通通道道氣氣化化劑劑通通道道煤煤氣氣通通道道氣化采空氣化采空自然帶自然帶自然帶自然帶干燥帶干燥帶干燥帶干燥帶干餾區(qū)干餾區(qū)干餾帶干餾帶燃燒氣化帶燃燒氣化帶燃燒氣化帶燃燒氣化帶 煤炭地下氣化煤炭地下氣化6.2.1 關(guān)鍵層的概念關(guān)鍵層的概念 關(guān)

13、鍵層指對巖體活動全部或局部起控制作用的巖層。前者關(guān)鍵層指對巖體活動全部或局部起控制作用的巖層。前者稱為亞關(guān)鍵層，后者稱為主關(guān)鍵層。關(guān)鍵層特征如下：稱為亞關(guān)鍵層，后者稱為主關(guān)鍵層。關(guān)鍵層特征如下：（1）幾何特征：單層厚度較厚；）幾何特征：單層厚度較厚；（2）巖性特征：相對較堅硬，彈性模量較大，強度較高；）巖性特征：相對較堅硬，彈性模量較大，強度較高；（3）變形特征：關(guān)鍵下沉變形時，其上覆全部或局部巖層的下）變形特征：關(guān)鍵下沉變形時，其上覆全部或局部巖層的下沉量同步協(xié)調(diào)。沉量同步協(xié)調(diào)。（4）破斷特征：關(guān)鍵層破斷將導致全部或局部上覆巖層的同步）破斷特征：關(guān)鍵層破斷將導致全部或局部上覆巖層的同步破斷，

14、引起較大范圍巖層移動。破斷，引起較大范圍巖層移動。（5）承載特征：關(guān)鍵層破斷前以板）承載特征：關(guān)鍵層破斷前以板/梁結(jié)構(gòu)為上覆全部或部分梁結(jié)構(gòu)為上覆全部或部分巖層的承載體，破斷后則為砌體梁結(jié)構(gòu)，繼續(xù)成為承載主體。巖層的承載體，破斷后則為砌體梁結(jié)構(gòu)，繼續(xù)成為承載主體。 （1 1）計算各硬巖層所受載荷：所謂堅硬巖層是）計算各硬巖層所受載荷：所謂堅硬巖層是指那些在變形中撓度小于其下部巖層，與其下部巖指那些在變形中撓度小于其下部巖層，與其下部巖層離層的巖層。層離層的巖層。 （2 2）計算各硬巖層的破斷步距：）計算各硬巖層的破斷步距： 中國礦業(yè)大學編制了判別覆巖關(guān)鍵層位置的計中國礦業(yè)大學編制了判別覆巖關(guān)鍵

15、層位置的計算機軟件，算機軟件，實現(xiàn)了覆巖關(guān)鍵層判別方法的計算機化實現(xiàn)了覆巖關(guān)鍵層判別方法的計算機化和和判別結(jié)果的可視化。判別結(jié)果的可視化。6.2.2 覆巖關(guān)鍵層位置的判斷覆巖關(guān)鍵層位置的判斷nnqq11jjll 關(guān)鍵層計算舉例關(guān)鍵層計算舉例： 表表3-2巖層巖層巖性巖性 /kN/m3h/mE/MPaRt/MPa1中砂巖中砂巖234.0250007.02泥巖泥巖252.7110002.03砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥巖252.0150002.54中砂巖中砂巖255.5230007.0 332231122113111)(nnnnnhEhEhEhhhhEq kPaqkPaqkPaqkPaq7 .1637 .174

16、5 .140921413121 關(guān)鍵層計算舉例關(guān)鍵層計算舉例： 表表3-2巖層巖層巖性巖性 /kN/m3h/mE/MPaRt/MPa1中砂巖中砂巖234.0250007.02泥巖泥巖252.7110002.03砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥巖252.0150002.54中砂巖中砂巖255.5230007.0 kPaqkPaqkPaqkPaq7 .1637 .1745 .140921413121 ）（第一層破斷距：m8 .35213111qRhlT 關(guān)鍵層計算舉例關(guān)鍵層計算舉例： 表表3-2巖層巖層巖性巖性 /kN/m3h/mE/MPaRt/MPa1中砂巖中砂巖234.0250007.02泥巖泥巖252.711

17、0002.03砂質(zhì)泥巖砂質(zhì)泥巖252.0150002.54中砂巖中砂巖255.5230007.0）（，）取（）（，）?。ǖ谒膶悠茢嗑啵簃462002m1 .29250014444444lkPaqqRhlkPaqT所以，對于第一種情所以，對于第一種情況，僅第一層巖層為況，僅第一層巖層為關(guān)鍵層。對于第二種關(guān)鍵層。對于第二種情況，第一、第四層情況，第一、第四層皆為關(guān)鍵層。皆為關(guān)鍵層。6.2.3 關(guān)鍵層復合破斷規(guī)律關(guān)鍵層復合破斷規(guī)律 所謂關(guān)鍵層復合破斷是指相鄰兩層硬巖層出現(xiàn)所謂關(guān)鍵層復合破斷是指相鄰兩層硬巖層出現(xiàn)同步破斷的現(xiàn)象。同步破斷的現(xiàn)象。 在薄基巖厚表土層條件下，兩層硬巖層同步破在薄基巖厚表土層

18、條件下，兩層硬巖層同步破斷的判別條件：斷的判別條件：11212003, 2, 2, 1, 10, 10, 1200, 2, 23, 1, 10 . 20 . 21mjmjjjjjmjmjjjjjhEhhEHhhEhE（6-3）6.2.3 關(guān)鍵層復合破斷規(guī)律關(guān)鍵層復合破斷規(guī)律 關(guān)鍵層復合破斷出現(xiàn)滑落失穩(wěn)得條件：關(guān)鍵層復合破斷出現(xiàn)滑落失穩(wěn)得條件：21sin43tan2thh（6-4）6.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念1.1.巖層移動：巖層移動： 煤層采出后，引起巖層的變形、破壞與移動，煤層采出后，引起巖層的變形、破壞與移動，并由下向上發(fā)展至地表引起地表的移動，這一過程并由下向上發(fā)展至

19、地表引起地表的移動，這一過程和現(xiàn)象稱為巖層移動，又稱為開采沉陷。和現(xiàn)象稱為巖層移動，又稱為開采沉陷。 圖圖6-2 6-2 巖層移動概貌巖層移動概貌11滑移面；滑移面；22斷裂面；斷裂面；33拉伸變形；拉伸變形；44壓縮變形；壓縮變形；斷裂角；斷裂角；滑移角滑移角6.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念2.2.充分采動與非充分采動：充分采動與非充分采動： 當采空區(qū)尺寸當采空區(qū)尺寸(長度和寬度長度和寬度)相當大時，地表最相當大時，地表最大下沉值達到該地質(zhì)條件下應有的最大值，此時的大下沉值達到該地質(zhì)條件下應有的最大值，此時的采動稱為采動稱為充分采動充分采動。將剛達到充分采動狀態(tài)的采空。將剛達

20、到充分采動狀態(tài)的采空區(qū)尺寸稱為區(qū)尺寸稱為臨界開采尺寸臨界開采尺寸。如果采空區(qū)尺寸小于臨。如果采空區(qū)尺寸小于臨界開采尺寸，稱為界開采尺寸，稱為非充分采動非充分采動。非充分采動條件，。非充分采動條件，下沉盆地呈尖底下沉盆地呈尖底“碗狀碗狀”，隨著開采尺寸增加，地，隨著開采尺寸增加，地表下沉值還將繼續(xù)增大。表下沉值還將繼續(xù)增大。6.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念3.3.移動與變形：移動與變形： 巖層移動會導致沿豎直方向和水平方向的位移，巖層移動會導致沿豎直方向和水平方向的位移，前者稱前者稱下沉下沉，后者稱為，后者稱為水平移動水平移動。 由于地表相鄰點的下沉和水平移動量是不相等由于地表相

21、鄰點的下沉和水平移動量是不相等的，這表明點與點之間有相對移動，從而引起地表的，這表明點與點之間有相對移動，從而引起地表變形。地表變形分為傾斜、曲率、水平變形。分別變形。地表變形分為傾斜、曲率、水平變形。分別由下沉和水平移動導出。由下沉和水平移動導出。6.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念3.3.移動與變形：移動與變形：（1 1）傾斜變形（）傾斜變形（i i）：）：指相鄰點在豎直方向的相對指相鄰點在豎直方向的相對移動與兩相鄰點間水平距離的比值。移動與兩相鄰點間水平距離的比值。反映盆地沿某反映盆地沿某一方向的坡度。一方向的坡度。地表相鄰兩點的移動和變形地表相鄰兩點的移動和變形mmmlwl

22、wwi/,4334436.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念3.3.移動與變形：移動與變形：（2 2）曲率變形（）曲率變形（K K）：）：指相鄰線段的傾斜差與兩線指相鄰線段的傾斜差與兩線段中點間的水平距離的比值。段中點間的水平距離的比值。 曲率變形反映觀測線斷面上的彎曲程度。曲率曲率變形反映觀測線斷面上的彎曲程度。曲率有正、負之分，下沉曲線上凸為正，下凹為負。有正、負之分，下沉曲線上凸為正，下凹為負。 下下沉曲線的凸凹分界點稱為拐點。沉曲線的凸凹分界點稱為拐點。2/,mmmliK6.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念3.3.移動與變形：移動與變形：（3 3）水平變形（）水平

23、變形（ ）：）：指兩相鄰點的水平移動差值指兩相鄰點的水平移動差值與兩點間水平距離的比值。它反映相鄰兩點間單位與兩點間水平距離的比值。它反映相鄰兩點間單位長度的拉伸長度的拉伸(正正)或壓縮或壓縮(負)值。 地表相鄰兩點的移動和變形地表相鄰兩點的移動和變形mmmluluu/,4334436.3.1 巖層移動的有關(guān)概念巖層移動的有關(guān)概念4.4.巖層移動角：巖層移動角： 地表下沉邊地表下沉邊界（常以界（常以10mm10mm點點劃定）和采空區(qū)劃定）和采空區(qū)邊界的連線與水邊界的連線與水平線在煤柱一側(cè)平線在煤柱一側(cè)的夾角，稱為巖的夾角，稱為巖層移動角。層移動角。6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)

24、律1.1.采動覆巖移動破壞的分帶：采動覆巖移動破壞的分帶：垮 落 帶 與 裂垮 落 帶 與 裂縫 帶 合 稱縫 帶 合 稱“ 兩 帶兩 帶 ” ，又 稱 導 水 裂又 稱 導 水 裂縫帶?？p帶。6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律1.1.采動覆巖移動破壞的分帶：采動覆巖移動破壞的分帶：“兩帶兩帶”高高Hli=(912)MHli=(1218)MHli=(1828)M6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：圖 6 8 上 覆 巖 層 移 動 實 測 曲 線圖 6 8 上 覆 巖 層 移 動 實 測 曲 線圖 6 8 上 覆 巖

25、 層 移 動 實 測 曲 線圖 6 8 上 覆 巖 層 移 動 實 測 曲 線6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：（1）巖層移動曲線符合負指數(shù)函數(shù)關(guān)系：）巖層移動曲線符合負指數(shù)函數(shù)關(guān)系：baZmxess1下沉：baZbmxeZsbaLdxdsi)1(1斜率：baZbbmxeabZZsbaLdxsd) 1-b1)2(222（曲率：bxabbdxsd1221Z0 ，即：最大斜率位置：bxabbbbdxsd1332) 1)(15() 1( 3Z0 ，即：最大曲率位置：6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移

26、動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：圖 6 8 上 覆 巖 層 移 動 實 測 曲 線圖 6 8 上 覆 巖 層 移 動 實 測 曲 線（2）采場覆巖移動的水平分區(qū)：）采場覆巖移動的水平分區(qū)：A區(qū)：煤體上方，水平移動角為劇烈，但垂直移動甚微。區(qū)：煤體上方，水平移動角為劇烈，但垂直移動甚微。在有些場合垂直位移量還出現(xiàn)負值（即巖層有上升現(xiàn)在有些場合垂直位移量還出現(xiàn)負值（即巖層有上升現(xiàn)象）。象）。B區(qū)：靠近采面的采空區(qū)上方，垂直位移急劇增加，巖區(qū)：靠近采面的采空區(qū)上方，垂直位移急劇增加，巖層移動速度下快上慢，巖層之間出現(xiàn)離層。層移動速度下快上慢，巖層之間出現(xiàn)離層。C區(qū)：壓實冒落矸石上方，變形曲線趨于緩和，

27、區(qū)：壓實冒落矸石上方，變形曲線趨于緩和，巖層移巖層移動速度上快下慢，巖層之間重新壓實動速度上快下慢，巖層之間重新壓實6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：（3）覆巖移動軌跡：）覆巖移動軌跡： 先向采空區(qū)方向先向采空區(qū)方向移動，后轉(zhuǎn)向工作面移動，后轉(zhuǎn)向工作面推進方向移動。推進方向移動。6.3.2 巖層移動的基本規(guī)律巖層移動的基本規(guī)律2.2.覆巖內(nèi)部巖層移動特征：覆巖內(nèi)部巖層移動特征：（4）覆巖移動軌跡與煤）覆巖移動軌跡與煤層傾角關(guān)系：層

28、傾角關(guān)系： 沿傾向剖面，測點基沿傾向剖面，測點基本上沿著與層面成垂直本上沿著與層面成垂直的方向向下移動。的方向向下移動。6.3.3 關(guān)鍵層運動對巖層關(guān)鍵層運動對巖層移動的影響移動的影響圖圖6-11 6-11 關(guān)鍵層對巖層移動控制作用的實驗結(jié)果關(guān)鍵層對巖層移動控制作用的實驗結(jié)果11關(guān)鍵層；關(guān)鍵層；22關(guān)鍵層上關(guān)鍵層上82 m82 m處處6.3.4 巖層巖層移動中的離層與裂隙分布移動中的離層與裂隙分布圖圖6-13 6-13 關(guān)鍵層破斷前后離層分布關(guān)鍵層破斷前后離層分布6.3.4 巖層巖層移動中的離層與裂隙分布移動中的離層與裂隙分布圖圖6-14 6-14 采動裂隙分布的采動裂隙分布的“O O”型圈型

29、圈6.3.4 巖層巖層移動中的離層與裂隙分布移動中的離層與裂隙分布（1）關(guān)鍵層運動對離層及裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展與時空）關(guān)鍵層運動對離層及裂隙的產(chǎn)生、發(fā)展與時空分布起控制作用。覆巖離層主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下。分布起控制作用。覆巖離層主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下。（2）沿工作面推進方向，關(guān)鍵層下離層動態(tài)分布呈沿工作面推進方向，關(guān)鍵層下離層動態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律：關(guān)鍵層初次破斷前，最大離層位現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律：關(guān)鍵層初次破斷前，最大離層位于采空區(qū)中部。關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)于采空區(qū)中部。關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部趨于壓實，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個離層中部趨于壓實，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個

30、離層區(qū)，其最大寬度及高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前的區(qū)，其最大寬度及高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前的1/3左右左右.6.3.4 巖層巖層移動中的離層與裂隙分布移動中的離層與裂隙分布（3）沿頂板高度方向，隨工作面推進離層呈跳躍式）沿頂板高度方向，隨工作面推進離層呈跳躍式由下往上發(fā)展。首先，第由下往上發(fā)展。首先，第亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當其破斷后其下離層呈其破斷后其下離層呈“O”形圈分布時，上部第形圈分布時，上部第亞亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當其破斷后其下層呈關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當其破斷后其下層呈“”形圈形圈分布；如此發(fā)展直至主關(guān)鍵層。分布；如此發(fā)展直至主關(guān)鍵層。（4）貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌入

31、工作面的通道，）貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌入工作面的通道，故也稱其為故也稱其為“導水、導氣導水、導氣”裂隙。裂隙?！皩?、導氣導水、導氣”裂裂隙僅在覆巖一定高度范圍內(nèi)發(fā)育，其發(fā)育高度與采高隙僅在覆巖一定高度范圍內(nèi)發(fā)育，其發(fā)育高度與采高和巖性有關(guān)。和巖性有關(guān)。 煤層開采后不僅引起頂板巖層的移動與破壞煤層開采后不僅引起頂板巖層的移動與破壞, ,也也將導致底板巖層在一定范圍的移動和破壞。將導致底板巖層在一定范圍的移動和破壞。 當?shù)装鍘r層存在含水層時，煤層開采后底板的變當?shù)装鍘r層存在含水層時，煤層開采后底板的變形破壞可能會引起底板突水事故。形破壞可能會引起底板突水事故。 采動底板突水事故是采動對底板破

32、壞及底板承壓采動底板突水事故是采動對底板破壞及底板承壓水共同作用導致。底板突水事故的防治需要重視研究水共同作用導致。底板突水事故的防治需要重視研究采動底板破壞規(guī)律。采動底板破壞規(guī)律。6.4.1 采場底板破壞深度采場底板破壞深度 圖圖2-30 2-30 底板巖層中的應力分布底板巖層中的應力分布aa煤柱下煤柱下 z z等值線；等值線；bb煤體下煤體下 z z等值線等值線（采深（采深800m800m，平均巖石體積力，平均巖石體積力25kN/m25kN/m3 3) )6.4.1 采場底板破壞深度采場底板破壞深度 圖圖6-15 6-15 地基中的極限平衡區(qū)地基中的極限平衡區(qū)I主動應力區(qū)；主動應力區(qū)；II

33、過渡區(qū)；過渡區(qū)；III被動應力區(qū)。被動應力區(qū)。6.4.1 采場底板破壞深度采場底板破壞深度 圖圖6-16 6-16 支承壓力形成的底板破壞深度支承壓力形成的底板破壞深度I主動應力區(qū)；主動應力區(qū)；II過渡區(qū)；過渡區(qū)；III被動應力區(qū)。被動應力區(qū)。6.4.1 采場底板破壞深度采場底板破壞深度 底板巖層承壓能力與采面長度關(guān)系底板巖層承壓能力與采面長度關(guān)系（趙陽升（趙陽升 等，等， 20042004）6.4.1 采場底板破壞深度采場底板破壞深度 不同采煤方法的底板破壞深度值不同采煤方法的底板破壞深度值采煤方法采煤方法長壁長壁80100m短壁短壁50m條帶條帶20m房柱房柱15 15m底板破壞深底板破壞

34、深度度/m10173.572.53356.4.2 應用關(guān)鍵層理論分析采場底板破壞與突水應用關(guān)鍵層理論分析采場底板破壞與突水 圖圖6-17 6-17 初次來壓時底板關(guān)鍵層載荷特征初次來壓時底板關(guān)鍵層載荷特征6.4.2 應用關(guān)鍵層理論分析采場底板破壞與突水應用關(guān)鍵層理論分析采場底板破壞與突水 圖圖6-18 6-18 底板關(guān)鍵層破斷后的一般狀態(tài)底板關(guān)鍵層破斷后的一般狀態(tài)6.5.1 留煤柱控制巖層移動留煤柱控制巖層移動圖圖619 條帶開采的類型條帶開采的類型a保留條帶寬度保留條帶寬度; b采出條帶寬度采出條帶寬度（1）部分開采：條帶開采、房柱式開采）部分開采：條帶開采、房柱式開采6.5.1 留煤柱控制巖層移動留煤柱控制巖層移動（1）部分開采：條帶開采、房柱式開采）部分開采：條帶開采、房柱式開采 房房柱柱式式采采煤煤6.5.1 留煤柱控制巖層移動留煤柱控制巖層移動（2）留設(shè)保護煤柱：）留設(shè)保護煤柱： 留設(shè)保護煤柱保護地面重留設(shè)保護煤柱保護地面重要建要建(構(gòu)構(gòu))筑