近距离煤层群上行开采覆岩运移与应力

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1、近距离煤层群上行开采覆岩运移与应力1绪论1.1问题的提出现阶段煤炭作为我国的主要能源资源，并且在很长时期内煤炭在一次能源结构中所占比重不会低于50%。随着煤炭需求量的增加和开采强度的不断加大，开采深度以每年10-15m的速度向深部进行。根据煤炭资源量的预测，淮南煤田深度在-1200m以浅的煤炭资源总量中有近一半的煤炭资源埋藏在-800m以下的深部。淮南矿业集团已在古沟向斜的南翼望峰岗区域建设谢一李矿深部矿井，该区域的勘探深度已经接近-1200in,在北翼潘一井田东部采区计划建设潘一深部井，其勘探深度也接近-1200m。而我国许多进入深部开采的煤矿都处

2、在近距离煤层群开釆环境中，如东部的两淮矿区、徐州矿区等。目前，两淮矿区新建矿井多为深井开采，首釆区多在距地表800m以下深度，大部分生产矿井的开釆深度已达-700-1000m,且开采深度正以每年20?25m的速度增加。与单一煤层开釆相比，近距离煤层重复釆动破坏情况有别于一般的采动情况[1]。埋深较大的煤炭资源前景虽然可观，但是其开采必将出现许多新的地质问题，例如地温增髙，水压、地压和瓦斯压力加大的三髙一扰动特点[2_4]，这些给深部煤炭幵采带来的重大困难己经受到人们的关注。我国煤矿在开采煤层群特别是深部开采时，一般采用下行开采。但在某些的地质和经济技

3、术条件下，下行开采达不到安全经济的生产目的，而上行开采具有独特的作用[5]。上行开釆是一种特殊的开采方法，具有矿井初期巷道工程量小，投资少，投产早等优点，然而国内外深部近距离煤层上行开采相关理论研究较少。..1.2国内外研究现状与单一煤层开采研究成果相比，目前极近距离煤层同采研究成果较少。在解决近距离煤层联合开釆问题时，许多学者首先都企图给近距离煤层这一概念下一个定义。前苏联学者（B.M.包基、斯列沙烈夫、M.M.库兹涅佐夫等），根据煤层间的距离作为确定能否采用上行顺序开釆法的条件，主要是以煤层开釆时顶板破坏带的高度定义近距离煤层，并给出了破坏带高度

4、的计算公式。我国煤矿安全规程[8_9]中对近距离煤层定义为：煤层群层间距离较小，开釆时相互有较大影响的煤层。但是目前根据影响程度来确定为近距离煤层的判别标准还没有统一的确定方法，该定义概念尚未十分明确。采用上行开采要求煤层间距大，对上层煤开采影响较小，但当上部煤层有煤与瓦斯突出危险、上部煤层有冲击地压活周期来危险、上部煤层含水量大、上部煤层开采困难、三下开采和其他特殊情况中，有时需要采用上行式开采顺序。研究煤层上行开采采动应力演化对于安全开釆上覆煤层至关重要，文献主要基于煤层群间距及下位煤层煤厚进行研究，而基于上覆煤层煤厚、顶底板岩性结构以及开采时间

5、影响的研究鲜有涉及。通过调研相关资料及文献，结合大量的现场实践和理论研究发现，煤矿开釆所导致采动损害主要与采动覆岩运动有关，在煤层采出过程中，矿山应力平衡状态破坏，原先平衡状态发生改变后伴随着应力场的重新分布，并此过程中伴有裂隙场的发育，采动裂隙发育会引起围岩中水与瓦斯的运移，从而引发井下瓦斯突出与突水等事故；岩层移动传递到地表会引起地表塌陷，导致建筑物和耕田的毁坏。为了解决上述问题，分析多场演化之间的联系，研究并掌握采动覆岩移动破坏规律是关键所在。2研究概况2.1潘二矿西四采区各煤层赋存特征概况根据潘二矿现场调研及相关数据釆集，针对包括3煤、4-1

6、煤、5-2煤、6-1煤、7-1煤、8-1煤，现场按照中华人民共和国行业标准《煤和岩石物理力学性质测定的采样一般规定》GB/T23561.1-2009的规定对各煤层进行取样，取样包括煤样和岩样，结合相关地质资料，整理获得了上行开采相关煤层赋存特征及数据，见表1。潘二矿西四采区主要煤层的顶底板以泥岩及砂质泥岩类分布数量最广，砂岩和粉砂岩占少量。而一般情况下，和粉砂岩及砂岩对比，泥岩和砂质泥岩的抗压强度都较小，且遇水易膨胀碎裂，说明其顶底板岩质较为软弱，稳定性较差，顶板支护难度较大。采区西南边为边界断层F252(H=6~88m)和F5(H=0~27m)，东

7、边以西四釆区上山为界，北边以断层F1(H=0?240m)和逆断层F1-3(H=5?208m)为界，中间穿插DF382(H=0?30m)和F1-4(H=0?15m)。西四采区地质构造特别复杂，落差大于煤厚断层发育，导致不同水平的煤层及顶底板岩性产生很大的不连续性。对于5-2煤顶底板分布情况即是如此，其顶底板为泥岩及砂质泥岩的组数虽占数量较多，但厚度普遍偏小，而多数情况存在的砂岩类顶底板厚度都较平均，且5-1和5-2煤层顶底板多存在砂泥岩互层（砂岩为主）。泥岩和砂质泥岩类顶板平均厚度基本变化不大，在2?5m以内。从其最大的厚度来看，由于处在深部的原因，4

8、煤和5煤顶底板岩性变化较大、岩层厚度也较小、岩石RQD值偏小。而7煤、8煤顶底板泥岩或砂质泥岩厚度处在11?