2-3关键层运动对岩层移动与破坏的影响
煤矿采煤工作面采空区的上覆岩层移动和破坏过程的观测探讨
关键词 ： 采煤工作面 ； 采 空区； 上覆岩层移动 ； 破坏 ； 观测 ；
・
１ ７ ２ ・
科技ห้องสมุดไป่ตู้论坛
煤矿采煤 工作 面采空 区的上覆岩层移 动和 破坏过程 的观测探讨
刘祝福 （ 七 台河市不动产登记 中心 ， 黑龙江 七 台河 １ ５ ４ ６ ０ ０ ）
摘 要： 为了解采空区上覆岩层移动的基本规律 ， 掌握其运动的时间、 强度及对工作面矿压显现的影响程度 ， 则需直接对上覆各部分
采空区上方一定范围内的岩层移动和垮落对采煤工作面矿压 观测钻孔 的布 置与钻孔 电视观测法相 同。必要 时 ， 也可沿工作 显现影响显著 。 这个范围内的岩层也称为对工作 面矿压显现有明显 面布置方向设 置 ３ 个钻孔 ， 分别 在工作面长度 的 Ｉ ／ ３ 、 １ ／ ２ 、 ２ ／ ３ 处； 沿 影响的岩层。为了解采空区上覆岩层移动的基本规律， 掌握其运动 走 向布置 ２—３ 个钻孔 。钻孔时 ，要仔细地判别岩层岩性和鉴定分 的时间 、 强 度及 对工作面矿压显现 的影响程度 ， 则 需直接对 上覆 各 层。 安装观测基点前要提供详细 的地质柱状 图。 钻孔时不要使用钢 部分岩层 的移动过程和破坏过程进行观测。 我国采用 的观测方法较 粒钻进法， 以 保证钻孔孔壁完整、 规则。钻孔要穿过将开采的煤层， 多， 其 中有钻孔 电视法 、 深 部基点法 、 掘观测巷法 、 地面钻孔 冲洗液 孔底位于底板 内 ０ ． ５ ｍ一 １ ． ０ ｍ处 ， 对于冲积层和风化带耍用套管保 三带 ” 的发展过程 ， 观测段应包 括煤层上 法及 电测法等 。本文介绍两种较 实用 且观测效果较好 的方法 ， 即钻 护孔壁。为观测上覆岩层“ 孔电视法 和深部基点法。 方５ ０ Ｉ １ １ ～１ ０ ０ ｍ的岩层 （ 采 高大 时还可更商些 ） 。一个孔 内最多可按 １钻孔电视观 测法 装１ ０个测点 ，目前最大安装 深度是 ５ ０ ０ ｍ ｏ测点位置和 间距 的确 钻孔 电视观测法是 ： 在计划开采 的工作面上方 ， 从地 面预先打 定 ， 除考虑岩性外 ， 还应遵循如下原则 ： 在一个较 薄的 自然 分层 内只 好几个至煤层 的钻孔 ， 在 工作面开采过程 中， 将专用摄像 机放入钻 设一个测 点 ； 在岩 陛变化大的两个相邻分层 内分别设点 ； 不在 分层 孔内 ， 通过地面监视器 的荧光屏直接观测钻孔处上覆岩层 的裂 隙发 界面处设点 ； 测点要设在岩石较坚硬 ， 不易风化脱落 ， 孔壁未破坏的 展和冒落情况 。 部位 ； 最下边 的测点在开采煤层上方 ５ ｍ～ ７ ｍ处。 某深部基点观测 １ ． １ 观测钻孔的布置 系统 图 ， 深部基点是用长 ２ ０ ０ ｍｍ一 ５ ０ ０ ｍｍ、 直径 ≠９ ０ ｍ ｍ的压缩 沿工作面走向从距 开切眼 １ ０ ０ ｍ左 右每隔 １ ０ ０ ｍ自 地表垂直 木制成 。 其两端安有特制 的螺 帽， 有一个 中心孔 ， 以便穿过系结下面 向下打钻孔 ， 直至开采煤层 的底板 。根据观测 的要求 ， 一般可打 ２～ 各测点 的钢丝。压缩木下放 时将 钢丝 固定在上端螺 帽上 ， 由上而下 ４ 个钻孔 。钻孑 Ｌ 直 径 ≠９ ５ ｍ ｍ 一 ＋ １ ３ ５ ｍ ｍ 。钻孔应 保证较高 的铅垂 逐点下放至预定的位置。 经６ ｈ一１ ２ ｈ 压缩和受潮膨胀后 ， 再将各点 度， 并使孔壁光滑。钻完孔后应用清水将钻孔冲洗一遍 ， 排除岩粉。 的钢丝 分别安于孔 口的各 滑轮 上 ， 并 系上悬挂 平衡锤 ， 用雎平 衡细 为防止冲积层和基 岩风化带孔壁塌落 ， 要用套管分段保护孔壁 。 钢丝 的重量并赋予钢丝一定 的拉 力使 之伸 直。如果孑 Ｌ 内无水 ， 可在 １ ． ２观测仪器扣设备 测 点下放后 向孔 内洒水 ， 使压缩木膨胀并 与孔壁撑 紧 ， 以保持 与此 主要的观测仪器是 ｚ ｓ 一 ２型钻孔 电视。 它主要包括摄像机探头 、 处 岩层 同步移动 。如孔 内水 位浅 ， 测点送不到预定深度就 因群胀而 控制器 、 监视器 、 电缆盘 四部分 。与之配套 的设备还有绞车 、 小型汽 被 卡住 ， 需对压缩木进行延迟和控制其膨胀 的专 门处理 ， 如浸油 、 涂 油发电机 、 孔 口滑轮 、 深 度指示器等。 所有观测仪器设备可全部装在 润滑脂 、 石 腊密封等 。
矿山压力与控制复习题及答案
矿山压力与控制复习题铅直应力公式：δ＝γh一填空1．按照岩石的力学强度和坚实性，常把矿山岩石分为__坚硬岩石_和 __松软岩石______。
2．根据成因不同，岩石的种类可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
3．原岩应力场的形成主要是由自重应力和构造应力等因素引起的。
4．岩石发生破坏的基本形式有两种，分为屈服、断裂。
5．通常把采场顶板分为三松软顶板，下硬上软顶板和下软上硬顶板三类。
6．对老顶来压预报一开始是根据观测老顶的三量来预报老顶来压的，所指的三量为工作面顶板移近量、支架载荷量和支柱下缩量。
7．常见的顶板事故可以分为局部冒顶事故和大面积切顶垮面事故两类。
8．通常情况下，老顶周期来压步距为初次来压步距的_三分之一__。
9．冲击地压成因机理的理论判据：能量理论刚度理论冲击倾向性理论10．常用的液压支架形式有：支撑式支架、支撑掩护式支架和掩护式支架三种。
11．根据采煤工作面上覆岩层移动发展的程度，可以将上覆岩层划分为三个带，分别是冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。
12．工作面支柱插入底板的破坏形式有三种：整体剪切、局部剪切和其他剪切13．根据岩石试样含水状态不同，可分为：天然密度，饱和密度和干密度。
14.矿山充填分为：水力充填、干式充填、胶接充填15.支柱的工作特性类型：①急增阻式②微增阻式③恒阻式15.直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。
16.蠕变变形曲线可分为稳定蠕变和不稳定蠕变两类。
17.采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护，巷旁支护和巷道围岩加固。
18.根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为冒落带和裂隙带。
19.节理裂隙分为原生裂隙，构造裂隙，压裂裂隙。
20.动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即冲击矿压，顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。
21.顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及支柱插入顶、底板量的总和。
二、名词解释1、岩体：含结构面的原生地质体。
矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制
矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制C ONTENTS 第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。
垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。
1.煤层开采产生的相关问题一、岩层移动引起的采动损害概述（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。
（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。
一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。
煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采●“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d 抽采量/m 3/m i n20406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m ）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用压缩转运✓瓦斯发电✓瓦斯罐装利用一、岩层移动引起的采动损害概述●煤炭地下气化煤炭地下气化是指其不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。
2-3关键层运动对岩层移动与破坏的影响
一、岩层控制关键层理论的基本原理 二、关键层运动对开采沉陷的影响 三、关键层运动对采动裂隙分布的的影响
一、关键层理论的基本原理
传统研究（三个方面）
● 采场矿压——老顶结构模型（力学模型） ● 岩层内部移动——三带论（统计加模型） ● 地表沉陷——数理统计 ● 关键层理论思想——将采动覆岩作为统一的研究整体； 将采动覆岩作为统一的研究整体； 将采动覆岩作为统一的研究整体 抓起控制作用的主要矛盾。 抓起控制作用的主要矛盾。
采场覆岩一般力学模型
关键层复合破断
q
关键层2
关键层2
软岩2
软岩2 关键层1 软岩1 煤层 底板
关键层1 软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模型 载荷对关键层复合破断影响的数值模拟结果 载荷大小/MPa 载荷大小/MPa 关键层1破断距/m 关键层1破断距/m 关键层2破断距/m 关键层2破断距/m 0 75 110 0.2 75 90 0.4 75 80 0.6 70 70 0.8 65 65 1.0 60 60 1.2 55 55
实测地表移动变形最大值
曲率 下沉量 下沉 倾斜I 工作面 K W /m 系数q /mm/m /mm/m2 0.100 1022面 1.830 0.732 9.86 Ⅱ1022 0.210 面 0.08 0.88 0.013
浅部与深部开采地表下沉盆地范围对比
采深增加意味： 采深增加意味： 覆岩关键层层数增多； 覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变
表土层
0 -100
-400
关键层3 关键层2 关键层1 煤层
-600
20°
-1000
+36
表土层
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制引言据不完全统计，顶板冒顶事故占到总煤矿事故的2/5以上，其中以工作面顶板冒顶事故最为突出。
采煤工作面是采煤的主要工作场所，此处人员和设备相对集中，其安全性直接关系到人员的生命安全和煤矿的生产效益，因此需做好顶板的管理工作。
影响采煤工作面顶板稳定的因素是多方面的，笔者认为应从4个方面进行分析，然后以此为基础并结合矿山具体地质条件制定出合理的采场顶板控制措施。
1、煤矿采场顶板冒落机理分析1.1 应力集中影响在采矿工程进行以前，岩体周围应力水平处于原始平衡状态。
煤炭采掘后，这个平衡状态会因此而打破，在采场周围形成“三带”，岩石结构遭到破坏，原岩应力会重新进行分布。
随着采矿工程的继续，工作面不断向前推移，原岩应力不断发生变化，应力场也会向前移动并形成新的应力场，采场顶板悬空而形成应力集中。
根据“压力拱假说”，由于顶板受到应力集中的作用，回采空间形成后导致冒落拱范围内的岩体力学失稳，表现为逐渐向下移动趋势，并在拱中央部位形成拉应力。
一旦此拉应力超过岩石抗拉强度极限时，首先在上述岩体中产生裂隙，然后随着时间效应的影响，裂隙会逐渐扩大，最终形成顶板冒落。
1.2 结构弱面影响结构弱面的形成与地质构造因素有关，也就是说采场内所有岩体必然会存在结构弱面，是采场顶板冒落影响因素之一。
结构弱面一方面会破坏顶板的结构完整性，导致顶板的应力强度降低，一方面会使得顶板组合结构发生变化。
当层理、裂隙等构造发育时，采场容易出现小范围的冒顶事故，某些情况下甚至会引发较大规模的顶板冒顶事故。
由于结构弱面的影響，顶板岩体不是作为整体结构而存在，岩性也会发生变化。
顶板冒落时，岩体破坏形式主要表现为岩石容易沿着结构弱面而出现离层发育，导致与母体逐渐分离，裂隙逐渐扩大，顶板岩石强度进一步降低，力学平衡结构遭到破坏，造成滑落失稳。
结构弱面的倾角会影响采场顶板的稳定性，例如，具有斜交层理结构的顶板，其稳定性就比具有水平层理的顶板的要强得多。
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用煤矿地表移动与覆岩破坏是煤矿开采过程中不可避免的问题，对煤矿生产和安全造成了很大的影响。
因此，研究煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用具有重要的理论和实践意义。
一、煤矿地表移动规律煤矿地表移动是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的地表下沉和变形。
煤矿地表移动的规律主要受到以下因素的影响：1. 煤层厚度和倾角：煤层厚度和倾角越大，地表移动越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对地表移动的影响也不同。
如采用长壁采煤法，地表移动范围较大；采用短壁采煤法，地表移动范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，地表移动越大。
4. 煤层岩性：煤层岩性越硬，地表移动越小。
二、煤矿覆岩破坏规律煤矿覆岩破坏是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的覆岩破坏。
煤矿覆岩破坏的规律主要受到以下因素的影响：1. 覆岩厚度和倾角：覆岩厚度和倾角越大，覆岩破坏越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对覆岩破坏的影响也不同。
如采用长壁采煤法，覆岩破坏范围较大；采用短壁采煤法，覆岩破坏范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，覆岩破坏越大。
4. 覆岩岩性：覆岩岩性越软，覆岩破坏越大。
三、煤矿地表移动与覆岩破坏的应用煤矿地表移动与覆岩破坏的研究不仅有助于了解煤矿开采过程中的地质灾害，还可以为煤矿生产提供科学依据。
具体应用如下：1. 煤矿规划：在煤矿规划中，需要考虑地表移动和覆岩破坏的影响，以避免对周围环境造成不良影响。
2. 煤矿安全：煤矿地表移动和覆岩破坏会对煤矿安全造成威胁，因此需要采取相应的安全措施。
3. 煤矿开采：在煤矿开采过程中，需要根据地表移动和覆岩破坏的规律，选择合适的采煤方法和采煤深度，以减少地质灾害的发生。
总之，煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用是煤矿开采过程中的重要问题，需要加强研究，以保障煤矿生产和安全。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移动与控制
一、地表移动盆地的形式：
在地表移动盆地的外边缘会形成裂缝、矿台山压阶力和及其塌控制陷第坑六章等采场。岩层移
动与控制
第四节 采场底板破坏及突水
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突水
• 将底板采动破坏带 以下及含水层以上承载 能力最大的一层岩层称 为底板关键层，类似于 采场覆岩中的关键层， 在底板隔水层中起到关 键控制作用，称为底板 隔水中的关键层。
底 动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程
板 不断重复。重视十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动
岩 和破坏的过程，这一现象和过程成为岩层移动。
层
•1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
p 采空区周围岩层的移动和破坏形式有
达到最大。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
弯曲带
裂隙带之上直至地表的这个岩系地层。
弯曲带内的岩层破坏特征
1. 垂直方向由于自重作用产生法向弯曲，水平方向双向受压； 2. 不存在或极少离层裂缝，其中的隔水层是良好的保护层； 3. 弯曲带的高度主要受开采深度的影响。采深较小，导水断
裂带直达地表，采深较大时，开采形成的裂隙带不会达到 地表。
• 岩层移动导致的煤岩体应力场与裂隙场的变化，是引 起瓦斯卸压和煤层渗透率增加的原因所在。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
•（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷， •导致农田，建筑设计的毁坏。
• “三下一上”建筑物下、铁路下、水体下、承压水上
•传统的开采模式引起的采动损害与环境问题日益突出，尽 快形成煤矿的“绿色开采技术”， •基本出发点：防治或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资 源的不良影响。 •目标：取得最佳的经济效益和社会效益。
关键层理论在工程实践中的应用
关键层理论在工程实践中的应用[ 摘要] 针对煤矿开采中覆岩复杂的破断与运动特征，阐述了岩层控制关键层理论的基本概念，对关键层理论在采场矿压控制、卸压瓦斯抽放、底板突水防治等方面的工程应用研究情况进行了介绍。
[ 关键词] 关键层理论地表移动底板突水中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0593-011前言煤层开采后必然引起岩体向采空区内移动，岩层移动将造成如下采动损害：①形成矿山压力显现，危及井下回采工作面人员及设备的安全。
② 形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，引起井下瓦斯突出与突水等事故。
③岩层移动传递至地表引起地表沉陷，引发一系列环境问题。
因此，掌握整个采动岩体的活动规律，特别是内部岩层的活动规律，是解决采动岩体灾害的关键。
2关键层的概念及特征在采场上覆岩层中存在着多层坚硬岩层时，对岩体活动全部或局部起决定作用的岩层称为关键层，前者可称为岩层运动的关键层，后者可称为亚关键层。
采场上覆岩层中的关键层有如下特征：①几何特征：相对其它相同岩层厚度较厚；②岩性特征：相对其它岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高；③变形特征：在关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量与它是同步协调的；④破断特征：关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动；⑤支承特征：关键层破坏前以板（或简化为梁）的结构形式，作为全部岩层或层部岩层的承载主体，断裂后若满足岩块结构的S-R 稳定，则成为砌体梁结构，继续成为承载主体。
3关键层理论在工程实践中的应用3.1关键层理论在采场矿压控制中的应用一般情况下，煤层覆岩具有良好的分层性，长壁全部垮落式开采技术就是利用其覆岩随采随垮的特征，使采场支架无需经受剧烈动压而实现高度集中生产。
但是，也存在一些特殊覆岩构造情况，例如关键层。
分析其采场覆岩破断与冒落规律，为该类采场矿压控制提供依据。
传统采场矿压理论是以老顶作为采场来压主体，老顶上部覆岩均简化为载荷作用于老顶，而关键层理论是将在整个覆岩活动中起主要控制作用的岩层作为采场来压的主体，同时考虑关键层的复合效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键层2破断距/m 110 90 80 70 65 60 55
关键层判别软件与实例
二、关键层运动对开采沉陷的影响
覆岩移动的动态过程
关键层对地表下沉的控制作用
实验及实测研究结果都证明，主关键层 对地表移动过程起控制作用，主关键层 的破断将导致地表快速下沉，地表下沉 速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃 性变化。
Ⅱ1022工作面
N1 Nw2 1w2w3 w5
Ⅱ1022机巷 -618
N5 切眼
W10
W13 W14
Ⅲ20
N10
Ⅲ23
N11
Ⅲ24
工作面地质采矿条件
工作面
面 长 /m
煤厚 /m
平均采 深/m
表土厚 度/m
基岩厚 度/m
采动充 分程度
n
1022面 140 2.5 310 240 70 0.38 Ⅱ1022面 220 2.5 611 240 371 0.36
Remark
Slicing thichness 3m Primary key stratum Slicing thichness 2m Subordinate key stratum Slicing thichness 2m
Coal seam Floor
V/mm·m－1
400
350
300
250
200
23.3 6.0
the subsidence velocity curve of
the primary key stratum and the
corresponding surface
Survey
line C
Survey line D
N0
N1
地面测线Ⅰ
地面测点35联巷
定向轮
1#平衡锤 35联巷
2#平衡锤
Ⅱ1022 面
0.210
下沉 系数q
0.732
0.08
倾斜I /mm/m
9.86
0.88
曲率 K
/mm/m2 0.100
0.013
水平 水平变 位移 形ε U /m /mm/m 0.410 4.05
0.094 0.36
浅部与深部开采地表移动变形最大值的数值模拟结果
面长
采深 150 300m m 采深
Survey line C
The primary key stratum
Survey line D
Survey line D
Survey line C
the observation scheme about rock strata movement and surface subsidence of face 70310 in YangQuan Colliery 1st
150
100
50
0 0
-50
50 100
150
200
44m－68m 68m-72m(the initial breakage ) 81m-108m 108m-112m(the 1st periodic breakage ) 124m-148m 148m-152m(the 2nd periodic breakage )
800m 采深 450 300m m 采深 800m
下沉 量
W /m
倾斜 I /mm/m
曲率 K
/mm/m
2
-0.140 -0.989 0.024
-0.137 -0.337 0.008
-2.735 -20.217 0.654
-2.46 -8.530 0.177
水平 位移 U /m
0.039
0.032
initial 100 X(m)
0
-100 -80 -60 -40 -20
0
20
40
60
-100
Key Strata
-200
Surface Soil
-300 W(cm)
90m from cut
0 -0.5 0
505m 140m
采宽500m
采出宽度 /m
300 600 900 1200 1500 1800 2100
流体运移研究统一的基础。
关键层判别方法
关键层的刚度和强度判别条件
n1
n
n
s
Eihi3 ihi < Eihi3 ihi
i 1
i 1
i 1
i 1
l 1＜ l n+1
式中 n<s<m hi —第i岩层厚度 γi —第i岩层体积力 Ei —第i岩层弹性模量
采场覆岩一般力学模型
X(m) 250 300 350 400 450
the surface subsidence velocity curve in the numerical simulation
V(mm·m-1) 600
450
The 1st break of PKS
300
150
0
-100 -80
-60
-40
-20
breakage of PKS breakage of PKS breakage of PKS
PKS SKS
75°
71°74°
64° 72° 65°
Fig.6 the variety of surface movement boundary respond to the break process of PKS (subsidence boundary 10mm)
2-3 关键层运动对岩层移动与破坏的影响
一、岩层控制关键层理论的基本原理 二、关键层运动对开采沉陷的影响 三、关键层运动对采动裂隙分布的的影响
一、关键层理论的基本原理
传统研究（三个方面）
● 采场矿压——老顶结构模型（力学模型） ● 岩层内部移动——三带论（统计加模型） ● 地表沉陷——数理统计 ● 关键层理论思想——将采动覆岩作为统一的研究整体；
Plain-stress model : Geometry similar ratio :
5m×3m×0.3m 1:50
Surface Soil PKS
Surface Soil PKS
Before the break of PKS
After the break of PKS
V(mm·m-1)
150
-262
23
s13
22 20 19
18
17
16
15 1s41213
切眼
12 11 10
9
21
8
7
6
5
4 32
s11
1022工作面
s10
-305
1 基2 基1
s5
(a) 1022工作面
(b) Ⅱ1022工作面
-550
Ⅲ10
Ⅱ1022风巷
Ⅰ35
Ⅰ30
Ⅰ25 交1
Ⅰ20
Ⅰ17 Ⅰ16
s1
交2
Ⅲ13 Ⅲ15
关键层复合破断
q
关键层2
软岩2
关键层1 软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模型
关键层2
软岩2 关键层1
软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模拟结果
载荷大小/MPa
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
关键层1破断距/m 75 75 75 70 65 60 55
-2.5
关键层2破断后 关键层3破断后
-3 下沉 /m 8 水平变形 mm/m
1000 1200 采出宽度 /m
采深300m 采深800m
6 采深300m
采深800m 4
2
采出宽度 /m 0
0
200
400
600
800
1000 1200
30
29
1022风巷
Ⅲ1
1022Ⅲ机2 巷
Ⅲ5
28
27
26
25
24
n=D/H
D是采宽 H是采深
工作面地质采矿条件
工作面
面 长 /m
煤厚 /m
平均采 深/m
表土厚 度/m
基岩厚 度/m
采动充 分程度
n
1022面 140 2.5 310 240 70 Ⅱ1022面 220 2.5 611 240 371
实测地表移动变形最大值
0.38 0.36
工作面
下沉量 W /m
1022面 1.830
130m
S0 地面测线Ⅱ
180m
钢丝3绳0联巷
N5
N10
S5 测点Ⅱ
S18岩移孔
N15 30联巷
S10
运顺 S15 测点Ⅰ
25联巷 S20
回顺
25联巷
31401综采面 1-2煤层
71m 27m
N20 N22
-200
800 700
下沉速度 mm/d
600
180m处测点Ⅰ
500
130m处测点Ⅱ
400
孔口地面
-1
-1.5
-2 -2.5
采深300m 采深800m
-3 下沉 /m
浅部与深部开采地表下沉盆地范围对比
采深增加意味： 覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变
表土层
关键层3
关键层2
关键层1 煤层
20°
0 -100 -400 -600
-1000
表土层
关键层4
关键层3 关键层2 关键层1
7煤层
+36
中砂岩 41.7m
Table 1 the characteristics and mechanics parameters of strata in the numerical model