。278 北京科技大学学报 第31卷 102m,575m范围内阶段高度为18m.煤层层理与 表2采空区附近地表坍塌参数统计 节理发育.图1和表1真实地描述了B+2煤层的地 Table 2 Statistics of surface collapse parameters adjacent to mined-out- 质赋存特征及相关信息参数. ara 坍塌 沿走向推进 地表坍塌 时间 长度/m 深度/m宽度/m长度/m 斜面 2007-0子06-06-02 388 夕 20 30 2007-06-03一0607 9.6 20 3g 日色砂质 块状坚硬 节理发育 灰色烤 煤层 灰色泥岩 节理层理发育 2007-0608-07-07 39.2 30 36 88 2007-09-03-0913 286 23 34 37 煤层 夹层 B2 产状 326∠60 2 动力学灾害源分析 图例 砂通泥岩 和 B2煤层 夹层 泡岁 节理层理 +579E2EB1+2综放面段高为52m,综放面上的 图1B1+2煤层地质特征 空棚由于开采条件的限制难以直接一次性处理现 Fig.I Geological characteristics upon the B+2 coal seam 场表明地表随工作面的推进形成“波动一剪切”断裂 及失稳机制.由于在原始煤体里爆破，有一定数量 表1煤层赋存特征及相关参数 的块煤，当顶煤放出时，在块煤的流动、挤压等开采 Table I Characteristics and parameters of the coal seam 煤层 走向/心)倾向/(C)倾角/()普氏系数厚度/m 扰动作用下产生层裂进而形成“跨层拱”，随着工作 面的推进，顶板侧的“跨层拱”上覆顶煤在“有限”的 B1+2 53(NE)325(NS) 64 2-3 329 空间范围内出现波动效应，底板侧发生剪切断裂，形 12开采技术特征 成“波动剪切”断裂及失稳机制，诱致采空区覆岩 如图2所示，B1+2煤层综放面赋存环境复杂，煤 介质“损伤一演化一断裂一失稳”，进而发生动力学 矿五大灾害均己出现。具有一定灾害风险性.地面 坍塌，这是产生失稳并产生动力学失稳及致灾的直 多处已形成大面积V字形坍塌槽（如图2中的A、 接动力源之一. B、C、D和E坍塌区域).其产生的主要原因包括： 3围岩变形与运动规律 (1)雨雪降水可灌入坍塌槽内诱发顶板失稳；(2)历 史性不规则开采与反复扰动频繁，形成大量的采空 在急倾斜特厚煤层高阶段综放开采中，由于开 区（或空棚）内积聚大量有害气体：(3)开采扰动区近 采空间的结构特征所决定，围岩失稳具有明显的动 邻八道湾河，水源补给充足，采空区有积水.2007 力学特征，这与缓倾斜煤层长壁开采的顶板断裂与 年5一9月，采空区上方地表频繁发生坍塌（表2）， 失稳明显不同7.十579E2EB+2工作面较短。开 直接威胁安全开采. 采后形成的有限尺度采空区（或开采扰动区）可视为 形成了一个新的（采空区尺度）断层或活化的断层结 1 构，其变形与失稳也属于“有限变形”范畴.综合研 究表明，其结构和力学运动规律与缓倾斜煤层长壁 1+70 开采有很大区别，主要表现在：①采后的煤层顶、底 ⊥+685 板在矿山压力（挤压）作用下沿工作面倾斜方向形成 一个暂时平衡的拱结构：②随工作面推进和顶煤放 中64 320 出，开采扰动对拱结构及其稳定性直接作用，在上覆 预爆巷 4717.67 25 开切电 岩层荷载的作用下，顶板出现挠曲变形并产生离层 1209 2D0 《11 或层裂：③继续推进时，层裂顶板和上位顶煤冒落， 1162 单位：m 形成上位平衡拱，由于靠顶板侧顶煤受拉分离，使拱 向底板侧方向挤压从而产生非对称变形.当上位拱 图2十579E2EB+2煤层综放面赋存环境 和分段内形成来压的下位拱同步失稳时，工作面来 Fig.2 Complex environmental characters of the+579E2EB+2 压加剧.如图3所示，现场开采中支架载荷的急剧 toprcoaFcaving working face 变化也充分表明了这一点.102 m , 575 m 范围内阶段高度为 18 m .煤层层理与 节理发育 .图 1 和表 1 真实地描述了B1+2煤层的地 质赋存特征及相关信息参数. 图 1 B1+2煤层地质特征 Fig.1 Geologi cal characteristics upon the B1+2 coal seam 表 1 煤层赋存特征及相关参数 Tabl e 1 Charact eristics and parameters of the coal seam 煤层 走向/(°) 倾向/(°) 倾角/(°) 普氏系数 厚度/ m B1 +2 53 (NE) 325(NS) 64 2 ～ 3 32.9 1.2 开采技术特征 如图 2 所示 ,B1 +2煤层综放面赋存环境复杂, 煤 矿五大灾害均已出现, 具有一定灾害风险性.地面 多处已形成大面积 V 字形坍塌槽(如图 2 中的 A 、 B 、C 、D 和 E 坍塌区域).其产生的主要原因包括 : (1)雨雪降水可灌入坍塌槽内诱发顶板失稳;(2)历 史性不规则开采与反复扰动频繁 ,形成大量的采空 区(或空棚)内积聚大量有害气体;(3)开采扰动区近 邻八道湾河 , 水源补给充足 , 采空区有积水.2007 年 5 —9 月, 采空区上方地表频繁发生坍塌(表 2), 直接威胁安全开采. 图 2 +579E2EB1+2煤层综放面赋存环境 Fig.2 Complex environmental characters of the +579E2EB1 +2 top-coal-caving working f ace 表 2 采空区附近地表坍塌参数统计 Table 2 S tatistics of surf ace collapse paramet ers adjacen t to mined-out￾area 坍塌 时间 沿走向推进 长度/ m 地表坍塌 深度/ m 宽度/ m 长度/ m 2007-05-06—06-02 38.8 15 20 30 2007-06-03—06-07 9.6 15 20 39 2007-06-08—07-07 39.2 30 36 88 2007-09-03—09-13 28.6 23 34 37 2 动力学灾害源分析 +579E2EB1 +2综放面段高为 52 m , 综放面上的 空棚由于开采条件的限制难以直接一次性处理, 现 场表明地表随工作面的推进形成“波动-剪切”断裂 及失稳机制.由于在原始煤体里爆破 ,有一定数量 的块煤 ,当顶煤放出时, 在块煤的流动、挤压等开采 扰动作用下产生层裂进而形成“跨层拱” , 随着工作 面的推进 ,顶板侧的“跨层拱”上覆顶煤在“有限”的 空间范围内出现波动效应, 底板侧发生剪切断裂 ,形 成“波动-剪切” 断裂及失稳机制 , 诱致采空区覆岩 介质“损伤—演化—断裂—失稳” ,进而发生动力学 坍塌 ,这是产生失稳并产生动力学失稳及致灾的直 接动力源之一. 3 围岩变形与运动规律 在急倾斜特厚煤层高阶段综放开采中, 由于开 采空间的结构特征所决定 ,围岩失稳具有明显的动 力学特征 ,这与缓倾斜煤层长壁开采的顶板断裂与 失稳明显不同 [ 4-7] .+579E2EB1+2工作面较短, 开 采后形成的有限尺度采空区(或开采扰动区)可视为 形成了一个新的(采空区尺度)断层或活化的断层结 构 ,其变形与失稳也属于“有限变形”范畴 .综合研 究表明, 其结构和力学运动规律与缓倾斜煤层长壁 开采有很大区别, 主要表现在 :①采后的煤层顶、底 板在矿山压力(挤压)作用下沿工作面倾斜方向形成 一个暂时平衡的拱结构 ;②随工作面推进和顶煤放 出 ,开采扰动对拱结构及其稳定性直接作用,在上覆 岩层荷载的作用下, 顶板出现挠曲变形并产生离层 或层裂;③继续推进时 ,层裂顶板和上位顶煤冒落, 形成上位平衡拱, 由于靠顶板侧顶煤受拉分离, 使拱 向底板侧方向挤压从而产生非对称变形.当上位拱 和分段内形成来压的下位拱同步失稳时 , 工作面来 压加剧 .如图 3 所示 , 现场开采中支架载荷的急剧 变化也充分表明了这一点. · 278 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷