第六章 采场岩层移动及控制

1、一、一、 岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设岩层移动发展到地表引起地表沉陷，导致农田、建筑设施的毁坏。施的毁坏。 水资源保护水资源保护土地与建筑物保护土地与建筑物保护瓦斯抽放瓦斯抽放煤层巷道支护与减少矸石排放技术煤层巷道支护与减少矸石排放技术 地下气化技术地下气化技术 5、绿色开采、绿色开采技术主要有技术主要有第二节第二节 岩层控制的关键层理论岩层控制的关键层理论一、关键层的概念一、关键层的概念 1 1、关键层：、关键层：在直接顶上方存在厚度不等、强在直接顶上方存在厚度不等、强度不同的多层岩层，其中一层至数层厚硬岩层在度不同的多层岩层，其中一层至数层厚硬岩层在采场上覆岩层活动中起

2、主要控制作用，将对采场采场上覆岩层活动中起主要控制作用，将对采场上覆岩层上覆岩层局部局部或或直至地表的全部岩层直至地表的全部岩层活动起控制活动起控制作用的岩层称为作用的岩层称为关键层关键层。前者称为。前者称为亚关键层亚关键层和后和后者称为者称为主关键层主关键层。 2 2、关键层的特征：、关键层的特征： 几何特征，相对其他同类岩层厚度较大。几何特征，相对其他同类岩层厚度较大。 岩性特征，坚硬、弹性模量大、强度高岩性特征，坚硬、弹性模量大、强度高变形特征，关键层下沉变形时，其上覆全部或变形特征，关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量协调同步。局部岩层的下沉量协调同步。 破断特征，破断层的破

3、断将导致全部或局部上破断特征，破断层的破断将导致全部或局部上覆岩层的同步破断，引起较大范围内的岩层移动。覆岩层的同步破断，引起较大范围内的岩层移动。 承载特征，关键层破断前的结构形式作为全部承载特征，关键层破断前的结构形式作为全部岩层或局部岩层的承载主体，破断后成为砌体梁岩层或局部岩层的承载主体，破断后成为砌体梁结构，继续成为承载主体。结构，继续成为承载主体。 3 3、关键层理论意义：关键层理论的提出实现、关键层理论意义：关键层理论的提出实现了矿山压力、岩层移动与地表沉陷、采动煤岩体中了矿山压力、岩层移动与地表沉陷、采动煤岩体中水与瓦斯流动研究的有机统一，为更全面、深入地水与瓦斯流动研究的有机

4、统一，为更全面、深入地解释采动岩体活动规律与采动损害现象奠定了基础，解释采动岩体活动规律与采动损害现象奠定了基础，为煤矿绿色开采技术研究提供了新的理论平台。为煤矿绿色开采技术研究提供了新的理论平台。二、覆岩关键层位置的判断二、覆岩关键层位置的判断 成为关键层的条件：成为关键层的条件： 其所承受的载荷已不需其下部岩层来承担其所承受的载荷已不需其下部岩层来承担 即即nnqq1关键层下层硬岩层的破断距小于上岩层的破断距关键层下层硬岩层的破断距小于上岩层的破断距即即 （j=1,2,k）1jjll第三节第三节 采场上覆岩层移动规律采场上覆岩层移动规律一、岩层移动的有关概念一、岩层移动的有关概念 1、开采

5、沉陷：煤层采、开采沉陷：煤层采出后，采空区周围的应力出后，采空区周围的应力平衡状态受到破坏，引起平衡状态受到破坏，引起应力的重新分布，从而引应力的重新分布，从而引起岩层的变形、破坏与移起岩层的变形、破坏与移动，并有下向上发展至地动，并有下向上发展至地表引起的地表移动。表引起的地表移动。2 2、充分采动：当采空区尺寸相当大时，地表最、充分采动：当采空区尺寸相当大时，地表最大下沉达到该地质条件下应有的最大值，此时大下沉达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。的采动称为充分采动。3 3、非充分采动：、非充分采动：4 4、移动与变形：、移动与变形： 倾斜变形（倾斜变形（i）：指相邻点在竖

6、直方向的相）：指相邻点在竖直方向的相对移动与两相邻点间水平距离的比值。它反映对移动与两相邻点间水平距离的比值。它反映盆地沿某一方向的坡度。盆地沿某一方向的坡度。（见（见P.178P.178） 曲率变形（曲率变形（K）:相邻线段的倾斜差与两线相邻线段的倾斜差与两线段中点间的水平距之比。反映测线上断面的弯段中点间的水平距之比。反映测线上断面的弯曲程度。曲程度。水平变形。两相邻点的水平移动差值与两点水平距离的水平变形。两相邻点的水平移动差值与两点水平距离的比值。它是引起建筑物破坏的重要因素。比值。它是引起建筑物破坏的重要因素。5、岩层移动角：地表下沉边界与采空区边界的连线与水、岩层移动角：地表下沉边

7、界与采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角。移动角分为走向移动角；下山平线在煤柱一侧的夹角。移动角分为走向移动角；下山移动角；上山移动角。移动角；上山移动角。地表移动曲线地表移动曲线采空区采空区00地下采空地下采空区区地表移动边界地表移动边界线线二、岩层移动的基本规律二、岩层移动的基本规律1 1、采场覆岩移动破坏的分布、采场覆岩移动破坏的分布垮落带垮落带裂隙带：垮落带与裂隙带合称为导水裂缝带裂隙带：垮落带与裂隙带合称为导水裂缝带（软弱岩层为（软弱岩层为9 912M;12M;中硬岩层为中硬岩层为12 12 18M;18M;坚坚硬岩层硬岩层1818 28M 28M ）弯曲带弯曲带三、岩层移动中的

8、离层与裂隙分布（见三、岩层移动中的离层与裂隙分布（见P.184）第四节第四节 采场底板破坏与突水采场底板破坏与突水一、采场底板破坏深度一、采场底板破坏深度 煤层开采后不仅引起顶板岩层的移动与破坏，也将导致煤层开采后不仅引起顶板岩层的移动与破坏，也将导致底板岩层的移动和破坏。底板岩层的移动和破坏。 采动底板突水事故是采动对底板破坏及底板承压水共同采动底板突水事故是采动对底板破坏及底板承压水共同作用的结果。作用的结果。 根据土力学计算见根据土力学计算见P.185二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突水二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突水 1、底板关键层：将底板采动破坏带以下及含水层以上、底板关

9、键层：将底板采动破坏带以下及含水层以上承载能力最大的一层称为底板关键层承载能力最大的一层称为底板关键层 。在底板隔水产层中。在底板隔水产层中起关键控制作用的，称为底板隔水中的关键层。起关键控制作用的，称为底板隔水中的关键层。 2 2、正向载荷：关键层的自重及关键层以上、正向载荷：关键层的自重及关键层以上底板岩层和覆岩垮落岩层的自重。底板岩层和覆岩垮落岩层的自重。 3 3、负向载荷：承压水的水压。、负向载荷：承压水的水压。 第五节第五节 采场上覆岩层移动控制技术采场上覆岩层移动控制技术一、留设煤柱控制岩层移动一、留设煤柱控制岩层移动 1、部分开采（条带开采和房柱式）、部分开采（条带开采和房柱式）

10、 2、留设保护煤柱、留设保护煤柱二、充填法控制岩层移动二、充填法控制岩层移动 1、水力充填：以水为输送介质，利用自然水压和泵压，、水力充填：以水为输送介质，利用自然水压和泵压，从制备站沿管道或管道相连的孔，将河砂等水力充填材料输从制备站沿管道或管道相连的孔，将河砂等水力充填材料输送到采空区。送到采空区。 2、干式充填：采用人力、重力、机械式风力等方式将矸、干式充填：采用人力、重力、机械式风力等方式将矸石等干式材料运送到待充填的采空区。石等干式材料运送到待充填的采空区。 3、胶结充填：将采集和加工的细沙等充填材料掺入适量、胶结充填：将采集和加工的细沙等充填材料掺入适量的胶凝材料，加水混合搅拌制备成胶结充填料浆，沿钻孔、的胶凝材料，加水混合搅拌制备成胶结充填料浆，沿钻孔、管道向采空区输送，充填材料胶结后形成具有一定强度和完管道向采空区输送，充填材料胶结后形成具有一定强度和完整性的充填体整性的充填体2、覆岩离层区充填、覆岩离层区充填 1、 基本原理：利用岩层移动过程中覆岩内基