采空区冒落带高度影响因素及分布规律分析

个别地段因该层较薄，与下部薄层炭质页岩总厚不 足 2 m，构成伪顶，直接顶为粉砂岩或泥岩。
根据岩石结构、构造、极限抗压强度、裂隙发育 程度和岩芯完整性等因素，定性的将二 1 煤顶板分
研究区地质构造复杂，小煤窑较多，开采情况复 杂，已完成的 38 个孔中，冒落带最厚的为 GY27 孔 厚 24.42 m，最薄的为 ZZ2 孔仅 0.7 m，除去无冒落带
[1] 韩军平，刘三飞，郭英，等.井下巷道掘进时的顶板管理探讨[J].煤 炭技术，2010（4）：66-68.
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Regularities of Caving Zone Heights
LI Hua-qi, LIU Peng-cheng
（Henan Scholo of Engineering and Techniology, Jiaozuo 454000, China）
Abstract:The subsidence stratum is uneven under worked -out section of industrial centralizing programming area in west of Jiaozuo because of mass -coal mining, which even damaged some ground building. This article analysed influencing factors and distribution regularities based on drilling data and practice. Soas to provide scientific basis for synthetical manage and later programming of building in the goaf of industrial centralizing area. Key words:goaf; height of caving zone; influencing factors; distribution regularities
该区域煤层顶板（直接顶）岩性主要有 3 种：粉 胀系数大，能充分填满采空区，从而在很大程度上阻
砂岩，砂质泥岩，泥岩。该区二 1 煤上部为山西组和 止了上覆岩层的进一步垮落，所以冒落高度发展比
下石盒子组的砂泥岩互层，中夹煤线。伪顶为薄层炭 较有限。
质页岩，由于厚度很小，对冒落带高度影响可不予考
虑。直接顶多为砂质泥岩，约占探测区面积的 80％， 3 冒落带的分布
（3）岩石多趋于泥化，裂缝易于弥合，隔水能力
H— ——冒落带的最大高度；
增强.以 ZZ3 钻孔为例，该钻孔位于中站断层中间，
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M— ——累计采厚。
二 1 煤底板 207.12 m，开采煤层从 202.98~207.12 m，
在研究区已完成的 38 个孔中，其中 16 个孔岩 厚 4.14 m，顶板砂质泥岩，煤层底板以上岩芯多被风
因素较大影响的采空区域已经不再合适 （如煤柱或 该孔冒落带厚度远远小于经验公式所计算出来的结
断层附近）。煤层开采厚度是影响冒落带厚度的主要 果 8.28~16.56 m，原因如下:顶板因受到断层影响，岩
因素。
石被风化为泥质，岩性比较软弱，在采场支架回撤
2.2 煤层顶板岩性
或移置后随即冒落，冒落岩块小，杂乱堆积，初始膨
表 1 钻孔冒落带情况
部拉开后，是否发展至冒落，则由其下部允许运动的
钻孔号
开采 厚度
开采 年代
岩芯破碎情况
冒落带 厚度/m
空间高度决定。只有其下部允许运动的空间高度超 过运动岩层的允许沉降值，岩层运动才会由弯曲沉
GY16 3.10 1954 冒落带从 103.00～113.34m，岩芯 10.34 块 径 0.5 ～6cm， 103.00m 岩 芯 破
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煤炭技术
第 30 卷
为三类：粉砂岩、砂质泥岩和泥岩。粉砂岩顶板中常
0 前言
见斜层理和缓波状层理，裂隙多为高角度闭合型，为 坚硬完整岩石类稳定区。砂质泥岩顶板中水平层理
焦作市西部工业集聚规划区地层为典型的华北 发育，常夹泥质条带，为半坚硬岩石类较稳定区，在
含煤地层，山西组二 1 煤和太原组一 5 煤大面积稳定 探测区内极为少见。泥岩顶板由于地下水的长期影 可采，高角度正断层比较发育，含水性极丰富。此次 响，构成软弱岩石类不稳定区。
2 影响冒落带厚度的因素
2.5 断层 由于断层的影响，煤层覆岩一般具有如下特征:
2.1 煤层开采厚度
（1）岩石强度降低，粘结力和内摩擦角变小；塑
根据冒落带厚度计算公式冒落带厚度一般应为 性能力增强，自身承载能力变差；
H=（4-5）M （顶板为砂岩）
（2）亲水能力强，软化系数低；
H=（3-4）M （顶板为砂质泥岩、泥岩）
第 30卷第 8 期 2011 年8 期
附近，煤厚 9.0 m 但开采厚度仅有 1.60 m，在 194.94 ～195.64 m 钻进时掉钻，而 194.94 m 以上岩芯均比 较完整，钻进时水的消耗量也比较小，所以冒落带就 定在该段位，即冒落带厚 0.7 m。 2.4 煤层开采年限
总体来说煤层开采年代越早则顶板岩石塌陷越严 重，冒落带厚度相对也就越大，反之厚度越小。下面是 几个不同开采年代的钻孔的冒落带情况（见表 1）。
降发展至冒落。 岩层剪切破坏的发展过程是：岩层悬露后只产
GY27
碎仍较严重，裂隙非常发育，裂 隙带通达地表。 5.20 1970 冒 落 带 从 101.58 ～126.00m, 岩 芯 24.42
生不大的弯曲，悬露岩层端部开裂→在岩层中部未 开裂（或开裂很小）的情况下，整体切断塌垮，从而形
块 径 0.5 ～5cm， 101.58m 以 上 岩 芯仍非常破碎，裂隙发育， 38.9m 为裂隙带顶。
止，主要确定采空区的残留空洞、顶板垮落、裂隙带 主要分布在冒落带高度最小区，其余为分布最广泛
的实际状况，因此冒落带高度影响因素与冒落带分 的砂质泥岩较稳定区。
布规律为重点研究对象。
2.3 与防水煤柱距离
1 冒落带的形成
距离防水煤柱和保护边界越近，冒落带厚度越 小，最终完全尖灭。如 ZZ2 钻孔因在建筑物保护边界
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单体支柱工作面预防靠近煤壁附近局部冒顶的 推到支架，应采用斜撑、抬棚、木剁等特种支架来增
措施：采用能及时支护悬露顶板的支架，如正悬臂交 加支架的稳定性；严格控制采高，开采厚煤层第一分
错顶梁支架、正倒悬臂错梁直线柱支架等；炮采时， 层要控制采高，使直接顶冒落后破碎膨胀能充满采
炮眼布置及装药量应合理，尽量避免崩倒支架；尽量 空区。这种措施的目的在于堵住冒落大岩块的滑动；
使工作面与煤层的主要节理方向垂直或斜交，避免 采煤工作面初采时不要反采；掘进回风、运输巷时不
煤层片帮。煤层一旦片帮，应掏梁窝超前支护，防止 得破坏复合顶板。挑顶掘进回风巷、运输巷，就破坏
冒顶。
了复合顶的完整性，易造成推垮冒顶事故。要加强矿
综放工作面的局部冒顶，主要是发生在靠近煤 井生产地质工作，加强矿压的预测预报。
壁附近的漏冒型冒顶，其预防措施：支架设计上采用
长侧护板，整体顶梁，内伸缩式前梁，增大支架向煤 4 结束语
壁方向的水平催力，提高支架的初撑力；工艺操作 上，采煤机过后，及时伸出伸缩梁，及时擦顶带压移 架，顶梁的俯视角不超过 7°；当碎顶范围较大时，应 对破碎直接顶注入树脂类粘结剂使其固化，以防止 冒顶。
探测施工自上而下依次钻穿第四系 Q、第三系 N、下
各类顶板岩性分区的稳定性直接反映冒落带高
二叠统 P1（下石盒子组 P1x 和山西组 P1sh）和上石 度的大小。由探测区顶板岩性分布图可知，泥岩不稳
炭统 C3（太原组 C3t），钻至小煤底板下 0.5~1 m 为 定区主要分布在冒落带高度最大区，粉砂岩稳定区
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预防放顶线附近局部冒顶的措施：加强地质及 观察工作，记载大岩块的位置及尺寸；在大岩块范围 内用木剁等加强支护；当大岩块沿工作面方向的长 度超过一次放顶步距时，在大岩块的范围内要延长 控顶距；如果工作面用的是单体金属支柱，在大岩块 范围内要用木架替换金属支架，待大岩块全部都处 在放顶线以外的采空区时，再用绞车回木支柱。 3.2 采煤工作面大面积冒顶的预防措施
成冒落带。 采场上覆岩层运动过程中，根据各岩层运动性
ZZ3
5.5 1990 冒落带从 200.13～206.12m，岩芯 5.99 块径 1～6cm，200.13m 以上岩芯 均较完整。
质的不同可以划分为三部分 （“三带”）: 冒落带、裂 隙带和弯曲带。
GY13
3.80 1991 冒落带从 81.1～85.35m，岩芯块 4.25 径 2～7cm，81.1m 以上岩芯较完 整，局部有裂隙发育。
第 30卷第 8 期 2011 年8 期
煤炭技术
Coal Technology
Vol.30,No.08 August,2011
采空区冒落带高度影响因素及分布规律分析
李华奇，刘鹏程
（河南工程技术学校，河南 焦作 454000）
摘 要:焦作市西部工业集聚规划区由于大量开采煤层造成地层的不均匀沉降，甚至导致局部地面建筑物的损坏。
提高单体支柱的初撑力和刚度，由于使用的木 支柱和摩擦金属支柱初撑力小、刚度差，易导致煤层 复合顶板离层，使采煤工作面支架不稳定，要推广使 用单体液压支柱，提高支架的稳定性。煤层倾角大或 在工作面仰斜推进时，为防止顶板沿倾斜方向滑动
从我国目前情况来看，大部分发生冒顶事故的 问题是管理和工程质量上的问题。如空顶作业，发现 隐患不排除，现场条件发生改变后采取相应的措施 不及时，加上有的工程质量低劣，违章作业等。只要 各方面引起足够重视，掌握顶板活动规律，采取积极 的措施完全能够预防和制止。 参考文献：
文中根据所揭露的钻孔资料和生产实践，综合分析了该区冒落带高度的影响因素和分布规律，从而为工业集聚区
采空区的综合治理及后期建筑规划提供了科学依据
关键词:采空区；冒落带高度；影响因素；分布规律
中图分类号:TD823
文献标识码:A
文章编号:1008-8725（2011）08-0117-03
Analysis of Influencing Factors and Distribution
一般情况下，采区上覆岩层悬露后发展到破坏 有二种运动形式：弯拉破坏和剪切破坏。
弯拉破坏的发展过程是：随采场推进，上覆岩层 悬露→在重力作用下弯曲→岩层悬露达一定跨度， 弯曲沉降发展到一定限度后，在伸入煤壁的端部开 裂→中部开裂形成“假塑性岩梁”→当其沉降值超过 “假塑性岩梁”允许沉降值时，悬露岩层即自行冒落。 岩层运动由弯曲沉降发展至破坏的力学条件是岩层 中的最大弯曲拉应力达到其抗拉强度。悬露岩层中
石抗压强度为 400~600 Kgf/cm2、岩石倾角为 12°左 化为泥质类，吸水性好，易膨胀破碎，从 200.13 m 开
右符合此计算公式，它们均分布在大面积采空区，可 始钻进不返水，且 200.13 m 以上岩芯均较完整，所以
见此公式仅仅适用于大面积采空区，但对于受其它 冒落带就定在 200.13~207.12 m，即冒落带厚 5.99 m。
收稿日期:2010-11-11;修订日期:2011-04-30 作者简介:李华奇（1967-），男，河南镇平人，高级讲师，1989 年毕业于焦作矿业学院地质系水文与工程地质专业，毕业后一直在 河南工程技术学校 （和河南理工大学高等职业学院系同一学校），从事煤矿地质、矿井水文地质的教学和研究工作，Email:li－ huaqidizhi@126.com