长壁工作面采动覆岩层理开裂机理及侧向裂隙发育规律

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. z2; pp. 527 - 541
• Main Authors: 余伊河, 马立强, 张东升, 苏发强, 王文
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454003%中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州 221116%河南理工大学 能源科学与工程学院,河南 焦作 454003 01.12.2023; 河南理工大学 能源科学与工程学院,河南 焦作 454003
• Subjects: 侧向裂隙; 剪切错动; lateral fracture; tension separation; 覆岩下沉; 弹性地基梁; elastic foundation beam; overlying strata subsidence; 张拉离层; shear dislocation
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1307

TD32; 长壁开采煤层覆岩下沉变形过程中,岩层内部形成弯曲应力,并可能沿抗拉和抗剪强度较小的层理开裂形成侧向导水通道.针对相邻采空区积水侧向渗漏引起的工作面突水问题,研究了长壁开采覆岩层理开裂机理,分析了侧向裂隙发育规律.首先基于Winkler弹性地基梁理论建立采动覆岩弯曲下沉挠度方程,考虑煤柱和采空区上覆岩层不同支承压力与破坏程度确定对应的上覆载荷和地基系数,给出各层位岩层的下沉、转角、弯矩和剪力曲线计算公式.在此基础上,将采动覆岩层理裂隙分为张拉离层裂隙和剪切错动裂隙,并根据岩层非同步弯曲下沉特征与组合梁理论计算岩层内部弯曲应力分布情况,提出了张拉离层裂隙和剪切错动裂隙发育判断依据,给出了覆岩任意层理面上侧向裂隙发育位置、长度和隙宽等参数的计算方法.最后以凌志达煤矿 15102 工作面工程地质条件为依据,计算了上覆各岩层的挠度曲线和弯曲应力分布,分析了采动覆岩层理裂隙发育规律.结果表明,15102 工作面在区段煤柱上方发育有超过 50m 的剪切错动裂隙,超过了15101 和15102 工作面之间区段煤柱最大宽度;采空区边界上覆岩层中剪切错动裂隙和张拉离层裂隙共同发育;采空区中部上覆岩层中主要为张拉离层裂隙.采用钻孔窥视法探测了 15101 工作面采动侧向裂隙发育情况,对比验证了理论计算结果.根据研究结果确定沿层理发育的侧向裂隙是15101 采空区积水侧向渗漏的主要导水通道.据此针对15102 回采巷道制定超前钻孔注浆和滞后钻孔注浆措施,以及15101 采空区积水疏排措施,从而有效减少了15102 工作面回采巷道顶板淋水量,保证了巷道正常掘进和工作面安全开采.