承压水体上对拉面开采底板岩层破坏规律

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.03.046 第24卷第3期 北京科技大学学报 Vol.24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 承压水体上对拉面开采底板岩层破坏规律 王金安)彭苏萍)孟召平) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)中国矿业大学北京校区，北京100083 摘要以淮北杨庄矿承压水体上对拉工作面开采为背景，通过现场实测、相似模拟实验和数 值分析，揭示了承压水体上对拉工作面开采底板岩层应力分布和底板破坏规律，重新认识了对 拉面不同开采参数对底板岩层力学行为的影响.提出了承压水体上对拉面安全开采的合理技 术参数和预防底板突水的工程对策. 关键词承压水；对拉面开采；底板破坏 分类号TU452 认识和掌握底板岩层的破坏规律是承压水 值模拟.本文结合上述试验与研究工作，探讨承 体上安全开采的首要问题.对此，国内外学者都 压水体上对拉面开采底板岩层破坏的规律. 进行了一些有益的探索.提出以下几种理论方 回风巷 法"-1：(1)突水系数法；(2)岩水应力关系法；(3) “下三带”理论；(4)原位张裂与零位破坏理论； 採空 上采面A (⑤)板模型理论；(6)底板关键层理论等.实践表 采空区 轨道中巷 明，防止底板破裂突水和保证承压水体上开采 安全，主要采用“深降强排”和“带压开采（承压 水体上开采)”2种方法.后者则强调采取适当的 02040m 运输巷 采空区 开采措施配以合理的疏干降压措施，在采掘布 采面B 置上尽量采用减轻底板岩层破坏程度的方法， 轨道巷 如短面或条带式开采 图12635对拉工作面与测站平面布置图 Fig.I Plane view of double longwall panel 2653 and mea- 1杨庄矿工作面概况 surement location 淮北杨庄矿试验在承压水体上2635工作 2 承压水体上对拉工作面开采围岩 面采用对拉面开采.该工作面走向长630m,倾 应力分布 斜长149-254m,工作面平均埋深288.8m.其中： 前采面（下面）倾斜长80m,后采面（上面）倾斜 在众多的底板突水预测方法中，基本出发 140m,工作面错距10.52m(图1).6#煤层平均倾 点是参考底板岩层厚度、底板水压力和岩层应 角16°，平均厚度2.5m.煤层直接顶为深灰色致 力状况.例如，突水系数法预测预报底板突水与 密页岩，老顶为灰白色中至细砂岩，底板为深灰 否的标准就是判断单位隔水层所能承受的极限 色砂质页岩、灰色条带状细砂岩和泥岩.底板隔 水压值，即： 水层总厚度约60m,底板水压力2.85MPa.鉴于 r=0 (1) 国内外在承压水体上采用对拉面开采的理论研 式中，T-突水系数；P一含水层水压，MPa;M- 究与实践尚不充分，开采期间进行了矿压观测、 隔水层厚度，m.突水系数在数值上相当于“相 原位地应力测试、注水试验、岩石力学试验和数 对隔水层厚度”的倒数.考虑到矿压和岩性组合 对底板破坏的影响，七八十年代西安勘探分院 收稿日期2001-1008王金安男，43岁，副数授 *国家杰出青年基金No.50025413;国家自然科学基金资助课题(No.40172059)

第 2 4 卷 第 3 期 2 00 2 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U n iv e rs i ty o f S c ic n e e a n d Te e h n o le gy B e ij i n g M 〕1 . 2 4 N 0 . 3 J u n . 2 002 承压水体上对拉 面开采底板岩层破坏规律 王 金安 ` , 彭苏 萍 ” 孟 召 平 ” 1月匕京科技大学土木 与环境工程学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 中国矿业大学北京校 区 , 北京 10 0 0 83 摘 要 以 淮北杨 庄矿 承压水体上对 拉工作面开采 为背 景 , 通过 现场实测 、 相似模 拟 实验 和数 值分 析 , 揭示 了承压水体上对拉工 作面开采 底板岩层 应力分布和底板 破坏规 律 , 重新认识 了对 拉 面不 同开采参数对底 板岩层 力学行 为 的影 响 . 提 出了承压 水体上 对拉 面安全 开采的合理 技 术参数和 预防底板 突水 的工程 对策 . 关键 词 承压水 ; 对拉面 开采 ; 底板 破坏 分 类号 T U 4 52 认识和 掌握底板岩层的 破坏规律是承压水 体上 安全开采的首要 问题 . 对此 , 国内外学者都 进行 了一些有益 的探索 . 提 出以下几种理论方 法 `,一 习 : ( l) 突水 系数法 ; ( 2) 岩水 应力 关系法 ; (3 ) “ 下 只带 ” 理论 ; (4 ) 原位张裂与零位破坏理论 ; ( 5) 板模型 理论 ; (6 ) 底板关键层理论等 . 实践表 明 , 防止底板破 裂突水和保证承压水体上开采 安全 , 主要采用 “ 深 降强排 ” 和 “ 带压开采 (承压 水体上 开采’) 2 种方法 . 后者则强 调采取适 当的 开 采措施配 以合理 的疏干 降压措施 , 在采掘布 置上 尽量 采用 减轻底板岩层破坏程度 的方法 , 如短 面 或条带式开采 . 值模拟 . 本文结合上 述试验与研究工作 , 探讨承 压水体上 对拉面开采底板岩层破 坏的规 律 . 1 杨庄矿工作面概况 淮北杨 庄矿试验在 承压水体 上 2 6 3 5 工作 面 采用 对拉面 开 采 . 该工作 面走 向长 6 30 m , 倾 斜长 149 一 2 54 m , 工作 面平均埋深 2 8 . 8 m . 其中 : 前采面 (下 面 ) 倾斜长 80 m , 后采面 (上面 ) 倾斜 14 o m , 工 作面 错距 l o . 5 2 m (图 一) . 6# 煤层平均倾 角 160 , 平均厚度 2 . 5 m . 煤层直接顶 为深灰色致 密页 岩 , 老顶为灰白色 中至 细砂岩 , 底板为深灰 色砂质页岩 、 灰色条带状细砂岩和泥岩 . 底板隔 水层 总厚度约 60 m , 底板水压力 2 . 85 M Pa . 鉴于 国内外在承压水体上 采用对拉面 开采的理论研 究 与实践 尚不 充分 , 开采期间进行 了矿压观测 、 原位地应力测试 、 注水试验 、 岩石力学试验和数 图 1 2 63 5 对 拉工 作面 与测站 平面布 皿图 F ig . I P l a n e v i ew o f d o u b le fo n gw a ll p a n e I 2 6 53 a n d m e a · S u 代 m e n t lo C舀t i o n 2 承压水体上对拉工作面开 采 围岩 应力分布 在众多的 底板突水预测 方法 中 , 基本 出发 点是参考底板岩层厚度 、 底板水压力和 岩层应 力状况 . 例如 , 突水系数法预测预报底板突水与 否 的标准就是判断单位 隔水层所能承受的极 限 水压值 , 即 : ~ 尸 1 , = - 万下二 2城 ( l ) 式 中 , 天一突水系数 尸一 ~ 含水层水压 , M p a ; 肠` 隔水层厚度 , m . 突水 系数在数值上 相 当于 “ 相 对隔水层厚度 ” 的倒数 . 考虑到矿压和 岩性组合 对底板破坏 的影 响 , 七八十年代西安勘探分 院 收稿 日期 2 0 01 一 10 刁 8 王金安 男 , 43 岁 , 副 教授 * 国家杰 出青年基 金(N o 乃 00 2 5 4 13 ) : 国家 自然 科学基 金资助课 题 (N o 4 0 172 0 59 ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 046

244· 北京科技大学学报 2002年第3期 水文所曾先后2次对突水系数的表达式进行了 与单一长壁工作面相比，对拉工作面开采 修改，从隔水层厚度中减去了矿压对底板的破 最显著的特点是：2个工作面在推进方向上前 坏深度；在考虑岩性组合时，引用了匈牙利科学 后保持一定的错距，平行向前推进.承压水体上 家的“等值隔水层厚度”的概念对公式进行了修 对拉工作面开采力学分析是三维问题，取计算 正，即： 模型的走向长800m、倾斜宽600m、高250m(图 P T.=>Ma-C, (2) 2).在计算范围内，6#煤层埋深289m,煤层厚度 式中，M一隔水层第分层厚度，m;a一隔水层第 2.5m.模型包括6#煤层上方100m厚的岩层，模 i分层等效厚度的换算系数；C。一矿压对底板的 型上部按至地表的岩体自身质量施加垂直方向 破坏深度，m. 的载荷(py0:煤层下方包括150m厚的底板岩 我国部分矿区根据历次突水实例的分析得 层，其中隔水层厚度为h-40~60m,底板承压水 出了临界突水系数值.但是，由于突水系数仅仅 压力P=3~5MPa.对拉工作面长度L=80-260m, 考虑了采动破坏、水压、岩性等因素的影响，而 工作面错距1=5~30m.整个三维计算模型共划 对作为层状岩体的煤层底板结构特征、开采面 分有6.5万个六面立方体单元，模型侧面限制 积、边界条件等均未作分析，而且临界突水系数 水平移动，模型底面限制垂直移动.通过三维固 值是已知突水资料的经验统计值，它主要反映 液耦合有限差分计算(FLAC3D),得出承压水体 的是近地表的断层、构造薄弱地带的突水条件， 上对拉面开采应力场.图3和图4分别显示当 用它来预测正常块段和深部开采时的底板突水 错距为20m时的垂直应力和剪应力分布，在图 常常偏于保守 4(b),(c)中，y-220-300m是前采面后方10m处 现场矿压观测与底板岩体变形规律的研究 采空区范围，y=300-380m是后采面前方10m 表明，底板突水是矿压和底板承压水共同作用 处煤壁范围.如图2可见： 的结果.在工作面超前支承压力作用下，底板岩 H=189m 层呈压缩状态；而在煤壁边缘和采空区内部，底 板岩体由于卸压而处于膨胀状态.底板岩体在 由压缩向膨胀的转化过程中，将不可避免地产 生剪切和张拉破坏.岩水应力关系法从物理和 应力概念出发，认为造成底板突水需具备2个 条件：(1)存在导水破裂带.无论是地质构造作用 底板水压p.=3-5MPa 还是采掘引起的岩体破坏，只要使底板隔水层 600m 800m 破坏至一定深度，且与下部导升高度相通或波 图2承压水体上对拉工作面开采三维数值计算模型 及到下部含水层，就具备了突水的必要条件.此 Fig.2 3D numerical model of double longwall mining on 时底板岩层由于强度下降，底板渗流强度增加， confined aquifer 但未必一定产生突水.（②）底板突水还要满足水 (1)对拉工作面在错距段煤体边缘产生应力 压与应力关系.当承压水压力大于或等于水平 叠加，垂直应力和剪应力相对升高，形成应力集 最小主应力时，才会具备突水的充分条件，此 中区；在采空区内部是应力降低区.由于采空区 时，底板水在水压力的驱动下，可以突破底板岩 底板岩层卸压和底板承压水共同作用，使采空 层裂隙带水平方向应力的约束，穿越岩体破裂 区内底板岩层膨胀和向上弯曲. 带构成突水.岩水应力关系法建立的突水临界 (2)对拉面错距的大小，直接影响围岩应力 指数为： 分布的形态和大小：当对拉面错距较短时(1 I=P. 03 (3) =5~10m),支承压力叠加后的峰值位于两个工 式中，P.一作用于底板上的承压水压力，MPa;o2 作面的前方，现场矿压观测证实采面错距为10 一水平最小主应力，MPa.当指数I>1时，底板 m左右时，错距段巷道支承压力不出现叠加； 发生突水.利用数值计算方法得到采动底板隔 当错距大于20m时，压力叠加后的峰值区位于 水层应力与破坏，综合分析突水环境，给出定量 错距段.表1给出对拉面开采在不同错距下岩 评价结果 层应力与破坏的主要特征参数，当对拉面错距

Vol.24 干金安等：置承压水体上对拉面开采底板岩层破坏规律 ·245 500 由5m增加为20m时，煤层内的支承压力逐渐 单位MPa 增大，当错距为20m时煤层内压力最大；当错 400 距超过20m后，煤层内的压力逐渐下降. 采空区 从煤壁边缘应力集中的性质与底板岩层移 300 动特征，可以判断底板岩层破坏形式主要有拉 200 破坏和剪切破坏 1000 100 200300400 3承压水体上对拉面开采底板破坏 500 600 x/m 的过程和特征 图3承压水体上对拉面开采水平剖面（距煤层底-2.5m) 垂直应力分布 通过相似模拟试验，可以直观地考察底板 Fig.3 Stress distribution in floor strata(=-2.5 m)of longw- 岩层破坏过程与破坏性质.在模型底部通过液 all mining on confined aquifer 压囊向底板岩层施压，模拟承压水的静水压力 作用.图5是模拟试验结果素描. (1)采场开采达到一定长度时(L-50cm),开 切眼处底板最先产生拉-剪复合破坏，裂缝由煤 黑空区 壁下方呈台阶状向采空区侧底板深部延展，并 伴随有层间开裂 (②)随采场开采长度和采空区底板暴露时 (a)走向剖面I-)垂直应力MPa 间增加，工作面后方底板出现新的向采空区内 部的破坏裂缝，还在底部岩层出现若干条垂直 发育的“原位张裂” (3)随工作面不断向前推进，底板岩层中的 张裂隙逐渐沿垂直和水平方向扩展，最终形成 由多条裂隙组成的破裂带， (b)倾向剖面上(I-lD垂直应力MPa (4)在工作面整个开采过程中，底板破裂带 的出现具有周期性.现场对拉面开采底板钻孔 涌水观测，发现单位涌水量所需时间与矿压增 加具有同步性（图6）.可见受采动影响，工作面 前方底板岩层受压缩使原生裂隙压密：在工作 面附近，底板岩层由于剪切破坏作用和膨胀，产 生新的裂隙并伴随有原生裂隙逐渐张开或使其 扩大和延长，形成拉-剪破裂带.据现场试验结 (c)倾向剖面(I-II)剪应力MPa 果，杨庄承压水体上6#煤对拉面开采底板最大 图4承压水体上对拉工作面开采垂直剖面上岩体应力分布 破坏深度在15.5m左右，最大破裂位置在采面 Fig.4 Stress distribution on sectional profiles in double lon- gwall mining on confined aquifer 后方5m左右 表】承压水体上对拉面开采岩层应力与破坏的特征数 Tablel Basic mechanical characters in floor strata due to double longwall mining on confined aquifer in different face intervals 对拉面错距dm 510 20 30 底板dmw/MPa -20.5-20.6-24.6-25.2 煤层/MPa -28.5-31.3-35.9-33.9 图5采场开采全过程底板岩层破坏总体特征素描 最大破坏深度h/m 15-1815-1815-1815-18 Fig.5 General fracture map in floor strata due to mining 最大破坏深度距后采面m-60-60一85-80 on confined aquifer

V b l 一 24 王金 安等 : 置 承压水 体上对 拉面 开采底板 岩层破 坏规律 一 2 4 5 - 尽 六 )产希气 单位 M aP 一巡辱夔 一 “ 111-l 由 s m 增加为 2 0 m 时 , 煤层 内的支 承压力逐渐 增大 , 当错距 为 20 m 时煤层 内压力最大 ; 当错 距超过 20 m 后 , 煤层 内的压力逐渐 下 降 . 从煤壁边缘应 力集 中的性质与底板岩层移 动特征 , 可 以判断底板岩层破坏形式 主要有拉 破坏 和剪切破坏 . x / m 图 3 承压水 体上对 拉面开 采水平剖 面 (距 煤层底=z 一 .2 5 m ) 垂直 应力分 布 F ig . 3 S t er s s d i s t r ib u t i o n i n fl o o r s t r a t a 《卜一 2 . 5 m ) o f l o n gw - a l l m i n i n g o n e o n if n e d a q u ife r (a) 走 向剖面价 D垂直 应力 /M aP l 一 介b( ) 倾钾向剖面上 l( 一 )I 垂 直介应 力从aP ( c ) 倾向剖 面 ( 11 一 11)剪 应力 /M p a 图 4 承压水体上 对拉 工作面开 采垂直 剖面上岩体应力分布 F ig . 4 S t r e s s d i s t r ib u t i o n o n s e e t i o n a l Por if l e s i n d o u b l e l o n - gw a l l m i n i n g o n e o n n n e d a q u i fe r 3 承压水体上对拉 面开采底 板破坏 的过程和 特征 通过相似模拟试验t6J , 可 以直观地考察底板 岩层破坏过程与破坏性质 . 在模型 底部通 过液 压囊 向底板岩层 施压 , 模拟承压水 的静水压力 作用 . 图 5 是模 拟试验结果素描 . ( l) 采场开采 达 到一定 长度 时 (L 二 50 c m ) , 开 切 眼处底板最先产 生拉一剪复合破坏 , 裂缝 由煤 壁下 方呈 台阶状 向采空 区侧底板 深部延展 , 并 伴随有层 间开裂 . (2 ) 随采场开采长度 和 采 空 区 底板暴露时 间 增加 , 工 作 面后方底板 出现新的 向采空 区 内 部的 破坏裂缝 , 还 在底部 岩层 出现若干条垂直 发育的 “ 原位张 裂 ” . (3 ) 随工作面 不 断 向前推进 , 底板岩层 中的 张裂隙逐渐沿垂直和水平方 向扩展 , 最终形成 由多条裂隙组成 的破裂带 . (4 ) 在工作面 整个开采过程 中 , 底板破裂带 的 出现具有周期性 . 现场对 拉面开 采底板钻孔 涌水观测 , 发现单位 涌水量所 需时间 与矿压增 加具有 同步性 (图 6) . 可 见受 采动影响 , 工作面 前方底板岩层受压缩使原生 裂隙压 密 ; 在工作 面附近 , 底板岩层 由于剪切破坏作用 和 膨胀 , 产 生新的裂 隙并伴随有原生裂 隙逐渐张开或使其 扩大和 延长 , 形成拉一剪破裂带 . 据现场试验结 果 , 杨庄承压水体上 #6 煤对拉面 开采底板最大 破坏深度在 1 5 . 5 m 左右 , 最大破裂位置在采面 后方 s m 左 右 . 表 1 承压水 体上对 拉面 开采岩层 应力 与破坏 的特征 数 , 几b l e l B a s i e m e e h a n i e a l e h a r a e t e r s i n fl o o r s t r a t a d U e t o d o u b l e l o n g w a l l m i n i n g o n e o n 五n e d a q u i fe r i n d i fe 邝n t fa Ce i l t e vr a l S 对拉面错距 d/ m 5 1 0 2 0 3 0 底板蝙/M P a 一2 0 . 5 一 2 0 . 6 一 24 . 6 一 2 5 . 2 煤层am 。 、 瓜Pa 一 2 8 . 5 一 3 1 . 3 一 3 5 . 9 一 3 3 . 9 最大破坏深度 h /m 1 5 一 1 8 15 一 1 8 1 5一 1 8 1 5一 1 8 最大破坏深度距后采面 / m 一 60 一 60 一 85 一 80 砖己 、、弯、 , / /冬`, ,lyr 图 5 采场开 采全过 程底 板岩层 破坏 总体特征 素描 Fi g . 5 G e n e r a l fr a e tu r e m a P i n fl o o r s t r a t a d u e t o m i n i n g o n e o n if n e d a q u i fe r

·246· 北京 科技大学学报 2002年第3期 20 2.0 15 。压力 -0一流量 1.5 10 1.0 5 05 0 ◆采面B 0 I带 压缩区 膨涨区 恢复区 二Ⅱ带 -0.5 Ⅲ带 V带 -10 -1.0 图7承压水上开采底板岩层特征分区 -20 0 20 40 60 80 1/m Fig.7 Characteristic zones in floor strata caused by mining 图6底板钻孔涌水量Q和矿压P与工作面的关系曲线 on confined aquifer Fig.6 Observed fluid flow and strata pressure in relation 带；一原位张裂带 to the mining face 事实上，影响底板岩层破坏的因素是多方 研究表明，底板破坏是矿压和底板承压水 面的，在不同的开采地质条件下，如隔水层厚 压力共同作用的结果.在工作面超前支承压力 度、工作面宽度、工作面错距等对底板岩层破坏 作用下，底板岩层呈压缩状态；而在煤壁边缘和 均有不同程度的影响，上述分区（带）的特征参 采空区内部，底板岩体由于卸压而处于膨胀状 数也不同.例如，杨庄6#煤层对拉面开采的情况 态.底板岩体在由压缩向膨胀的转化过程中，将 下，三维固液耦合数值模拟结果表明：当隔水层 不可避免地产生剪切和张拉破坏.参考国内有 厚度为40m,承压水压力为3MPa时，底板岩层 关研究，承压水体上煤层开采底板岩层在水平 中没有原位张裂带产生；而当承压水为4MPa 方向可划分为3个特征区，即：压缩区，膨胀区 时，底板中出现原位张裂（图8）.下面着重讨论 和恢复区（图）；底板岩层在垂直方向可划分为 对拉面错距对底板岩层破坏的影响，其他因素 3带，即：一采动影响破坏带，Ⅱ一完整岩层隔水 另文介绍. (a)P.=3 MPa (b)P.=4 MPa 图8承压水体上对拉工作面开采岩层破坏区 Fig.8 Fracture zones caused by mining on confined aquifer 4 承压水体上对拉工作面开采错距 以后，采面后方底板岩层的最终破裂深度158m (图8). 的影响 从局部范围看，对拉面错距较短时（例如！ 研究条件是：对拉工作面错距=5,10,20,30 =5~10m),采空区内底板岩层破裂范围较宽，错 m;对拉工作面宽度B=(80+80)m;底板承压水压 距段内直接底板岩层一般不产生破裂；当错距 力P.-3MPa;隔水层厚度d.=40m 较长时(1=20-30m),采空区内底板岩层破裂范围 结果表明，在整个采场大系统中，工作面错 变窄，但错距段内局部底板岩层发生破裂，而且 距对底板岩层破坏的影响只是局部和暂时性的. 当错距为30m左右时，前采面附近采空区直接 当错距在50m变化时，底板岩层破坏以拉破坏 底板破坏范围减小，而错距段与后采面煤壁下 形式为主，最大破裂深度变化不明显.在特定的 方岩层破坏相互联通.从采空区底板岩层达到 开采地质环境中，底板岩层破裂深度主要取决 最大破坏深度的位置上看，错距越短，采面后方 于开采暴露的面积，当开采长度范围达到150m 底板最大破坏深度发生的位置距采面越近；反

Vol.24 王金安等：置承压水体上对拉面开采底板岩层破坏规律 ·247 之，错距越长，采面后方底板最大破坏深度发生 大小(530m)而改变.从局部范围看，工作面错 的位置距采面也越远（表1）.由于采空区内的压 距的影响主要表现在3个方面：(1)工作面错距 力随远离采面逐渐回升，因此适当加大采面错 段附近的矿山压力分布；(2)工作面错距段底板 距在一定程度上有利于制约底板岩层的开裂程 岩层破坏连通特征：(3)对拉面后方采空区底板 度 岩层达到最大破裂深度的位置.本研究从控制 从顶板控制角度，对拉面错距不宜过大，因 底板岩层破坏和矿山乐力2个方面考虑，认为 为工作面后方顶板岩层一旦进入剧烈活动和垮 对拉面错距为10m以内为宜.应当指出，由于 落阶段，错距段的巷道矿压显现加剧，巷道维护 现场的地质状况十分复杂，特别是隐伏地质构 困难，安全状况恶劣.因此，承压水体上对拉面 造、随机缺陷、岩性和水文状况变化等，都可能 开采合理采面错距的确定，须兼顾预防底板突 成为潜在的突水点，现场应对底板岩层的水文 水和保障顶板安全的双重任务.从控制底板岩 地质情况做细致的调查并采取必要手段进行实 层破坏和矿山压力两个方面考虑，结合现场实 时监测手段，这是保证承压水体上安全开采的 测.本研究认为对拉面错距在10m左右为宜. 关键. 参考文献 5结论与建议 1郭维嘉，刘扬贤.底板突水系数的概念及其应用J 承乐水体上采用对拉面开采，底板岩层破 河北煤炭，1989(2)：27 裂主要发生在采空区内部，破坏性质主要为岩 2蒋金泉，宋振骐.回采工作面底板活动及其对突水影 层的拉破坏，最大破坏深度取决于宏观开采技 响的研究[).山东矿业学院学报，1987(4)：7 3王作宇，刘鸿泉.承压水上采煤[M.北京：煤炭工业 术参数和地质条件，对拉面开采的错距对底板 出版社，1992 岩层应力与破坏的影响只是局部的和暂时性 4张金才，张玉卓，刘天泉，岩体渗流与煤层底板突水 的.在杨庄6#煤地质条件下，当工作面在某一 M.北京：地质出版社，1997.8 方向的开采尺寸达到150m时，底板岩层的破 5张金才，煤层底板突水预报的理论判据及其应用[ 裂深度将达到最大值，一般为15-18m. 力学与实践，1990(2)：35 底板岩层最终的破裂深度不因开采错距的 6王金安.承压水体上采煤相似模拟实验).矿山压力 与顶板管理，1990(3)：56 Fracture Characteristics of Floor Strata due to Double Longwall Mining on Confined Aquifer WANG Jin'an PENG Suping",MENG Zhapping )Civil and Environment Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)China University of Mining and Technology,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on double longwall mining on confined aquifer in Yangzhuang colliery,the stress dis- tribution and fracture characteristics in floor strata are investigated by means of in-situ measurement,physical modeling and numerical analysis.The influence of different mining parameters on the mechanical behavior of floor strata is recognized.The rational technical parameters and engineering measures are proposed through the study for safe mining on confined aquifer. KEY WORDS confined aquifer;double longwall mining;failure of floor strata

V匕1 . 2 4 王 金安等 : 置承压 水体 上对拉面 开采底 板岩层 破坏规 律 . 2 4 7 . 之 , 错距越长 , 采面后 方底板最大破坏深度发生 的位置距 采面也越远 (表 1) . 由于 采空 区 内的压 力随远离采面 逐渐 回升 , 因此适 当加大采 面错 距在一定程 度上 有利于 制约底 板岩层 的开裂程 度 . 从顶板控制角度 , 对拉面 错距不 宜过大 , 因 为工作面后 方顶板岩层一 旦进人剧烈活 动和垮 落阶段 , 错距段的巷道矿压显现加剧 , 巷道维护 困难 , 安全状 况恶劣 . 因 此 , 承压水体上 对拉面 开采合理采 面错距 的确定 , 须兼顾预防底板突 水 和保 障顶板 安全的双 重任 务 . 从控制底板岩 层破坏 和矿 山压力两个方 面考虑 , 结合现场实 测 . 本研究认为对拉面错距在 or m 左右为宜 . 大小 ( 5一 30 m )而改变 . 从局部 范围看 , 工作面错 距 的影 响主要 表现在 3 个 方面 : ( l) 工作面 错距 段 附近 的矿 山压力分布 ; (2) 工作面 错距段底板 岩层破坏连通特征 ; (3 ) 对拉面 后 方采空 区底板 岩层达到最大破裂 深度的位置 . 本研究从控制 底板岩层破坏和 矿 山压 力 2 个 方面考虑 , 认 为 对拉面 错距为 10 m 以 内为宜 . 应 当指出 , 由于 现场 的地质状况十分 复杂 , 特别是 隐伏地质构 造 、 随机缺 陷 、 岩性 和水 文状况变化等 , 都可 能 成为潜在 的突水点 , 现场应对底板岩层 的水文 地质情况做细致 的调查并采取必要手段进行实 时监测手段 , 这是保证 承压水体上安全开 采 的 关键 . 5 结论与建议 承压水体上 采用对拉面开采 , 底 板岩 层破 裂 主要 发生 在采空 区 内部 , 破坏性 质主要 为岩 层 的拉破坏 , 最大破坏 深度取决 于宏观开采技 术参数和 地质条件 , 对拉 面 开采 的错距对 底板 岩层 应力 与破坏 的影 响只 是 局 部 的 和暂 时性 的 ` 在杨庄 #6 煤地质条件下 , 当工作 面在 某一 方 向的开采尺 寸达到 150 m 时 , 底板岩层 的破 裂深度将达到最大值 , 一般 为 1 5一 18 .m 底板岩层最终的 破裂深度不 因开 采错 距的 参 考 文 献 1 郭维 嘉 , 刘扬 贤 . 底 板突水 系数 的概念 及其应 用 IJ . 河北 煤炭 , 1 9 8 9 ( 2 ) : 2 7 2 蒋金 泉 , 宋振 骥 . 回采工作 面底板 活动 及其对 突水影 响 的研究 [J] . 山东矿业 学 院学报 , 19 8 7 (4) :7 3 王作 宇 , 刘鸿 泉 . 承压 水上采 煤〔M 』 . 北 京 : 煤 炭 J 飞业 出版社 , 19 92 4 张金才 , 张玉卓 , 刘 天泉 . 岩 体渗 流与煤 层底板 突水 [M ] . 北 京 : 地质 出版社 , 19 97 . 8 5 张金 才 . 煤 层底板 突水预 报 的理论判 据及其 应用 [J] . 力学 与实践 , 1 99 0 ( 2 ) : 3 5 6 王金 安 . 承压水 体上 采煤相 似模拟实验 [J] . 矿 山压力 与顶板 管理 , 1 9 9 0 ( 3 ) : 5 6 F r a e utr e C h ar a e t e ir s t i e s o f F l o o r S tr at a du e t o D o ub l e L o n g w a ll M i n i n g o n C o n if n e d A qu ife r 恻万G iJ n ,an ,) p E N G S叩 i褚 ), 彻吸 N G hZ `邓邓, gln ” 1) C i v il an d E n v i r o n m e n t nE g i n e e r i n g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a 2 ) C h i n a U n i v e r s i ty o f M in i n g an d eT e hn o l o gy, B e ij i n g l 0 0 0 8 3 , C h in a A B S T R A C T B a s e d on do ub l e l o n g w al l m in ign o n e o n if n e d a q u ife r i n aY n g hz u a gn e o lli e ry, ht e s tr e s s d i s - tr ib ut i o n an d fr a c utr e e h ar a c t e r i s ti e s i n fl o o r s tr at a ar e ivn e s t i g at e d b y m e an s o f i n 一 s iut m e a s ur e m e nt , P妙s i c a l m o d e li n g an d n u 们n e r i e a l an a l y s i s . Th e i n fl u e n e e o f d i fe er n t m i n i n g P ar m e et r s o n t h e m e e h a n i e a l b e h a v i o r o f if o o r s tr at a 1 5 r e e o gn i z e d . T h e r at i o n a l t e e hn i c a l Par a m e t e r s an d e n g i n e e r i n g m e a sur e s ar e P r o P o s e d htr o u g h ht e s t u 勿 fo r s a fe m i n i n g o n e o n if n e d a qu ife .r K E Y W O R D S e o n if n e d a qu ife r : d o ub l e l o n gw a ll m i n i n g : af il uer o f fl o or s tr at a