近浅埋煤层覆岩破坏规律
浅埋采空区大采高条件下覆岩破坏规律
126． com
第5 期
中国地质灾害与防治学报
·93 ·
Keywords： shallow buried goaf； long distance； large mining height； overburden rock failure； fracture evolution
浅埋采空区大采高条件下覆江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018； 2. 河南财经政法大学 BIM 技术与
智慧建造河南省工程实验室，河南 郑州 450046）
摘要： 浅埋采空区下远距离煤层开采覆岩破坏直接影响本煤层工作面安全开采和上覆采空区稳定性。针对神东矿区大 柳塔煤矿开采实际，采用相似模拟试验、数值计算和现场实测方法研究了 2 － 2 煤采空区下伏的 5 － 2 煤层开采覆岩运动及 裂隙发育规律。研究结果表明，大柳塔煤矿 5 － 2 煤层一次采全高开采，覆岩裂隙带贯穿层间岩层导通 2 － 2 煤采空区，层间
strata will induce the large-scale collapse of the overburden strata，and the strong strata pressure appearing in the working face will aggravate the structural instability of the surrounding rock and surface subsidence of the
overburden goaf． Field measurements also show that the failure height of overburden is 137. 32 m and the fracturing-mining ratio is 20. 2 in 5 －2 seam of Daliuta coal mine，which is consistent with the simulation results． These results can provide theoretical basis for safe mining of No． 5 －2 coal seam at Daliuta coal mine．
浅埋近距离双厚煤层开采覆岩裂隙发育规律
浅埋近距离双厚煤层开采覆岩裂隙发育规律潘瑞凯;曹树刚;李勇;李国栋【摘要】针对中国神东矿区浅埋近距离双厚煤层开采的工程实际,建立三维物理相似模型、PFC2D数值模型和理论模型,对双厚煤层开采后的覆岩裂隙发育规律进行研究.综合研究表明:上煤层开采后,裂隙带发育高度约为55.5 ～60.3 m,而下煤层推进约60 m,层间关键层初次断裂,引起上、下采空区连通,并在主关键层断裂以后形成的裂隙直达地表,高度约为146.5～153 m;采动空隙场呈“双拱”形态,并结合关键层理论,将覆岩划分为不规则空隙带和周期性空隙带,以及拱间优势空隙带和拱下微空隙带;提出了近距离双煤层开采综合采厚的计算方法,结合修正的综放开采裂隙带发育高度预计公式,可进行近距离双厚煤层裂隙带发育高度计算.研究成果揭示了浅埋双厚煤层开采后地表-上采区-下采区的漏风机制,并根据采动空隙场分布特点提出了堵风治燃的工程对策,可为类似矿井的防灭火提供借鉴.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)008【总页数】8页(P2261-2268)【关键词】浅埋煤层;地表漏风;裂隙带高度;采空区自燃【作者】潘瑞凯;曹树刚;李勇;李国栋【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030;河北工程大学矿业与测绘工程学院,河北邯郸056038【正文语种】中文【中图分类】TD752;TD325我国神东矿区煤层埋深约100～300 m，属于浅埋煤层，且煤层层数多，厚度大，层间距离近[1]。
当前，部分煤矿的上煤层已经采完，正进行下煤层回采，属于浅埋近距离双厚煤层开采。
上、下煤层开采后，两层煤开采形成的采动应力场及覆岩裂隙场相互叠加，增加了采空区煤炭自燃等灾害的治理难度。
近距离煤层开采顶板裂隙发育规律
近距离煤层开采顶板裂隙发育规律赵鑫（神木汇森凉水井矿业有限责任公司，陕西神木719300）摘要：针对陕北榆神矿区浅埋煤层群重复采动诱发顶板岩层裂隙孕育，致使下位煤层工作面裂隙发育贯通上位煤层采空区，从而导致工作面突水致灾的问题。
采用数值模拟的方法，以431303回采工作面为背景，研究近距离煤层开采顶板裂隙发育规律。
研究表明：随着煤层开采，采空区中部上方岩层裂隙经历了从无到有再到无的孕育过程，且总存在顶板横向裂隙较纵向裂隙更为发育；在下位煤层开采过程中，岩层裂隙整体上呈现出不断扩张的趋势，在采空区中部上方顶板处，裂隙随着采动不断经历着“张开-闭合-张开”的演变过程，而且裂隙发育的位置也在不断地发生转移。
关键词：榆神矿区；近距离煤层群；裂隙发育；数值模拟作者简介：赵鑫（1991-），男，陕西西安人，研究方向：中厚煤层开采。
近距离煤层群在我国各个矿区普遍存在，而对该类煤层开采，采动裂隙不仅是作为矿井涌水的主要通道而且也是瓦斯运移、聚集的主要场所。
对于近距离煤层而言，上位煤层开采后的采空区极有可能产生老空水，当下位煤层开采时，如若裂隙与上位采空区贯通，便会给下位煤层工作面开采带来严重的突水灾害；同样，矿井瓦斯会在采空区聚集，随着采动裂隙的发育会使工作面瓦斯超标，甚至出现瓦斯事故。
因此，对覆岩采动裂隙发育的研究具有重要意义。
学者们在此方面也做出了众多的研究成果，钱鸣高院士等经过多年的研究，建立了“三区”“三带”的理论体系，其中就对覆岩破坏运动规律、裂隙发育规律给出了大量系统性成果。
针对陕北矿区浅埋煤层群开采覆岩破坏和裂隙发育的研究，李淑军等综合运用数值模拟（FLAC3D ）、理论分析与模拟实验相互对比验证的手段，对浅埋近距离煤层群开采“两带”高度进行预计；潘瑞凯也对神东矿区浅埋近距离煤层开采利用三维相似模拟、数值模拟（PFC）和理论分析的方法研究覆岩裂隙发育规律；余明高等通过对浅埋近距离煤层群重复采动覆岩裂隙发育的研究，深入探究重复采动地表漏风对采空区煤层自燃的影响。
浅埋综采工作面覆岩裂隙发育及漏风规律研究
第53卷第3期煤炭工程COAL ENGINEERING Vol.53 ,No.3doi：10.11799/ce202103024浅埋综采工作面覆岩裂隙发育及漏风规律研究张杰、张建辰、刘清洲h2,周府伟3，陈诚1(1.西安科技大学能源学院，陕西西安71_;2.陕西郭家河煤业有限公司，陕西宝鸡721500;3.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西西安71_)摘要：浅埋煤层煤炭开采过程中，上覆岩层发生全厚切落产生垂直裂隙，使工作面、采空区 出现漏风现象，威胁矿井的生产安全。
为了分析该类地质条件煤层开采上覆岩层裂隙发育及漏风特 征，基于南梁煤矿30100工作面实际地质条件，对30100工作面开采过程中的裂隙发展进行还原，通过物理相似模拟实验对采空区裂隙进行模拟演化，揭示了该类煤层开采过程中覆岩导气裂隙的发 育规律过程，同时进一步采取数值模拟验证，提出了采取封堵防治措施可有效减少工作面漏风，并 确定了封堵的粘滞阻力、距离、施工周期等参数，具有较高的可行性。
关键词：浅埋煤层；覆岩移动；全厚切落；裂隙发育；漏风规律中图分类号：TD325 文献标识码：A文章编号：1671-0959(2021)03-0118-06Crack development and air leakage law of overburdenrock in shallow fully mechanized faceZHANG Jie' , ZHANG Jian-chen', LIU Qing-zhou1'2, ZHOU Fu-wei3, CHEN Cheng1(1. School of Energy Engineering, Xi* an University of Science and Technology, Xi * an 710054, China；2. Shaanxi Guojiahe Coal Industry Corporation，Baoji 721500, China；3. China Coal Xi’an Design Engineering C o.，L td.，Xi’an 710000，China)Abstract：During the mining of shallow coal seams, full-stratum cutting of the overburden produces vertical fissures, and causes air leakage in the working face and goaf, which threatens the mine production. In order to analyze the fracture development and air leakage characteristics of overburden strata in this type of geological conditions, based on the geological conditions of the 30100 working face of Nanliang Coal Mine，the cracks development during the working face mining was restored, and the cracks evolution in the goaf was simulated through physical similar simulation, and the development law and process of gas conduction cracks during mining is revealed, which is verified by numerical simulation. It is pointed out that the sealing measures can effectively reduce the air leakage of the working face, and the parameters such as the viscosity resistance, distance and period of the sealing construction are determined.Keywords：shallow coal seam；movement of overlying strata；full-stratum cut；crack development；air-leakage law我国煤炭储量丰富，埋深不超过150m的煤层称 为浅埋煤层，其中位于陕北神府侏罗纪煤田浅交界 处南梁煤矿是典型的浅埋煤层。
煤层覆岩开采变形破坏规律及防砂煤
科学研究创煤层覆岩开采变形破坏规律及防砂煤柱留设综合分析李文慧（河北工程大学河北邯郸056038）摘要：为解放某煤矿浅层压煤，科学留装煤层安全防护煤桩，通过理论计量与相似材料仿真测试，对厚疏松层超薄基岩浅层采动造成覆岩破坏规律和特点展开研究。
结果显示，覆岩活动和裂缝发育一般受到基本顶核心层把控，开采裂缝表现为“马鞍形”布局，垮落带高程维持在9m左右，防砂煤柱高程要大于13.6m。
现场经过窥视孔测试获得基本顶处在8~13m煤段，冒落带高程大概是6~8m，防砂煤柱高程要大于14m。
结合研究与测试内容，最后把40~60m的安全煤柱换成15m的防砂煤柱，能解放约9.5Mt数量的压煤量，增加矿井服务时间8~10a。
关键词：煤层覆岩破坏规律防砂煤柱仿真模拟中图分类号：TD325文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)07(a)-0013-03某煤矿覆岩勘探与设计采矿时，为保证安全，在全部留下了40~60m防砂煤柱后，出现了14Mt呆滞煤矿，长时间没有得到及时开发使用，极大限制着矿井开采。
伴随矿井进到后续开采，处理煤层开采遇到的溃砂现象，科学留装防砂煤柱，是矿井遇到的首要技术挑战。
本文结合该煤矿基岩风化带性质，在研究64采区地质环境的前提下，采取经验公式计量、相似仿真与现场实测相统一的办法，探究了煤层开采形成覆岩层破坏规律和特点，顺利留装了防砂煤柱，为相似环境下煤矿防砂煤柱留装提供借鉴依据。
1采矿地质环境某煤层64采区覆岩厚度是18~50.8m，新生界疏松覆岩层平均厚度是140m，开采已接近浅层基岩风化带，64采区浅层包含6415作业面，该面为提升上限试采作业面，与基岩风化带间隔最短的地方是25m。
主采6#煤层倾角为5°~15°，均厚是2.86m，赋存整体比较稳固。
2破坏规律开采区煤层覆岩强风化深度是7.57~18.4m，其中，泥岩与粉砂性泥岩、泥质粉砂岩大概占80%，细砂和中砂岩只占10%~20%，且表现为薄层状夹于泥质岩石当中。
10浅埋煤层开采岩层控制
第一节 浅部煤层长壁工作面上覆岩层活动特点
神府、东胜煤田探明储量2236亿t，占全国探明储量的1/3，是
世界七大煤田之一，神东矿区开采区域大部分集中于埋深在 100～150 m以内的浅部，煤层的典型赋存特点是埋深浅、基 岩顶板较薄、表土覆盖层较厚。
综采工作面矿压显现特征
1、初次来压步距27m。主要特征是工作面中部约91m范围顶板
2、周期来压步距9.4～15.0m，平均12m。来压历时较短，支架
平时工作阻力不大，只有来压时才超过额定值，动载明显。
3、顶板破断直接波及地表。初次来压时在对应煤壁的地表出
现了高差约20cm的地堑，表明贯通地表。工周期来压时发生了 类似破断，工作面台阶下沉是顶板基岩沿全厚切落的结果。
第三节 浅埋煤层采场支护 二、合理支护阻力的确定
浅埋煤层工作面周期来压时顶板最危险的状态如图所示，工
作面支架的支护阻力Pm由直接顶岩柱重量和老顶滑落失稳所 传递的压力RD组成。
“短砌体梁”结构的“支架—围岩”关系
第三节 浅埋煤层采场支护
周期来压期间老顶关键块上载荷计算仍然借鉴太沙基岩土压
力计算原理，顶板载荷P1的构成如图所示。
第三节 浅埋煤层采场支护
三、浅埋煤层工作面支护设计基本方法
1、判断关键层。根据顶板赋存情况和力学性质判断关键层位
置和厚度；
2、确定来压步距。未采面可按照初次来压和周期来压步距计
算公式（必要时配合模拟研究）确定来压步距，已采面可实 测确定；
3、确定合理的工作阻力。分别计算初次来压和周期来压的工
近距离煤层开采围岩破坏规律分析
近距离煤层开采围岩破坏规律分析本文以友众煤矿3#煤层赋存条件为工程背景，分析了近距离煤层开采时，上覆岩层未充分垮落、充分垮落两种情况下围岩应力分布规律，并采用滑移线场理论计算了底板损伤深度。
标签：近距离；滑移线场；底板损伤深度近距离煤层上部煤层回采后，因物理空间发生变化导致采空区围岩的应力平衡状态改变，伴随着围岩应力重新分布，上覆岩层产生移动、变形与破坏现象，并且从上往下发展，对下部煤层的开采产生显著影响。
山西寿阳段王集团友众矿主采3#煤层，煤厚1.20-2.65m，平均厚度为2.05m，顶板和底板均为砂质泥岩、泥岩，与下部煤层距离仅12m。
本文以此为工程背景，重点分析3#煤层采场底板损伤程度。
1 上覆岩层未充分垮落围岩应力场分布当冒落矸石未充满采空区时，采空区上覆的岩层与下部采场未贴实，部分悬空，这样未能完全垮落岩石的重量就会在工作面两侧煤柱或者煤体内形成应力集中。
（1）煤柱应力。
煤柱载荷的来源主要有两方面，一方面来自于自身上覆岩层重量（图1中的），另一方面来自于未充分垮落的悬露岩层所施加在煤柱上的重量，分为一侧（图1中的）或者两侧（图1中的）。
则有：①两侧采空煤柱载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱两侧采空，其上总载荷为：式中：—煤柱上的总载荷；—采深；—工作面宽度；—煤柱宽度；—上覆岩层垮落角；—上覆岩层平均容重。
由此可以得到煤柱载荷集度为：②一侧采空煤体载荷。
采空区上覆岩层垮落高度为，煤柱一侧采空，采空侧支承压力影响宽度为，其上总载荷为：则一侧采空煤体载荷集度为：（2）采空区底板应力。
当采空区上覆顶板没有充分垮落时，底板承受载荷则为冒落矸石。
因此采空区底板载荷集度为：2 上覆岩层充分垮落围岩应力场分布工作面推进过后，上覆冒落矸石充填采空区，随着老顶周期性的破断活动，远离工作面的后方采空区矸石被压实，上方未冒落的岩层找到新的支撑面，此种采空区垮落方式为充分垮落。
当采空区顶板充分冒落时，采空区周围围岩载荷集度为：（1）支承压力集度。
近距离煤层开采围岩破坏规律分析
近距离煤层开采围岩破坏规律分析随着煤炭资源的日益枯竭，近距离煤层开采成为了一种常见的煤炭开采方式。
对于近距离煤层开采而言，围岩破坏问题一直备受关注。
近距离煤层开采围岩破坏规律的分析对于确保煤矿生产安全、提高矿山经济效益具有重要意义。
本文将对近距离煤层开采围岩破坏规律进行深入的分析，希望可以为相关研究和生产实践提供一定的参考。
一、围岩破坏形式近距离煤层开采围岩破坏通常表现为岩体松散、离层破碎、断裂变形等现象。
在采煤过程中，围岩会受到巨大的压力和变形作用，从而导致破坏。
围岩的破坏形式主要有以下几种：1. 松散破坏：围岩受力后出现松散状态，失去原有的完整结构，易发生坍塌和变形。
2. 离层破坏：围岩内部产生断裂和异向性破碎，围岩岩体出现裂隙，影响围岩的整体稳定性。
3. 变形破坏：围岩受到巨大的压力和拉力后，产生变形，如岩体弯曲、挤压等现象，使得围岩原有的结构发生破坏。
以上破坏形式在近距离煤层开采中都可能出现，而且它们之间通常是相互影响、相互作用的。
1. 应力场分析在近距离煤层开采过程中，由于采煤压力、岩层变形、矿压等因素的作用，使得煤层周围的围岩受到了复杂的力学作用。
煤层开采的过程中，煤岩和围岩之间的相互作用会导致围岩应力场的变化，形成不同的应力状态。
这些应力状态会直接影响到围岩的破坏和变形。
2. 煤岩和围岩的相互作用3. 围岩内部结构特点围岩的内部结构特点直接影响了围岩的破坏和变形。
在近距离煤层开采中，围岩的结构通常是非均质、非连续的，因此在采煤过程中易发生断裂和破坏。
岩体的裂隙、孔隙等结构特点也会对围岩的稳定性产生一定的影响。
1. 煤层开采对围岩的影响2. 围岩破坏的演化规律围岩破坏通常是一个动态演化的过程，破坏的程度会随着采煤的进行而不断加剧。
在初期阶段，围岩主要是受到了一定程度的应力和变形作用，但随着采煤的推进，围岩的破坏会逐渐扩大和加剧。
3. 围岩破坏的控制策略为了减轻围岩的破坏，需要对围岩的破坏规律进行深入分析，制定合理的控制策略。
神东矿区浅埋煤层开采覆岩移动与裂隙分布特征
工作面和补连塔 32201 工作面为模拟原型，分析了 浅埋煤层长壁开采覆岩采动裂隙在水平面方向、垂 直面工作面走向及倾向的动态演变特征，可为保水 开采方案的选择、防灭火技术的应用、抽放瓦斯的 钻孔布置及地表植物的选择提供可靠依据。
为此，本文采用物理模拟和数值模拟两种方 法，以神东矿区典型的煤层赋存条件为主要研究对 象，选取大柳塔矿 12305 工作面、上湾煤矿的 51201
收稿日期：2010-01-11
基金资助：新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-05-0480)；国家自然科学基金项目（50904063）；煤炭资源与安全开采国家重点实验室自主研究课题
第 40 卷 第 1 期 2011 年 1 月
中国矿业大学学报 Journal of China University of Mining & Technology
Vol.40 No.1 Jan.2011
神东矿区浅埋煤层开采覆岩移动与裂隙分布特征1
范钢伟，张东升，马立强
（ 中国矿业大学 矿业工程学院 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221008）
动影响而降低的水位仍可恢复；文献[4]通过物理模 拟分析了坚硬岩层在水平面上垮落特征，并用于指 导放顶煤开采的可行性；文献[5-7]则对比分析了地 表深陷和采动裂隙对土壤质量和植物生长的影响。 但上述文献对采动裂隙在覆岩中动态分布特征都 没有论证。虽然在浅埋煤层的矿压控制方面有不少 研究成果[8,9]，但对浅埋煤层采动裂隙的时空演变 规律还没有系统性的阐述，而岩层控制关键层理论 [10]为这一问题的研究提供了新的指导，认为，关键 层运动对离层产生、发展的时空分布起控制作用， 覆岩离层一般出现在关键层下。
《浅埋近距离煤层覆岩结构失稳致灾机理及颗粒流分析》
《浅埋近距离煤层覆岩结构失稳致灾机理及颗粒流分析》一、引言随着煤炭资源的不断开采，浅埋近距离煤层的开采安全问题日益突出。
其中，覆岩结构失稳是导致煤矿灾害的重要原因之一。
为了深入探讨其致灾机理及分析方法，本文将从失稳致灾的机理、颗粒流模拟等方面展开研究。
二、浅埋近距离煤层覆岩结构特点浅埋近距离煤层指煤层埋藏深度较浅，煤层间距较小的一种煤层地质条件。
其覆岩结构主要由上覆岩层、煤层及其底板岩层组成。
由于地质构造、岩性、采矿方法等多种因素的影响，覆岩结构具有复杂多变的特性。
三、覆岩结构失稳致灾机理覆岩结构失稳是指在上覆岩层的重力、地下水的压力、采矿活动等因素的作用下，覆岩结构发生破坏、失稳的现象。
其致灾机理主要包括以下几个方面：1. 应力重新分布：采矿活动导致应力场发生变化，使得覆岩结构中的应力重新分布，当应力超过岩层的承载能力时，便会导致岩层失稳。
2. 地下水作用：地下水的存在会降低岩层的强度和稳定性，增加岩层失稳的风险。
3. 采矿方法与强度：不合理的采矿方法和过高的开采强度会加剧覆岩结构的失稳。
4. 地质构造与岩性：地质构造复杂、岩性差异大的地区，覆岩结构失稳的风险较高。
四、颗粒流模拟分析颗粒流是一种常用的地质工程数值模拟方法，可以有效地模拟和分析覆岩结构的失稳过程。
通过建立颗粒流模型，可以直观地观察到覆岩结构的应力分布、位移变化以及失稳过程。
具体步骤如下：1. 建立模型：根据实际地质条件，建立颗粒流模型，包括煤层、上覆岩层、底板岩层等。
2. 设置参数：根据实际地质资料和试验数据，设置颗粒的物理参数、接触参数等。
3. 模拟过程：通过设定边界条件、施加载荷等，模拟覆岩结构的应力分布和位移变化。
4. 结果分析：根据模拟结果，分析覆岩结构的失稳过程、失稳模式以及影响因素。
五、结论通过对浅埋近距离煤层覆岩结构失稳致灾机理及颗粒流分析的研究，我们可以得出以下结论：1. 覆岩结构失稳是导致煤矿灾害的重要原因之一，其致灾机理包括应力重新分布、地下水作用、采矿方法与强度以及地质构造与岩性等因素。
8.8m超大采高综采工作面覆岩活动规律研究
第52卷第12期煤炭工程C O A L E N G I N E E R I N G Vol. 52，No. 12doi：10.11799/ce2020120138.8m超大采高综釆工作面覆岩活动规律研究杨俊哲(国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司，陕西神木719315)摘要：为了掌握浅埋深8.8m以上特厚煤层一次采全高开采覆岩活动规律，以上湾煤矿8.8m 超大采高综采工作面为研究对象。
利用理论计算，相似模拟以及数值模拟等方法，通过顶板位移深基点观测、微震监测、矿压监测等多种手段，将远场覆岩活动与近场矿压显现相结合，对8.8m超大采高综采工作面采场覆岩运移规律和顶板结构形式进行研究。
推演得出浅埋深8. 8m超大采出空间下覆岩垮落的结构模型，揭示了工作面远场顶板断裂与垮落时空演化规律，分析了8.8m超大采高综采工作面矿压机理及支架与围岩的力学关系，为类似条件下特厚煤层综采工作面支架选型及安全高效开采提供理论及技术指导。
关键词：浅埋煤层；超大采高；覆岩结构模型；上覆岩层；矿压显现规律；支架-围岩关系；微震监测中图分类号：TD325 文献标识码：A文章编号：167卜0959(2020) 12-0055-06Overburden activity law of 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working faceY A N G J u n-z h e(C H N Energy Shendong Coal Group, S h e n m u 719315, China)Abstract ：In order to grasp the overburden activity law of full-seam mining in shallow-buried extra—thick coal s e a m thicker than8. 8m,based o n the engineering background of 8. 8m super -high fully m e chanized mining face in S h a n g w a n Coal M i n e,theoretical calculation,similar simulation and numerical simulation are carried o u t,a n d through observation of roof displacement at d eep base point, microseismic monitoring, monitoring of ore pressure a n d other m e a n s,the far-field overburden activity is analyzed combining with near-field m i n e pressure behaviors, the law of overburden migration a n d roof structure is studied for the8. 8m super high cutting fully m echanized mining face. Structure mo d e l of the overlying strata caving is obtained for the shallow-buried 8. 8m s uper-high m i n e d out space, the space-time evolution law of far field roof fracturing a n d caving is revealed, the m i n e pressure m e c h a n i s m of the 8. 8m super-high-cutting fully-mechanized working face a n d the mechanical relationship between the support a n d surrounding rock are analyzed. T h e study can provide theoretical a n d technical guidance for the support selection,a n d safe a n d efficient mining in ultra-thick s e a m fully m e chanized mining face under similar conditions.K e y w o r d s：shallow d e p t h；supper - high - cutting；structure m o d e l of overlying strata；overlying strata；m i n e pressure behavior；relationship b e tween support a n d surrounding rock我国煤炭在一次能源消费中的比例达60%以上[1]。
浅埋采场覆岩裂隙带分布及变化规律研究
浅 埋采场覆岩裂隙 带 分布及变化 规律研究
； 一
关键词 ： 裂 隙带 ； 规律 ； 研 究
中 图分 类 号 ： Ｆ ４ ０ ３ ． ７ ； Ｔ Ｄ ３ ２ ５ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ３— ０ ２ ０ ０— ０ ３
１ ． 探 测地 点及 测站 布置
探测 地 点选择 在 高 家梁 煤 矿 ２ ０ ３ ０ ７工 作 面皮 带 巷 与 辅助 运输 巷之 间 的 四联巷 内 ， 如图 １ 所示 。
图 １ 测 站 布 置 平 面 图
定长度 的不漏水孔段作为确定裂隙带顶界 的依据 ， 因 此， 确定 ２ ０ ３ ０ ７工 作 面 四联 巷 内钻 孔 实 际 最 大 控 制 高 度不 低 于为 ５ ０ ｍ。 （ ｃ ） 在 测 站 设 置 ３个 钻 孔 ， 分 别为 １ ＃ 、 ２ ＃ 和３ ＃ 钻 孔， 如 图 ３所 示 ， 其中 １ ＃ 钻孑 Ｌ 为采 前 孔 ， 一般 在 工作 面 煤 壁距 离测 站 大 约 ７ ０ ｒ ｎ或 更 远 时 进 行 测试 ， 目的是 了 解采 前工作 面 顶板 裂隙及 破裂 分 布 情况 ； ２ 祥 和３ ＃ 钻 孔 为采 后孔 ， 一般 在 工 作 面煤 壁 推 过 测 站 大 约 ７ ０ ｍ 或 更 远 时进行 测试 ， 目的 是 了解 采后 工作 面 顶 板 裂 隙 及 破 裂分 布情 况 ； 钻 孔特 征表 如表 １ 所示 。
２ ００
间的 四联巷 处 ， 距２ ０ １ ０ ７工 作 面停采 线 约 ２ ０ ０ ｍ， 在 此布 置测站 ， 能 够 保 证 该 测 站 处 上 覆 岩层 不受 ２ ０ １ ０ ７工 作 面 开采 影 响 ， 确定 单 一煤层 开采 时采 场覆 岩破 坏分 布 。 （ １ ） 采前 孔 （ １ ＃ 钻孔 ） 双 端堵水 器探 测结 果 １ ＃ 钻孔倾 角 ６ ０ 。 ， 孔深 ｌ Ｏ Ｏ ｍ， 安 装 双端 堵 水 器进 行 现 场测 试 ， 测 试结 果 如图 ４所 示 。
《浅埋近距离煤层覆岩结构失稳致灾机理及颗粒流分析》
《浅埋近距离煤层覆岩结构失稳致灾机理及颗粒流分析》篇一一、引言随着煤炭资源的不断开采，浅埋近距离煤层的开采安全问题日益突出。
其中，覆岩结构失稳是导致煤矿灾害的重要原因之一。
为了深入理解其致灾机理，本文将通过理论分析、现场观测及颗粒流模拟等方法，对浅埋近距离煤层覆岩结构失稳的机理进行探讨，以期为煤矿安全生产提供理论支持。
二、浅埋近距离煤层覆岩结构特点浅埋近距离煤层指煤层埋藏浅、煤层间距小的煤层群。
其覆岩结构具有以下特点：1. 岩层薄：煤层上覆岩层厚度较小，导致岩层稳定性较差。
2. 地质构造复杂：煤层地质构造复杂，存在断层、褶皱等构造，增加了覆岩结构的复杂性。
3. 采动影响显著：采煤活动对覆岩结构产生显著影响，易导致覆岩结构失稳。
三、覆岩结构失稳致灾机理覆岩结构失稳致灾的机理主要包括以下几个方面：1. 应力重新分布：采煤活动导致应力重新分布，使覆岩结构承受的应力增大，超过其承载能力，导致结构失稳。
2. 岩层移动：覆岩结构失稳过程中，岩层发生移动、变形，可能导致顶板冒落、底板鼓起等灾害。
3. 瓦斯涌出：覆岩结构失稳可能导致瓦斯通道的形成，使瓦斯涌出量增大，增加瓦斯灾害的风险。
四、颗粒流分析方法颗粒流分析是一种离散元数值模拟方法，适用于模拟岩体、土体等散体材料的力学行为。
在分析浅埋近距离煤层覆岩结构失稳过程中，颗粒流分析方法如下：1. 建立模型：根据实际地质条件，建立包含煤层、直接顶板、老顶板等层次的颗粒流模型。
2. 设定参数：根据岩石力学性质，设定颗粒的物理参数、接触参数等。
3. 模拟开采：通过模拟采煤活动，观察颗粒的移动、变形等情况，分析覆岩结构的稳定性。
五、颗粒流分析结果及讨论通过颗粒流分析，可以得到以下结论：1. 采煤活动导致应力重新分布，使覆岩结构承受的应力增大。
当应力超过岩体的承载能力时，岩体发生破坏，导致覆岩结构失稳。
2. 覆岩结构失稳过程中，岩层发生移动、变形，可能导致顶板冒落、底板鼓起等灾害。
综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
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综采工作面覆岩移动和破坏规律研究
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大同煤业集团有限责任公司 煤峪口矿 山西 大同 ")>"$#
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近距离煤层开采围岩破坏规律分析
近距离煤层开采围岩破坏规律分析随着能源需求的不断增加，煤层开采已成为社会的必需，而近距离煤层开采具有效率高，成本低等优势。
但是，由于近距离煤层开采过程中，煤层围岩不断受到破坏，如何合理掌握煤层围岩的破坏规律，对于确保煤层采矿的安全和高效具有重要意义。
近距离煤层开采主要采用硬岩隧道掘进等工法，其原理是对煤层进行切割，通过对煤层切割压实的地层进行力学控制，实现对煤层的开采。
然而，这种开采方法在其过程中会受到许多自然因素的影响，如地质构造、地下水、浅埋层控制等，这些因素会导致围岩出现不同程度的形变、破裂和塌落。
首先，煤层切割过程中对煤层周围地层施加的直接力和封闭应力会导致围岩形变和破坏。
在煤层开采过程中，围岩的应力状态是复杂多变的，通常是三向应力，而煤层的物理力学性质又是不均匀的，这导致了围岩的应力状态会表现出明显的非线性特征。
因此，煤层围岩在遭受开采压力后，会出现压缩、弯曲、拉伸等形变现象，进而加剧围岩的破坏。
其次，煤层开采过程中，地下水位的变化也会对围岩产生一定的影响。
在开采过程中，煤层中的地下水流动和分布变化，由于煤层非均匀性，导致地下水压力产生了明显的梯度和差异，进而对围岩产生一定程度的破坏。
具体表现为围岩的开裂、表面破碎、塌落等。
最后，低地应力控制下的破坏是围岩破坏规律的重要表现形式之一。
在近距离煤层开采中，地层深度浅，应力状态为低地应力，且围岩物性相对较弱，因此在受到开采压力的作用下，往往会表现出裂纹扩展、破坏扩散、塌方崩塌等低地应力控制下的破坏特性。
综上所述，近距离煤层开采过程中，所采用的开采技术对煤层周围地层产生了明显的力学和水文动力学效应，导致围岩出现多种形式的破坏，并且这些破坏特征还会相互影响。
因此，对围岩破坏规律的全面分析，将有助于工程师们制定合理的围岩支护方案，从而确保煤层开采的安全和高效。
沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律
第41卷第1期西安科技大学学报2021年1月JOURNAL OF XT AN UNIVERSIVY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.41No.1 Jng22221车晓阳，侯恩科,孙学阳，等2勾谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律7].西安科技大学学报,2021,41(1):14 -111，1362CHE Xiaoyang,HOU Ende,SUN Xueyano,et ai.Research on overUurUex Ureaping characteris/cs and yuond cuch formation mecha-opm of shallow coal seam under the gully[J].Joornai of Xi'an University O Science and TecOnology,7071,41(1):104-111,136.沟谷区浅埋煤层覆岩破坏特征及地面裂缝发育规律车晓阳17,侯恩科17,孙学阳17,姜钰泉17,谢晓深17,从通1b,刘博17(1.西安科技大学地质与环境学院，陕西西安710054；.西安科技大学陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室，陕西西安710054中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710054)摘要：沟谷区浅埋煤层开采覆岩损害特征不仅受覆岩结构影响，同时受地形地貌特征影响。
为进一步研究浅埋煤层过沟开采时覆岩运动及损害机理，以陕北浅埋煤层区某矿12712工作面为研究对象，通过建立物理相似材料模型，利用人工测量、变形监测、数据分析等方法，研究沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏规律及地表裂缝形成机理。
结果表明：煤层覆岩沉降值曲线在垂向上具有向下继承性，顶板周期性垮落后沉降曲线呈“U”型，沉降值变化速率大的“U”型两侧区域纵向裂隙发育，周期性垮落体边界与自然平衡拱结构基本吻合，并周期性向前发展;地表裂缝可根据坡向与煤层采动方向的关系分为顺向坡推挤裂缝、逆向坡拉张裂缝和沟底隆起3种类型，不同类型裂缝具有不同的动态发育规律。
浅埋薄基岩煤层开采条件下工作面长度优化研究
第41卷第06期2022年06月Vol.41No.06Jun.2022煤炭技术Coal Technology采矿与井巷工程doi:10.1330l/ki.ct.2022.06.001浅埋薄基岩煤层开采条件下工作面长度优化研究刘闯「，李化敏2,常发展I(1.河南工程学院资源与安全工程学院，郑州451191；2.河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作454003)摘要：为探究浅埋薄基岩煤层开采条件下，工作面长度与覆岩矿压规律之间的关系，以苏家沟煤矿4101综采工作面为研究对象，建立不同工作面长度条件下的数值模拟开采模型。
通过数值模拟、理论分析和现场实测等研究得出：工作面长度在200m以内，煤层顶板覆岩的平衡拱高度随着工作面长度的增加而增高；当工作面长度超过250m,随着工作面长度的增加，平衡拱高度增长幅度相对减弱；工作面长度增加量与所需液压支架工作阻力增大量呈线性正比关系；苏家沟煤矿4101综采工作面最优长度为150-200m0关键词：浅埋深；薄基岩；矿压规律；支架阻力；工作面长度优化中图分类号：TD323文献标志码：A文章编号：1008-8725(2022)06-001-04 Research on Optimization of Working Face Length under Condition of Shallow-buried and Thin Bedrock Coal Seam MiningLIU Chuang1,LI Huamin2,CHANG Fazhan1(1.School of Resource and Safety Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou451191,China;2.School ofEnergy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo454003,China) Abstract:In order to explore the relationship between the length of working face and the regularity of overburden rock pressure under the mining condition of shallow buried thin bedrock coal seam,the 4101fully mechanized mining face of Sujiagou coal mine was taken as the research object,and numerical simulation mining models under different working face length conditions were established.Through numerical simulation,theoretical analysis and field measurement,it is concluded that when the working face length is less than200m,the equilibrium arch height of coal seam roof overburden increases with the increase of working face length.When the length of working face exceeds250m,the increasing range of equilibrium arch height decreases with the increase of working face length.The increase of the working face length is linearly proportional to the increase of the required shield pressure.The optimal length of4101fully mechanized mining face is150to200m.Key words:shallow-buried;thin bedrock;mine pressure regularity;shield pressure;optimization of working face length0引言煤矿采煤工作面长度的增加，已成为矿井高效集中生产的主要技术方向之一，工作面长度增大不仅能提高工作面单产、方便巷道布置、简化生产系统、利于矿井集中生产，而且还能够提高矿井资源采出率。
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Value Engineering1关于浅埋煤层覆岩破坏及运动规律的理论研究1.1围岩变形分带理论根据长期实践观测及理论研究，目前较为普遍认知是根据采场围岩的变形和破坏特征，将采空区上覆围岩分为“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。
1.2关键层理论1.2.1关键层由于回采过程中，煤层上覆岩层受采动影响发生变形、离层等现象，我们把在岩体变形、离层、位移中起主要作用的岩层称为关键层。
关键层的破坏会很大程度导致上覆岩层产生各种变化，甚至直接垮落。
1.2.2关键层位置的判断第一步强度判断:根据关键层的定义与变形特征，假设第一层为第一关键层，它的控制范围达第n 层，则第n+1层成为第二关键层必然满足：q n+1＜q n （1）式中：q n+1，q n 分别为计算到第n+1层与n 层时，第一层关键层所受载荷。
第二步破断距判断：按照是式（1）的原则，由下往上逐层判别，直至确定出最上一层可能成为关键层的硬岩层位置，设覆岩共有k 层硬岩层满足式（1）要求。
这些硬岩层还必须满足强度条件，即满足下层硬岩层的破断距小于上层硬岩层的破断距，l j ＜l j+1（j=1，2，…，k ）（2）式中：l j 为第j 层的破断距：k 为由式（1）计算确定的硬岩层层数。
若第j 层的硬岩层不满足式（2），则应将第j+1层硬岩层所控制的全部岩层载荷作用到第k 层上，重新计算第k 层硬岩层破断距后再继续判别。
2枣泉煤矿概况及矿压规律研究2.1地形地貌枣泉煤矿位于灵武矿区之内。
矿区位于鄂尔多斯高原西南之一隅，多为低丘台地地貌景观，个别为低山地貌，位于走向呈南北的两山之间，东侧为四耳山，山势南高北低，主峰杨家窑位于南部，标高+1652.1m ，北部标高+1500m 左右。
井田内广布有相对高差为20m 左右的沙丘，由南向北渐低。
南部碱水梁标高+1390m ，北部标高+1330m ；井田内最高点为+1435m 左右，最低点为+1300m 左右（东部边界处）。
地形总体比较简单。
2.2地质构造枣泉煤矿地处鄂尔多斯台缘褶带东侧中段，马家滩台陷中的磁萌断褶带北部。
按地质力学观点，本区处于祁吕贺山字型构造的脊柱中段部位，故构造线方向均以南北向或近南北向为主。
自北往南，构造趋向复杂，多数褶皱因受后期断层切割破坏，加剧了构造的复杂程度，矿区地质构造主要为褶皱和断层，根据地质勘查结论，矿区内主要断层有3条。
2.3水文地质概况井田内井、泉稀少，水量受降水季节影响，水质差，矿化度高，矿区内主要沟谷有西天河、碎石井沟和倒江沟。
2.4岩石工程地质特征井田内基岩褶皱平缓，断裂稀少，节理裂隙不发育，多为块状结构、岩石成岩程度低，极易风化，属半坚硬岩石。
基岩之上覆盖着10m 左右的松散风积沙层，随风迁移流动，未胶结成岩，是建筑基础开挖清除层。
井田岩石工程地质属第三类二型，即工程地质条件中等的层状岩类型。
2.5煤层顶底板特征各煤层顶底板主要为炭质泥岩、砂质泥岩及粉砂岩。
其中2#煤顶板以2～4m 厚的炭质泥岩为主，次之为砂质泥岩，局部为粉砂岩。
底板以厚3m 左右的粉砂岩、砂质泥岩为主，泥岩次之。
2.6首采工作面概况及矿压观测2.6.1工作面概况枣泉煤矿2#煤层首采110201工作面走向长2950m ，倾向长310.5m ，所采煤层埋深在113~215m ，厚度为7.16～9.28m ，平均8.15m ，倾角5°～30°。
首采———————————————————————作者简介：李学军（1972-），男，宁夏中卫人，神华宁夏煤业集团公司安监局，研究方向为煤矿安全管理。
近浅埋煤层覆岩破坏规律研究Research of Near Shallow Buried Coal Seam Overburden Destructive Rules李学军LI Xue-jun（神华宁夏煤业集团安监局，银川751400）（Shenhua Ningxia Coal Industry Group Safety Supervision Bureau ，Yinchuan 751400，China ）摘要：在国外煤矿开采中，自十九世纪初就开始对采场顶板岩层移动影响直至地表的移动理论进行初步研究。
我国从上世纪90年代起也开始了“浅埋煤层岩层控制研究”，随着岩层控制方面研究的不断深入，产生了关键层理论。
关键层理论是采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究有机结合的纽带，在学术界和工程应用界得到了广泛的关注，尤其为浅埋煤层研究奠定了坚实的岩层控制理论基础。
Abstract:It has made preliminary study on stope roof strata movement affecting until surface movement theory since early19th century in foreign coal mining,and our country also started the "research of shallow buried coal seam strata control"from the 1990s.With the deepening of studying strata control,the key strata theory is emerged.The key strata theory is the link of the organic combination of research on mining pressure,strata movement and surface subsidence,which has been gotten extensive attention in academia and the engineering application circles,especially laid a solid strata control theory foundation for shallow buried coal seam research.关键词：浅埋煤层；矿压观测；关键层Key words:shallow buried coal seam ；mine pressure observation ；key strata中图分类号：TD82文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）33-0087-02·87·价值工程面于2010年3月10日开始回采。
根据2煤开采条件，煤层为特厚煤层，首采区平均厚度8.15m，设计采用走向长壁大采高一次采全高综采开采，采高为6.0m。
2.6.2矿压观测方法及数据整理①观测方法。
工作面支架编号由上风巷向下机巷从小到大依次编号1#~210#。
工作面采用远红外智能监测系统，设5处观测站对顶板压力进行矿压观测。
②数据整理。
2010年3月10号开始初采。
对2010年3月23号至2010年4月30号工作面矿压数据进行了整理，期间工作面推进了224m，观测了280个正规循环。
2.6.3采煤工作面矿压显现规律由公式（3）计算的结果作为区分老顶来压与否的界限。
经过对观测数据计算，绘制出2010年3月23号至2006年4月31号的5个监测站的5#支架、35#支架、65#支架、144#支架和159#支架的支撑力曲线图（见图1）。
p M=p D+σp（3）式中：p M———判定老顶来压的工作阻力：p D———观测期间全部支架阻力平均值：σp———支护阻力均方差。
①初次来压。
2010年3月10日，110201综采工作面进行开采，2010年3月23日工作面从5#支架至上出口处直接顶垮落，垮落声音不明显，垮落速度较快，直接顶垮落的步距为18m。
3月28日，工作面老顶全部垮落，初次来压步距为29m。
②周期来压。
从工作面支架工作阻力曲线图分析，认为距工作面上下区段巷道较近的顶板有明显的周期来压，周期来压步距变化大，步距13.8~33.5m（见图1a）；中间顶板周期来压不明显的，来压步距变化小，步距7.4~24.2m（见图1c）。
③通过矿压显现规律研究分析后，认为枣泉煤矿110201首采工作面开采后上覆岩层破坏运动形成了“三带”。
根据现有的理论经验分别确定“三带”的高度。
④通过矿压规律研究，证明工作面推进过程中，上覆岩层有离层显现出现，覆岩下沉变形不一致，具有关键层破坏运动的特征。
直接顶为第0层，老顶为第1层，依次往上为第1层、第2层、第3层……第11层。
通过理论公式计算最后，认为直接顶的破断距是17.2m。
工作面上覆岩层中存在4个关键层。
3结论本文对神东宁夏煤业集团灵武矿区枣泉煤矿2号煤层首采工作面上覆岩层破断规律进行了研究。
主要有如下结论和认识：3.1枣泉煤矿2号煤层首采工作面上覆基岩层比较厚，松散载荷层比较薄，并且煤层埋深在115~215m。
根据我国对浅埋煤层的研究状况和掌握的现场资料，分析后认为该首采煤层属于近浅埋煤层。
3.2对枣泉煤矿2号煤层首采110201工作面的矿压规律分析后认为：工作面初次来压步距为26m；工作面中间顶板周期来压不明显，来压步距6.4~19.2m；工作面两头顶板有明显的周期来压，周期来压变化大，步距12.8~32.0m。
来压期间的支架工作阻力一般不超过额定工作阻力，支架控制顶板的高度小于6~8倍采高。
3.3根据判断关键层位的公式，确定工作面上覆岩层存在4个关键层，进而从理论上给出了工作面上覆岩层破坏的过程和机理。
参考文献：[1]张书敬.浅埋煤层大采高工作面覆岩结构分析及支护设计[J].煤炭科学技术，2010（10）.[2]范志忠，于雷，于海湧，李春睿.近浅埋煤层大采高综采工作面覆岩活动规律[J].煤矿安全，2012（01）.[3]刘建，李忠华.浅埋煤层覆岩移动变形规律分析[J].中国煤炭，2010（10）.·88·。