采动覆岩离层及其分布规律.pdfVIP

第16 卷第1期 山 东 矿 业 学 院 学 报 Vol. 16 1 1997 年3 月 JOURNAL OF SHANDONG MINING INST ITUTE M ar. 1997 采动覆岩离层及其分布规律 ( 地科系) 本文针对覆岩注浆减缓矿山开采沉陷问题, 从理论 探讨了采场 覆岩层内部产生离层 的力学条件, 离层分布规律及离层空间体积的计算方法。 采动覆岩; 离层条件; 分布规律 TD3 5 1 地下开采引起岩层与地表移动和变形, 导致地表塌陷和地表建筑物损坏, 这是矿 地下开 采所引起的严重的环境破坏问题之一。特别在高潜水位矿区, 开采后形成的塌陷盆地大面积 的积水, 农田无法耕种, 村庄被迫搬迁, 由此而引发了一系列环境、经济、社会问题。为了保护 矿区环境, 合理地开采煤炭资源, 有效地减少开采土地塌陷, 我国打破了国际上几十年来的传 统减缓开采沉陷的方法, 提出了 离层高压注浆减缓地表沉陷新技术, 并在抚顺、大屯、兖州等 矿区进行了工业性试验, 取得了明显的减沉效果见文献1、、3。 覆岩注浆开采是采用地面钻孔, 用外来材料充填采空区上覆岩层内部离层空间, 减缓地下 开采空间体积在地表的传播影响, 从而减缓开采沉陷量。由此可见, 该项新技术的应用前提条 件是: 煤层开采后上覆岩层内部能形成封闭式的离层空间。因此, 研究采动覆岩内部的离层条 件和分布规律, 对指导应用覆岩注浆减缓开采沉陷有着重要的理论和实际意义。 位于采动覆岩内部尚未发生断裂式破坏的岩层, 在重力作用下发生垂直弯曲移动( 挠曲) , 岩层会沿层面发生剪切作用, 使相邻岩层沿层面发生分层。当相邻二岩层的岩性不同时, 二岩 层的垂直移动不协调, 则二岩层将沿层面垂直方向发生分离。当岩层有移动空间时, 即在相邻 二岩层的层面间形成离层空间。综合分析, 可得采动覆岩内部产生高层的必要条件分别为: ( 1) 岩层非断裂式破坏条件 收稿日期: 1996 06 17 0 山 东 矿 业 学 院 学 报 第 16 卷 覆岩注浆所要求的离层空间是封闭式的, 相邻上下二层位的岩层都保持其整体连续移动, 未受到断裂式破坏, 这样形成的离层空间才能用于注浆, 其力学条件为: max 0 ( 1) max 系) 0 式中 、 : 岩层的计算最大应力 max m ax 0 、0: 岩层的最大允许应力 ( ) 岩层沿层面发生分层的力学条件 在剪切作用下, 岩层将沿层面反生分层, 其力学条件为: tg + C ( ) 式中、: 层面上的剪应力与法向应力 、C : 层面间的摩擦角与粘聚力 ( 3) 岩层结构力学条件 相邻二岩层结构力学条件为上硬 下软, 即: f ( 上) f ( 下) ( 3) 式中f ( 上) 、f ( 下) ; 分别为上、下层位岩层的普氏硬度系数 ( 4) 岩层垂直移动力学条件 相邻二岩层的垂直移动力学条件为: 上层位岩层挠度小于下层位岩层挠度, 即 W ( 下) W ( 上) ( 4