大采深厚煤层底板采动破坏深度.pdf

第 3 8卷第 1期 2 0 1 3 年 1月 煤 炭 学 报 J O URNAL OF CHI NA C O AL S OC I E T Y Vo 1 ． 3 8 No． 1 J a n ． 2 0 1 3 文章编号 0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 1 3 0 1 - 0 0 6 7 - 0 6 大采深厚煤层底板 采动破坏深度 张 蕊 ， 姜 振泉 ， 李 秀晗 ， 晁 海 德 ， 孙 强 1 ．中国矿业大学 资源 与地球科学学院 ， 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ．充煤菏泽能化有限公 司 赵楼煤矿 ， 山东 菏泽2 7 4 7 0 5 摘要 针对我国承压水上开采底板突水灾害随开采深度不断增大而逐年增 多的趋势 ， 以某矿综放 工作面的深部开采实际为背景， 根据现场煤层底板钻孔内不同深度传感器应变测试值随工作面的 变化规律 ， 确定 出煤层底板岩体破坏深度介于 1 8～ 2 0 m； 以研究区实际地层资料为基础建立工程 地质模型 ， 通过反复试算、 逐步修正模型边界条件 ， 对煤层底板破坏特征进行分析 ， 弥补 了现场实测 结果不能反映出煤层回采过程 中底板应力场的不足 ； 采用现场应 变实测和数值模拟相互结合的方 法， 确定了大采深厚煤层底板破坏深度为 2 0 m， 揭 示了矿山压力在采动煤层底板 中的传播规律 。 关键词 底板 突水 ； 带压开采； 破坏深度 ； 现场应变法 ； 数值模拟 中图分类号 T D 3 2 2 文献标志码 A S t ud y o n t h e f a i l ur e de p t h o f t h i c k s e a m flo o r i n d e e p m i n i n g Z H A N G R u i ， J I A N G Z h e n q u a n ， L I X i u h a n ， C H A O H a i d e ， S U N Q i a n g 1 ． S c h o o l o fR e s o u r c e s a n d E a rt h S c i e n c e ， C h i n a U n i v e r s i t y o fMi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a ； 2 ． Z h a o l o u胧M， H e z e E n e r g y C h e m i c a l C o rn p a rt y L t d ． ， Y a n z h o u C o a l Mi n i n g G r o u p ， H e z e 2 7 4 7 0 5 ， C h i n a Abs t r a c t Ai me d a t t h e t r e n d o f wa t e r i n r u s h di s a s t e r s i nc r e a s i n g a n n u a l l y wi t h t he mi n i n g d e p t h a b o v e c o n f i n e d a q u i f e r s ， b a s e d o n t he c o nd i t i o n s o f t he f u l l y me c ha n i z e d wo r k f a c e i n t h e d e e p mi n e， a n d a c c o r d i n g t o t he i n s i t u s t r a i n v a l H e o f t h e mi n i n g f a c e a t d i f f e r e n t d e p t h u n d e r t h e c o a l s e a m b e d， i t wa s d e t e r mi ne d t h e c o a l s e a m flo o r f a i l ur e d e p t h wa s b e t we e n 1 82 0 m． T hi s s t u d y a n a l y z e d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o a l s e a m fl o o r f a i l ur e t h r o u g h r e p e a t e d c a l c u l a t i o n s a nd g r a d u a l c o r r e c t i o n t o mo de l b o u n da r y c o nd i t i o n s， b a s e d o n t h e a c t u a l f o rm a t i o n ma t e r i a l i n t h e s t u d y a r e a t o e s t a b l i s h t h e g e o l o g i c a l mo de l ， wh i c h ma k e s u p f o r t h e d i s a d v a n t a g e s o f c o al s e a m mi n i n g s t r e s s t h a t t h e fie l d me a s u r e me n t r e s ul t c o u l d n o t r e fl e c t ． T h e c o a l s e a m flo o r f a i l u r e d e p t h wa s 2 0 m ， a nd i t r e v e a l e d t he c h a r a c t e ris t i c s o f t h e mi n e p r e s s u r e i n mi n i n g c o a l fl o o r wh e n c o mb i n i n g t h e i n s i t u s t r a i n me a s u r e me n t me t h o d wi t h t h e n u me ric a l s i mu l a t i o n me t h- o d． Ke y wo r d s w a t e r i n rus h f r o m fl o o r ； mi n i n g p r e s s u r e ； d a ma g e d e p t h； i n s i t u s t r a i n t e s t ； n u me r i c a l s i mu l a t i o n 随着我国煤炭开采深度的增大 ， 煤层 回采后工作 面底板破断、 突水灾害正呈逐年递增的趋势。煤层底 板采动破坏后不但易出现底臌变形 ， 而且 因其承载强 度急剧降低而易发生机架下陷， 增加 了移架难度 。此 外 ， 底板带 水 压开采条件下， 底板采动破坏减小了 煤层底板的隔水层厚度 ， 导致底板阻水能力 降低 ， 由 此增大了底板充水的危险性。因此 ， 正确地认识煤层 底板开采破坏深度和应力分布规律对于研究煤层底 板阻水能力发挥着重要的作用。现场原位探测煤层 采动底板变形规律和破坏深度是这 一问题研究的重 要技术手段 ， 尤其对于强冲击地压矿井和底板带压开 采矿井 ， 底板采动变形破坏实测数据是底板变形防护 和制定防治水对策的重要依据 J 。我 国自2 0世纪 8 0年代以来 ， 已经对几十个工作 面进行 了底板采动 破坏深度的观测工作 ， 取得了大量 的数据 ， 为我 国煤 矿安全生产做 出了巨大贡献 J 。朱术云等_ 4 通过 应变法测试得 出 了超化 “ 三 软” 煤底 板采动影 响深 度 ； 程学丰 、 张平松 等利用 c T技术获得煤层采 动过程 中底板破坏的动态发育规律和变形破坏特征 ； 吴基文等 通过注水试验得出了朱庄煤矿6煤底板 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 1 9 责任编辑 王婉洁 基金项目 国家 自 然科学基金资助项 目 4 1 1 0 2 2 0 1 ； 江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目 C X Z Z 1 2 - 0 9 4 8 作者简介 张蕊 1 9 8 7 一 ， 男 ， 云南宣威人 ， 博士研究生 。E m a i l z h a n g r u i a n 5 5 6 6 1 6 3 ． C O B 6 8 煤 炭 学 报 2 0 1 3 年第3 8 卷 采动影响深度 ； 关英斌等 通过数值模拟研究 了显 德汪煤矿 9煤层底板岩体应力分布变化规律。 以上大多数实测结果和试验研究都是针对煤层 埋深较浅的情况 ， 而大采深条件下的煤层底板破坏深 度的测试研究较少。随着煤矿资源开采深度 的不断 增加， 采煤工作面空 间尺度的不断增 大， 上述所测煤 层底板破坏深度参考值 已不能满足深部开采矿井水 害防治的要求。为此 ， 本文以某矿综放工作面深部开 采实际为背景 ， 采用应变 感应 法对煤层底板下不 同深度的岩体变形程度进行监测， 从而判断煤层底板 的破坏情况 ， 再结合 F L A C 数值模拟来确定工作面 的整体破坏程度， 并通过综合对比分析， 探讨了采动 煤层底板变形破坏的基本规律。 1 工作面概况 某矿综放工作面位于矿井东南部 ， 采用长壁综合 机械化放顶煤开采方法 ， 回采煤层为山西组 3煤， 煤 厚 0～8 ． 1 m， 平均 4 ． 0 m， 煤层走 向以 N W 向为主 ， 平 均倾角 3 。 ， 运输坡度 3 。～5 。 ， 总体趋势东北高 、 西南 低 ， 宽 缓 褶 曲 发 育。 煤 层 底 板 标 高- 9 6 3 ． 3～ 一 9 1 8 ． 2 m， 埋深 9 6 2 ． 5～1 0 0 6 ． 5 m， 呈“ 刀把” 式 ， 第 1 部分 面 长 2 8 5 ． 0 m， 面宽 1 5 2 ． 6 m， 第 2部 分面长 1 0 1 6 ． 0 m， 面宽 2 0 5 ． 0 m。总面长 1 3 0 1 ． 0 m。3煤 直接底为泥岩 ， 基本底 以砂岩为主， 砂岩累厚 3 ． 0 5～ 1 3 ． 2 4 m， 中夹粉砂岩 、 泥岩 。井 田范围内三灰是 3煤 开采底板的直接充水含水层 ， 厚 6 ． 3 0～8 ． O 0 m， 平均 7 ． 1 7 m， 距 3煤底板 4 9 ． 6 2～ 7 1 ． 0 5 m， 平均 5 8 ． 7 3 m， 裂隙较发育， 单位涌水量 0 ． 1 2 3 L ／ S m ， 最高水压 6 ． 7 MP a ， 正常涌水量为 1 2 1 m ／ h 。由于三灰在井 田 范围具有埋藏深、 水压大的特点 ， 因此 3煤开采过程 中的三灰底臌水害威胁不容忽视。 2现场 实测 2 ． 1 测试原理简介 现场应变 感应 法测试是一种根据煤层底板岩 层变形程度来确定底板受采动影响程度和深度范围 的方法。该方法通过应变传感器对工作面采动过程 中煤层底板下不同深度岩层的变形程度进行测试 ， 并 以此来判断煤层底板 的采动影 响程度 和深度 范围。 在工作面距离传感器位置较远、 采动矿压尚未波及到 测点时 ， 传感器读数变化相对稳定 ； 当采动矿压波及 到测点时， 传感器测试数据会随波及程度呈同步变 化 ； 在工作面临近测点 ， 传感器读数变化受采动矿压 的激烈扰动而急剧增大， 甚至出现收集不到数据的情 况 应变传感器因钻孑 L 变形的挤压或拉张而受损 ， 说明测点所处位置围岩受到了破坏 。此外 ， 在煤层回 采过程中， 当煤层底板岩层未遭受破坏时 ， 传感器外 侧受力相对均匀 ， 3组测试数据变化较稳定 ， 随围岩 变形大小而同步变化； 当煤层底板岩层受到采动矿压 扰动发生破坏后， 应变传感器读数会急剧增大或收集 不到数据 传感器受损 。因此 ， 可根据采动底板下 不同深度传感器测试数据的变化情况来确定煤层底 板采动破坏的深度范 围。图 1为应变传感器 内部结 构示意， 应变传感器由 3组工作片 轴 向及径 向应变 感应片 和地线 、 补偿片组成 ， 通过 1 2个工作通道将 传感器应变感应信号输送到接收装置 K B J - 1 2型应 变记录仪 予以存储 ， 经转换 、 处理后输出。 图 1 应变传感器 内部结构不意 F i g ． 1 S c h e me o f i n t e r n a l s t r u c t u r e o n s t r a i n p r o b e 2 ． 2 监测孔及传感器布设 根据综放工作 面的实际开采情况及测试条件 的 需要 ， 在 轨道 巷 中布 置 2个 观测 孔 ， 分别 距 切 眼 5 8 8 m和 6 7 5 m。第 1 个孔布设 4个传感器， 分别位 于煤层底板下 1 0 ． 7 ， 1 8 ． 0 ， 2 2 ． 6和 2 5 ． 4 m， 安装编号 自下而上依次为 1 1 ， l - 2 ， 1 - 3及 l _ 4号 ； 第 2个钻 孔布设 3个传感器 ， 分别位于煤层底板下 1 3 ． 0 ， 1 5 ． 0 和 2 0 ． 0 m， 安装编号 自下而上依次为 2 1 ， 2 - 2和 2 3号 ， 在安装完传感器后将钻孔用水泥浆将其封堵 ， 使之和岩层成为一体 。测试起 始位置为掘进工作面 距观测孔 1 1 0 1 3 3 ， 终止位置为掘进工作面推过测孔约 2 0 m位置 ， 观测孔平面示意如图 2所示 ， 结构设计技 术参数见表 1 。 2 ． 3测试结果分析 根据 2个监测孔不同深度测点 的应变变化特点 及信号通道的工作状态可知 ， 监测孔 1中的 1 - 3 ， 1 - 4 号传感器及监测孔 2中的 2 - 2 ， 2 - 3号传感器由于受 到采动矿压 的剧烈扰动 ， 在采前就 已经发生 了损坏 ； 而监测孔 1中的 1 - 1 ， 1 - 2号传感器及监测孔 2中的 2 1号传感器则在采前及采后应变变化都相对较为 稳定。为此， 取监测孔 1中的 1 - 2号 ， 1 3号传感器 及监测孔 2中的 2 1 ， 2 2号传感器进行分析 ， 以相 邻传感器之间的距离作为确定煤层底板破坏深度范 围的依据 ， 测试 结 果如 图 3 ， 4所示 。现 场监 测所 第 1 期 张蕊等 大采深厚煤层底板采动破坏深度 3 9l 7 2 0 0 2 04 0 3 2 0 0 6- 3 ⋯放作 - 92 面 3． 2 1 2 。 ／ 某矿综放 作面 ＼ 垫 鲞 鉴 3 9 1 7 0 0 0 2 04 0 3 4 0 0 单位 m 图2 工作面监测钻孔平面示意 F i g ． 2 Mo n i t o r i n g d ril l i n g p l a n e d i a g r a m o f wo r k i n g f a c e 表1 工作面底板破坏深度观测孔设计技术参数 T a b l e 1 De s i g n p a r a me t e r s o f b o r e h o l e mo m t o dn g f a i l ur e de p t h o f e a nl floo r 获取 的数据是在采动条件下一定深度范围内的每个 探头的 1 2通道 方向 的应变值 s ， 其 中通道 1 ， 5 及 9为垂直方向应变 ， 通道 2 ， 6及 1 0为水平方 向应 变。在数据处理时 ， 只针对传感器的水平方向和竖直 方向的变化情况来判断岩层的破坏情况 ， 因而对数据 进行 了矢量叠加， 将通道 3 ， 4的应变叠加 到通道 1 ， 2 上 ； 通道 7， 8的应变叠加到通道 5， 6上 ； 通道 1 1 ， 1 2 应变叠加到通道 9 ， 1 0上。 综合分析掘进工作 面推进过程中各测点应变感 应 的动态变化 图 3 ， 4 可以发现 ， 当工作面推进至一 定距离后 ， 各测点开始受矿压的影响出现不同程度的 应变感应 ， 但幅度均相对较小 ， 之后在工作面推进过 程 中， 这种感应变化相对较稳定 。当掘进工作面临近 测点位置时， 监测孔 1中的 1 - 3号传感器 图3 a 和监测孔 2中的 2 - 2号传感器 图 4 a 出现了激 烈波动， 应变感应信号显现具有较大的离散性， 波动 幅度较大， 在距离监测孔分别约为7 m和 2 m时， 传 感器没有采集到数据 ， 表明该测点位置岩层 由于受到 矿 山压力的激烈扰动而发生破坏 ； 与 1 - 3号传感器 和 2 - 2号传感器相 比， 整个采动观测过程 中 1 - 2号 传感器 图3 b 和 2 1号传感器 图 4 b 的应变 感应规律性明显 ， 应变波动幅度相对较小 ， 分析认为， 删 磐 咖1 酆 监测点距工作面距离／ m a 1 3 号传感器／ 煤层底板下1 8 ．0 m 监测 点距工作面距离／ m b 卜2 号传感器／ 煤层底板 下2 2 ． 6 m 图3 监测孔 1中1 2， 1 3号传感器应变值增量 随开采距离的变化曲线 Fi g ． 3 Cu e s o n t h e s t r a i n i n c r e me n t o f No ．1 2 a n d No ． 1 3 w i t h t h e d i s t a n c e i n No ． 1 mi n i t o r i n g b o r e h o l e 8 0 0 0 删2 0 0 0 靶 一 4 0 0 0 枷 辫 0 2 0 4 0 6 0 8 0 l O O l 2 0 监测点距工作面距离／ m a 2 2 号传感器／ 煤层底板下1 5 ．0 m 监测 点距工作面距离／ m b2 - 1 号传感器／ 煤层底板下2 0 ． 0 m 图4 监测孔 2中2 - 1 ， 2 - 2号传感器应变值增量 随开采距离的变化曲线 F i g ． 4 C u e s o n t h e s t r a i n i n c r e me n t o f N o ． 2 -1 a n d N o ． 2 - 2 wi t h t h e d i s t a n c e i n No ． 2 mi n i t o rin g b o r e h o l e 这种情况反映出测点所处位置 围岩所受采动扰动以 弹性波为主 ， 围岩没有产生较大幅度的塑性变形 。此 外， 在工作面向测点推进过程中， 1 - 2 号传感器的通 道 l ， 2 距测点约 4 8 m 及 2 1 号传感器的通道 1 0 距测点约 7 4 m 出现 了明显的应变异常感应现象 ， 7 0 煤 炭 学 报 2 0 1 3 年第3 8 卷 结合其他通道的应变感应变化情况可知， 掘进工作面 距离测点较远时测点位置 的采动矿压波及强度应该 是相对微弱的， 并且从测点显现的弹性应变感应情况 看 ， 可以排除采动矿压波及导致测点位置出现剧烈 的 扰动变形 ， 故可认为出现这种应变感应异常现象的原 因可能是探头局部应变感应片触及岩块 ， 导致其集 中 受力所致。考虑到 1 2号传感器和 2 1 号传感器 的 埋置深度分别为煤底下 2 2 ． 6 m及 2 0 ． 0 m， 其应变感 应反映的弹性特征明显 ， 与其他测点的应变感应激烈 显现现象形成鲜明的对 比。因此 ， 可认为这 2个测点 位置没有受到采动矿压的扰动破坏 。 综合 以上分析结果可知 ， 该工作面煤层底板采动 破坏深度介于 1 8 ． 0～ 2 0 ． 0 m。 3 数值模拟 3 ． 1 模型建立 综合考虑本次数值模拟的目的 ， 结合工作面的开 采实际情况 ， 将研究区内岩层按岩性和完整性划分为 灰岩 、 粉砂岩 、 泥岩 、 中砂岩、 细砂岩 、 煤层 6个工程地 质岩组 ” J 。模型空 间范 围取包 含测试 孔在 内的 4 0 0 rex 3 0 0 m的地块 ， 高取 1 5 0 m， 煤厚取 4 m， 煤层 顶板取 5 6 m， 底板取 9 0 m， 倾 向方 向为 Y方 向， 走 向 方向为 方向， 垂直方向为 z方向。模型前后 、 左右 侧面采用水平方向固定垂直方 向自由边界 ； 底面采用 垂直方向固定水平方向 自由边界 ； 模型顶部按 9 2 0 m 的补偿荷载施加 ， 约为 2 3 M P a ， 沿走 向方 向采动底板 主要影响因素的工程地质模型如图 5所示。 X 图5 采动底板主要影响因素工程地质模型 Fi g． 5 En g i n e e r i ng g e o l o g y mo de l o f i n flu e n t i a l f a c t o r s o n mi n i n g c o a l fl o o r 为了更好 的和实测研究结合 ， 模拟出不同岩组的 三维形态及煤层底板的破坏深度 ， 根据研究区的地质 测绘成果 ， 在 F L A C 如软件平台下构建地质体数值模 型如图6所示。模型共划分出 9 0 0 0 0个单元 ， 9 6 5 9 6 个节点。在数值模 拟过程 中， 采用 Mo h r C o u l o mb塑 性本构模型和 Mo h r C o u l o m b破坏准则对煤层底板 采动破坏特征进行计算， 研究区各岩层具体地质力学 参数见表 2 。 粉砂 岩 泥岩 3 灰 中砂岩 细砂岩 3 煤 图6 地质体数值模型 F i g ． 6 G e o l o g i c a l n u me r i c a l mo d e l 表 2 地质模型各岩层物理力学参数 Tabl e 2 Ph ys i c a l an d me c ha ni c al pa r a m e t e r s of r o c k wi t h g e ol og i c a l mo de l 岩石 密度／ 体积模剪切模内聚力／摩擦角／ 抗拉强 名称 k g in 量／ G P a 量／ G P a MP a 。 度／ MP a 泥岩 粉砂岩 中细砂岩 煤 细砂岩 灰岩 1 9 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 1 6 0 0 2 5 0 0 2 7 0 0 1 ． 5 0 3 ． 0 4 4． 5 3 1 ． 3 0 3 ． 7 5 1 0． 7 0 0 ． 6 9 1 ． 8 22 1 ． 6 1 ． 6 5 3 ． 8 2 8 2 ． 2 2 ． 7 2 5 ． 7 3 2 3 ． 6 0 ． 5 3 0． 8 2 0 0． 7 2 ． 1 4 4． 5 3 0 2． 4 7 ． 3 8 8 ． 6 3 6 5． 6 3 ． 2结果分析与讨论 从煤层底板下 2 m水平剖面垂直应力等值线可 以看出 图 7 a ， 煤层开采后 ， 在工作面煤壁前方 0～1 0 m的垂直应力逐渐增大并出现峰值 ， 最大值约 为 5 0 MP a ， 在 1 0～2 8 m 垂 直 应 力 逐 渐 减 小 至 3 0 MP a ， 至煤壁前方 8 0 m左右时垂直应力逐渐恢复 至接近原岩应力值； 在工作面煤壁前方出现应力集中 是 由于煤层开采过程 中煤壁来不及释放煤体 中储存 的应变能而造成应变能积累所致 ； 同时， 在工作面切 眼后方也有类似的应力集中现象 ， 但在切眼后方出现 应力集中是由于在开采过程中煤壁释放煤体 中储存 的应变能的速率较缓慢而造成应变能积累所致 。 通过对煤层开采过程 中垂直剖面方向的垂直应 力分析可知 图 7 b ， C ， 煤层底板岩层中垂直应 力集中区和卸压区基本与支撑压力集 中区和卸压区 相对应 ， 随着距煤层底板深度 的增加 ， 煤壁下方岩体 的应力集中与采空区的卸压程度降低 ， 煤壁下方岩体 的垂直应力由5 8 M P a 逐渐减小至 2 2 MP a ， 采空区底 板下岩体的垂直应力 由0逐渐增大至 1 8 M P a ， 垂直 应力分布逐渐趋 向缓和 ； 工作面上 、 下两侧的垂直应 力等值线呈“ 马鞍形” 分布 ， 而工作面上 、 下两侧煤壁 上 、 下方垂直应力等值线则呈 “ 泡形” 分布 ， 工作面 上、 下两侧垂直应力峰值从支承压力峰值位置处沿着 第 1 期 张蕊等 大采深厚煤层底板采动破坏深度 7 1 与法线呈一定角度 向煤壁下方传播 ， 采空区底板岩体 中则高度卸压。 3 0 O 2 5 0 2 O O 1 5 0 1 0 0 5 0 0 r 一 二 、 幂 释 A 、 、 。母f l l f 址 1 ＼ 1 0 ． ＼ 一 ．． 一 声 ． ＼ 三 -- 3 O 葡 ---- 三 ----_／ - -- ／／／ ／ ／ 、 一 一 一 ． 1 0 O 2 0 0 X ／ m a 煤层底板下2 m水平剖面 x ／ m b 走 向垂直剖面 口一B Y ／ m C 倾向垂直剖面 一 图7 煤层开采垂直应力分布 单位 MP a F i g ． 7 Di s t r i b u t i o n s o f v e r t i c a l s t r e s s i n c o a l s e a m m i n i n g U n i t MP a 图 8 a 为煤层底板下 2 m水平剖面剪应力分布 等值线 ， 可知 ， 由于采空区以下底板 的应力释放与煤 壁下方的应力集中， 在采空区周围就会形成一个剪切 带 ， 剪切应力为 1～1 5 MP a ， 这个剪切带是煤层底板 岩层受破坏最严重的部位 。在初次来压时 ， 采后应力 与采前应力对 比明显 ， 底板岩层也 出现较 强破坏特 征 ， 周期来压时， 底板的采动破坏特征进一步增强 ， 采 动应力重新调整 ， 但与初次来压时相比变化较小。因 此研究初次来压阶段的底板应力调整情况就显得尤 为重要。 由采空区中部剪应力等值线变化情况可 以看出 图 8 b ， c ， 剪应力的分布基本关于工作面的中 垂线对称 ， 在开切眼和终采线附近出现剪应力集 中现 象， 集中出现在开切眼的斜上方、 斜下方和终采线的 斜上方 、 斜下方 ， 大致呈“ 蝶状” 分布 ， 且开切 眼与终 采线附近的最大剪应力值基本相等， 斜上方最大剪应 x／ m a 煤层底板下2m水平剖面 X ／ m b 走 向垂直剖面 BB Y ／ m C 倾向垂直剖面 一 图 8 煤层开采剪应力分布 单位 M P a F i g ． 8 Di s t r i b u t i o n s o f s h e a r i n g s t r e s s i n c o a l s e a i n m i n i n g U n i t M P a 力为 2 0 MP a ， 斜下方最大剪应力为 1 2 MP a 。煤层底 板 中剪应力的集 中部位是较易发生剪切屈服的部位 ， 并会导致剪切裂隙的发育 ， 形成导水通道 ， 在煤矿生 产过程 中要注意剪应力集中部位的水位状态变化。 对 比煤层底板下不同深度塑性区发育情况可以 看出 图 9 ， 随工作面的推进 ， 在煤层底板下 2 m 图 9 a ， 煤层底板呈面状破坏 ， 采空 区四周为剪 切破 坏 ， 中间为拉张破坏； 在煤层底板下 1 0 m 图9 b ， 煤层底板呈“ 0 ” 形破坏 ， 主要 以采空区四周剪切破坏 为主， 采空区中部局部为拉张破坏 ； 煤层底板下 2 0 m 时 图 9 C ， 只有采空 区四周局部发生剪切破坏 ， 且破坏程度也随着距煤层底板深度的增加而减弱， 至 距煤层底板 2 2 m时 图 9 d ， 影 响已较为微弱。 综合分析煤层采动过程 中应力及塑性区发育特 征， 结合煤层底板岩层组合情况， 可以大致判断底板 破坏深度约为 2 0 m。 4 结 论 1 煤层开采的结果必然引起应力的重新分布，