双系煤层开采相互影响下的覆岩运动与破坏规律分析.pdf

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1、第25卷第3期中国地质灾害与防治学报Vo1．25No．32014年9月TheChineseJournalofGeologicalHazardandControlSep．2014双系煤层开采相互影响下的覆岩运动与破坏规律分析陈蓥，张宏伟，朱志洁，于斌，霍利杰(1．辽宁工程技术大学矿业学院，辽宁阜新123000；2．中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏徐州221116；3．大同煤矿有限责任公司，山西大同037003；4．同煤国电同忻煤矿有限公司，山西大同037003)摘要：以大同矿区同忻煤矿为例，利用关键层理论、物理探测技术和数值模拟，分析双系煤层开采形成的覆岩运动与破坏规

2、律。研究结果表明：(1)石炭二叠系煤层工作面推进至193m时，覆岩裂隙带发育高度达到最大为174．7m；(2)物理探测得到3—5煤层开采引起的覆岩垮裂带高度约为180m，综合理论计算与现场实测，确定覆岩裂隙带发育高度与采厚之比为11．7～12．0；(3)侏罗系煤层开采引起的底板破坏及双系间覆岩软弱夹层的缺失为双系煤层采空区联通进一步提供了条件；(4)侏罗系煤层的开采影响石炭二叠系煤层工作面超前支承压力的分布规律，当石炭系煤层工作面位于侏罗系煤层遗留煤柱下方时，超前支撑压力较无采空区时增大12．4％；(5)研究成果揭示了双系开采相互影响关系，为采取安全开采措施、减弱双系开采相互影响程度

3、提供了科学依据。关键词：双系煤层；相互影响；关键层；矿压显现；采动应力文章编号：1003—8035(2014)03—0067—07中图分类号：TD853．31文献标识码：A围内对应的开采侏罗系煤层的矿井由南到北依此有：O引言同家梁煤矿、大斗沟煤矿、永定庄煤矿、煤峪口煤矿、我国主要的含煤地层有侏罗系和石炭一二叠系，忻州窑煤矿，侏罗系主采煤层有9、11、12、14煤一般情况下，一个矿区只进行一个含煤地层的开采工层。石炭系3—5煤层距其最近的侏罗系l4煤层平作。一个矿区双系煤层共存同采的情况并不多见，其均间距200m，局部区域间距约140m。中大同矿区最为典型，赋存的煤层具有“双系、多煤2

4、关键层断裂分析层、坚硬顶板”的特点¨，在双系开采的共同扰动下，双系煤层采空区通过采动裂隙联通，有害气体下2．1双系间覆岩岩性统计分析泄；石炭系煤层受侏罗系开采影响矿压显现强烈，影井田范围的大量钻孔数据的统计分析表明：双响工作面的安全生产，给矿井安全高效生产带来了诸系间覆岩层状分布，起伏变化小，赋存稳定；双系间多难题。为此双系开采相互影响关系及影响方式成分布着细粒砂岩、中粒砂岩、粉砂岩、砾岩、砂质泥为目前大同矿区亟待解决的问题。岩、煤层，其中砂岩类岩层占75．16％，砾岩占关于双系同采引起的覆岩运动与矿压显现的相17．29％，泥岩及煤层占7．55％。岩层以厚而坚硬关研究较少。以同忻煤矿

5、地质与开采条件为研究背岩石为主，软弱夹层缺失，导致坚硬岩层破断后，采景，利用关键层理论、物理探测及数值模拟技术，分析动裂隙空间不能及时得到软弱层的充填密实，不利石炭二叠系开采形成的覆岩运动与破坏规律，结合双于形成隔水、隔气关键层，使采动裂隙成为导水、导气的通道。系覆岩岩性分布特点、工作面底板破坏深度等研究，解释双系采空区联通原因，并确定不同工况条件下石炭二叠系开采矿压受侏罗系开采的影响关系。收稿日期：2013—11—24；修订日期：2013—12—23基金项目：国家自然科学基金(51274117)；中国矿业大学煤炭l工程概况资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金资助项目(12KF0

6、4)；辽宁工程技术大学市场调研暨大同矿区为典型的双系煤层(侏罗系与石炭二校基金课题(SCDY2013026)叠系)共采矿区。同忻煤矿是大同矿区开采石炭二作者简介：陈蓥(1982一)，男，辽宁省阜新市人，博士，讲师，叠系煤层的千万吨矿井之一。主采煤层为3—5煤主要从事矿山压力与岩层控制、矿井动力灾害防治层，平均煤厚15．0m，平均埋深450m，煤层倾角3。～方面的研究工作。10。。井田范围内双系煤层重叠率近100％，井田范E—mail：cyzx0824@aliyun．COB中国地质灾害与防治学报68ZH0NGGU0DIZHIZAIHAIYUFANGZHIXUEBA02014年2．2关键

7、层判定及断裂分析表2各关键层随工作面推进初次破断情况Table2EachKSfirstbreakingwithworkingfacemoving在采场上覆岩层中存在着多层坚硬岩层时，对岩体活动全部或局部起决定作用的岩层称为关键层，前者可称为岩层运动的主关键层，后者可称为亚关键层。确定关键层的位置对于研究覆岩运动与破坏具有重要意义。同忻矿3—5煤层工作面上方约200m由表2可知，工作面推进至55m和109m时，亚处为侏罗系采空区，因此关键层计算边界至侏罗系采