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第52卷第12期煤炭工程C O A L E N G I N E E R I N G Vol. 52，No. 12doi：10.11799/ce2020120138.8m超大采高综釆工作面覆岩活动规律研究杨俊哲(国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司，陕西神木719315)摘要：为了掌握浅埋深8.8m以上特厚煤层一次采全高开采覆岩活动规律，以上湾煤矿8.8m 超大采高综采工作面为研究对象。
利用理论计算，相似模拟以及数值模拟等方法，通过顶板位移深基点观测、微震监测、矿压监测等多种手段，将远场覆岩活动与近场矿压显现相结合，对8.8m超大采高综采工作面采场覆岩运移规律和顶板结构形式进行研究。
推演得出浅埋深8. 8m超大采出空间下覆岩垮落的结构模型，揭示了工作面远场顶板断裂与垮落时空演化规律，分析了8.8m超大采高综采工作面矿压机理及支架与围岩的力学关系，为类似条件下特厚煤层综采工作面支架选型及安全高效开采提供理论及技术指导。
关键词：浅埋煤层；超大采高；覆岩结构模型；上覆岩层；矿压显现规律；支架-围岩关系；微震监测中图分类号：TD325 文献标识码：A文章编号：167卜0959(2020) 12-0055-06Overburden activity law of 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working faceY A N G J u n-z h e(C H N Energy Shendong Coal Group, S h e n m u 719315, China)Abstract ：In order to grasp the overburden activity law of full-seam mining in shallow-buried extra—thick coal s e a m thicker than8. 8m,based o n the engineering background of 8. 8m super -high fully m e chanized mining face in S h a n g w a n Coal M i n e,theoretical calculation,similar simulation and numerical simulation are carried o u t,a n d through observation of roof displacement at d eep base point, microseismic monitoring, monitoring of ore pressure a n d other m e a n s,the far-field overburden activity is analyzed combining with near-field m i n e pressure behaviors, the law of overburden migration a n d roof structure is studied for the8. 8m super high cutting fully m echanized mining face. Structure mo d e l of the overlying strata caving is obtained for the shallow-buried 8. 8m s uper-high m i n e d out space, the space-time evolution law of far field roof fracturing a n d caving is revealed, the m i n e pressure m e c h a n i s m of the 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working face a n d the mechanical relationship between the support a n d surrounding rock are analyzed. T h e study can provide theoretical a n d technical guidance for the support selection,a n d safe a n d efficient mining in ultra-thick s e a m fully m e chanized mining face under similar conditions.K e y w o r d s：shallow d e p t h；supper - high - cutting；structure m o d e l of overlying strata；overlying strata；m i n e pressure behavior；relationship b e tween support a n d surrounding rock我国煤炭在一次能源消费中的比例达60%以上[1]。
正断层下盘工作面开采覆岩离层演化规律徐传伟【摘要】针对断层存在条件下,采用相似材料模拟试验研究了断层影响下离层空间的演化过程,分析了离层空间的层位演化和横向扩展规律.研究表明:在断层未活化前,岩层组合失稳运移形成离层,并随着工作面的推进,离层层位高度不断上升;当断层活化后,覆岩发生剧烈运动,导致离层层位高度急剧增大,此后随着工作面的推进直至揭露断层,离层层位高度不在增加;离层的横向跨度,直至断层活化前随着工作面的推进不断增加,当离层的跨度扩展至断层处,由于断层的阻隔作用,离层横向跨度不在变化.%For fault existing conditions, the similar material simulation test study on the evolution process of abscission layer under the influence of fault space, analyzes the horizon of abscission layer space evolution laws and lateral extension.Studies show that the fault before activation, strata combination form abscission layer instability of migration, and with the working face advancing, rising from the layers of a highly;After the fault activation, strata intense movement occurs, leading to a sharp increase is seen from the layers of a highly, along with working face advancing until reveal faults, from layers of a height not increase;Before the transverse span of abscission layer until fault activation with increasing working face advance, when the span of abscission layer extended to DuanCengChu, due to the fault block, abscission layer transverse span is change.【期刊名称】《煤》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】4页(P4-6,9)【关键词】断层;覆岩离层;模拟试验【作者】徐传伟【作者单位】山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TD323在煤炭开采过程中，由于形成采动空间，上覆岩层必然会发生破断、弯曲、变形，由于岩层的挠度不同，必然导致岩层间出现不同步的弯曲沉降，从而导致离层的出现。
第21卷 第1期 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2002年 2 月 V ol.21, No.1 Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ） Feb, 2002收稿日期：2001-03-05基金项目：辽宁省教育厅高等学校科学研究项目资助（２００８２１２０）文章编号：1008-0562(2002)01-0004-04覆岩离层分布时空规律的实验研究赵德深１，朱广轶２，刘文生３，范学理３ （１．大连大学 土木建筑工程系， 辽宁 大连 １１６６２２；２．沈阳大学， 辽宁 沈阳１１００４４；３．辽宁工程技术大学， 辽宁 阜新 １２３０００） 摘 要：通过相似材料物理模拟实验研究，揭示了煤矿区采动覆岩中离层产生、发展与分布的时空规律；探讨了离层发展高度与工作面推进距的关系、单一离层从产生到最大值直至消失的时间效应等规律。
并提出了可充填离层带的概念，为离层充填减沉技术在理论上的完善及其在解决实际工程问题中的应用提供了科学的依据。
关键词：覆岩离层； 时空规律； 模拟实验； 离层充填 中图号：ＴＤ ３２５．４ 文献标识码：A ０ 引 言 地下煤炭采出后，形成人为的开采空间，原岩应力平衡状态遭到破坏。
在其向新的平衡状态过渡的过程中，岩体必将经受不同程度的移动、变形与破坏，最终导致地表的沉陷。
研究成果表明［１］，在采动覆岩这种复杂运动中，离层的产生、发展、消失的时空过程是开采空间转为地表沉陷的必由之路。
然而，随着回采工作面的不断推进，开采空间不断扩大，对于不同的地层结构、不同的开采条件，离层发展的动态过程与分布特征也不同，且整个过程均发生于地下，不可视、不可触。
这些特点，为开采沉陷控制的理论研究与实测研究带来了极大障碍。
此时，实验研究方法更受研究者的欢迎，尽管模拟实验研究方法仍难于获得定量描述的结论，但从探索事物的普遍规律角度看是非常重要的、必不可少的。
为了使离层充填减沉技术在实践中得到更有效的应用，本文以我国较为代表性的中硬、互层较均匀的煤矿区地层结构为模拟客体，对采动覆岩离层分布的时空规律进行了系统的实验研究。
１ 模型的建造 （１）实验条件及材料配比 根据本文的研究内容、要求及目的，旨在探究采动影响下采空区上方覆岩中离层产生、分布、发展的时空规律。
本次选择具有普遍性意义的中硬、互层较发育的煤系地层为模拟客体。
模型尺寸为40m ×2.0m ×0.26m 的平面实验台，比例尺为1:300。
为了增强模拟结果的可比性，探索一般性规律，本次共制作五架相同采矿条件的模型，模型高为1.2m （相当于实地360m ）。
其开采条件为：采深H=345m ，采区长D =300m ，煤层采出厚度M =6m ，垮落式管理顶板，煤层倾α＝０°。
（2）模型测点布设及观测方法 在每架模型上均设置了竖向观测线，在第一架模型上还设置了地表与岩层内部沿层面方向的观测线。
观测方法，以光学原理为基础，利用光学透镜将模型上的质点位移影射到屏幕上加以放大，量取之后再换算出实体的真正位移。
而对于模拟开采过程中的垮落步距、岩层断裂角、垮落带高度、断裂带高度、岩梁极限垮度、最大离层值及其位置等采用实际素描量测方法进行记录。
２ 地表与岩层内部沉陷观测分析 地表下沉规律表明，当采空区双向尺寸达到采深的1.2倍时，地表最大下沉值可达到煤层采出厚度的80－90%，覆岩中的离层等裂隙均被压实。
然而，在非充分采动条件下，地表下沉量达不到该地质采矿条件下的最大值，开采厚度不能以下沉值的形式完全传至地表，而是大量存在于覆岩之中。
图第1期 赵德深等： 覆岩离层分布时空规律的实验研究 51为本次模拟实验中模型Ⅰ的地表与岩层内部沿层面方向两条观测线的最终下沉曲线，可以看出，地表最大下沉值为 1.75m，占煤层采出厚度(6.0m)的29.1%，而距煤层0.7H处岩层的最大下沉值为1.90m，占煤层采出厚度的31.7％。
这说明，有68.3%的煤层采出厚度以离层、断裂、裂隙及垮落等形式存在于煤层上方的0.7H范围内，而在0.7H至地表范围内的岩体中仅有约2.6%的裂隙存在。
这组数据说明：(1)开采空间的传播结果主要包含两部分：第一部分是地表的沉陷；第二部分是离层、断裂和Ⅰ－地表下沉曲线 Ⅱ－距煤层０．７Ｈ处岩层内部下深曲线 图１ 模型ⅠＤ＝０．７８Ｈ（２７０ｍ）时岩层与地表下沉曲线 Fig.1 the strata and surface subsidence curve in modelⅠwhen D=0.78H (270m)垮落所形成的岩体内部的残留空间； （２）采空区上覆岩层中存在大量离层这是事实，而且它只能出现在采空区正上方的某一高度范围内，本模型条件下为0.7H。
３ 竖向深部测点观测结果分析 深部测点观测结果表明，当工作面推至测线之前，各测点反映出微小的下沉量，且上部测点下沉值较之下部测点下沉值略大，这说明此时上覆岩体在经受竖向压缩变形。
当工作面推过测线位置后，覆岩立即产生剧烈的移动与破坏，其破坏程度由下向上逐渐减轻。
如10号点，由于直接顶的垮落而被破坏掉，无法继续观测；随着工作面的推进，9、8、7号点随老顶呈断裂性破坏而下沉，并在6、7号点间出现明显的下沉差，即产生了离层。
继而在下位岩层中的离层逐渐减小或被压实，并转向上位岩层中，如4、5号点间产生的离层值最大，此时工作面已推过测线120m。
从图中曲线看，这一位置离层存在时间相对持久，3、4号点间也出现了离层，高度位置达到距煤层顶板150m处，刚好为工作面推进距离的一半；再往上的1、2、3号测点间基本没有明显离层现象，说明在该开采条件下，离层发展最大高度为150m。
另外可以看出，在互层厚度较均匀条件下，也未必在每一层面都产生离层，可能以层簇形式呈现同步下沉状态，如5、6号点及7、8号点间的岩层就表现出了同步运动过程。
各测点的下沉曲线形态表明，离层发展不仅是由下向上逐渐发展，而且最大值位置也随高度的增加而在水平方向上远离开切眼，整体分布范围位于采空区正上方。
４ 离层分布时空规律 综合分析上述模拟实验结果，可得出如下规律： （1）离层的分布范围在中硬互层较发育的采动覆岩中，离层的产生、发展与分布范围随开采尺寸的增加而扩大，最大离层值不断向上位岩层中传递，但始终位于采空区正上方岩体中，在煤壁上方覆岩中不产生离层。
离层发展最大高度可达(0.43～0.67)H。
在动态过程中，离层发展高度基本为工作面推进距的一半；离层分布的横向范围可由岩层平均断裂角来圈定，其值变化在５５°～６５°之间。
但动态开采过程中，开切眼一侧与工作面一侧的岩层断裂角并不相同，而是前者大些，后者小些，只有在工作面停采后，两侧岩层断裂角才会趋于相等（图２）； 6 辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 第21卷 （２）离层发展高度与工作面推进距的关系 践研究结果表明，在非充分采动条件下，采空区上方覆岩中离层带的存在及发展高度与工作面推进距密切相关，图3为依据实验结果所绘制的二者相关曲线。
从图中可以看出，随着工作面推进距的增加，离层发展高度基本呈线性增加。
（3）离层空间的持续时间离层空间的持续时间与工作面推进速度密切相关，推进速度越快，离层空间的滞留时间越短。
一层位离层值与时间（取决于工作面推进速度V）的相关曲线。
从图中可以看出，当该层岩板在走向方向达到极限尺寸L max之前，离层值不断增大，并在Ｌ＝Ｌmax 时达到最大，此时所需的时间t=L max／Ｖ。
当L＞L max 时，岩层板发生断裂，整体下沉，使其下方离层迅速减小直至被压合，这段时间与周期垮落步距S有关（△t=S/V）。
由此可得单一离层的持续时间为： ttT∆+=＝（Ｌｍａｘ＋S）／V 工作面的推进速度通常要依赖于开采方法及顶板管理方法。
在我国，过去以走向长壁全陷法炮采居多，煤层采出厚度小，工作面推进速度慢，从而使离层发展在时间和空间上均较缓慢。
而现在随着采煤技术的发展，综采放顶煤开采方法在具备条件的矿区广为采用，煤层采出厚度大，工作面推进速度快，覆岩中离层空间增大速度快，离层发展的时空过程相对缩短，但最大离层值不 会改变。
可见，在充填离层层位一旦确定时，一定要考虑该层位离层的持续时间，此时，首先应判定该岩层固有的极限跨度尺寸，然后由工作面推进速度再确定推过该距离所需时间。
Ｖ越大，离层形成越快，即所需单位时间内注浆量也越大。
据此，可在注浆设计时适当控制工作面推进速度，以把握注浆时机，正确选择设备及设计系统注入能力。
５ 结 论 （1）开采空间的传播结果主要包含两部分：第一部分是地表的沉陷；第二部分是离层、断裂和垮落所形成的岩体内部的残留空间；（2）在非充分采动条件下，采空区上方覆岩中离层带的发展高度随着工作面推进距的增加基本呈线性增加； （3）单一离层的持续时间与工作面推进速度有关，工作面推进速度快，离层空间增大速度快，但最大离层值不会改变；（4）可充填离层带概念的提出对于覆岩离层充填减沉技术的实施具有重要意义。
参考文献：[1]. 赵德深.煤矿区采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究[D],辽宁工程技术大学, 2000.[2]. 范学理, 刘文生, 赵德深，等.中国东北煤矿区开采损害防护理论与实践[M],北京：煤炭工业出版社, 1998.图4 离层值与时间的相关曲线Fig.4 the correlation curve of separated layer volume and time第1期 赵德深等： 覆岩离层分布时空规律的实验研究 7Test Study on the Space-time Laws of Overburden Separated LayerZHAO De-shen, ZHU Guang-yi, LIU Wen-sheng, FAN Xue-li(Department of Civil and Architectural Engineering, Dalian University,Dalian 116622,China) Abstract: In this paper, the space-time laws of the separated layer generation, development and distribution in coal mine overburden are given out through the similar material simulation test study. The relations between the spread height of separated layer and the advance distance of mining work face and the time effect of separated layer form generation, maximum to disappear has been discussed. The conception of the grouted separated layer zone has been put forward. The results providescientific basis for the perfect theory and the engineering application of the separated layer grouting technology to slow down the surface subsidence.Key words: separated layers in overburden; space-time laws; simulation test; separated layer grouting * * * * * * * **待发表文章＊ ＊摘 要预 报＊* * * * * * * *采空区注砂防灭火最佳砂墙长度的确定 单亚飞１， 葛少成２ ， 王树刚２ 计算机模拟方法是研究和分析多孔介质（采空区）中流体流动的有效方法，它在电子计算机上通过解算描述流体流动的微分方程进行数值模拟。
