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岩体沉积学——用于地下煤炭开采 摘要 从岩土工程来看，岩体的层理是不连续的。就沉积学而言，部分原产地的层理与融合技术结合起来对地下采煤业有很多好处。层理控制着煤系单位强度能否跨越开口。砌体梁理论可以用来解释块状砂岩/砾岩如何越过综板和跨越煤矿巷道需要的顶板厚度。层理也控制应力分布对煤矿巷道的方式。利用各向横向同性弹性性能，层面影响可以很容易得到连续的数字编码。地质学家测量矿井核心需要区分层理到底是岩石的纹理元素还是岩土的不连续性。岩土工程师需要考虑设计自己的层理模型。 关键词：层理 煤矿 不连续性 顶层支撑 1、引言 在澳大利亚地下采矿深度大约在50米到550米之间。在其他国家会更深。许多岩石力学已从民用工程的浅部（隧道）和金属矿（Hoek and Brown,1980）的深浅部开始实施。这些力学原理适用于地下开采，但是不同的重点反映了沉积构造存在的优势——特别是层理。 所有岩体的特性主要是反映了显示的不连续性——节理，剪力和层理。不连续性是由断层或是其它岩石特征或者相对强度较低的拉伸（ISRM,1981）。不连续性决定着岩石块的下落和地下开采的顶层。他们对岩石特性的贡献可以评估，比如，用于分析斜楔和次梁，或是用在岩体分类方案。Fig.1显示不连续性（图中称为节理）占主导地位的岩体分类方案是通过考虑岩石块的大小，节理的条件和方向。给一个例子，在岩体方案中（RMR），岩石强度最多能超过可能实现100分15分。 在煤系，相关的不连续性要比焊接更常见，更有连续性。在很多矿井环境中，地面水平应力大于垂直应力。这些特性，加上通常煤矿的开口宽度大于高度，这使水平面（i.e.bedding）间断比垂直节理更重要。层理的主导作用也导致岩体强烈的各向异性，这限制了岩体分类和工程参数如强度与变形特性之间的一些经验关系。 本文讨论了一些影响较大的煤矿巷口特性，希望这能推动对这些关键缺陷有更好的描述并进一步发展分析工具来评估其影响。本文迫切需要申请实证关系来更进一步开发其它岩石类型。 2、描述层理间断 层理间断可以用估计岩石力学学会（ISRM,1981）制定的标准来描述。需要加以量化的参数有方向，间距，持久性，粗糙度/形状，孔径和填充。在煤系，层理有着典型的非常高的持久储藏（远远大于20米）。粗糙度不同于有粗糙到光滑，平滑的形状将是典型的平面或者起伏。多数情况下，关闭径孔将有很少任何填充。Fig.2给了一个例子，岩土工程摘要日志可用于一个点沙坝地面剖面沉积（Seedsman,1998）。斜层理和交叉层理很少有不连续性，这是作者的经验之谈。 这些间断参数需要用动力学允许的石块落入挖掘地来定义，这也是岩体分类方案Fig.1中提到的输入基本参数。为了以后的工程分析，属性允许测定剪切强度的不连续性。一个不连续性的共同准则是摩尔-库仑定律，其中有2个参数：粘聚力和内摩擦角。根据定义，一个不连续的粘聚力是非常低的，有效值为零。摩擦角（有关晶粒大小）是由裂痕（Barton,1973）形状给定的。由于总体倾向形成层理，有关的不连续的起伏的波痕层理可能有更明显的摩擦角。 本文特别关注的是层理厚度（沉积学），这是类似的层理间距（岩土工程），特别记住岩土工程师关注的是层理表面的子集呈现出裂痕。对于此参数（Table1），岩土工程师和地质学家都有这不同的术语。对于煤矿的应用，ISRM更具有使用价值，但这有局限性，描述间距的运行远远大于6000毫米。比如，大型企业集团发展的高性能网状河系统的间断间距可能超过25米（见下方）。 3、层理定义梁 由于层理的存在，在地下开采时，地面特性与梁的特性有关，层理裂痕决定着梁。据评估，岩体梁的表现为拱梁，并没有弹性梁（Brady and Brown,1985）。砌体梁理论认识存在于垂直节理：这些理解给岩体梁的抗拉强度为零，这否定了使用弹性理论。拱梁的失败有三个原因：垂直剪切沿接头周围应力低，厚度/跨度屈曲比高，或者是压缩破坏。理论上讲，它有一个模拟混凝土理论，最初是开发用于煤矿，现已用于金属矿（Hutchinson and Diederichs）和隧道。 简化的分析工具中，程序中的电子表格不仅能确定失败条件，也能成为中心挠度（Sofianos and Kapensis,1998）。计算能力的缺陷允许另一种途径来分析校准。输入参数的有无侧限抗压强度（UCS），杨氏模量，附加载荷，跨度和厚度。 这个领域中尤为感兴趣的是跨越能力大的集团单位。澳大利亚的纽卡斯尔煤田，煤层上覆盖着薄板或者渠道集团（Boyd et al.,1998）。只要核心筒和岩土工程测井表明裂痕是非常广泛的间隔，核心就是定期恢复。当地质厚度的砾岩超过约30米或50米，壁面厚度宽度超过150米和240米时，长壁工祖的垂直地陷是很低的（200毫米）。Fig3显示了如何分析楔块