2-3关键层运动对岩层移动与破坏的影响
煤矿采煤工作面采空区的上覆岩层移动和破坏过程的观测探讨
关键词 ： 采煤工作面 ； 采 空区； 上覆岩层移动 ； 破坏 ； 观测 ；
・
１ ７ ２ ・
科技ห้องสมุดไป่ตู้论坛
煤矿采煤 工作 面采空 区的上覆岩层移 动和 破坏过程 的观测探讨
刘祝福 （ 七 台河市不动产登记 中心 ， 黑龙江 七 台河 １ ５ ４ ６ ０ ０ ）
摘 要： 为了解采空区上覆岩层移动的基本规律 ， 掌握其运动的时间、 强度及对工作面矿压显现的影响程度 ， 则需直接对上覆各部分
采空区上方一定范围内的岩层移动和垮落对采煤工作面矿压 观测钻孔 的布 置与钻孔 电视观测法相 同。必要 时 ， 也可沿工作 显现影响显著 。 这个范围内的岩层也称为对工作 面矿压显现有明显 面布置方向设 置 ３ 个钻孔 ， 分别 在工作面长度 的 Ｉ ／ ３ 、 １ ／ ２ 、 ２ ／ ３ 处； 沿 影响的岩层。为了解采空区上覆岩层移动的基本规律， 掌握其运动 走 向布置 ２—３ 个钻孔 。钻孔时 ，要仔细地判别岩层岩性和鉴定分 的时间 、 强 度及 对工作面矿压显现 的影响程度 ， 则 需直接对 上覆 各 层。 安装观测基点前要提供详细 的地质柱状 图。 钻孔时不要使用钢 部分岩层 的移动过程和破坏过程进行观测。 我国采用 的观测方法较 粒钻进法， 以 保证钻孔孔壁完整、 规则。钻孔要穿过将开采的煤层， 多， 其 中有钻孔 电视法 、 深 部基点法 、 掘观测巷法 、 地面钻孔 冲洗液 孔底位于底板 内 ０ ． ５ ｍ一 １ ． ０ ｍ处 ， 对于冲积层和风化带耍用套管保 三带 ” 的发展过程 ， 观测段应包 括煤层上 法及 电测法等 。本文介绍两种较 实用 且观测效果较好 的方法 ， 即钻 护孔壁。为观测上覆岩层“ 孔电视法 和深部基点法。 方５ ０ Ｉ １ １ ～１ ０ ０ ｍ的岩层 （ 采 高大 时还可更商些 ） 。一个孔 内最多可按 １钻孔电视观 测法 装１ ０个测点 ，目前最大安装 深度是 ５ ０ ０ ｍ ｏ测点位置和 间距 的确 钻孔 电视观测法是 ： 在计划开采 的工作面上方 ， 从地 面预先打 定 ， 除考虑岩性外 ， 还应遵循如下原则 ： 在一个较 薄的 自然 分层 内只 好几个至煤层 的钻孔 ， 在 工作面开采过程 中， 将专用摄像 机放入钻 设一个测 点 ； 在岩 陛变化大的两个相邻分层 内分别设点 ； 不在 分层 孔内 ， 通过地面监视器 的荧光屏直接观测钻孔处上覆岩层 的裂 隙发 界面处设点 ； 测点要设在岩石较坚硬 ， 不易风化脱落 ， 孔壁未破坏的 展和冒落情况 。 部位 ； 最下边 的测点在开采煤层上方 ５ ｍ～ ７ ｍ处。 某深部基点观测 １ ． １ 观测钻孔的布置 系统 图 ， 深部基点是用长 ２ ０ ０ ｍｍ一 ５ ０ ０ ｍｍ、 直径 ≠９ ０ ｍ ｍ的压缩 沿工作面走向从距 开切眼 １ ０ ０ ｍ左 右每隔 １ ０ ０ ｍ自 地表垂直 木制成 。 其两端安有特制 的螺 帽， 有一个 中心孔 ， 以便穿过系结下面 向下打钻孔 ， 直至开采煤层 的底板 。根据观测 的要求 ， 一般可打 ２～ 各测点 的钢丝。压缩木下放 时将 钢丝 固定在上端螺 帽上 ， 由上而下 ４ 个钻孔 。钻孑 Ｌ 直 径 ≠９ ５ ｍ ｍ 一 ＋ １ ３ ５ ｍ ｍ 。钻孔应 保证较高 的铅垂 逐点下放至预定的位置。 经６ ｈ一１ ２ ｈ 压缩和受潮膨胀后 ， 再将各点 度， 并使孔壁光滑。钻完孔后应用清水将钻孔冲洗一遍 ， 排除岩粉。 的钢丝 分别安于孔 口的各 滑轮 上 ， 并 系上悬挂 平衡锤 ， 用雎平 衡细 为防止冲积层和基 岩风化带孔壁塌落 ， 要用套管分段保护孔壁 。 钢丝 的重量并赋予钢丝一定 的拉 力使 之伸 直。如果孑 Ｌ 内无水 ， 可在 １ ． ２观测仪器扣设备 测 点下放后 向孔 内洒水 ， 使压缩木膨胀并 与孔壁撑 紧 ， 以保持 与此 主要的观测仪器是 ｚ ｓ 一 ２型钻孔 电视。 它主要包括摄像机探头 、 处 岩层 同步移动 。如孔 内水 位浅 ， 测点送不到预定深度就 因群胀而 控制器 、 监视器 、 电缆盘 四部分 。与之配套 的设备还有绞车 、 小型汽 被 卡住 ， 需对压缩木进行延迟和控制其膨胀 的专 门处理 ， 如浸油 、 涂 油发电机 、 孔 口滑轮 、 深 度指示器等。 所有观测仪器设备可全部装在 润滑脂 、 石 腊密封等 。
矿山压力与控制复习题及答案
矿山压力与控制复习题铅直应力公式：δ＝γh一填空1．按照岩石的力学强度和坚实性，常把矿山岩石分为__坚硬岩石_和 __松软岩石______。
2．根据成因不同，岩石的种类可以分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。
3．原岩应力场的形成主要是由自重应力和构造应力等因素引起的。
4．岩石发生破坏的基本形式有两种，分为屈服、断裂。
5．通常把采场顶板分为三松软顶板，下硬上软顶板和下软上硬顶板三类。
6．对老顶来压预报一开始是根据观测老顶的三量来预报老顶来压的，所指的三量为工作面顶板移近量、支架载荷量和支柱下缩量。
7．常见的顶板事故可以分为局部冒顶事故和大面积切顶垮面事故两类。
8．通常情况下，老顶周期来压步距为初次来压步距的_三分之一__。
9．冲击地压成因机理的理论判据：能量理论刚度理论冲击倾向性理论10．常用的液压支架形式有：支撑式支架、支撑掩护式支架和掩护式支架三种。
11．根据采煤工作面上覆岩层移动发展的程度，可以将上覆岩层划分为三个带，分别是冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。
12．工作面支柱插入底板的破坏形式有三种：整体剪切、局部剪切和其他剪切13．根据岩石试样含水状态不同，可分为：天然密度，饱和密度和干密度。
14.矿山充填分为：水力充填、干式充填、胶接充填15.支柱的工作特性类型：①急增阻式②微增阻式③恒阻式15.直接顶的完整程度取决于岩层本身的力学性质，直接顶岩层内由各种原因造成的层理和裂隙的发育程度。
16.蠕变变形曲线可分为稳定蠕变和不稳定蠕变两类。
17.采区巷道的主要支护形式有基本支护，加强支护，巷旁支护和巷道围岩加固。
18.根据破断的程度，回采工作面上覆岩层可分为冒落带和裂隙带。
19.节理裂隙分为原生裂隙，构造裂隙，压裂裂隙。
20.动压现象的一般成因和机理，可归纳为三种形式，即冲击矿压，顶板大面积来压和煤与瓦斯突出。
21.顶板下沉量是指活柱下缩量、顶梁的压缩量及支柱插入顶、底板量的总和。
二、名词解释1、岩体：含结构面的原生地质体。
矿山压力及岩层控制之7.采场岩层移动与控制
矿山压力与岩层控制——采场岩层移动与控制主讲：李成伟采场岩层移动与控制C ONTENTS 第七章岩层移动引起的采动损害概述1岩层控制的关键层理论2上覆岩层移动规律3工作面底板破坏与突水4岩层移动控制技术5一、岩层移动引起的采动损害概述我国煤矿90%以上是井工垮落法开采。
垮落法采煤，开采以后必然引起岩体向采空区移动，将造成采动损害及相关问题，主要表现为：（1）形成矿山压力显现，引起采场和巷道围岩变形、垮落和来压，需对采取支护措施维护采场与巷道的生产安全。
（2）形成采动裂隙，引起周围煤岩体中的水和瓦斯的流动，导致井下瓦斯与突水事故，需要对此进行控制和利用。
1.煤层开采产生的相关问题一、岩层移动引起的采动损害概述（3）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，当地面潜水位较高时，地表沉陷盆地内大量积水，农田无法耕种村庄被迫搬迁，引发一系列环境、经济和社会问题。
（4）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。
一、岩层移动引起的采动损害概述2.煤矿绿色开采理念2016年3月，国家发改委、国家能源局联合印发2016-2030能源技术革命创新行动计划；在煤炭无害化开采技术创新方面提出绿色开发与生态矿山建设，重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理等方面开展研发与攻关。
煤炭开采岩层移动排 放 水地表塌陷土地与建筑物损害瓦斯事故排放瓦斯污染环境地下水资源流失与突水事故煤与瓦斯共 采保水开采充填开采排放矸石煤巷支护矸石井下处 理煤炭地下气 化占用农田污染环境绿色开采●“高效安全、高采出率、环境协调”绿色开采技术体系膏体材料充填超高水材料充填矸石干式充填一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用被保护层组保护层地面钻井071421283504080120160200时间/d 抽采量/m 3/m i n20406080100抽采浓度/%抽采瓦斯量抽采瓦斯浓度远距离保护层开采（100～110m ）地面钻井抽采法一、岩层移动引起的采动损害概述一、岩层移动引起的采动损害概述●瓦斯抽采与利用压缩转运✓瓦斯发电✓瓦斯罐装利用一、岩层移动引起的采动损害概述●煤炭地下气化煤炭地下气化是指其不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。
2-3关键层运动对岩层移动与破坏的影响
一、岩层控制关键层理论的基本原理 二、关键层运动对开采沉陷的影响 三、关键层运动对采动裂隙分布的的影响
一、关键层理论的基本原理
传统研究（三个方面）
● 采场矿压——老顶结构模型（力学模型） ● 岩层内部移动——三带论（统计加模型） ● 地表沉陷——数理统计 ● 关键层理论思想——将采动覆岩作为统一的研究整体； 将采动覆岩作为统一的研究整体； 将采动覆岩作为统一的研究整体 抓起控制作用的主要矛盾。 抓起控制作用的主要矛盾。
采场覆岩一般力学模型
关键层复合破断
q
关键层2
关键层2
软岩2
软岩2 关键层1 软岩1 煤层 底板
关键层1 软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模型 载荷对关键层复合破断影响的数值模拟结果 载荷大小/MPa 载荷大小/MPa 关键层1破断距/m 关键层1破断距/m 关键层2破断距/m 关键层2破断距/m 0 75 110 0.2 75 90 0.4 75 80 0.6 70 70 0.8 65 65 1.0 60 60 1.2 55 55
实测地表移动变形最大值
曲率 下沉量 下沉 倾斜I 工作面 K W /m 系数q /mm/m /mm/m2 0.100 1022面 1.830 0.732 9.86 Ⅱ1022 0.210 面 0.08 0.88 0.013
浅部与深部开采地表下沉盆地范围对比
采深增加意味： 采深增加意味： 覆岩关键层层数增多； 覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变
表土层
0 -100
-400
关键层3 关键层2 关键层1 煤层
-600
20°
-1000
+36
表土层
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制
分析煤矿采场顶板冒落机理及其控制引言据不完全统计，顶板冒顶事故占到总煤矿事故的2/5以上，其中以工作面顶板冒顶事故最为突出。
采煤工作面是采煤的主要工作场所，此处人员和设备相对集中，其安全性直接关系到人员的生命安全和煤矿的生产效益，因此需做好顶板的管理工作。
影响采煤工作面顶板稳定的因素是多方面的，笔者认为应从4个方面进行分析，然后以此为基础并结合矿山具体地质条件制定出合理的采场顶板控制措施。
1、煤矿采场顶板冒落机理分析1.1 应力集中影响在采矿工程进行以前，岩体周围应力水平处于原始平衡状态。
煤炭采掘后，这个平衡状态会因此而打破，在采场周围形成“三带”，岩石结构遭到破坏，原岩应力会重新进行分布。
随着采矿工程的继续，工作面不断向前推移，原岩应力不断发生变化，应力场也会向前移动并形成新的应力场，采场顶板悬空而形成应力集中。
根据“压力拱假说”，由于顶板受到应力集中的作用，回采空间形成后导致冒落拱范围内的岩体力学失稳，表现为逐渐向下移动趋势，并在拱中央部位形成拉应力。
一旦此拉应力超过岩石抗拉强度极限时，首先在上述岩体中产生裂隙，然后随着时间效应的影响，裂隙会逐渐扩大，最终形成顶板冒落。
1.2 结构弱面影响结构弱面的形成与地质构造因素有关，也就是说采场内所有岩体必然会存在结构弱面，是采场顶板冒落影响因素之一。
结构弱面一方面会破坏顶板的结构完整性，导致顶板的应力强度降低，一方面会使得顶板组合结构发生变化。
当层理、裂隙等构造发育时，采场容易出现小范围的冒顶事故，某些情况下甚至会引发较大规模的顶板冒顶事故。
由于结构弱面的影響，顶板岩体不是作为整体结构而存在，岩性也会发生变化。
顶板冒落时，岩体破坏形式主要表现为岩石容易沿着结构弱面而出现离层发育，导致与母体逐渐分离，裂隙逐渐扩大，顶板岩石强度进一步降低，力学平衡结构遭到破坏，造成滑落失稳。
结构弱面的倾角会影响采场顶板的稳定性，例如，具有斜交层理结构的顶板，其稳定性就比具有水平层理的顶板的要强得多。
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用
煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用煤矿地表移动与覆岩破坏是煤矿开采过程中不可避免的问题，对煤矿生产和安全造成了很大的影响。
因此，研究煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用具有重要的理论和实践意义。
一、煤矿地表移动规律煤矿地表移动是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的地表下沉和变形。
煤矿地表移动的规律主要受到以下因素的影响：1. 煤层厚度和倾角：煤层厚度和倾角越大，地表移动越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对地表移动的影响也不同。
如采用长壁采煤法，地表移动范围较大；采用短壁采煤法，地表移动范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，地表移动越大。
4. 煤层岩性：煤层岩性越硬，地表移动越小。
二、煤矿覆岩破坏规律煤矿覆岩破坏是指在煤矿开采过程中，由于煤层采空引起的覆岩破坏。
煤矿覆岩破坏的规律主要受到以下因素的影响：1. 覆岩厚度和倾角：覆岩厚度和倾角越大，覆岩破坏越明显。
2. 采煤方法：不同的采煤方法对覆岩破坏的影响也不同。
如采用长壁采煤法，覆岩破坏范围较大；采用短壁采煤法，覆岩破坏范围较小。
3. 采煤深度：采煤深度越深，覆岩破坏越大。
4. 覆岩岩性：覆岩岩性越软，覆岩破坏越大。
三、煤矿地表移动与覆岩破坏的应用煤矿地表移动与覆岩破坏的研究不仅有助于了解煤矿开采过程中的地质灾害，还可以为煤矿生产提供科学依据。
具体应用如下：1. 煤矿规划：在煤矿规划中，需要考虑地表移动和覆岩破坏的影响，以避免对周围环境造成不良影响。
2. 煤矿安全：煤矿地表移动和覆岩破坏会对煤矿安全造成威胁，因此需要采取相应的安全措施。
3. 煤矿开采：在煤矿开采过程中，需要根据地表移动和覆岩破坏的规律，选择合适的采煤方法和采煤深度，以减少地质灾害的发生。
总之，煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用是煤矿开采过程中的重要问题，需要加强研究，以保障煤矿生产和安全。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移动与控制
一、地表移动盆地的形式：
在地表移动盆地的外边缘会形成裂缝、矿台山压阶力和及其塌控制陷第坑六章等采场。岩层移
动与控制
第四节 采场底板破坏及突水
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
二、应用关键层理论分析采场底板破坏与突水
• 将底板采动破坏带 以下及含水层以上承载 能力最大的一层岩层称 为底板关键层，类似于 采场覆岩中的关键层， 在底板隔水层中起到关 键控制作用，称为底板 隔水中的关键层。
底 动、变形和破坏，直至达到新的平衡。随着工作面的推进，这一过程
板 不断重复。重视十分复杂的物理、力学变化过程，也是岩层产生移动
岩 和破坏的过程，这一现象和过程成为岩层移动。
层
•1、基本顶；2、直接顶；3、伪顶；4、煤层；5、底板岩层
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
p 采空区周围岩层的移动和破坏形式有
达到最大。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
弯曲带
裂隙带之上直至地表的这个岩系地层。
弯曲带内的岩层破坏特征
1. 垂直方向由于自重作用产生法向弯曲，水平方向双向受压； 2. 不存在或极少离层裂缝，其中的隔水层是良好的保护层； 3. 弯曲带的高度主要受开采深度的影响。采深较小，导水断
裂带直达地表，采深较大时，开采形成的裂隙带不会达到 地表。
• 岩层移动导致的煤岩体应力场与裂隙场的变化，是引 起瓦斯卸压和煤层渗透率增加的原因所在。
矿山压力及其控制第六章采场岩层移 动与控制
•（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷， •导致农田，建筑设计的毁坏。
• “三下一上”建筑物下、铁路下、水体下、承压水上
•传统的开采模式引起的采动损害与环境问题日益突出，尽 快形成煤矿的“绿色开采技术”， •基本出发点：防治或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资 源的不良影响。 •目标：取得最佳的经济效益和社会效益。
关键层理论在工程实践中的应用
关键层理论在工程实践中的应用[ 摘要] 针对煤矿开采中覆岩复杂的破断与运动特征，阐述了岩层控制关键层理论的基本概念，对关键层理论在采场矿压控制、卸压瓦斯抽放、底板突水防治等方面的工程应用研究情况进行了介绍。
[ 关键词] 关键层理论地表移动底板突水中图分类号：TD325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0593-011前言煤层开采后必然引起岩体向采空区内移动，岩层移动将造成如下采动损害：①形成矿山压力显现，危及井下回采工作面人员及设备的安全。
② 形成采动裂隙，会引起周围岩体中的水与瓦斯的运移，引起井下瓦斯突出与突水等事故。
③岩层移动传递至地表引起地表沉陷，引发一系列环境问题。
因此，掌握整个采动岩体的活动规律，特别是内部岩层的活动规律，是解决采动岩体灾害的关键。
2关键层的概念及特征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关键层，后者可称为亚关键层。
采场上覆岩层中的关键层有如下特征：①几何特征：相对其它相同岩层厚度较厚；②岩性特征：相对其它岩层较为坚硬，即弹性模量较大，强度较高；③变形特征：在关键层下沉变形时，其上覆全部或局部岩层的下沉量与它是同步协调的；④破断特征：关键层的破断将导致全部或局部上覆岩层的破断，引起较大范围内的岩层移动；⑤支承特征：关键层破坏前以板（或简化为梁）的结构形式，作为全部岩层或层部岩层的承载主体，断裂后若满足岩块结构的S-R 稳定，则成为砌体梁结构，继续成为承载主体。
3关键层理论在工程实践中的应用3.1关键层理论在采场矿压控制中的应用一般情况下，煤层覆岩具有良好的分层性，长壁全部垮落式开采技术就是利用其覆岩随采随垮的特征，使采场支架无需经受剧烈动压而实现高度集中生产。
但是，也存在一些特殊覆岩构造情况，例如关键层。
分析其采场覆岩破断与冒落规律，为该类采场矿压控制提供依据。
传统采场矿压理论是以老顶作为采场来压主体，老顶上部覆岩均简化为载荷作用于老顶，而关键层理论是将在整个覆岩活动中起主要控制作用的岩层作为采场来压的主体，同时考虑关键层的复合效应。
矿山压力与岩层控制部分答案
1-15 p16 岩石力学P522-15支承压力与矿山压力的区别。
3-3644-12. 试分析周期来压的形成原因及表现形式。
形成原因：随着采煤工作面的推进，在基本顶初次来压以后，裂隙带形成的岩体结构将始终经历“稳定—失稳—再稳定”的变化，这种变化将呈现周而复始的过程。
由于岩体结构的失稳，导致工作面顶板的来压，这种来压将随着工作面的推进而周期性地出现。
因此，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称之为工作面顶板的周期来压。
表现形式：顶板下沉速度急剧增加；顶板的下沉量变大，支柱所受的载荷普遍增加；有时伴随煤壁片帮、支柱折损、顶板发生台阶下沉等现象。
755-1P128采煤工作面支柱的特性有几种？试比较其优缺点？答：目前所使用的支柱的工作特性有三种。
分别为：急增阻式、微增阻式、恒阻式。
从支柱工作阻力适应顶板压力的特点进行分析，显然，恒阻性能的支柱较为有利。
恒阻式：支柱安装后，很快达到工作阻力，随支柱的下缩，工作阻力保持不变。
急增阻式性能比较差，可缩量小，初期支撑力低。
微增阻式介于恒阻式和急增阻式之间10P1251012、简述采场支架与围岩关系特点？P149答：1、支架与围岩时相互作用的一对力；2、支架受力的大小及其在回采工作面分布的规律与支架性能有关；3、支架结构及尺寸对顶板压力的影响。
6-11 简述岩层移动引起的采动损害与煤岩绿色开采技术体系。
答：岩层移动引起的采动损害是：（1）形成矿山压力显现；（2）形成采动裂隙；（3）岩层移动发展到地表引起地表沉陷绿色开采技术研究主要针对煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等问题而开展。
绿色开采技术主要包括以下内容：（1）水资源保护—形成“保水开采”技术；（2）土地与建筑物保护—形成离层注浆、充填于条带开采技术；（3）瓦斯抽放—形成“煤与瓦斯共采”技术；（4）煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术；（5）地下气化技术。
2关键层：将对上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
采煤工作面上覆岩层移动规律
第三章采煤工作面上覆岩层移动规律第一节概述一、煤层顶底板岩层的构成煤层处于各种岩层的包围之中。
处于煤层之上的岩层称为煤层的顶扳；处于煤层之下的岩层称为煤层的底板。
依据顶、底板岩层离煤层的距离及对开采工作的影响程度不同，煤层的顶、底板岩层可分为：(l)伪顶。
紧贴在煤层之上，极易垮落的薄岩层称为伪顶。
通常由炭质页岩等脆弱岩层组成，厚度一般小于0.5m，随采随冒。
(2)直接顶。
位于伪顶或煤层之上，具有肯定的稳定性，移架或回柱后能自行垮落的岩层称为直接顶。
通常由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。
直接顶的厚度一般相当于冒落带内的岩层的厚度。
(3)老顶。
位于直接顶或煤层之上坚硬而难垮落的岩层称为老顶。
常由砂岩、石灰岩、砂砾岩等坚硬岩石组成。
(4)直接底。
直接位于煤层下面的岩层。
如为较坚硬的岩石时，可作为采煤工作面支柱的良好支座；如为泥质页岩等松软岩层时，则常造成底臌和支柱插入底板等现象。
二、采煤工作面上覆岩层移动及其破坏在承受长壁采煤法时，随着采工作面的不断向前推动，暴露出来的上覆岩层在矿山压力的作用下，将产生变形、移动和破坏。
依据破坏状态不同，上覆岩层可划分为三个带(图3－l)。
冒落带。
指承受全部垮落法治理顶板时，采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围(图3－l，Ⅰ)。
该局部岩层在采空区内已经垮落，而且越靠近煤层的岩石就越紊乱、裂开。
在采煤工作面内这局部岩层由支架临时支撑。
裂隙带。
指位于冒落带之上、弯曲带之下的岩层。
这局部岩层的特点是岩层产生垂直于层面的裂缝或断开，但仍能整齐排列(图3－l，Ⅱ)。
弯曲下沉带。
一般是指位于裂隙带之上的岩层，向上可进展到地表。
此带内的岩层将保持其整体性和层状构造(图3－l，Ⅲ)。
生产实践和争论说明，采煤工作面支架上受到的力远远小于其上覆岩层的重量。
只有接近煤层的一局部岩层的运动才会对工作面四周的支承压力和工作面支架产生明显的影响。
所谓采煤工作面矿山压力掌握，也就是对这局部岩层的掌握。
最新矿山压力与岩层控制习题答案
矿山压力与岩层控制习题答案一、名词解释：1、老顶：通常把位于直接顶之上对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层称为老顶。
2、顶板下沉量：一般指煤壁到采空区边缘裸露的顶底板的相对移近量，顶底板的相对移近量。
3、原岩应力：存在于地层中未受工程扰动的天然应力称为原岩应力。
4、周期来压：由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来亚现象称为工作面顶板的周期来压。
5、回采工作面：在煤层或矿床的开采过程中，一般把直接进行采煤或采有用矿物的空间称为回采工作面，简称采场。
6、直接顶：一般把直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层称为直接顶。
7、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成和作用在巷硐支护物上的力定义为矿山压力。
8、矿山压力显现：由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象统称为矿山压力显现。
9、矿山压力控制：所有减轻，调节，改变和利用矿山作用的各种方法，均叫做矿山压力控制。
10、老顶初次来压：当老顶悬露达到极限跨距时，老顶断裂形成三铰拱式的平衡，同时发生已破断的岩块回转失稳有时可能伴随滑落失稳，从而导致工作面顶板急剧下沉，此时，工作面支架呈现受力普遍加大的现象称为老顶初次来压。
11、支承压力：在岩体内开掘巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为之承压力。
12、关键层：将对上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动起控制作用的岩层称为关键层。
13、冲击能指数：在单轴压缩状态下，煤样全“应力---应变”曲线峰值C前所积聚的变形能Es与峰值后所消耗的变形能Ex之比值。
13、沿空留巷：在上区段工作面采过后，通过加强支护或采用其他有效方法，将上区段工作面运输平巷保留下来，供下区段工作面回采时作为回风平巷。
14、沿空掘巷：回采工作面采过后，沿采空区边缘掘进的巷道。
15、软岩：是一种特定环境下的具有显著塑性变形的复杂岩石力学介质。
16、底鼓：底板向上鼓起的现象。
论述关键层作用下的岩层移动和破坏的发展过程
论述关键层作用下的岩层移动和破坏的发展过程； 关键层的极限跨距分析关键层的破断距与导水裂隙带高度有着密切的关系，破断距计算的准确与否直接关系到导水裂隙带判断的结果。
关键层的初次破断，当考虑垫层的作用时，其计算公式十分复杂。
相对而言，用材料力固支梁力学模型估算关键层的初次破断距的计算公式就较为简单。
建立固支梁力学模型（图一所示）（图一）据材料力学理论分析可知，梁内任一点的正应力为：式中，M ——任一点所在截面弯矩Y ——任一点与截面中性轴的距离；H ——岩梁厚度。
由对固支梁的分析可知，固支梁最大弯矩发生在梁的两端。
即3y 12H M ÷=δ122max ÷=ql M所对应的最大拉应力为：22max 2h ql ÷=δ岩梁断裂，由上式得其极限跨距为：由此根据上覆关键层初次断裂后的力学模型，各关键层断裂时的临界开采长度为式中，LG 为第层关键层断裂时的工作面推进长度；M 为煤层顶板至第层关键层下部的所有岩层数；HI 为第层岩层的厚度；LGJ 为第层关键在不受下部岩层支承时初次断裂时的极限断跨 距；、两角分别为岩层的前、后方断裂角。
软岩受力弯曲的水平变形分析岩一般是指覆岩中抗变形能力强的岩层，如泥岩、页岩等粘土类岩层等，位于关键层之间，其在导水裂隙中仍然保持其原有的层次，它随关键层的变形协调变形。
导水裂隙带是指在煤层开采影响下构造介质发生离层、断裂，但没脱离原有岩体的破坏区域。
该区内岩层已断开或有微小的裂隙，但仍保持原有的顺序，裂隙间的连通性和透水性自下而上逐渐降低，一般透水但不透砂。
因此，导水裂隙带的岩体可以hi j G q i m i G h l h L ∂++∂=∑=cot cot ,1简化为连续性岩体，用固支梁力学模型来分析其水平拉伸变形。
设其挠曲方程为：通过解算，可得固支梁的最大挠度为：由于受均布载荷的固支梁弯曲后产生水平变形，梁弯曲后在其横截面上产生水平拉伸和水平压缩变形，两种变形方式以梁的中性截面对称分布。
一 、岩层与地表移动的基本规律
柴里矿301工作面地表裂缝实测图
开采急倾斜煤层时地表移动特征
3. 塌陷坑
煤层开采时（尤其是急倾斜），煤层露头 处附近地表呈现出严重的非连续性破坏，往 往会出现漏斗状塌陷坑，北票矿区地表塌陷 漏斗如图。
地表塌陷漏斗
在缓倾斜或中倾斜煤层浅部开采条件下，地 表出现非连续性破坏时，也可能出现塌陷坑。 鹤岗富力矿浅部开采引起的地表漏斗状塌陷 坑如图。
垮落带及断裂带高度计算
• 1、影响因素：顶板岩性、煤层倾角、采厚、 采煤方法、采空区尺寸、采空区处理 • 2、统计回归公式（重点） • 3、其他方法（类比、实测） • 4、近距离煤层
垮落带高度 （P7）
• a.若煤层顶板覆岩内有极坚硬岩层，开采后能形成悬 顶，垮落带最大高度Hk按（1-1）式计算。
图1-17 近水平煤层非充分采动时的地表移动盆地示意图
图1-15 槽形盆地示意图
3. 地表移动盆地特征
• 为了研究方便，常选取地表移动盆地主断 面进行研究，主断面是指通过盆地内最大下沉 点沿煤层倾向或走向的垂直剖面，地表移动盆 地在主断面内表现为通过最大下沉点的地表下 沉曲线。主断面具有以下特点：（1）主断面上 地表移动盆地范围最大；（2）主断面上地表移 动值最大。 • 地表移动盆地的范围总是比采空区的面积 大，它的形状取决于采空区的形状及煤层倾角 大小。当采空区为长方形时，移动盆地大致呈 椭圆形，它与采空区的相对位置取决于煤层倾
• 式中Mz—上下煤层综合开采厚度，m； M2—下煤层厚度， m； M1—上煤层厚度，m； h—上下煤层层间距，m； y2—下煤层的垮落带高度与采厚之比。 • 当上下煤层的层间距很小时，综合开采厚度取上下煤层厚 度之和，即 M Z M 1 M 2 （1-4） • 求出综合开采厚度后，可按单一煤层开采的条件计算垮落 带和断裂带的高度。
2020年中国矿业大学(北京)采矿工程专业矿山压力及其控制考研模拟试题及答案解析一_1_
中国矿业大学（北京）采矿工程考研全真预测一《矿山压力及其控制》一、名词解释（30分）1、矿山压力；2、碎胀系数；3、周期来压；4、支承压力；5、弹性后效；6、格里菲斯强度理论；7、充分采动；8、构造应力；9、岩石单轴抗压强度；10、结构面二、绘图解释岩石应力—应变全过程曲线。
（15分）三、绘图说明采煤工作面前方支承压力分布的基本规律及其分区。
（15分）四、简述工作面常见顶板事故产生的原因。
（15分）五、简述构造应力分布的基本特点。
（10分）六、简述采场支架与围岩石相互作用原理。
（15分）七、简述影响岩体强度的主要因素。
（15分）八、已知弹性波在某岩体中传播速度V M=1750m/s，弹性波在该中岩石中传播速度V R=2120m/s，岩石单向抗压强度R c=220MPa，单向抗拉强度R t=20MPa，试求该岩体的准岩体强度R cm及R tm。
（10分）九、试述采场上覆岩层关键层的特征。
（10分）十、论述有关采场上覆岩层活动规律的假说。
（15分）《矿山压力及其控制》模拟试题一参考答案一、名词解释（30分）1、矿山压力：由于矿山开采活动的影响，在巷硐周围岩体中形成的和作用在巷硐支护上的力。
2、碎胀系数：岩石破碎后处于松散状态下的体积与岩石碎胀前处于整体状态下的体积之比。
3、周期来压：老顶初次来压以后，随着工作面的继续推进，由于裂隙带岩层周期性失稳而引起的顶板来压现象称为工作面顶板的周期来压。
4、支承压力：在岩体内开挖巷道后，巷道围岩必然出现应力重新分布，一般将巷道两侧改变后的切向应力增高部分称为支承压力。
5、弹性后效：加载（或卸载）后经过一段时间应变才增大（或减小）到一定数值的现象。
6、格里菲斯强度理论：认为在材料内部存在许多均匀地、随机分布的窄缝形微裂隙。
在力的作用下，处于不利方位的裂隙端部就产生应力集中现象，使该处的应力达到所施加压力的几十倍甚至上百倍，于是裂隙就沿其长度方向开始扩张，直至材料整体破坏。
第六章 采场岩层移动与控制
1、充分采动的概念防治煤矿开采引起地表沉陷的主要措施有哪些？什么是充分采动？防治煤矿开采引起地表沉陷的主要措施有哪些？充分采动：当采空区尺寸（长度和宽度）相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，不再随开采范围扩大而增加，此时的采动称为充分采动。
1、留煤柱开采。
1）部分开采。
（1）条带开采。
沿煤层走向或倾向，将开采区域划分为若干个宽度相等或不等的条带，开采一条，保留一条，利用留下的煤柱支撑顶板，以达到减小地表沉陷的目的。
成功关键在于合理设计采宽与留宽，确保覆岩主关键层和留设煤柱的稳定性。
（2）房柱式开采。
在煤层内开掘一些列煤房，留下近似于矩形的煤柱来支承顶板，达到控制顶板和减轻地表沉降的目的。
2）留设保护煤柱。
地面存在重要的需要保护建（构）筑物时，在其下部对应煤层的合理位置预留一定尺寸的煤柱，使岩层移动影响边界达不到该建（构）筑物。
煤柱留设主要根据具体矿井条件和岩层移动角等参数进行设计。
2、充填开采。
1）采空区充填。
即用充填料充填已采空间，相当于减小煤层开采厚度。
按运送充填物料动力的不同分水力、风力、机械和自溜充填；按充填材料分为水砂、矸石、膏体充填。
2）覆岩离层区充填。
利用岩移过程中覆岩内形成的离层空洞，总钻孔向离层空洞充填外来材料来支撑覆岩，从而减缓覆岩移动往地表的传播。
3、调整开采工艺和参数。
1）协调开采：根据开采引起地表移动与变形的分布规律，通过合理的开采布局、开采顺序、方向、时间等方法减缓和减少开采引起的地表变形。
①减小开采边界影响的叠加。
②多工作面协调开采。
③对称背向开采。
2）控制开采①限厚开采。
②分层间歇开采。
2、简述岩层移动规律采用全部垮落法管理采空区的情况下，根据采空区覆岩移动破坏特点，可以分为“三带”，即垮落带、裂隙带、弯曲带。
其特点如下垮落带：破断后的岩块呈不规则垮落，排列也极不整齐，松散系数比较大，一般可达1.3之1.5.经重新压实后，碎胀系数可降到1.03左右。
煤矿绿色开采技术(标准版)
( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改煤矿绿色开采技术(标准版)Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.煤矿绿色开采技术(标准版)摘要:提出了煤矿绿色开采的概念，阐述了它的内涵和技术体系.绿色开采的理论基础为:开采后岩层中的关键层运动形成的节理裂隙与离层规律以及瓦斯与地下水在破断岩层中的渗流规律.绿色开采技术的主要内容包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分歼石的井下处理、煤炭地下气化等.关键词:绿色开采;关键层理论;岩层移动;绿色开采技术体系中图分类号:TD82文献标识码:A1煤矿绿色开采的提出党的十六大报告明确提出“……走出一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子.”因此，我们必须充分考虑我国资源相对短缺，环境比较脆弱的基本特点，建立起适合我国国情的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路.近期提出的循环经济(recyclingeconomy)是指遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重构经济系统[1]，将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用－绿色工业－资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程，保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃，从而将经济活动对自然环境的影响破坏减少到最低程度.它不同于传统经济的“高开采、低利用、高排放”，而是达到“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标.显然，此处的“绿色工业”是广义的概念，应由各个工业部门去实现.对矿业来说就是要实现“绿色矿业”.“绿色矿业”的核心内容之一就是要实现“绿色开采”矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致的，而进行开发建设后，强烈的人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了矿区独特的生态环境问题，如造成农田以及建筑物破坏，村庄迁徙，矸石堆积，使河川径流量减少，以及地下水供水水源干枯，在地面导致的土地沙漠化，由于开采而使矿物内的有害物质流入地下水中等.我国目前的煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产成本不完全.如投入不足;技术装备落后;安全设施欠帐;工人工资太低.二是相关费用支付不全.如矿产资源费以及植被恢复，地面塌陷与水损失;污染治理等.提出并形成绿色开采技术是为了使我们正视开采对环境造成的影响和破坏，并有清醒的认识与足够的估量，以便提出必要的对策和对政府提出必要的政策建议.煤炭开采形成的环境问题主要为:1)对土地资源的破坏和占用煤炭开采对土地资源的破坏损害，井工开采以地表塌陷和矸石山压占为主，而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主.2)对水资源的破坏和污染煤炭开采过程中，进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，破坏了地下水资源.同时开采还可能污染地下水资源.3)对大气环境的污染主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿研石山的自燃.以山西省为例，1949-1998年共生产原煤56亿多吨，地面塌陷破坏面积达100多万亩，其中40%是耕地.研石山占地3万多亩，至1998年煤炭地下采空面积达1300km²(全省面积的1写).采煤破坏地下水4.2亿m³/a，地表水逸流减少，导致井水水位下降或断流共计3218个，影响水利工程433处、水库40座、输水管道793.89km;造成1678个村庄，81.2715万人，10.8241万头牲畜饮水困难.使本来缺水的山西环境受到进一步破坏.平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2hm²，每年新增塌陷地约2万hm².矿井瓦斯即煤层气，它是比CO2还严重的温室气体，也是导致煤矿重大安全事故的根源.据初步估计，我国2000m浅范围内具有30-35万亿m³煤层气资源，居世界前列.但由于我国煤层透气性小，难以在开采前抽出.建国以来，我国煤矿发生煤与瓦斯突出事故1500余次，仅2001年由于瓦斯事故的死亡人数达2356人，为煤矿总死亡人数的40％.煤矿每年排放瓦斯70-190亿m³.同时瓦斯又是最好的清洁能源，因此必须加以利用，变害为宝.由此可见，提出并尽快形成煤矿的“绿色开采技术”已迫在眉睫.2绿色开采的内涵与技术体系从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、地下水、煤层气(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床，都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用.而原来对矿井瓦斯的定义是:“矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体”.而在矿井水文地质类型划分中认为:“根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度，划为……类型”.显然，上述概念将原本为矿区资源的瓦斯和水单纯作为有害物来对待是不合适的.煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源;基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响;目标是取得最佳的经济效益和社会效益.根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采技术主要包括以下内容:1)水资源保护－形成“保水开采”技术;2)土地与建筑物保护－形成离层注浆、充填与条带开采技术;3)瓦斯抽放－形成“煤与瓦斯共采”技术;4)煤层巷道支护技术与减少歼石排放技术;5)地下气化技术.这些内容构成的绿色开采技术体系简要表达如图1所示。
岩层移动与关键层理论研究
岩层移动与关键层理论研究作者：徐学军严宏亮来源：《中国科技博览》2016年第19期[摘要]煤层开采后必然引起采场周围岩层向采空区内移动，进而形成大范围的岩层变形、破裂及矿山压力显现，进而可影响到采场、支架、底板岩体、采场矿压、岩层移动、形成地表沉陷等灾害。
对岩体直至地表的全部岩体的运动起控制作用的坚硬岩层称为关键层，而坚硬厚关键层在采场围岩变形和岩层破坏中起主要控制的作用。
因此，了解关键层和正确判定关键层才能减少岩层移动对采场的影响。
[关键词]岩层运动；关键层；矿山压力；中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0265-01一、关键层与复合关键层理论采场围岩在变形、破坏和运动过程中，由于成岩时间、矿物成分和地质构造的不同岩层中各层厚度及力学特性等方面存在不同程度的差别，而其中一些较坚硬厚岩层在采场围岩变形和破坏中起主要控制的作用，它们以某种力学结构支承上覆岩体的压力，而它们破断后形成的如砌体梁等结构形式，直接影响着开采过程中的矿压显现和岩层移动[1]。
单一关键层结构指回采工作面上覆岩层仅有一层坚硬厚岩层，其厚度和强度较大，距离煤层较近，对顶板的来压步距、强度有较大影响。
该层硬岩层为覆岩中唯一关键层，即为主关键层。
该主关键层的破断失稳对工作面矿压显与地表沉陷都有直接的显著影响，尤其是对工作面矿压会造成严重的影响。
多层关键层结构是指开采煤层上覆岩层有多层关键层，分亚关键层和主关键层，对于采深较大，上覆岩层较厚的煤层，覆岩关键层结构一般为多层关键层结构。
关键层判别方法[3]，关键层判别方法主要分为以下3个步骤进行。
第一步，由下往上确定覆岩中的坚硬岩层位置。
此处的坚硬岩层非一般意义上的坚硬岩层，它是指那些在变形中挠度小于其下部岩层，而不与其下部岩层协调变形的岩层。
假设第1层岩层为坚硬岩层，其上直至第m层岩层与之协调变形，而第m+1层岩层不与之协调变形，则第m+1层岩层是第2层坚硬岩层。
矿山压力与岩层控制(第6章 采场岩层移动与控制关键层)
煤矿绿色开采的内涵
• 煤矿绿色开采及绿色开采技术,在基本概念 上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、 瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资 源。
基本出发点：从开采的角度防止或尽可能减 轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响； 目标：取得最佳的经济效益、环境效益和社 会效益。
煤矿绿色开采的特点之一
• 从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤 炭、地下水、煤层内所涵的瓦斯、土地、 煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该 是经营这个矿区的开发对象，都应该被加 以利用。
从而形成采场覆岩移动的“横三区”与“竖三 带”。
沿走向剖面，测点先向采空区方向移动，然后 又转向工作面推进方向移动，最后基本恢复到 原来位置。
图6－9
开采后上覆岩层沿走向方向 水平与垂直移动轨迹图
沿倾向剖面，测点基本上沿着与层面成垂 直的方向向下移动。
图6－10 观测点在沿煤层倾斜剖面上的移动
1.采动覆岩移动破坏的分带
大量的观测表明,采用全部垮落法管理采空 区情况下，根据采空区覆岩破坏程度,可以分为 “三带”，即: 冒落带 “两带”或“导水裂隙 裂隙带 带” 弯曲下沉带（整体移动带）
2.覆岩内部岩体移动特征
图6－8
上覆岩层移动实测曲线
根据岩层移动特点，将上覆岩层沿工作面推进方向划 分三个区：即 A－煤壁支撑影响区；B－离层区；C－ 重新压实区。
第二节
岩层控制的关键层理论
一、关键层的概念
• 采场老顶岩层“砌体梁”结构模型是针对
开采过程中的矿山压力控制而提出来的。 • 1996年，在采场老顶岩层“砌体梁”理论 基础上，钱鸣高院士提出了岩层控制的关 键层理论。 • 关键层理论提出目的：研究开采层状矿体 中厚硬岩层对岩层中节理裂隙的分布、对 瓦斯抽放、对突水防治以及对开采沉陷控 制等的影响。因此它是绿色采矿的基础理 论之一。
采动岩体的关键层理论研究新进展_缪协兴
层移动裂隙与边界线的描述 ; 3) 地表沉陷与采场
推进关系的力学描述等等 .
判别某一岩层为关键层 ,必须同时满足其刚度
条件和强度条件 . 假设覆岩中共有 m 层岩层 ,且从
下至上第 1层岩层为关键层 ,则其刚度条件为
q1|n+ 1 < q1|n ( n < m ) ,
( 1)
n- 1
∑ E1h
3 1
合效应的平均影响为
L m = k lm ,
( 6)
式中 k 为修正系数 ,算例中 k= 1. 35.
当既考虑采高影响 ,又考虑复合效应时 ,实际
采场来压步距的修正公式可表示为
L m = k lm - k1 ( b - b0 ) .
( 7)
需要说明的是 ,传统采场来压步距估算主要以
梁理论为基础 ,分析简单直观 . 而关键层理论则要
2 6 中国矿业大学学报 第 29卷
强度条件为
ln+ 1 > l1 ,
( 3)
式中: l 1 , ln+ 1分别为第 1层和第 n+ 1层岩层的断裂 长度 .
在式 ( 1)和式 ( 3)均成立的前提下 ,就可判别出 关键层 1所能控制的岩层数或岩层高度 .当 n= m , 则关键层 1为主关键层 ,控制全部岩层的活动 ; 当 n < m ,则关键层 1为亚关键层 ,仅控制 n 层岩层的活 动.
关键层破断垮落的非连续变形曲线即为砌体
梁结构下沉位移形态曲线 ,文献 [ 9 ]给出了砌体梁 结构下沉位移形态 y ( x )的拟合曲线表达式 ,即
y (x ) = -
W
1-
ex p -
x 2l
,
( 8)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键层2破断距/m 110 90 80 70 65 60 55
关键层判别软件与实例
二、关键层运动对开采沉陷的影响
覆岩移动的动态过程
关键层对地表下沉的控制作用
实验及实测研究结果都证明，主关键层 对地表移动过程起控制作用，主关键层 的破断将导致地表快速下沉，地表下沉 速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃 性变化。
Ⅱ1022工作面
N1 Nw2 1w2w3 w5
Ⅱ1022机巷 -618
N5 切眼
W10
W13 W14
Ⅲ20
N10
Ⅲ23
N11
Ⅲ24
工作面地质采矿条件
工作面
面 长 /m
煤厚 /m
平均采 深/m
表土厚 度/m
基岩厚 度/m
采动充 分程度
n
1022面 140 2.5 310 240 70 0.38 Ⅱ1022面 220 2.5 611 240 371 0.36
Remark
Slicing thichness 3m Primary key stratum Slicing thichness 2m Subordinate key stratum Slicing thichness 2m
Coal seam Floor
V/mm·m－1
400
350
300
250
200
23.3 6.0
the subsidence velocity curve of
the primary key stratum and the
corresponding surface
Survey
line C
Survey line D
N0
N1
地面测线Ⅰ
地面测点35联巷
定向轮
1#平衡锤 35联巷
2#平衡锤
Ⅱ1022 面
0.210
下沉 系数q
0.732
0.08
倾斜I /mm/m
9.86
0.88
曲率 K
/mm/m2 0.100
0.013
水平 水平变 位移 形ε U /m /mm/m 0.410 4.05
0.094 0.36
浅部与深部开采地表移动变形最大值的数值模拟结果
面长
采深 150 300m m 采深
Survey line C
The primary key stratum
Survey line D
Survey line D
Survey line C
the observation scheme about rock strata movement and surface subsidence of face 70310 in YangQuan Colliery 1st
150
100
50
0 0
-50
50 100
150
200
44m－68m 68m-72m(the initial breakage ) 81m-108m 108m-112m(the 1st periodic breakage ) 124m-148m 148m-152m(the 2nd periodic breakage )
800m 采深 450 300m m 采深 800m
下沉 量
W /m
倾斜 I /mm/m
曲率 K
/mm/m
2
-0.140 -0.989 0.024
-0.137 -0.337 0.008
-2.735 -20.217 0.654
-2.46 -8.530 0.177
水平 位移 U /m
0.039
0.032
initial 100 X(m)
0
-100 -80 -60 -40 -20
0
20
40
60
-100
Key Strata
-200
Surface Soil
-300 W(cm)
90m from cut
0 -0.5 0
505m 140m
采宽500m
采出宽度 /m
300 600 900 1200 1500 1800 2100
流体运移研究统一的基础。
关键层判别方法
关键层的刚度和强度判别条件
n1
n
n
s
Eihi3 ihi < Eihi3 ihi
i 1
i 1
i 1
i 1
l 1＜ l n+1
式中 n<s<m hi —第i岩层厚度 γi —第i岩层体积力 Ei —第i岩层弹性模量
采场覆岩一般力学模型
X(m) 250 300 350 400 450
the surface subsidence velocity curve in the numerical simulation
V(mm·m-1) 600
450
The 1st break of PKS
300
150
0
-100 -80
-60
-40
-20
breakage of PKS breakage of PKS breakage of PKS
PKS SKS
75°
71°74°
64° 72° 65°
Fig.6 the variety of surface movement boundary respond to the break process of PKS (subsidence boundary 10mm)
2-3 关键层运动对岩层移动与破坏的影响
一、岩层控制关键层理论的基本原理 二、关键层运动对开采沉陷的影响 三、关键层运动对采动裂隙分布的的影响
一、关键层理论的基本原理
传统研究（三个方面）
● 采场矿压——老顶结构模型（力学模型） ● 岩层内部移动——三带论（统计加模型） ● 地表沉陷——数理统计 ● 关键层理论思想——将采动覆岩作为统一的研究整体；
Plain-stress model : Geometry similar ratio :
5m×3m×0.3m 1:50
Surface Soil PKS
Surface Soil PKS
Before the break of PKS
After the break of PKS
V(mm·m-1)
150
-262
23
s13
22 20 19
18
17
16
15 1s41213
切眼
12 11 10
9
21
8
7
6
5
4 32
s11
1022工作面
s10
-305
1 基2 基1
s5
(a) 1022工作面
(b) Ⅱ1022工作面
-550
Ⅲ10
Ⅱ1022风巷
Ⅰ35
Ⅰ30
Ⅰ25 交1
Ⅰ20
Ⅰ17 Ⅰ16
s1
交2
Ⅲ13 Ⅲ15
关键层复合破断
q
关键层2
软岩2
关键层1 软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模型
关键层2
软岩2 关键层1
软岩1 煤层 底板
载荷对关键层复合破断影响的数值模拟结果
载荷大小/MPa
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
关键层1破断距/m 75 75 75 70 65 60 55
-2.5
关键层2破断后 关键层3破断后
-3 下沉 /m 8 水平变形 mm/m
1000 1200 采出宽度 /m
采深300m 采深800m
6 采深300m
采深800m 4
2
采出宽度 /m 0
0
200
400
600
800
1000 1200
30
29
1022风巷
Ⅲ1
1022Ⅲ机2 巷
Ⅲ5
28
27
26
25
24
n=D/H
D是采宽 H是采深
工作面地质采矿条件
工作面
面 长 /m
煤厚 /m
平均采 深/m
表土厚 度/m
基岩厚 度/m
采动充 分程度
n
1022面 140 2.5 310 240 70 Ⅱ1022面 220 2.5 611 240 371
实测地表移动变形最大值
0.38 0.36
工作面
下沉量 W /m
1022面 1.830
130m
S0 地面测线Ⅱ
180m
钢丝3绳0联巷
N5
N10
S5 测点Ⅱ
S18岩移孔
N15 30联巷
S10
运顺 S15 测点Ⅰ
25联巷 S20
回顺
25联巷
31401综采面 1-2煤层
71m 27m
N20 N22
-200
800 700
下沉速度 mm/d
600
180m处测点Ⅰ
500
130m处测点Ⅱ
400
孔口地面
-1
-1.5
-2 -2.5
采深300m 采深800m
-3 下沉 /m
浅部与深部开采地表下沉盆地范围对比
采深增加意味： 覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变
表土层
关键层3
关键层2
关键层1 煤层
20°
0 -100 -400 -600
-1000
表土层
关键层4
关键层3 关键层2 关键层1
7煤层
+36
中砂岩 41.7m
Table 1 the characteristics and mechanics parameters of strata in the numerical model