煤层采动底板破坏规律动态观测研究
煤层底板采动变形破坏规律的数值模拟研究
板 岩 层 破 坏 。形 成 裂 隙 或 者 原 生 裂 隙 发 生 扩 展 ．容 易 发 生 突 底 部 边 界 采 用 全 约 束 边 界 条 件 ． 即 Ｘ、Ｙ 和 Ｚ方 向 位 移 均 为
水 。 而 破 坏 深 度 的 大 小 是 评 价 底 板 突 水 性 的 重 要 指 标 之 一 。 零 ；左 右 边 界 、前 后 边 界 为 约 束 边 界 条 件 ，即 Ｘ 方 向 、Ｙ 方 向
动破 坏深度 。模拟 结果表 明 ：ｌ２ 煤底 板采动破 坏深度 为 ８ｍ 左右 ，大于底板 隔水层厚 度 ，因此认 为 开采 １２＃煤极有 可能引起 下
部 茅 口灰岩 含水层 突水
关 键 词 ＦＬＡＣ￣ 底 板 采 动 变形 规 律 底 板 突 水
中图分类号 ：ＴＤ３２２．３
文献标 识码 ：Ａ
根 据 目前 江 西 省 煤 田地 质 局 二 二 四 地 质 队 进 行 的 河 边 煤 矿 扩 界 勘 探 已 完 工 的 ＺＫ６０４、ＺＫ５０６、ＺＫ７０７、ＺＫＴ０６、 ＺＫ９０２、ＺＫ７０４、ＺＫ７０５、ＺＫ８０２孑Ｌ １２ 煤 层 底 板 与 下 部 茅 口灰 岩 距 离 统 计 情 况 （见 表 ２）得 知 ，ｌ２＃煤 层 底 板 至 茅 口 灰 岩 顶 板 之 间 的 岩 性 为 泥 岩 、泥 质 粉 砂 岩 及 铝 土 岩 ．均 可 作 为 隔 水 层 ，其 间 距 在 ２．０５～７．５４ｍ，平 均 ４．８１ｍ。
性 ，在 每 一 步 的开 挖 中 ，采 空 区正 下 方 位 簧 处 应 力 值 最 小 ．两 帮 出现 应 力 集 中现 象 ， 这 也 导 致 底 板 两 侧 位 置 产 生 变 形 破 坏 ，形 成 压 、剪 破 坏 区 ；当 整 个 过 程 打 到 稳 定 时 ，应 力 的 最 大 值在煤 壁前后 方 ，最大数 值达 １９．６６ＭＰａ：最 小值 始终 在采空 区 底 板 下 方 位 置 ３ １ 煤 层 开 采 底 板 隔 水 层 厚 度 分 析
煤层工作面开采后底板扰动破坏深度探查方法
［ 摘
Ｏ 引 言
朝川 矿一 井位 于河 南汝 州 ，开采 二 叠 系山西
组二 煤层。 属于水文地质条件极复杂矿井 ， 自 上 世纪 ７ ０ 年代建设开采以来 ， 曾多次发生回采工作 面底 板 承压 水 突水事 故 ］ 。由 于煤层 开 采 引起 的 矿 山压 力作 用 ，必定 造成 底板 岩层 遭 到扰 动破 坏
有 随深 度增加 岩溶 发育 减弱 趋势 。 据 勘探 、 补勘 抽
１ 回采 工 作 面 特 征
二 ， 一 ２ １ ０ ９ ０回采 工 作 面 位 于 一 井 二 水 平 暗
水试 验 资 料 ， 该 含 水层 渗 透 系数 ０ ． １ ３ ７ １ ４ ． ４ ｍ ／ ｄ ， 单位 涌 水量 ０ ． ０ ４ １ ４ — ２ ３ ． ９ ８ Ｕｓ ・ ｍ， 属强 含 岩 含 水 层 联
主、 副斜井以东 ， 北部为未采动区 ， 南部为采空区。 工 作 面走 向长 ７ ５ ２ ｍ， 倾斜 宽 １ ８ ０ Ｉ ｌ ｌ ， 煤 层 平 均厚 度３ ． ８ ｍ， 倾向３ ３ ７ 。 ～ ３ ５ ９ 。 ， 平均 倾角 １ ８ 。 左 右 。井
而产 生大量 的裂 隙 ， 其破 坏影 响 的厚度 即为 “ 底 板 破 坏深 度 ” 。在底 板 扰动破 坏 深度 范 围之 内 ， 岩 层 其 连续 性 和 隔水 性受 到破 坏 ，当裂隙 与深 部 的承 压 水导 升带 沟通 时 ， 则必 然发 生底 板突 水事 故 。 矿 井 长 期 以来 未 取 得 煤层 底 板 扰 动破 坏 深 度 数据 ， 多借鉴采用“ 统计公式法” ｌ ２ 计算 得 出 ， 是 否 与 朝
煤 层 工 作 面 开 采 后 底 板 扰 动 破 坏 深 度 探 查 方 法
近距离煤层开采围岩破坏规律分析
近距离煤层开采围岩破坏规律分析本文以友众煤矿3#煤层赋存条件为工程背景，分析了近距离煤层开采时，上覆岩层未充分垮落、充分垮落两种情况下围岩应力分布规律，并采用滑移线场理论计算了底板损伤深度。
标签：近距离；滑移线场；底板损伤深度近距离煤层上部煤层回采后，因物理空间发生变化导致采空区围岩的应力平衡状态改变，伴随着围岩应力重新分布，上覆岩层产生移动、变形与破坏现象，并且从上往下发展，对下部煤层的开采产生显著影响。
山西寿阳段王集团友众矿主采3#煤层，煤厚1.20-2.65m，平均厚度为2.05m，顶板和底板均为砂质泥岩、泥岩，与下部煤层距离仅12m。
本文以此为工程背景，重点分析3#煤层采场底板损伤程度。
1 上覆岩层未充分垮落围岩应力场分布当冒落矸石未充满采空区时，采空区上覆的岩层与下部采场未贴实，部分悬空，这样未能完全垮落岩石的重量就会在工作面两侧煤柱或者煤体内形成应力集中。
（1）煤柱应力。
煤柱载荷的来源主要有两方面，一方面来自于自身上覆岩层重量（图1中的），另一方面来自于未充分垮落的悬露岩层所施加在煤柱上的重量，分为一侧（图1中的）或者两侧（图1中的）。
则有：①两侧采空煤柱载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱两侧采空，其上总载荷为：式中：—煤柱上的总载荷；—采深；—工作面宽度；—煤柱宽度；—上覆岩层垮落角；—上覆岩层平均容重。
由此可以得到煤柱载荷集度为：②一侧采空煤体载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱一侧采空，采空侧支承压力影响宽度为，其上总载荷为：则一侧采空煤体载荷集度为：（2）采空区底板应力。
当采空区上覆顶板没有充分垮落时，底板承受载荷则为冒落矸石。
因此采空区底板载荷集度为：2 上覆岩层充分垮落围岩应力场分布工作面推进过后，上覆冒落矸石充填采空区，随着老顶周期性的破断活动，远离工作面的后方采空区矸石被压实，上方未冒落的岩层找到新的支撑面，此种采空区垮落方式为充分垮落。
当采空区顶板充分冒落时，采空区周围围岩载荷集度为：（1）支承压力集度。
采动条件下底板岩层破坏深度动态测试研究及应用
煤 炭 工 程
Ｃ０ＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．５０． Ｎｏ．１０
ｄｏｉ： １０．１ １７９９／ｃｅ２０ｌ８１００２２
采 动 条 件 下 底 板 岩层 破 坏 深 度 动 态 测 试 研 究及 应 用
孔 皖 军 ，郑 根 源 ， 国 伟 ， 吴 寒 ，史 志 国
（鄂 尔多斯市华兴能源有 限蒙 古准 格 尔矿 区采 动 条件 下底 板 灰 岩 水 的 突水 威 胁 问题 ，现 场通 过 钻 孔 植入 方 式布 置一 套 光纤传 感探 测 系统和 一套 电阻率 ＣＴ法探 测 系统 ，在 采 动条 件 下对 工作 面底 板 破 坏 “两带” 高度进 行 精 细化探 测 。研 究 结果表 明 ：结合 光纤 传感技 术及 电阻率 ｃＴ探 测技 术 综 合 判 断底 板破碎 带 高度 为 １５ｍ，导水 裂 隙 带 高度 为 ３２ｍ。该 工作 面底 板 破 坏 “两 带” 高度探 查 结果 不仅 为底板 防治 水工作 提 供 了重 要 的 依 据 ．而且 对 整 个相 似 地 层 条 件 的 矿 区提 高煤 炭 资 源 安全 高效 生 产有 着重要 指 导 意 义
ＫＯＮＧ Ｗａｎ—ｊｕｎ．ＺＨＥＮＧ Ｇｅｎ—ｙｕａｎ，ＧＵＯ Ｗｅｉ，ｗｕ Ｈａｎ，ＳＨＩ Ｚｈｉ—ｇｕｏ
（Ｅｒｄｏｓ Ｈｕａｘｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｏｒｄｏｓ ０１７０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｏｒ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｗａｔｅｒ ｔｈｒｅａｔ ｉｎ Ｚｈｕｎｇｅｅｒ Ｍ ｉｎｉｎｇ Ａｒｅａ ｉｎ Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ， ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆ ｉｂｅｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ＣＴ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｌｌ ｈｏｌｅ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ
煤矿开采引发地表变形的动态测量方法探析
煤矿开采引发地表变形的动态测量方法探析【内容摘要】地下煤层采出后采空区顶板在重力场及其上覆岩、土体的作用下会沿着层理面法线方向移动。
随着工作面推进，顶板岩层端部开裂，在岩层中部开裂还很少的情况下顶板岩层整体切断垮落。
本文根据不同时间所测得的各类地表变形的现状特征，分别做出每个观测对象对应观测时间井下开采与地表变形现状的二维坐标关系图。
【关键词】煤矿开采，地表变形，测量1煤矿地下开采引起地表变形的作用机理当地下煤矿的煤层开采后，在采空区上方及其周围的岩层移动将产生地表的移动与变形，或者产生塌陷区，当该变形作用于建筑物的基础时，将导致建筑物受到附加应力的作用，从而使地面建筑物产生变形与破坏。
这种变形和破坏的原因主要有：第一，由水平变形引起的破坏。
水平变形表现为地表的拉伸和压缩。
由于建筑物抵抗拉伸的能力远小于抵抗压缩的能力，拉伸的破坏作用最大，在较小的地表拉伸下就可能使建筑物产生裂缝。
一般在门窗洞口的薄弱部位最易产生裂缝，砖砌体的结合缝亦易被拉开。
地表压缩变形对建筑物的破坏主要是使门窗洞口挤成菱形，砖砌体墙产生水平裂缝，纵墙或围墙产生褶曲或屋顶鼓起。
建筑物的破坏程度与其结构、材料、形状和施工质量等有关，其中建筑物的刚度和平面尺寸是主要因素。
地下开采引起的地表水平变形主要包括拉伸和压缩变形，地表的变形对建筑物的基础会产生水平附加力。
如下图1.1所示。
图1.1 井下开采时地表移动变形过程第二，当地表产生竖向变形时，对基础会产生不均匀支反力，从而产生附加弯矩和剪力，产生的附加作用力对建筑物会产生影响。
一般情况下，处于地表移动稳定后均匀下沉区的建筑物，在开采过程中，还将受到地表动态变形的影响，即建筑物先受地表拉伸(正曲率)变形影响，随着工作面的推进，建筑物受地表压缩(负曲率)变形影响，当工作面推离建筑物的距离大于一定值(一般可取0. 6倍开采深度)时，建筑物又恢复原状。
第三，移动角及移动范围。
地表变形理论中，最重要的角值参数为移动角。
薄煤层综采面底板变形破坏实测研究
３ ３ｏ ９２ ２ ０ ３ ２４ ９ ３ ０Ｏ ３２６０ ９ ３ ｏ
Ｈ＝ ６￣ Ｄ３ ＝ ７Ｌ２ ０ ￣ｇ
— —
１ 工 程 地 质 条 件 及 钻 孔布 置
铜Ｉ、 Ｊ ｌ
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杨 村煤 矿 ４０ ６ ２工作 面位 于矿井 一 ７ ２ ３ｉ 平 ｎ水 四采 区 ，工 作 面走 向长 １ ３ ～ ０ ３ ９ １２ ７１，倾 斜 长 ０ ３
１ ８
ｄ ｉ Ｏ ９９ ．ｓ． ７ － ９ ３ ０ １ ４０ ７ ｏ ｌ． ６ ￣ ｓｎ ６ ２ ９ ４ ． １ ０ ． ： ３ ｉ １ ２ ０
能 源 技 术 与 管 理
２ １ 年第 ４ ０１ 期
薄煤层 综采面底板变形破 坏实测研 究
刘近 国 ， 明喜 尚衍 峰 路 邵 ， ， ［ 摘 强 －张 ， 蕊２
（． １兖州矿业集 团 杨村煤矿 ， 山东 兖州 ２２ １ ；． ７ １ ８ ２中国矿业大学 资源与地球 科学学院， 江苏 徐州 ２ １ ｌ ） ２ １ ６
要 ］ 为揭 示杨村 煤矿 薄煤层 综 采 面煤层 采 动底 板 变形破 坏 及 其 受采 动煤 壁前 方 的影 响 范 围 。通过 对煤层 开采过程 中原位钻 孔 应 变进 行 实测 ， 出了煤层底 板 采动 变形破 得 坏 影响 范 围为 ０ １ ． ｍ， 层整 体 破 坏 范 围为 ０ ６８ｍ， 动 范 围为 ６８ １ ． ｍ： ～ ０１ 岩 ～． 扰 ． ０１ 扰 ～ 动 范 围的岩 层 变形程 度 大致 临界 于屈服极 限 ， 岩体 结构 相 对 完整 ， 具有 一 定的 强度 和 阻水 能力 ； 壁 前 方采 动超 前 影 响距 离为 ７～ ０ 反 映 了采 动压 力具 有 明显滞 煤 ６９ ｍ， 后性 ， 且对 深部 的 滞后 影响程 度 更 明显 。 ［ 关键 词 ］ 薄煤层 ； 采 面 ； 综 底板 变形破坏 ： 孔应 变 钻 ［ 图分 类 号 ］Ｔ ２ ． ［ 中 Ｄ３７３ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章编 号 ］
厚煤层薄隔水层工作面底板破坏深度动态监测研究
煤炭与化工Coal and Chemical Industry第43卷第12期2020年12月Vol.43 No. 12Dec. 2020地测与水害防治厚煤层薄隔水层工作面底板破坏深度动态监测研究薛悟强1,杨波2,武斌2,孔皖军1(1.鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯017000； 2.河北煤炭科学研究院有限公司，河北邢台054000)摘 要：为提高厚煤层、薄隔水层工作面煤层底板突水预警有效性，以唐家会矿61303 X 作 面为研究背景，通过高灵敏度微震监测技术，对回采过程中底板破坏深度连续、动态裂隙发育程度范围进行了监测，通过理论研究和现场监测，分析底板破裂微震事件能量、频次和密集程度，确定煤层底板岩体的破坏范围。
实践表明，高灵敏度微震监测结论与生产现场情况较为吻合，微震监测为连续动态监测底板破坏深度提供有效参考。
关键词：煤层底板；微震监测；底板破坏；薄隔水层中图分类号：TD74文献标识码：B 文章编号：2095-5979 ( 2020 ) 12-0061-03Dynamic monitoring research of floordestruction depth dynamic monitoring of thick coalseam with thin water-isolatedXue Wuqiang 1, Yang Bo 2, Wu Bin 2, Kong Wanjun 1(1. Erdos Huaxing Energy Corporation Ltd., Erdos 017000, China; 2. Hebei Coal ScienceResearch Institute Corporation Ltd., Xingtai 054000, China )Abstract : In order to improve the effectiveness of early warning of water inrush from coal floor in thick coal seam and thinaquifer working face, 61303 working face of Tangjiahui Mine was taken as the research background, through high sensitivitymicroseismic monitoring technology, the continuous and dynamic fracture development range of floor failure depth during mining process was monitored. Through theoretical research and field monitoring, the energy, frequency and density of floor fracture microseismic events were analyzed. The degree determined the failure range of coal seam floor rock mass. Thepractice showed that the conclusion of high —sensitivity microseismic monitoring was in good agreement with the actualsituation of production site. The microseismic monitoring provided an effective reference for continuous dynamic monitoring of f loor failure depth.Key words : coal seam floor; microseismic monitoring; floor destruction; thin water separator1概况矿井底板突水是下伏承压水冲破底板隔水层的阻隔，沿底板隔水层岩体内部导水通道向上涌入工作面采空区的过程。
工作面底板采动破坏深度研究-中国煤炭网
工作面底板采动破坏深度研究
高仰斗
( ) 煤炭工业太原设计研究院 , 山西省太原市 , ０ ３ ０ ０ ０ １ ㊀㊀ 摘 ㊀ 要 ㊀ 以新元矿 ９ ２ ０ ３ 工作面实际开采情 况 为 背 景 , 采 用 应 变 法 现 场 原 位 监 测 煤 层 底 板采动破坏深度 , 通过现场煤层底板监测钻孔内不同深度的应变传感器采集到的采动中应变 变化规律 , 分析得出工作面底板采动破坏深度在 １ １ ������ ５~１ ３ ������ ５m 之间 , 再利用 F L A C ３ D 软件 进行数值模拟 , 对模拟结 果 的 应 力 分 布 及 塑 性 区 范 围 分 析 , 结 合 煤 层 底 板 实 际 岩 层 组 合 情 况 , 得出底板采动破坏深度约为 １ ２ ������ ２ m, 该 值 在 现 场 监 测 结 果 范 围 之 内 , 验 证 了 现 场 监 测 结果的正确性 . 关键词 ㊀ 工作面开采 ㊀ 煤层底板 ㊀ 采动破坏 ㊀ 破坏深度 ㊀ 应变法 ㊀ 数值模拟 中图分类号 ㊀T D ３ ２ ２ ������ １ ㊀㊀ 文献㊀ 工作面开采后 , 煤层底板岩层的原始应力状态 发生破坏 , 采空区周围应力集中 , 底板应力作用使 底板岩层产生各种裂隙 , 裂隙部分岩层将丧失隔水 能力 . 在底板带压开采下 , 煤层底板破坏将减小隔 水层厚度 , 进而降低底板隔水能力 , 增加底板突水 危险性 . 因此 , 准确测出工作面底板采动破坏深度 是承压水上采煤的一个重要的安全问题 . 试验法 ㊁ 相似 材 料 和 数 值 模 拟 法 ㊁ 超 声 波 检 测 法 ㊁ 应变法等 . 从力学角度讲 , 采动过程是一个底板岩 层应力状态不断调整的过程 , 且伴有岩层变形 ㊁ 位 目前国内监测底板破坏深度的措施主要有压水
伊北矿区特厚煤层综放开采地表移动和破坏变形分布规律研究
伊北矿区特厚煤层综放开采地表移动和破坏变形分布规律研究摘要：煤层开采对地表的影响，是通过采煤工作面的回采致使上方岩层受到破坏后逐渐向上传递至地表上，随着开采范围不断增加，导致矿区地表变形、下沉，形成宽大裂缝等现象，造成生态环境破坏，研究岩层与地表移动规律对地表沉陷预测和控制、“三下”压煤回收以及减轻采动损害等具有现实意义。
本文通过现场调研、实测，采用理论分析，研究了新疆伊北矿区潘津工业煤矿2302工作面浅埋深特厚煤层开采地表移动和破坏变形分布规律，实测了地表变形边界角、移动角、裂缝角、超前影响角、下沉量等地表移动变形特征参数，为矿井的安全生产和高产高效提供必要技术准备。
关键词：浅埋特厚综放岩移规律一、基本概况潘津工业煤矿位于新疆伊北矿区，目前矿井开采的2302工作面所属23～25号煤层，北为2301采空区，南为未采动实体煤，东为井田边界保护煤柱，西为二采区胶带下山，上部约60m位置为22号煤层2202、2203采空区，地面为山地，工作面对应地表西部约70m为工业广场，地面标高+835m～+956m，井下标高+602m～+678m，煤层埋深140～321m，工作面走向长1301～1326m，平均1313.5m，倾斜长133.5m，煤层倾角16～18°，平均17°，煤层平均厚度16m，工作面采用综合机械化放顶煤开采，机采高度2.8，放煤高度13.2，采放比约1：4.7。
二、地表移动和破坏变形观测方案1.观测站布置在2302工作面上方地表布设1条走向观测线和1条倾向观测线，2条观测线均匀布设在工作面的主断面上方，观测线的布设情况见图1。
倾向观测线布设工作测点26个，基准观测控制点3个，测线长度553m，走向观测线布设工作测点44个，基准观测控制点3个，测线长度984m。
工作测点间距约20m，基准观测控制点间距约50m。
图1 观测站平面位置示意图2.观测点结构设置观测点采用圆钢加工制成，圆钢直径Φ16mm，圆钢长度≮700mm，圆钢上端平面打磨光滑，并加刻“十”字丝。
采动条件下煤层底板变形破坏特征研究
向的地 质 剖面 。 １ ２ 相 似 材料 模拟 似 理 论 为 基 础 ， 求模 要
型与原型各物理量之 间组成 的相似准则不 变 。 对 于 由岩层 自重 形 成 的原 岩 应 力 场 ， 求 模 型 与 原 要 型的 牛顿 准则 不 变 ， 即模 型 与 原 型 必 须 满 足 几 何 相
似、 物理 相 似 、 时间 相似 和边 界 条 件相 似 。模 型 要用 和 原型 力学 性 质 相 似 的 材 料 ， 照一 定 的 几 何 比例 按
１ 相似材料模拟 实验方法
１１ 模 拟实 验地 质条 件 ．
模拟 实 验工 作 面 为顾 北 煤 矿 １ ３ （ ） 作 面 ， ２２ ３ 工
科 学依据 。
关键 词 ： 层底板 ； 动差异 效应 ； 剪 复合破 坏 ； 坏 深度 煤 采 拉 破
中图分类 号 ：Ｄ ２ Ｔ ３５ 文献 标 志码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ８—４ ９ （ ０ ０）３— ０ ７— ４ １０ ４５ ２ １ ０ ０ １ ０ ６ ４ｍ， ． 老顶 为 中细 砂 岩 ， 度 在 １ 厚 ０—１ 直 接 底 ３ ｍ；
模拟岩层 、 煤层 ， 在满足边界条件相似的初始条件下 进行 开 采 ， 在 相 应 时 间 内 产 生 相 似 的 矿 山 压 力 可
现象。
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第25卷增1岩石力学与工程学报V ol.25 Supp.1 2006年2月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，2006煤层采动底板破坏规律动态观测研究张平松，吴基文，刘盛东(安徽理工大学资源与环境工程系，安徽淮南 232001)摘要：煤层采动后顶底板应力状态发生改变，会产生一定范围的变形与破坏，不同煤层采动过程中的底板破坏具有一定的规律。
对于受底板水害威胁的煤层，正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件，因此通过实测法获得该破坏深度值及规律是矿井物探研究的一个方向。
多年来，我国对煤层底板破坏规律的观测研究方法较多，但受技术条件所限，真正有效适用的技术方法较少。
采用震波CT探测技术，结合煤层工作面中孔–巷间形成的探测剖面，进行不同时期震波CT数据采集、反演与资料处理，可获得煤层采动过程中底板破坏的动态发育规律及特征。
开采探测实践表明，震波CT技术对底板破坏规律探测具有连续的动态效应，其适用性强，应用效果显著。
关键词：采矿工程；底板破坏；震波CT；动态观测；煤层开采中图分类号：TD 32 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增1–3009–05STUDY ON DYNAMIC OBSERV ATION OF COAL SEAM FLOOR′SFAILURE LAWZHANG Pingsong，WU Jiwen，LIU Shengdong(Department of Resources and Environmental Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan，Anhui232001，China)Abstract：The coal seam floor′s distortion and failure would be found being because of the change of stress state after coal seam mining. The failure laws of the coal seam affected by mining are different. The exact failure depth of the coal seam floor is the primary condition to forecast accurately the capability of the floor to hold up water for the coal seam having the danger of floor water. So using the practical observation methods to get the floor′s failure depth and laws is a direction for the mine geophysical study. Many observation methods are studied to get the coal seam floor′s failure depth in the past decade years. But the effective observation methods are less because of the limitation of technique. The floor′s failure developing laws and characters can be gained by seismic wave CT combining with the detective section between bore and lane in the working face. It is shown that the failure laws are dynamic because the CT data collection and process are variable according to the mining schedule. Engineering practice shows that the seismic wave CT has notable effect on the failure depth detection of floor，and it has dynamic characteristic and better applicability.Key words：mining engineering；failure of coal seam floor；seismic wave CT；dynamic observation；coal seam mining收稿日期：2005–10–31；修回日期：2005–12–30基金项目：安徽省教育厅自然科学重点科研计划项目(2005KJ001ZD)作者简介：张平松(1971–)，男，1996年毕业于安徽理工大学资源与环境工程系地质工程专业，现为副教授、博士研究生，主要从事地质工程、矿井物探方面的教学与研究工作。
E-mail：pszhang71@·3010·岩石力学与工程学报 2006年1 引言煤层开采后顶底板的破坏发育规律探测与研究一直是煤矿安全生产十分关注的问题，正确确定底板采动破坏深度是精确预测底板阻水能力的首要条件。
特别是在受煤层底板水害威胁较为严重的煤层开采过程中，更应注意对开采后底板破坏规律的探测研究。
20世纪80年代以来，全国已进行了许多有关底板采动破坏的现场观测[1～3]。
但是，现场观测由于受当时技术方法等条件的限制，一般是在煤层底板内沿倾斜剖面布置钻孔，终孔于底板法线，每个钻孔只在底部留2 m裸孔段作为注(放)水观测点，其余孔段注浆封闭。
因而这些现场观测均为点式间断观测，难以确切反映底板采动破坏的变化形态和破坏深度。
为了能够连续观测底板破坏过程，深入研究底板采动破坏的动态变化，准确探测采动破坏深度，张文泉等[4]和张红日等[5]采用钻孔注水系统进行了底板采动破坏过程的连续探测研究；刘传武等[6]采用声波检测技术观测煤层底板的破坏深度和破坏规律，但受方法本身所限，在施工难度及探测精度等方面都存在一定的不足。
本次研究采用震波CT探测技术，结合皖北矿业集团刘桥二矿2614综采工作面回采过程中孔–巷间观测剖面进行动态数据采集与处理，可为安全开采及矿井水的防治提供更加科学的参数依据。
2 探测工作面概况2614工作面位于II61采区中上部东侧，为II61采区首采工作面。
该工作面走向长733 m，倾斜宽130～190 m，煤层倾角6°～11°，厚2.60～3.20 m，平均2.93 m，可采储量54.0×107 kg。
工作面内构造相对较简单，整体为一宽缓的小背斜，主要构造为断层，其中3条大于10 m以上的断层穿过工作面，其他均为小型正断层。
因为该工作面为北翼六煤层－400 m以下首采工作面，巷道掘进过程中，顶底板砂岩裂隙水丰富，水质为SO4-Na+K型，总流量为24 m3/h。
工作面六煤层至一灰间距为42～56 m，平均为46.99 m，底板承受的灰岩水水压为2.76～2.97 MPa，若回采中底板破坏深度为15 m，则回采中的突水系数为0.086～0.093 MPa/m，处于高水压条件下开采。
根据相邻矿井六煤回采太灰突水特征，结合矿区其他工作面的安全回采情况分析，工作面在底板正常情况下可以安全回采，在构造异常区段(断裂发育带或底隔变薄带)太灰水存在突水危险性。
为确保工作面安全回采，需进一步开展底板破坏深度测试研究工作，对底板构造异常区进行局部加固，确保工作面的安全回采。
3 探测原理震波CT技术是利用地震波在不同介质中传播速度的差异，通过在探测区域内构成切面，根据地震波信号初至时间数据的变化，利用计算机通过不同的数学处理方法重建介质速度的二维图像。
通过这种重建的测试区域地震波速度场的分布特征，来推断剖面介质的精细构造及地质异常体的位置、形态和分布状况[7，8]。
根据一定的观测系统，获得地震波到时数据并进行慢度)(yxs，或速度)(yxv，分布反演，其中)(/1)(yxsyxv，，=。
假设地震波的第i个传播路径为il，其地震波初至时间为it，则∫=i lisyxst d)(，，d s为弧长微元，通常在速度场变化不大的情况下，可近似把射线路径作为直线求解，这样it为已知，从而可反演慢度或速度值。
对速度场图像重建，可使用反投演法(BPT法)计算出迭代初值，采用算术迭代法(ART法)和联合迭代法(SIRT法)进行终值迭代[9，10]。
通过对比研究发现，弯曲射线追踪震波到时要比直射线追踪更趋于实际值，又由于SIRT法收敛速度较快，而且对投影数据误差的敏感度小，因此多选取弯曲射线线性插值法进行时间追踪和SIRT法反演结果作为震波CT的图像。
由于地震波在介质中传播时，携带大量的地质信息，通过波速、频率及振幅等特性表现出来，其中地震波速度与岩体的结构特征有着显著的相关性。
通常不同岩性中地震波的传播速度是不同的，即使是同一岩层，由于其结构特征发生变化，其波场分布便表现出不同的特征图像。
煤层开采后底板岩层破坏检测正是基于此原理，正常岩体其波速值与破裂岩体存在一定的差异性。
因此通过钻孔与巷道之间所组成的测试区域内岩煤体不同时间速度场图像重建，结合已有的底板地质资料可进行断裂破坏、裂隙等具体特征判定[11，12]。
由于钻孔可以深入至采煤工作面塌陷区域内部，其检测结果具有绝对的可靠性。
第25卷增1 张平松等. 煤层采动底板破坏规律动态观测研究• 3011 •4 探测数据采集震波CT探测必须形成测试剖面，研究中根据现场的实际条件，选择2614工作面的风巷为探测实施地点，在巷道较为平整地段布置底板测试钻孔，根据钻孔与巷道之间形成的测试剖面，进行震波CT 非完全观测系统数据采集。
4.1测试钻孔布置震波CT数据接收装置放在钻孔中，现场斜向工作面并向着切眼方向施工一个倾斜钻孔，与巷道走向夹角为45°。
钻孔深度要求其垂直距离超过预计的破坏深度。
结合该矿区实际情况，接收孔施工孔深为25.5 m。
测试孔孔径要求不小于73 mm，为防止孔口塌陷，需在孔口处埋设套管，孔内下入一PVC管，以防止杂物落入孔中。
塑料管与孔壁之间用水泥浆封闭，使之尽量与孔壁耦合好，孔内放满水。
钻孔施工时应采用全取芯方式，保证岩芯的完整，并进行分段编录、采样。