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1、第六章第六章采场岩层移动与控制采场岩层移动与控制矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制主要内容主要内容 6.1 岩层移动引起的采动损害概述岩层移动引起的采动损害概述6.2 岩层控制的关键层理论岩层控制的关键层理论6.3 采场上覆岩层移动规律采场上覆岩层移动规律6.4 采场底板破坏与突水采场底板破坏与突水6.5 采场上覆岩层移动控制技术采场上覆岩层移动控制技术矿山压力与岩层控制矿山压力与岩层控制第一节第一节 岩层移动引起的采动损害概述岩层移动引起的采动损害概述 我我国国煤煤矿矿90%以以上上是是井井工工垮垮落落法法开开采采。垮垮落落法法采采煤煤，开开采采以以后后必必然然引引起起岩岩体体向向采采空空
2、区区移移动动，将将造造成成采采动动损损害害及及相关问题，主要表现为：相关问题，主要表现为：（1）形形成成矿矿山山压压力力显显现现，引引起起采采场场和和巷巷道道围围岩岩变变形形、垮垮落落和和来来压压，需需对对采采取取支支护护措措施施维维护护采采场场与与巷巷道道的的生生产产安安全。全。煤煤矿矿冒冒顶顶事事故故死死亡亡人人数数约约占占全全部部事事故故死死亡亡人人数数的的45%以上。以上。一、一、煤层开采产生的相关问题煤层开采产生的相关问题第一节第一节 岩层移动引起的采动损害概述岩层移动引起的采动损害概述 （2 2）形形形形成成成成采采采采动动动动裂裂裂裂隙隙隙隙，引引引引起起起起周周周周围围围围煤煤
3、煤煤岩岩岩岩体体体体中中中中的的的的水水水水和和和和瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯的的的的流流流流动动动动，导导导导致致致致井井井井下下下下瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯与与与与突突突突水水水水事事事事故故故故，需需需需要要要要对对对对此此此此进进进进行行行行控控控控制制制制和和和和利利利利用。用。用。用。一、一、煤层开采产生的相关问题煤层开采产生的相关问题 （3）岩岩层层移移动动发发展展到到地地表表引引起起地地表表沉沉陷陷，导导致致农农田田、建建筑筑设设施施的的毁毁坏坏，当当地地面面潜潜水水位位较较高高时时，地地表表沉沉陷陷盆盆地地内内大大量量积积水水，农农田田无无法法耕耕种种村村庄庄被被迫迫搬搬迁迁，引引发发一一系系
4、列列环环境境、经济和社会问题。经济和社会问题。据据统统计计，平平均均每每采采万万吨吨煤煤地地面面塌塌陷陷约约800m2，截截止止到到2012年年底底，全全国国煤煤矿矿塌塌陷陷面面积积达达8000km2，并并且且以以每每年年220km2的速度递增。的速度递增。（4）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，）由于开采对围岩的破坏，为了保护矿井生产安全，需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。需要留设大量的煤柱，我国煤炭采出率低。2007中国能源中国能源发展报告发展报告报道：报道：中国煤炭平均采出中国煤炭平均采出率只有率只有30左右，不到国际先进水平的一半左右，不到国际先进水平的一半。中国。中国1
5、9802000年的年的20年间，煤炭资源就浪费了年间，煤炭资源就浪费了280亿亿t。二、二、煤矿绿色开采理念煤矿绿色开采理念 钱钱鸣鸣高高院院士士提提出出的的绿绿色色开开采采理理念念，在在基基本本概概念念上上是是从从广广义义资资源源的的角角度度来来认认识识和和对对待待煤煤、瓦瓦斯斯、水水等等一一切切可可以以利利用用的的各各种种资资源源；基基本本出出发发点点是是防防防防止止止止或或或或尽尽尽尽可可可可能能能能减减减减轻轻轻轻开开开开采采采采煤煤煤煤炭炭炭炭对对对对环环环环境境境境和和和和其其其其它它它它资资资资源源源源的的的的不不不不良良良良影影影影响响响响；目目标标是是取取得得最最佳佳的的经经
6、济济效效益益和和社社会会环环境境效效益益。这这与与国国家家循循环环经经济济、节节能能减减排排、可可持持续发展战略是完全一致的。续发展战略是完全一致的。什么是什么是循环经济循环经济?循循环环经经济济的的核核心心是是建建立立资资源源产产品品再再生生资资源源的的生生产产和和消消费费方方式式，减减减减少少少少资资资资源源源源利利利利用用用用及及及及废废废废物物物物排排排排放放放放（ReduceReduce），实实实实施施施施物物物物料料料料循循循循环环环环利利利利用用用用（RecycleRecycle），废废废废弃弃弃弃物物物物回回回回收收收收利利利利用用用用（ReuseReuse），这就是广泛推崇的
7、这就是广泛推崇的3R法则。法则。（1）减减量量原原则则。要要求求减减少少进进入入生生产产和和消消费费流流程程的的物物质质量量，即即用用较较少少的的原原料料和和能能源源投投入入满满足足既既定定的的生生产产或或消消费费需需求求，在在经经济济活活动动的的源源头头就就做做到到节节约约资资源源和和减减少少污污染染。在在生生生生产产产产中中中中，常常常常要要要要求求求求产产产产品品品品体体体体积积积积小小小小型型型型化化化化和和和和产产产产品品品品重重重重量量量量轻轻轻轻型型型型化化化化，产产产产品品品品包包包包装装装装追追追追求求求求简简简简单单单单朴朴朴朴实实实实而而而而不不不不是是是是豪豪豪豪华华华
8、华浪浪浪浪费费费费；在在在在生生生生活活活活中中中中，减减减减少少少少人人人人们们们们对对对对物品的过度需求，从而达到减少废弃物排放的目的物品的过度需求，从而达到减少废弃物排放的目的物品的过度需求，从而达到减少废弃物排放的目的物品的过度需求，从而达到减少废弃物排放的目的。（2 2）再再再再用用用用原原原原则则则则。要要要要求求求求产产产产品品品品和和和和包包包包装装装装能能能能够够够够以以以以初初初初始始始始的的的的形形形形式式式式被被被被多多多多次次次次使使使使用用用用。在在在在生生生生产产产产中中中中，要要要要求求求求制制制制造造造造商商商商使使使使用用用用标标标标准准准准尺尺尺尺寸寸寸寸
9、进进进进行行行行设设设设计计计计，以以以以便便便便于于于于更更更更换换换换部部部部件件件件而而而而不不不不必必必必更更更更换换换换整整整整个个个个产产产产品品品品，同同同同时时时时鼓鼓鼓鼓励励励励发发发发展展展展再再再再制制制制造造造造产产产产业业业业；在在在在生生生生活活活活中中中中，鼓鼓鼓鼓励励励励人人人人们们们们购购购购买买买买能能能能够够够够重重重重复复复复使使使使用用用用的的的的物物物物品品品品、饮料瓶和包装物。饮料瓶和包装物。饮料瓶和包装物。饮料瓶和包装物。（3 3）循循循循环环环环原原原原则则则则。要要要要求求求求生生生生产产产产出出出出来来来来的的的的产产产产品品品品在在在在完
10、完完完成成成成其其其其使使使使用用用用功功功功能能能能后后后后能能能能重重重重新新新新变变变变成成成成可可可可以以以以利利利利用用用用的的的的资资资资源源源源而而而而不不不不是是是是无无无无用用用用的的的的垃垃垃垃圾圾圾圾。物物物物质质质质循循循循环环环环通通通通常常常常有有有有两两两两种种种种方方方方式式式式，一一一一是是是是资资资资源源源源循循循循环环环环利利利利用用用用后后后后形形形形成成成成与与与与原原原原来来来来相相相相同同同同的的的的产产产产品品品品，二二二二是是是是资资资资源源源源循循循循环环环环利利利利用用用用后后后后形形形形成成成成不不不不同同同同的的的的新新新新产产产产品品
11、品品。循循循循环环环环原原原原则则则则要要要要求求求求消消消消费费费费者者者者和和和和生生生生产产产产者者者者购购购购买买买买循循循循环环环环物物物物质质质质比比比比例例例例大大大大的的的的产产产产品品品品，以以以以使循环经济的整个过程实现闭合。使循环经济的整个过程实现闭合。使循环经济的整个过程实现闭合。使循环经济的整个过程实现闭合。“高效安全、高采出率、环境协调高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系绿色开采技术体系膏体材料充填膏体材料充填超高水材料充填超高水材料充填矸石干式充填矸石干式充填 矿山充填技术发展阶段矿山充填技术发展阶段 煤煤矿矿充充填填开开采采技技术术体体系系 煤炭工业可
12、持续发展的技术途径煤炭工业可持续发展的技术途径（1 1）提高资源采出率）提高资源采出率）提高资源采出率）提高资源采出率 （2 2）提升资源开采范围）提升资源开采范围）提升资源开采范围）提升资源开采范围（3 3）减少矸石排放）减少矸石排放）减少矸石排放）减少矸石排放 （4 4）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷）减轻地表沉陷（5 5）减少水资源破坏）减少水资源破坏）减少水资源破坏）减少水资源破坏 （6 6）矸石综合利用）矸石综合利用）矸石综合利用）矸石综合利用（7 7）减少材料消耗）减少材料消耗）减少材料消耗）减少材料消耗 （8 8）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放）减少瓦斯排放（
13、9 9）瓦斯利用）瓦斯利用）瓦斯利用）瓦斯利用 （1010）土地复垦）土地复垦）土地复垦）土地复垦（1111）矿井水净化）矿井水净化）矿井水净化）矿井水净化 （1212）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发）伴生矿物综合开发。瓦斯抽采与利用瓦斯抽采与利用 我国煤层气资源丰富，据有关报告，在陆上烟煤和我国煤层气资源丰富，据有关报告，在陆上烟煤和无烟煤田中，埋深在无烟煤田中，埋深在3002000m范围内的资源有范围内的资源有31.46万万亿亿m3，相当于天然气储量，相当于天然气储量。难以在开采前抽采。难以在开采前抽采。利用岩层运动的特点开发煤层气。利用岩层运动的特点开发煤层气。在开
14、采时形成在开采时形成采煤和采瓦斯采煤和采瓦斯两个完整的系统。两个完整的系统。瓦斯抽采与利用瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井远距离保护层开采（100110m）地面钻井抽采法 瓦斯抽采与利用瓦斯抽采与利用 瓦斯发电瓦斯发电 瓦斯罐装利用瓦斯罐装利用 煤炭地下气化煤炭地下气化 煤煤炭炭地地下下气气化化是是指指其其不不将将煤煤炭炭采采出出地地面面，而而将将其其在在地地下下直直接接气气化化，即即将将地地下下煤煤炭炭通通过过热热化化学学反反应应在在原原地地转转化化为为可可燃燃气气体体的的技技术术。它它1912年年开开始始于于英英国国，美美国国始始于于1946，苏苏联联始始于于1932年年。其其它它如
15、如德德国国、法法国国、荷荷兰兰、西西班班牙牙都都进进行过试验，但由于热值低，成本高而末得到发展。行过试验，但由于热值低，成本高而末得到发展。我我国国于于19581960年年曾曾在在16个个矿矿区区进进行行试试验验，于于1962年年停停止止，1984年年又又开开始始了了新新的的试试验验，1994年年达达到到连连续续生生产产295d，产产气气量量为为200m3/h，热热值值1381617584kJ/m3，采采用用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法。的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法。煤炭地下气化煤炭地下气化 煤炭地下气化煤炭地下气化一、一、一、一、关键层的概念关键层的概念关键层
16、的概念关键层的概念 关键层指对岩体活动局部或关键层指对岩体活动局部或全部全部起控制作用的岩层。前者起控制作用的岩层。前者称为亚关键层，后者称为主关键层。关键层特征如下：称为亚关键层，后者称为主关键层。关键层特征如下：P177 （1）几何特征：）几何特征：单层厚度较厚；单层厚度较厚；（2）岩性特征：）岩性特征：相对较坚硬，弹性模量较大，强度较高；相对较坚硬，弹性模量较大，强度较高；（3）变形特征：）变形特征：关键下沉变形时，其上覆全部或局部岩层关键下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量同步协调。的下沉量同步协调。（4）破断特征：）破断特征：关键层破断将导致全部或局部上覆岩层的关键层破断将导致全
17、部或局部上覆岩层的同步破断，引起较大范围岩层移动。同步破断，引起较大范围岩层移动。（5）承载特征：）承载特征：关键层破断前以板关键层破断前以板/梁结构为上覆全部或部梁结构为上覆全部或部分岩层的承载体，破断后则为砌体梁结构，继续成为承载主体。分岩层的承载体，破断后则为砌体梁结构，继续成为承载主体。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 （1）计计算算各各硬硬岩岩层层所所受受载载荷荷：所所谓谓坚坚硬硬岩岩层层是是指指那那些些在在变变形形中中挠挠度度小小于于其其下下部部岩岩层层，与与其其下下部部岩岩层层离离层层的的岩层。岩层。（2）计算各硬岩层的破断步距：）计算各硬岩层的破断步距：中
18、中国国矿矿业业大大学学编编制制了了判判别别覆覆岩岩关关键键层层位位置置的的计计算算机机软软件件，实实现现了了覆覆岩岩关关键键层层判判别别方方法法的的计计算算机机化化和和判判别别结结果果的可视化。的可视化。二、二、覆岩关键层位置的判断覆岩关键层位置的判断图图3-18 岩层载荷计算图岩层载荷计算图 关键层计算举例关键层计算举例：表表3-2岩层岩层岩性岩性/kN/m3h/mE/MPaRt/MPa1中砂岩中砂岩234.0250007.02泥岩泥岩252.7110002.03砂质泥岩砂质泥岩252.0150002.54中砂岩中砂岩255.5230007.0岩层岩层岩性岩性/kN/m3h/mE/MPaRt
19、/MPa1中砂岩中砂岩234.0250007.02泥岩泥岩252.7110002.03砂质泥岩砂质泥岩252.0150002.54中砂岩中砂岩255.5230007.0 关键层计算举例关键层计算举例：表表3-2岩层岩层岩性岩性/kN/m3h/mE/MPaRt/MPa1中砂岩中砂岩234.0250007.02泥岩泥岩252.7110002.03砂质泥岩砂质泥岩252.0150002.54中砂岩中砂岩255.5230007.0 所所以以，对对于于第第一一种种情情况况，仅仅第第一一层层岩岩层层为为关关键键层层。对对于于第第二二种种情情况况，第第一一、第第四四层层皆皆为为关键层。关键层。关键层计算举例
20、关键层计算举例：表表3-2三、三、关键层复合破断规律关键层复合破断规律 所所谓谓关关键键层层复复合合破破断断是是指指相相邻邻两两层层硬硬岩岩层层出出现现同同步步破破断断的现象。的现象。在在薄薄基基岩岩厚厚表表土土层层条条件件下下，两两层层硬硬岩岩层层同同步步破破断断的的判判别别条件：条件：P179（6-3）关关键键层层复复合合破破断断后后“砌砌体体梁梁”结结构构不不发发生生滑滑落落失失稳稳所所承承担担的岩层厚度应满足：的岩层厚度应满足：（6-4）一、一、岩层移动的有关概念岩层移动的有关概念 1.岩层移动：岩层移动：煤煤层层采采出出后后，引引起起岩岩层层的的变变形形、破破坏坏与与移移动动，并并由
21、由下下向向上上发发展展至至地地表表引引起起地地表表的的移移动动，这这一一过过程程和和现现象象称称为为岩岩层移动，又称为开采沉陷层移动，又称为开采沉陷。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 图图6-2 岩层移动概貌岩层移动概貌1滑移面；滑移面；2断裂面；断裂面；3拉伸变形；拉伸变形；4压缩变形；压缩变形；断裂角；断裂角；滑移角滑移角2.充分采动与非充分采动：充分采动与非充分采动：当当采采空空区区尺尺寸寸(长长度度和和宽宽度度)相相当当大大时时，地地表表最最大大下下沉沉值值达达到到该该地地质质条条件件下下应应有有的的最最大大值值，此此时时的的采采动动称称为为充充分分采动采动。将将
22、将将刚刚刚刚达达达达到到到到充充充充分分分分采采采采动动动动状状状状态态态态的的的的采采采采空空空空区区区区尺尺尺尺寸寸寸寸称称称称为为为为临临临临界界界界开开开开采采采采尺尺尺尺寸寸寸寸。如如果果采采空空区区尺尺寸寸小小于于临临界界开开采采尺尺寸寸，称称为为非非充充分分采采动动。非非充充分分采采动动条条件件，下下沉沉盆盆地地呈呈尖尖底底“碗碗状状”，随随着着开开采采尺尺寸增加，地表下沉值还将继续增大。寸增加，地表下沉值还将继续增大。3.移动与变形：移动与变形：岩层移动会导致沿竖直方向和水平方向的位移，前者岩层移动会导致沿竖直方向和水平方向的位移，前者称称下沉下沉，后者称为，后者称为水平移动水
23、平移动。由于地表相邻点的下沉和水平移动量是不相等的，这表由于地表相邻点的下沉和水平移动量是不相等的，这表明点与点之间有相对移动，从而引起地表变形。明点与点之间有相对移动，从而引起地表变形。地表变形地表变形分为倾斜、曲率、水平变形。分别由分为倾斜、曲率、水平变形。分别由下沉和水平移动下沉和水平移动导出。导出。3.移动与变形：移动与变形：（1）倾斜变形（）倾斜变形（i）：）：指相邻点在竖直方向的相对移动与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。反映盆地沿某一方向的坡度。两相邻点间水平距离的比值。反映盆地沿某一方向的坡度。3.移动与变形：移动与变形：（2）曲率变形（）曲率变形（K）：
24、）：指相邻线段的倾斜差与两线段中指相邻线段的倾斜差与两线段中点间的水平距离的比值。点间的水平距离的比值。曲率变形反映观测线断面上的弯曲程度。曲率有正、负曲率变形反映观测线断面上的弯曲程度。曲率有正、负之分，之分，下沉曲线上凸为正，下凹为负下沉曲线上凸为正，下凹为负。下沉曲线的凸凹分界下沉曲线的凸凹分界点称为拐点。点称为拐点。3.移动与变形：移动与变形：（3 3）水平变形（）水平变形（）水平变形（）水平变形（）：）：）：）：指两相邻点的水平移动差值与指两相邻点的水平移动差值与指两相邻点的水平移动差值与指两相邻点的水平移动差值与两点间水平距离的比值。两点间水平距离的比值。两点间水平距离的比值。两点
25、间水平距离的比值。它反映相邻两点间单位长度的拉它反映相邻两点间单位长度的拉它反映相邻两点间单位长度的拉它反映相邻两点间单位长度的拉伸伸伸伸(正正正正)或压缩或压缩或压缩或压缩(负负负负)值。值。值。值。4.岩层移动角：岩层移动角：P182 地表下沉边界（常以地表下沉边界（常以10mm点划定）和采空区边界的连点划定）和采空区边界的连线与水平线在煤柱一侧的夹角，称为线与水平线在煤柱一侧的夹角，称为岩层移动角岩层移动角。二、二、二、二、岩层移动的基本规律岩层移动的基本规律1.采动覆岩移动破坏的分带：采动覆岩移动破坏的分带：垮落带垮落带垮落带垮落带裂缝带裂缝带裂缝带裂缝带弯曲带弯曲带弯曲带弯曲带垮垮落
26、落带带与与裂裂缝缝带带合合称称“两两带带”，又又称称导导水水裂缝带裂缝带。1.采动覆岩移动破坏的分带：采动覆岩移动破坏的分带：“两带两带”高高Hli=(912)MHli=(1218)MHli=(1828)M2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：（1）岩层移动曲线符合负指数函数关系：）岩层移动曲线符合负指数函数关系：2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：（2）采场覆岩移动的水平分区：）采场覆岩移动的水平分区：A区：区：煤体上方，煤体上方，水平移动角为剧烈水平移动角为剧烈，但垂直移动甚，但垂直移动甚微。在有些场合垂直位移量还出现负
27、值（即岩层有上升微。在有些场合垂直位移量还出现负值（即岩层有上升现象）。现象）。B区：区：靠近采面的采空区上方，靠近采面的采空区上方，垂直位移急剧增加垂直位移急剧增加，岩层移动速度下快上慢，岩层之间出现离层。岩层移动速度下快上慢，岩层之间出现离层。C区：区：压实冒落矸石上方，变形曲线趋于缓和，压实冒落矸石上方，变形曲线趋于缓和，岩层岩层移动速度上快下慢移动速度上快下慢，岩层之间重新压实。，岩层之间重新压实。2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：A-煤壁支撑影响区；煤壁支撑影响区；B离层区；离层区；C重新压实区重新压实区2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：（3）覆岩移动轨迹
28、：）覆岩移动轨迹：先向采空区方向移先向采空区方向移动，后转向工作面推动，后转向工作面推进方向移动。进方向移动。2.覆岩内部岩层移动特征：覆岩内部岩层移动特征：（4）覆岩移动轨迹与）覆岩移动轨迹与煤层倾角关系：煤层倾角关系：沿倾向剖面，测点基沿倾向剖面，测点基本上沿着与层面成垂直的本上沿着与层面成垂直的方向向下移动。方向向下移动。三、三、关键层运动对岩层移动的影响关键层运动对岩层移动的影响图图6-11 关键层对岩层移动控制作用的实验结果关键层对岩层移动控制作用的实验结果1关键层；关键层；2关键层上关键层上82 m处处四、四、岩层移动中的离层与裂隙分布岩层移动中的离层与裂隙分布图图6-13 关键层
29、破断前后离层分布关键层破断前后离层分布图图6-14 采动裂隙分布的采动裂隙分布的“O”型圈型圈 （1）关关键键层层运运动动对对离离层层及及裂裂隙隙的的产产生生、发发展展与与时时空空分分布起控制作用。覆岩离层主要出现在关键层下。布起控制作用。覆岩离层主要出现在关键层下。（2）沿沿工工作作面面推推进进方方向向，关关键键层层下下离离层层动动态态分分布布呈呈现现两两阶阶段段发发展展规规律律：关关键键层层初初次次破破断断前前，最最大大离离层层位位于于采采空空区区中中部部；关关键键层层初初次次破破断断后后，关关键键层层在在采采空空区区中中部部趋趋于于压压实实，而而在在采采空空区区两两侧侧仍仍各各自自保保持
30、持一一个个离离层层区区，其其最最大大宽宽度度及高度仅为关键层初次破断前的及高度仅为关键层初次破断前的1/3左右。左右。（3）沿沿顶顶板板高高度度方方向向，随随工工作作面面推推进进离离层层呈呈跳跳跃跃式式由由下下往往上上发发展展。首首先先，第第亚亚关关键键层层下下出出现现离离层层，当当其其破破断断后后其其下下离离层层呈呈“O”形形圈圈分分布布时时，上上部部第第亚亚关关键键层层下下出出现现离离层层，当当其其破破断断后其下层呈后其下层呈“”形圈分布；如此发展直至主关键层。形圈分布；如此发展直至主关键层。（4）贯贯通通的的竖竖向向裂裂隙隙是是水水与与瓦瓦斯斯涌涌入入工工作作面面的的通通道道，故故也也称
31、称其其为为“导导水水、导导气气”裂裂隙隙。“导导水水、导导气气”裂裂隙隙仅仅在在覆覆岩岩一一定高度范围内发育，其发育高度与采高和岩性有关。定高度范围内发育，其发育高度与采高和岩性有关。第四节第四节 采场底板破坏与突水采场底板破坏与突水垮落带垮落带垮落带垮落带裂缝带裂缝带裂缝带裂缝带弯曲带弯曲带弯曲带弯曲带一、采场底板破坏深度一、采场底板破坏深度一、采场底板破坏深度一、采场底板破坏深度 图图2-30 底板岩层中的应力分布底板岩层中的应力分布a煤柱下煤柱下 z等值线；等值线；b煤体下煤体下 z等值线等值线（采深（采深800m，平均岩石体积力，平均岩石体积力25kN/m3)图图6-15 地基中的极限
32、平衡区地基中的极限平衡区I主动应力区；主动应力区；II过渡区；过渡区；III被动应力区。被动应力区。图图6-16 支承压力形成的底板破坏深度支承压力形成的底板破坏深度I主动应力区；主动应力区；II过渡区；过渡区；III被动应力区。被动应力区。底板岩层承压能力与采面长度关系底板岩层承压能力与采面长度关系（赵阳升（赵阳升 等，等，2004）不同采煤方法的底板破坏深度值不同采煤方法的底板破坏深度值采煤方法采煤方法长壁长壁80100m短壁短壁50m条带条带20m房柱房柱15 15m底板破坏深底板破坏深度度/m10173.572.5335二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突二、应用关键层理论分析采场底
33、板破坏与突水水 P190 图图6-17 初次来压时底板关键层载荷特征初次来压时底板关键层载荷特征 图图6-18 底板关键层破断后的一般状态底板关键层破断后的一般状态一、一、一、一、留煤柱控制岩层移动留煤柱控制岩层移动图图6-19 条带开采的类型条带开采的类型a保留条带宽度保留条带宽度;b采出条带宽度采出条带宽度（1）部分开采：）部分开采：条带开采、房柱式开采条带开采、房柱式开采第五节第五节 采场上覆岩层移动控制技术采场上覆岩层移动控制技术 房房柱柱式式采采煤煤（2）留设保护煤柱：）留设保护煤柱：留留设设保保护护煤煤柱柱保保护护地地面面重重要要建建(构构)筑筑物物。保保护护煤煤柱柱留留设设主要根
34、据具体矿井条件下，岩层移动角参数来进行设计。主要根据具体矿井条件下，岩层移动角参数来进行设计。水水体体下下采采煤煤必必须须在在煤煤层层与与水水体体之之间间留留设设一一定定高高度度的的起起隔隔水水作作用用的的煤煤层层和和岩岩层层，通通称称为为防防水水煤煤岩岩柱柱。留留设设防防水水煤煤岩岩柱柱的目的，是不允许导水断裂带波及到水体。的目的，是不允许导水断裂带波及到水体。断断层层防防水水煤煤柱柱留留设设示示例例二、二、二、二、采空区充填法柱控制岩层移动采空区充填法柱控制岩层移动工作面工作面 采空区采空区 水平短梁水平短梁（1）干式充填：）干式充填：P194 岱庄煤矿采煤工作面膏体充填过程岱庄煤矿采煤工
35、作面膏体充填过程支支架架煤煤层层充充填填体体（2）膏体充填：）膏体充填：P 195膏体充填技术优势：膏体充填技术优势：密密密密实实实实度度度度高高高高，减减减减沉沉沉沉效效效效果好，采出率高。果好，采出率高。果好，采出率高。果好，采出率高。膏膏膏膏体体体体管管管管道道道道输输输输送送送送，充充充充分分分分利利利利用用用用矿矿矿矿现现现现行行行行巷巷巷巷道道道道，运输效率高。运输效率高。运输效率高。运输效率高。膏膏膏膏体体体体充充充充填填填填系系系系统统统统计计计计算算算算控控控控制制制制，自自自自动动动动化化化化程程程程度度度度高高高高，占用人员少。占用人员少。占用人员少。占用人员少。综合效益
36、好。综合效益好。综合效益好。综合效益好。适用范围广。适用范围广。适用范围广。适用范围广。矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比矸石散体与膏体压缩性能对比 膏体充填技术优势：膏体充填技术优势：矿名矿名矿名矿名煤层煤层煤层煤层厚度厚度厚度厚度/m/m充填目的充填目的充填目的充填目的充填面布置充填面布置充填面布置充填面布置地表下地表下地表下地表下沉系数沉系数沉系数沉系数q q充充充充 填填填填采出率采出率采出率采出率/%/%不充填不充填不充填不充填采出率采出率采出率采出率/%/%太平太平太平太平煤矿煤矿煤矿煤矿9.009.00提高开采上提高开采上提高开采上提高
37、开采上限，减沉限，减沉限，减沉限，减沉分层无煤柱分层无煤柱分层无煤柱分层无煤柱180m180m长壁面长壁面长壁面长壁面0.150.150.260.26 8585 1212小屯小屯小屯小屯煤矿煤矿煤矿煤矿5.505.50保护建筑保护建筑保护建筑保护建筑提高采出率提高采出率提高采出率提高采出率分层无煤柱分层无煤柱分层无煤柱分层无煤柱120m120m长壁面长壁面长壁面长壁面0.150.150.200.20 85853030朱村朱村朱村朱村煤矿煤矿煤矿煤矿1.341.34保护建筑和保护建筑和保护建筑和保护建筑和承压水上开承压水上开承压水上开承压水上开采安全采安全采安全采安全无煤柱无煤柱无煤柱无煤柱10
38、5m105m长长长长壁面往复采壁面往复采壁面往复采壁面往复采0.10.1 8585 4040岱庄岱庄岱庄岱庄煤矿煤矿煤矿煤矿2.662.66保护建筑保护建筑保护建筑保护建筑提高采出率提高采出率提高采出率提高采出率回收条带采回收条带采回收条带采回收条带采遗留煤柱遗留煤柱遗留煤柱遗留煤柱 0.10.1 8585 4040 中矿大设计投产的膏体充填采煤项目中矿大设计投产的膏体充填采煤项目中矿大设计投产的膏体充填采煤项目中矿大设计投产的膏体充填采煤项目注：地表下沉系数指充分采动后。采出率指采区采出率。注：地表下沉系数指充分采动后。采出率指采区采出率。三、三、离层区充填法柱控制岩层移动离层区充填法柱控制
39、岩层移动 “覆岩离层分区隔离注浆法覆岩离层分区隔离注浆法”示意图示意图（离层区充填条带开采）（离层区充填条带开采）四、四、协调开采控制岩层移动协调开采控制岩层移动 协调开采是减少地表变形的一种技术措施，一般不能协调开采是减少地表变形的一种技术措施，一般不能减少地表下沉。减少地表下沉。在开采过程中通过两个或多个工作面的配合，在开采过程中通过两个或多个工作面的配合，便被保便被保护对象处于下沉盆地的中间区，只承受动态变形及最终的护对象处于下沉盆地的中间区，只承受动态变形及最终的均匀下沉，可以有效减少地表变形对地表建筑物的损害。均匀下沉，可以有效减少地表变形对地表建筑物的损害。波兰在卡托维茨城下采煤时，在整个城市煤柱内由波兰在卡托维茨城下采煤时，在整个城市煤柱内由3个个煤矿联合布置三组阶梯长壁工作面；英国、前苏联等也采煤矿联合布置三组阶梯长壁工作面；英国、前苏联等也采用此法开采了大量的建筑物压煤。我国峰峰局曾采用协调用此法开采了大量的建筑物压煤。我国峰峰局曾采用协调开采技术进行了辛寺庄下压煤开采试验，布置了开采技术进行了辛寺庄下压煤开采试验，布置了7个工作面个工作面同时开采。同时开采。作作 业业 P196:2、3、7