采空区下近距离煤层开采覆岩“三带”分析

宋义华　苏静　谢小平等

摘要：针对贵州盛远煤矿高瓦斯低透气性近距离煤层群安全高效开采的问题，结合现场40803综采工作面的实际情况，运用相似模拟试验的方法，模拟得出上部2号、4号、7号煤层开采后，现场主采8#煤层工作面覆岩“三带”划分范围为：垮落带范围为主采8#煤层上方第一层粉砂岩，上方第二层泥岩，高度为5.52-9.9m；裂隙带范围为煤层上方第六层砂质泥岩，高度为14.96-22.96m；弯曲下沉带范围为裂隙带以上直至地表层。

关键词：采空区；近距离煤层；覆岩“三带”；相似模拟

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.064

1工程地质概况

贵州省六盘水市钟山区大湾镇盛远煤矿，矿井设计生产能力90万t/a，服务年限79a。可采及局部可采煤层共6层，即2号、4号、7号、8号、9号、11号煤层。试验上保护层工作面为40803工作面，平均倾斜长度为118m，平均走向长度为400m，主要开采4号较薄煤层，煤厚1.07～2.47m，平均厚度1.66m，煤层倾角7°～11°，平均倾角9°，容重1.5t/m³，受断层影响较小，产状较稳定。4号煤层顶板主要为深灰色砂质泥岩或灰色泥岩，厚度0.25～12.78m，一般4.62m；底板主要为细砂岩或灰色砂质泥岩，厚0～11.8m，一般5.22rn。

根据研究区域的岩层柱状图、历史经验数据及煤岩的物理力学实验结果，确定煤岩的物理力学参数如表1所示。

2覆岩“三带”的相似模拟分析

2.1模型建立

设计的模型为平面应力模型，尺寸为长×宽×高=400cm×30cm×180cm。根据工作面的地质构造条件，从煤层底板开始，首先铺设下部岩层，然后结构面通过撒上云母粉来模拟，之后上部地层模型用同样的方法制作。试验前在距离模型一侧边缘50cm处开挖切眼，切眼宽度2.4cm，高度2.6cm，按1：100的比例设计。模型两边各留50cm边界煤柱，相似模拟模型开挖前全貌如图1所示。

在水平和垂直方向上分别每隔40cm、40cm设置一条观测线，在模型表面形成纵向和横向40cm×40cm的方格，地表位移监测点沿地表线布置，间距为40cm，通过工作面开采过程监测上覆岩层的运移变化规律、垮落状况，及地表垂直和水平位移情況。

2.2数值模拟结果分析

通过覆岩下沉规律分析，并结合覆岩破坏结构理论中长壁工作面开采后在采空区形成的“三带”（即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带）计算特征，上部2号、4号、7号煤层开采后，现场主采8号煤层工作面覆岩“三带”划分范围为：垮落带范围为主采8号煤层上方第一层粉砂岩，上方第二层泥岩，高度为5.52～9.9m；裂隙带范围为煤层上方第六层砂质泥岩，高度为14.96～22.96m；弯曲下沉带范围为裂隙带以上直至地表层。如图2所示。

3结论

通过覆岩下沉规律分析，并结合覆岩破坏结构理论中长壁工作面开采后在采空区形成的“三带”（即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带）计算特征，上部2号、4号、7号煤层开采后，现场主采8号煤层工作面覆岩“三带”划分范围为：垮落带范围为主采8号煤层上方第一层粉砂岩，上方第二层泥岩，高度为5.52～9.9m；裂隙带范围为煤层上方第六层砂质泥岩，高度为14.96～22.96m；弯曲下沉带范围为裂隙带以上直至地表层。