采场覆岩层渗流场形成机理及其应用.pdfVIP

2007 2007年5月 西安石油大学学报(自然科学版) May Science Vd．22No．sl ofXi’an Edition) 第22卷第s1期 Journal ShiyouUniversity(Natural 文章编号：1673-064X(2007)s1．0022-03 采场覆岩层渗流场形成机理及其应用 李刚1，梁冰2 (1．辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁阜新123000；2．辽宁工程技术大学力学系，辽宁阜新123000) 摘要：通过分析开采过程中采场覆岩变形、跨落及其裂隙发育的整个过程，说明了覆岩体中渗流场 的形成机理，并在此基础上给出了渗流裂隙带的高度确定方法，对煤矿安全、高效生产具有重要意 义． ，． 关键词：采煤场；覆岩；裂隙带；渗流场；机理 中图分类号：’Ⅱ)31 文献标识码：A 煤炭是我国的基础工业，是我国现代化建设和 人民日常生活的重要能源，然而，由于我国特殊、复 1覆岩渗流场形成机理 杂的煤矿水文地质条件，为安全生产带来了隐患，尤 其是矿井瓦斯和矿井水害严重地威胁着人民的生命 1．1相关矿山压力理论 和财产安全．所以，了解采场覆岩的变形、破坏规律， 渗流场形成机理的理论基础缘于矿山压力采动 确定裂隙带发育范围，对确定开采上限、瓦斯抽放和 理论和渗流理论．其中矿山压力理论在此方面的研 究主要是关键层理论和“O”形圈理论．关键层理论 保障煤矿安全生产等具有重要意义【1-2】．文献[3]为 了在采空区顶板实施瓦斯抽放技术获得较高的瓦斯 认为：采场围岩在变形、破坏和运动过程中，由于煤 抽放效果，采用模拟试验和工业性试验的方法，研究 岩层中各层厚度和力学特性等方面存在着不同程度 采场上覆岩层中裂隙特征，寻找采场上覆岩层中裂 的差别，而其中一些较坚硬厚岩层在采场围岩变形 隙位置和顶板瓦斯富集区．现场试验表明，把抽放钻 和破坏中起主要的控制作用，它们以某种力学结构 孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽放，对流 支承上部岩体的压力，而它们破断后形成的结构形 向回采工作面上隅角的瓦斯起到了截流作用，基本 式又直接影响着采动过程中的矿压显现和岩层移 上解决了高瓦斯煤层回采工作面上隅区瓦斯浓度超 动。这种在岩层活动中起主要控制作用的坚硬岩层 限问题；文献[4]对采空区覆岩移动规律进行了相似 即为关键层[5】5．采场覆岩关键层破断失稳前，将以 模拟实验研究；文献[5]运用关键层理论研究了采场 梁的形式产生挠曲下沉变形，随着变形增加，离层加 覆岩结构特征及运动规律．结果表明：垮落带及断裂 大，裂隙逐渐发育，直至关键层破断．煤层开采后上 带高度与覆岩关键层的分布特征密切相关，大采高 覆岩层中出现两类裂隙：一类为离层裂隙(Separated 的垮落带及断裂带高度大于相同煤厚分层开采相应 Fissure)，是由于岩层的不协调下沉在层与层之间出 Fis- 的高度，且随采高增大呈台阶状上升．此研究是大采 现的沿层裂隙；另一类为竖向破断裂隙(Broken 高条件下采场矿压控制、地表塌陷评价的基础．另 sure)，是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙．钱鸣高 外，许多专家、学者在采场覆岩破坏高度实测等方面 院士提出的“O”形圈理论认为：随