第2期矿山测量No12doi:10.3969/j.issn.1001-358X.2010.02.010开采沉陷综采放顶煤覆岩破坏规律与机理研究滕永海,杨建立,朱伟,张华民(11煤炭科学研究总院唐山研究院,河北唐山063012;2.潞安环能股份有限公司王庄煤矿,山西长治)223摘要:根据现场实测资料,结合相似材料模拟试验、水裂缝带异常发育,1.32倍,比普采增大2.23倍。19.75,与普采、分层综采初次采动条件下的裂高采厚比相近,。关键词:综采放顶煤;导水裂缝带;发育规律;机理:TD325文献标识码:B:1001-358X(2010)02-0032-03综采放顶煤,一次采全高,开采强度大,势必造成覆岩破坏非常严重,导水裂缝带异常发育。本文根据潞安矿区现场试验和覆岩破坏观测资料,并结合相似材料模拟试验、数值计算,研究综采放顶煤条件下覆岩破坏规律及机理。1地质采矿条件6206工作面位于王庄煤矿井田的西南部,该工泥岩、泥岩和第四系黄土层组成,其中第四系黄土层厚度132m左右,整个覆岩属于中硬偏硬。2覆岩破坏观测研究2.1综放开采导水裂缝带最大高度在6206综放工作面的地表共施工了3“”个两带高度观测孔,钻孔的位置分别布置在距切眼距离为445m、584m、540m的地方,其中K1、K3孔布置在风巷、运巷附近,K2孔布置在工作面中间。观测方法采用简易水文、注水、物探等综合手段。其中导水裂缝带高度的判读主要是根据钻进过程中上下钻动水位、冲洗液消耗量及相关层段的注水试验结果确定的,冒落带的高度是根据钻速的变化、掉钻、卡钻、吸风等情况确定的。有关三个观测孔的观测成果见表1。裂高(m)114.67102.27114.87作面开采下二迭系山西组3煤层,煤层厚度6.2～618m,煤层倾角1～8°,工作面采长1780m,采宽148～248m,开始回采的刀把工作面采宽为148m,长度约700m,平均采深316m,平均推进速度为7m/d。采煤方法采用综采放顶煤一次采全厚,全陷法管理顶板。#3煤层上覆岩层主要由中细砂岩、粉砂岩、砂质孔号K1K2K3#表1王庄煤矿综放开采导水裂缝带观测成果有效采厚(m)5.905.205.70距切眼(m)445584540距风巷(m)2270128距运巷(m)1267820冒高(m)—19.3535.70裂高采厚比19.4419.6720.15冒高采厚比—3.726.26从表1可看出,K1孔导水裂缝带高度为114167m,裂高采厚比为19.44;K2孔导水裂缝带高度为102.27m,裂高采厚比为19.67;K3孔导水裂缝带高度为114.87m,裂高采厚比为20.15。平均裂3基金课题:“”国家十一五科技支撑计划项目(2006BAC09B01)资助高采厚比为19.75。K2孔冒落带高度为19.35m,冒高采厚比为3172;K3孔冒落带高度为35.70m,冒高采厚比为6126。由于工作面中间部位冒落岩层容易压实,冒高偏小,而边界由于煤壁的支撑作用冒落岩层不容[1-2]易压实,其冒高偏大。32第2期滕永海等:综采放顶煤覆岩破坏规律与机理研究2010年4月2.2综放开采导水裂缝带发育特点根据实测资料,图1绘出了6206综放工作面导水裂缝带的发育形态及冒落带的发育形态。不难看出,“”在综采放顶煤条件下导水裂缝带、冒落带均呈现出两边高中间低的马鞍型形态。度平均为110.6m,采用分层综采导水裂缝带最大高度平均为83.9m,采用普采导水裂缝带最大高度平均为49.6m[3],综采放顶煤导水裂缝带最大高度比分层综采增大1.32倍,比普采条件下增大2.23倍。说明综采放顶煤条件下导水裂缝带发育高度要大得多,分层开采是减小导水裂缝带发育的一个有效途径[4-7]。,.、分层综采初次采动。说明在综放工作面一次采全厚条件下的导水裂缝带发育规律,与分层开采初次采动条件下导水裂缝带发育的最大高度与[8]煤层采厚成正比的规律是相近的。2.3综放开采导水裂缝带最大高度计算根据潞安矿区王庄煤矿综放开采3个裂高孔的图1王庄煤矿6206工作面导水裂缝带发育形态为了对比,图2绘出了潞安矿区不同开采方法导水裂缝带高度和煤层采厚关系图,图3绘出了潞安矿区不同开采方法裂高采厚比和煤层采厚关系[3]图。观测结果,并参考五阳煤矿分层综采的观测结果,采用最小二乘法原理,求取综放开采导水裂缝带最大高度预测的经验公式为:H1i=20.22M+10式中:M为煤层有效采厚,m。3综放开采覆岩破坏机理研究3.1相似材料模拟实验实验采用5m平面相似材料模型实验台,模型比例尺为1∶200,容重比确定为Cr=0.6。通过相似材料模拟实验,得出:①随着开采范围的扩大,垮落带和导水裂缝带逐...