采空區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：針對貴州盛遠煤礦高瓦斯低透氣性近距離煤層群安全高效開采的問題，結合現場40803綜采工作面的實際情況，運用相似模擬試驗的方法，模擬得出上部2號、4號、7號煤層開采后，現場主采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。

關鍵詞：采空區；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工程地質概況

貴州省六盤水市鐘山區大灣鎮盛遠煤礦，礦井設計生產能力90萬t/a，服務年限79a。可采及局部可采煤層共6層，即2號、4號、7號、8號、9號、11號煤層。試驗上保護層工作面為40803工作面，平均傾斜長度為118m，平均走向長度為400m，主要開采4號較薄煤層，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，產狀較穩定。4號煤層頂板主要為深灰色砂質泥巖或灰色泥巖，厚度0.25～12.78m，一般4.62m；底板主要為細砂巖或灰色砂質泥巖，厚0～11.8m，一般5.22rn。

根據研究區域的巖層柱狀圖、歷史經驗數據及煤巖的物理力學實驗結果，確定煤巖的物理力學參數如表1所示。

2覆巖“三帶”的相似模擬分析

2.1模型建立

設計的模型為平面應力模型，尺寸為長×寬×高=400cm×30cm×180cm。根據工作面的地質構造條件，從煤層底板開始，首先鋪設下部巖層，然后結構面通過撒上云母粉來模擬，之后上部地層模型用同樣的方法制作。試驗前在距離模型一側邊緣50cm處開挖切眼，切眼寬度2.4cm，高度2.6cm，按1：100的比例設計。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設置一條觀測線，在模型表面形成縱向和橫向40cm×40cm的方格，地表位移監測點沿地表線布置，間距為40cm，通過工作面開采過程監測上覆巖層的運移變化規律、垮落狀況，及地表垂直和水平位移情況。

2.2數值模擬結果分析

通過覆巖下沉規律分析，并結合覆巖破壞結構理論中長壁工作面開采后在采空區形成的“三帶”（即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶）計算特征，上部2號、4號、7號煤層開采后，現場主采8號煤層工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采8號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結論

通過覆巖下沉規律分析，并結合覆巖破壞結構理論中長壁工作面開采后在采空區形成的“三帶”（即垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶）計算特征，上部2號、4號、7號煤層開采后，現場主采8號煤層工作面覆巖“三帶”劃分范圍為：垮落帶范圍為主采8號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。