浅埋煤层关键层研究

第21卷 第8期岩石力学与工程学报 21(8)：1174～1177 2002年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，20022000年12月21日收到初稿，2001年2月19日收到修改稿。

* 国家自然科学基金(50104009)和陕西省教委专项科研计划(00JK219)资助项目。

作者 黄庆享 简介：男，1966年生，1987年毕业于西安矿业学院采矿专业，1998年在中国矿业大学(徐州)获博士学位，现任教授、系副主任，主要从事采矿工程和岩层控制方面的教学与科研工作。

浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义黄庆享(西安科技学院采矿系 西安 710054)摘要 根据3个不同条件的浅埋煤层工作面矿压实测，得出了中国特大浅埋矿区顶板破断规律与普通采场不同，主要特征是顶板切落式破断和台阶下沉，顶板垮落一般形成冒落带和裂隙带。

并初步提出了以关键层、基载比和埋深为指标的浅埋煤层定义，为正确建立顶板结构模型和进行顶板控制奠定了基础。

关键词 浅埋煤层，矿压特征，定义　分类号 TD 31 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)08-1174-04　1 引 言神府东胜煤田探明储量223.6 Gt ，占全国探明储量的1/3，相当于70个大同矿区、160个开滦矿区，是我国目前探明储量最大的煤田，也是世界七大煤田之一[1]。

神东矿区目前及今后相当一段时期内，各矿开采区域大部分集中于埋深在100～150 m以内的浅部。

埋深浅、基岩薄、上覆厚松散沙层是煤层典型赋存特征。

实践表明，煤层埋藏浅并不一定就矿压小，长壁工作面普遍出现有台阶下沉现象，矿压显现剧烈(图1)[2]，浅埋煤层工作面顶板破断运动具有特殊性[3]。

如何从岩层控制意义上判断浅埋煤层，是岩层控制必须解决的问题。

本文根据观测认识浅埋煤层顶板矿压基本特征与规律，探讨岩层控制意义上的浅埋煤层定义，为正确进行顶板控制提供依据。

浅埋深薄基岩工作面矿压显现规律研究李艳君，杨维帅，许力峰，郭文砚，李家伦，刘建（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）［摘要］为了研究浅埋深薄基岩煤层工作面上覆岩层的运动规律及工作面矿压显现规律，运用UDEC 数值模拟软件对神华李家壕煤矿的上覆岩层的运移规律进行了模拟分析，并进行了现场实测。

结果表明，模拟所得的初次来压步距为40m ，实测值为36.4m ；模拟周期来压步距为20m ，与现场实测的周期来压平均为20.5m 步距基本一致；关键层来压时表现为动载现象明显，整个上覆岩层全厚度切落，地表出现急剧下沉，工作面覆岩将不存在“三带”，基本上为垮落带和裂隙带“两带”。

［关键词］浅埋煤层；矿压显现；覆岩移动规律；数值模拟［中图分类号］TD325.1［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2012）03-0086-03Underground Pressure Behavior Rule of Shallow-buried Mining Face under Thin Base RockLI Yan-jun ，YANG Wei-shuai ，XU Li-feng ，GUO Wen-yan ，LI Jia-lun ，LIU Jian（Resources ＆Safety Engineering School ，China University of Mining ＆Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ）Abstract ：Applying UDEC to simulating movement rule of overlying strata in Lijiahao Colliery and combining on-site observation ，this paper researched underground pressure behavior rule of shallow-buried mining face under thin base rock.First weighting pace by simu-lation was 40m ，observation value was 36.4m.Periodical weighting pace by simulation was 20m and observation value was 20.5m.Dy-namic load was obvious at time of key strata weighting ，whole overlying strata fell down and surface sharp subsidence occurred.There was only caving-zone and crack-zone in overlying strata.Key words ：shallow-buried coalseam ；underground pressure behavior ；movement rule of overlying strata ；numerical simulation［收稿日期］2012－03－09［基金项目］国家自然科学基金委员会与神华集团有限公司联合资助项目：浅埋深薄基岩采动岩体破断及渗流基础（51134018）；中央高校基本科研业务费资助项目（2011Y205）［作者简介］李艳君（1987－），男，黑龙江鹤岗人，在读硕士研究生，主要从事矿压及放顶煤方面的研究。

浅埋深特厚煤层小煤柱沿空掘巷强力支护技术研究摘要：我们通过分析某煤矿浅埋深特厚煤层地质条件，采用了数值模式分析与工程类比的方法，得出该煤矿沿空掘巷护巷煤柱宽度为9m，并以此为依据，制定了该煤矿小煤柱沿空掘巷护巷的基本支护思路。

这种施工方案，不仅能够保证整体的安全可靠，同时还有效地对脆弱的重点部位进行了有效地防护，实现了经济效益与生态效益相结合的开采方式。

不仅如此，还通过了实践施工的方式，检验了小煤柱沿空掘巷护巷强力支护技术方案并进行了现场实践的可行性，充分地实现了巷道挖掘工作与工作面回采期间运输巷围岩的稳定与安全。

关键词：浅埋深；特厚煤层；小煤柱；沿空掘巷；支护技术引言：随着我国社会的不断发展，人耳目对矿压的认识也越来越深入，并且结合矿压力的实际实际情况，有效地采取了小煤柱沿空掘巷技术。

这种施工技术有效地减少了煤柱的尺寸，同时也节约的资源的使用，同时也创造了更多的经济效益。

在实际的开采过程中，由于煤柱的尺寸不断缩小，对于巷道围护问题也随之出现，围岩变形量加大，进而出现较大的破坏情况，如果在实际开采过程中不规范或者是操作不当的情况，就会对正常的开采生产产生严重的影响。

基于此，我国结合小煤柱沿空掘巷围岩控制技术，组织了相关的技术人员进行深入的研究和分析，并且取得了理想的研究成果。

我们通过对研究成果进行分析，得出小煤柱沿空掘巷围岩控制技术的主要核心在于提高支护体系强度，进而提高了巷道围岩的承载能力，有效地提高了挖掘的精度，同时也保证了挖掘的安全性，对于我国煤矿的开采有着重要的意义和作用。

一、工程概况通过调查我们发现，某煤矿一号井的煤层的厚度为9.85—12.22m，煤层的埋深大约在249m，煤矿的抗压强度大约为25Mpa，结构的缝隙发育不显著，但是，完整性比较好。

直接顶以粉砂质泥岩为主，厚度大约在0.69—15.26m，平均厚度大约是在3.5m。

该地的岩石主要是以细砂岩为主，地层主要则是以泥岩为主要结构，厚度为1.27—3.45m平均的厚度大约是在2.01m左右。

Value Engineering1关于浅埋煤层覆岩破坏及运动规律的理论研究1.1围岩变形分带理论根据长期实践观测及理论研究，目前较为普遍认知是根据采场围岩的变形和破坏特征，将采空区上覆围岩分为“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。

1.2关键层理论1.2.1关键层由于回采过程中，煤层上覆岩层受采动影响发生变形、离层等现象，我们把在岩体变形、离层、位移中起主要作用的岩层称为关键层。

关键层的破坏会很大程度导致上覆岩层产生各种变化，甚至直接垮落。

1.2.2关键层位置的判断第一步强度判断:根据关键层的定义与变形特征，假设第一层为第一关键层，它的控制范围达第n 层，则第n+1层成为第二关键层必然满足：q n+1＜q n （1）式中：q n+1，q n 分别为计算到第n+1层与n 层时，第一层关键层所受载荷。

第二步破断距判断：按照是式（1）的原则，由下往上逐层判别，直至确定出最上一层可能成为关键层的硬岩层位置，设覆岩共有k 层硬岩层满足式（1）要求。

这些硬岩层还必须满足强度条件，即满足下层硬岩层的破断距小于上层硬岩层的破断距，l j ＜l j+1（j=1，2，…，k ）（2）式中：l j 为第j 层的破断距：k 为由式（1）计算确定的硬岩层层数。

若第j 层的硬岩层不满足式（2），则应将第j+1层硬岩层所控制的全部岩层载荷作用到第k 层上，重新计算第k 层硬岩层破断距后再继续判别。

2枣泉煤矿概况及矿压规律研究2.1地形地貌枣泉煤矿位于灵武矿区之内。

矿区位于鄂尔多斯高原西南之一隅，多为低丘台地地貌景观，个别为低山地貌，位于走向呈南北的两山之间，东侧为四耳山，山势南高北低，主峰杨家窑位于南部，标高+1652.1m ，北部标高+1500m 左右。

井田内广布有相对高差为20m 左右的沙丘，由南向北渐低。

南部碱水梁标高+1390m ，北部标高+1330m ；井田内最高点为+1435m 左右，最低点为+1300m 左右（东部边界处）。

煤层关键层理论的程序实现钱鸣高院士提出了采场覆岩关键层理论，解决了对煤层覆岩破断起控制作用岩层的判别。

但由于其力学模型理论较为复杂，计算量大，实践中判别出覆岩中关键层较繁琐。

本文以关键层理论为基础，利用Visual Basic语言开发关键层判别程序，为解决上述问题提供参考。

通过输入岩层的力学参数，计算得出硬岩位置及覆岩的破断距，进而判别出覆岩中关键层位置。

本文以某煤矿浅埋煤层为对象，运用关键层判别程序，判别覆岩中关键层和亚关键层的位置，并推断出煤层覆岩破断和垮塌方式。

通过与某煤矿覆岩实际垮落方式对比，本文利用Visual Basic语言开发的关键层判别程序具有一定可行性。

标签：关键层理论Visual Basic 程序0引言由于煤系岩体的分层特性差异，各岩层在岩体活动中的作用是不同的。

较为坚硬的厚岩层在活动中起控制作用，称之为起承载主体与骨架作用。

较为软弱的薄岩层在活动中起加载作用，其自重大部分由坚硬的厚岩层承担，因而，我们把在岩体活动中起主要控制作用的岩层称之为关键层。

如何判别采场覆岩的位置是关键层理论解决的首要问题。

通过编制相应的计算机程序，由计算机实现繁琐计算过程。

1关键层的判定理论根据关键层的定义和变形特征，若有n层岩层同步协调变形，则其最下部岩层为关键层。

大多都是通过各种力学分析得出关键层的位置。

广泛运用的方法是通过以下三个步骤来确定关键层在覆岩中的位置。

第1步，由下往上确定覆岩中的坚硬岩层位置。

假设第1层岩层为坚硬岩层，其上直至第m层岩层与之协调变形，而第m+1层岩层不与之协调变形，则第m+1层岩层是第2层坚硬岩层。

由于第1层至第m层岩层协调变形，则各岩层曲率相同，各岩层形成组合梁，由组合梁原理可导出作用在第1层硬岩层上的载荷为：第2步，计算各硬岩层的破断距。

坚硬岩层破断是弹性基础上板的破断问题，但为了简化计算，硬岩层破断距采用两端固支梁模型计算，则第k层硬岩层破断距Lk可由下式计算：第3步，按以下原则对各硬岩层的破断距进行比较，确定关键层位置：①k层硬岩层若为关键层，其破断距应小于其上部所有硬岩层的破断距，即满足②若第k层硬岩层破断距Lk大于其上方第k+1层硬岩层破断距，则将第k+1层硬岩层承受的载荷加到第k层硬岩层上，重新计算第k层硬岩层的破断距。