高位硬厚岩层下覆岩运移规律研究
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ＷＵ Ｑｕａｎｌｉｎ Ｗｕ Ｑｕａｎｓｅｎ （Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑ ２７３１５５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｏｎ Ｎｏ．１０６１ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｏｆ Ｙａｎｇｌｉｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔ ｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔｒａｔａ ｕｎｄｅｒ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｒｏｃｋｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔ ｈ ａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔｒａ－ ｔａ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔ ｈｉｃｋ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｂｒｅａｋｓ，ｗｉｔｈ ａ”ｂｒｉｄｇｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ”ｏｎ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｂｒｅａｋｓ，ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｐｐｅａｒ ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｕｄｄｅｎｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｓｕｂｓｉｄｃｎｂｅ ａｎｄ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ ｍｕｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄ ｔｏ ａ ｓｈａｒｐ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏ￣ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａ— ｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆ ｉｅｌｄ．
一 些专家学者对 上覆硬厚岩层破断规律做了大 量研究 ，取得了许多研究成果 。郭惟嘉ｎ 在分析华丰 矿 巨厚 砾 岩 这 一 特 殊 开 采 地 质 环 境 特 征 的基 础 上 ， 探讨 了巨厚砾 岩下 冲击 地压及 地表斑 裂产 生的机 理 ，并 提 出了相应 的防治措施 。秦广鹏随］以夏阔坦
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈａｒｄ ｒｏｃｋ，Ｂｒｅａｋｉｎｇ，Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔ ｒａｔａ ｍｉｇ ｒａｔｉｏｎ，Ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ
煤 炭 是 我 国 主要 的 能 源 ，随 着 经 济 的快 速 发 展 和 国民生活水平 的提高 ，煤炭资源 的需求量 Ｅｔ益增 加 ，而煤 炭开采 环境却 日益复杂 ，回采难度 逐年增 加 ，开采 地质条 件较好 的矿井 、采 区或煤层 越来越 少 ，条件差 的矿井逐渐增 多 ，由开采 引起 的矿震 、冲 击地压 、支架压架等动力灾害 日益增加ｎ圳。尤其是 工作面上覆高位几 十米甚至上百米 的坚硬岩层 时 ， 岩层强度大 ，回采期间易大面积悬空 ，破断后极易诱 发地表下沉 、支架压架 、矿震等动力灾害 ］。
收稿 日期 ２０１８—０２－０６ 基金项 目 国家 自然科学基 金项 目（编号 ：５１３７４１３９），山东省 自然科学基金项 目（编号 ：ＺＲ２０１３ＥＥＭＯ１８）。 作者简 介 武泉林 （１９８８一 ），男 ，副教授 ，博士 。
总第 ５０４期
金 畿 礴
２０１８年 第 ６期
本研究以淮北矿业集 团杨柳煤矿 １０６１工作面硬 厚岩层下开采为工程背景 ，运用数值模拟分析了高位 岩层下覆岩运移规律 ，并讨论了硬厚岩层厚度对覆岩 运动规律的影响 ，结合现场实测数据进行了验证 。研 究成果为硬厚岩层下科学回采提供理论基础 ，对减少 或避免硬厚 岩层下 煤层动力灾 害具有重要 意义 。 １ 高位岩层下覆岩运移规律 １．１ 数 值模 型建 立
关键词 硬厚岩层 破 断 覆岩运移 地 表移动 变形
中图分类号 ＴＤ３２５
文献标 志码 Ａ
文章编号 １００１．１２５０（２０１８）．０６—０５７．０４
ＤＯＩ １０．１９６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｋｓ．２０１８０６０１ １
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍ ｉｇｒａｔｉｏｎ Ｌａｗ ｏｆ Ｏ ｖｅｒｌｙｉｎｇ Ｓｔｒａｔａ ｕｎｄｅｒ Ｈｉｇｈ Ｈａｒｄ ａｎｄ Ｔｈｉｃｋ Ｒｏｃｋ
１００７工 作 面 上 覆 硬 厚砂 岩层 为研 究 对 象 ，根 据 现 场 工作 面支承条件 ，建立 了硬厚岩层两临边 固支一边 简支一边 自由薄板力学模型 ，并研究 了薄板应力分 布特征 。肖江 以相似模拟实验为手段研究 了济宁 二号井煤层上方 巨厚无节理岩浆岩 的运移规律 ，初 步得 出 了岩浆 岩 的破 断失稳 机理 。轩 大洋 ｎ们采用 ＵＤＥＣ软件 模 拟 研 究 了海 孜 煤 矿 ｌＩ １０２采 区均 厚 １４０ ｍ火成岩下开采时的采动应力演化规律 ，确定 出受火 成岩影响的采动应力范围 。廖孟柯等ｎ¨采用 Ｒｅｉｓｓ— ｎｅｒ厚 板 理论 和数 值模 拟 方法 对厚 或超 厚 老顶 破 断 隋 况进行研 究分析 ，揭示 了厚老顶断裂点位置及其应 力板大小与其厚度 的关系 ；通过现场实测与分析结 果对 比，为厚 或超厚老顶采 场掘进顶破 断支护起到 了指 导作 用 。
Ｓｅｒ ｉｅｓＮｏ．５０４ Ｊｕｎｅ ２０１８
金 属 矿 山
ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ
总 第 ５０４期 ２０１８年 第 ６期
高位硬厚岩层下 覆岩运移规律研 究
武泉林 武泉森
（济 宁学 院安全工程技 术中心 ，山东 曲阜 ２７３１５５）
摘 要 杨柳煤矿 １０６１工作面上覆硬厚 岩层 。针对工作 面地质条件 ，采用数值模 拟方 法 ，研 究了硬厚岩层下 开 采覆岩运移规 律。研究表 明：在破 断前 ，上覆 硬厚 岩层没有发生 明显 的位移下沉 ，硬厚岩层对地层变形起 到了“桥式屏 蔽作用”；破断后 ，下沉量突然增加 ，表现出 明显 的突变性 ，导致地表移动变形急剧增加 ，出现大 幅度下沉 。通过现场支 架压力实测进行 了验证 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｏｎ Ｎｏ．１０６１ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｏｆ Ｙａｎｇｌｉｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ，ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔ ｈｏｄ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔｒａｔａ ｕｎｄｅｒ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｒｏｃｋｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔ ｈ ａｔ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔｒａ－ ｔａ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｈａｒｄ ａｎｄ ｔ ｈｉｃｋ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｂｒｅａｋｓ，ｗｉｔｈ ａ”ｂｒｉｄｇｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ”ｏｎ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｓｔｒａｔａ ｂｒｅａｋｓ，ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｐｐｅａｒ ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓｕｄｄｅｎｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｓｕｂｓｉｄｃｎｂｅ ａｎｄ ａｎ ｏｂｖｉｏｕｓ ｍｕｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄ ｔｏ ａ ｓｈａｒｐ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏ￣ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｅａ— ｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆ ｉｅｌｄ．
一 些专家学者对 上覆硬厚岩层破断规律做了大 量研究 ，取得了许多研究成果 。郭惟嘉ｎ 在分析华丰 矿 巨厚 砾 岩 这 一 特 殊 开 采 地 质 环 境 特 征 的基 础 上 ， 探讨 了巨厚砾 岩下 冲击 地压及 地表斑 裂产 生的机 理 ，并 提 出了相应 的防治措施 。秦广鹏随］以夏阔坦
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈａｒｄ ｒｏｃｋ，Ｂｒｅａｋｉｎｇ，Ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔ ｒａｔａ ｍｉｇ ｒａｔｉｏｎ，Ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ
煤 炭 是 我 国 主要 的 能 源 ，随 着 经 济 的快 速 发 展 和 国民生活水平 的提高 ，煤炭资源 的需求量 Ｅｔ益增 加 ，而煤 炭开采 环境却 日益复杂 ，回采难度 逐年增 加 ，开采 地质条 件较好 的矿井 、采 区或煤层 越来越 少 ，条件差 的矿井逐渐增 多 ，由开采 引起 的矿震 、冲 击地压 、支架压架等动力灾害 日益增加ｎ圳。尤其是 工作面上覆高位几 十米甚至上百米 的坚硬岩层 时 ， 岩层强度大 ，回采期间易大面积悬空 ，破断后极易诱 发地表下沉 、支架压架 、矿震等动力灾害 ］。
收稿 日期 ２０１８—０２－０６ 基金项 目 国家 自然科学基 金项 目（编号 ：５１３７４１３９），山东省 自然科学基金项 目（编号 ：ＺＲ２０１３ＥＥＭＯ１８）。 作者简 介 武泉林 （１９８８一 ），男 ，副教授 ，博士 。
总第 ５０４期
金 畿 礴
２０１８年 第 ６期
本研究以淮北矿业集 团杨柳煤矿 １０６１工作面硬 厚岩层下开采为工程背景 ，运用数值模拟分析了高位 岩层下覆岩运移规律 ，并讨论了硬厚岩层厚度对覆岩 运动规律的影响 ，结合现场实测数据进行了验证 。研 究成果为硬厚岩层下科学回采提供理论基础 ，对减少 或避免硬厚 岩层下 煤层动力灾 害具有重要 意义 。 １ 高位岩层下覆岩运移规律 １．１ 数 值模 型建 立
关键词 硬厚岩层 破 断 覆岩运移 地 表移动 变形
中图分类号 ＴＤ３２５
文献标 志码 Ａ
文章编号 １００１．１２５０（２０１８）．０６—０５７．０４
ＤＯＩ １０．１９６１４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｋｓ．２０１８０６０１ １
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍ ｉｇｒａｔｉｏｎ Ｌａｗ ｏｆ Ｏ ｖｅｒｌｙｉｎｇ Ｓｔｒａｔａ ｕｎｄｅｒ Ｈｉｇｈ Ｈａｒｄ ａｎｄ Ｔｈｉｃｋ Ｒｏｃｋ
１００７工 作 面 上 覆 硬 厚砂 岩层 为研 究 对 象 ，根 据 现 场 工作 面支承条件 ，建立 了硬厚岩层两临边 固支一边 简支一边 自由薄板力学模型 ，并研究 了薄板应力分 布特征 。肖江 以相似模拟实验为手段研究 了济宁 二号井煤层上方 巨厚无节理岩浆岩 的运移规律 ，初 步得 出 了岩浆 岩 的破 断失稳 机理 。轩 大洋 ｎ们采用 ＵＤＥＣ软件 模 拟 研 究 了海 孜 煤 矿 ｌＩ １０２采 区均 厚 １４０ ｍ火成岩下开采时的采动应力演化规律 ，确定 出受火 成岩影响的采动应力范围 。廖孟柯等ｎ¨采用 Ｒｅｉｓｓ— ｎｅｒ厚 板 理论 和数 值模 拟 方法 对厚 或超 厚 老顶 破 断 隋 况进行研 究分析 ，揭示 了厚老顶断裂点位置及其应 力板大小与其厚度 的关系 ；通过现场实测与分析结 果对 比，为厚 或超厚老顶采 场掘进顶破 断支护起到 了指 导作 用 。
Ｓｅｒ ｉｅｓＮｏ．５０４ Ｊｕｎｅ ２０１８
金 属 矿 山
ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ
总 第 ５０４期 ２０１８年 第 ６期
高位硬厚岩层下 覆岩运移规律研 究
武泉林 武泉森
（济 宁学 院安全工程技 术中心 ，山东 曲阜 ２７３１５５）
摘 要 杨柳煤矿 １０６１工作面上覆硬厚 岩层 。针对工作 面地质条件 ，采用数值模 拟方 法 ，研 究了硬厚岩层下 开 采覆岩运移规 律。研究表 明：在破 断前 ，上覆 硬厚 岩层没有发生 明显 的位移下沉 ，硬厚岩层对地层变形起 到了“桥式屏 蔽作用”；破断后 ，下沉量突然增加 ，表现出 明显 的突变性 ，导致地表移动变形急剧增加 ，出现大 幅度下沉 。通过现场支 架压力实测进行 了验证 。
