小议井下煤矿开采过程中离层位置的确定.pdf

小议井下煤矿开采过程中离层位置的确定 孙志君 黑龙江龙煤矿业集团有限责任公司, 黑龙江 哈尔滨1 5 0 0 0 0 覆岩离层注浆可有效地缓解地表沉降, 它 是用外来材料通过钻孔来充填采空区上覆岩层 内部出现的离层空间,从而减缓地表由于地下 开采引起的沉陷量,这一技术在我国一些煤矿 得到了应用, 并取得了较好的效果。 但寻找离层 可能发生的位置以及离层在开采过程中的变化 规律是十分关键的问题,对离层注浆技术的应 用具有重要的理论和实际意义。 1出现离层现象的岩层层位 当工作面推进一定距离后,覆岩将产生移 动和破坏,一般情况下上覆岩层并不是简单的 一层一层由下而上运动的,而是形成的一个个 组合结构有规律的运动的,也可以认为覆岩就 像一系列薄厚不均匀的岩板的有序叠合;通常 离层现象均出现在较硬岩层或者几个连续岩层 组合起来较硬岩层组的下方,这说明硬岩层或 者组合硬岩层在岩层移动过程中起着主导作 用。把上述这种岩层组合结构的运动机制抽象 成岩层在开采扰动下发生的多组合结构的弯曲 组合, 如果在个个组合结构中的挠度不同, 就可 能在组合结构间产生离层现象。关于哪些相邻 岩层为一个组合结构可以这样判断如果相邻 岩层同时移动的岩层群为一个组合,即当 ωs m a x ωxm a xωs m a x、ωxm a x分别为上、 下位岩层的 最大挠度 两岩层同时运动, 这样的岩层群称之 为一个组合结构; 当ωs m a x ωxm a x时, 两岩层分别 运动,也就是出现组合结构的分界线或者是离 层可能出现的地方。 假设每一个岩层组合有n层岩层组成, 离 煤层较近的为第一层,较远的为第n层,如果 qn 1,1 pn 1 n i1 Eiδi 3 1 利用公式 1 可以计算出离层现象可能出 现的层位 即哪两组岩层之间发生离层现象 。 2岩梁断裂时的长度 随着井下工作面的不断推进,开采空间也 不断扩大, 采空区顶板出现断裂、 垮落, 并在其 上覆岩层中产生裂隙、 弯曲及离层现象。 起初当 工作面推进到一定距离后,煤层顶板出现初次 垮落, 垮落形式呈现岩梁垮落, 随着工作面继续 推进, 顶板出现周期垮落, 垮落形式为悬臂梁式 垮落,然而从整体上看采空区上方的岩层呈拱 形破坏 如图1所示 , 随着工作面的继续推进, 该岩梁也要断裂, 设断裂时的岩梁长度为L。 图1采场上覆岩层破坏形态 计算公式为 L M 2 Rt q“ 2 式中M垮落的岩梁厚度 q岩梁及其上方的均部载荷 R ′ t岩梁的岩体抗拉强度 q E M 3 γ M γ 1h1 γ2h2⋯ γnhn E M 3 E1h1 3 E2h2 3⋯ E nhn 3 式中γ 1、γ2、 ⋯γn岩梁上方各岩层的容重 h1、h2、 ⋯hn岩梁上方各岩层的厚度 E1、E2、⋯En岩梁上方各岩层的弹 性模量 E岩梁本身的弹性模量 3离层位置的判定 采空区上方岩层的破坏形态呈拱形 如图 1所示 , 分别将开切眼侧和停采线侧的岩层断 裂点连接起来近似为一直线, 称为断裂线。 断裂 线与煤层在采空区一侧所夹角为断裂角,也是 岩层移动中的重要参数,断裂角在开切眼侧和 停采线侧的值是不一样的,根据相似材料模拟 试验,普通开采条件下的断裂角大小为6 0 停采线一侧 和6 3 开切眼一侧 左右, 首次 离层位置应该出现在岩梁的中间,最大离层空 间距离工作面的长度为 S H * c t g φ2 L / 23 此时工作面的推进长度为S工 H * c t g φ1 H * c t g φ2 L 式中S最大离层空间距离工作面的水平 距离,m H离层水平到顶板的距离,m L岩梁走向方向长度,m φ1、φ2分别为采空区开切眼侧和停采线 侧的岩层断裂角度 如果伪倾斜煤层开采,在倾斜方向上的最 大离层位置可采用本矿的开采影响传播角来确 定, 随着工作面的推进和离层空间的充填, 最大 离层空间将周期性出现,即工作面每推进梁长 度Lm 时, 出现一次最大离层空间。 通过对覆岩移动规律的分析和研究,找出 了最大离层空间位置在开采过程中的动态变化 规律,以及计算最大离层位置的基本方法和步 骤,为离层注浆时寻找最大离层空间位置提供 了理论依据。对指导和应用覆岩注浆减缓开采 沉降起着重要的理论和实际意义。 摘要 覆岩离层注浆这一技术在我国一些煤矿得到了应用, 并取得了较好的效果, 但是寻找离层可能发生的位置以及离层在开采过程中的变 化规律是十分困难、 也是十分重要的问题。 通过对岩层移动及破坏现象的分析和研究, 找出了可能发生覆岩离层的岩层层位以及离层在工作面推进 过程中位置的变化规律。提出了动态地计算离层位置的基本公式, 为在离层注浆技术中判断离层位置提供了理论依据。 关键词 离层; 岩层层位; 位置; 研究 岩浆 Φ1Φ2 - 5 8 - 科苑论谈 责任编辑 胡明月