放顶煤开采条件下覆岩移动规律试验研究

表2　13—1煤采完覆岩移动稳定后断裂角（单位：度）

图1　采场上覆岩层冒落形态

　　11—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角见表3。从表3中可以看出：

表3　11—2煤采完覆岩移动稳定后断裂角（单位：度）

表4　放顶煤条件下冒裂带高度（单位：m）

图2　冒裂带高度与采厚关系曲线

　　根据回归分析，放顶煤条件下的冒裂带高度与采厚关系可用下式表示：H_1i＝39ln（M）－3±5（m）（M为煤层采厚，单位：m）；例如，采厚8.1m时，裂高H_1i＝79m，这与淮南市煤电公司新集矿的实际观测资料（两个裂高孔观测，采厚6.2—10m，实测最大裂高为83.94m^［5］）的结果是基本一致的。
　　还可以看出：放顶煤条件下的冒裂带高度要比厚煤层分层开采条件下的冒裂带高度大17％左右，而不是线性成倍增长（其最大裂高基本为单分层（3m）裂高44m的2倍）。这个原因可以通过下面定性分析加以说明。
　　例如煤层采厚M，岩层厚度为m_i，从煤层上方第一岩层开始1，2，…n₁为冒落带，碎胀系数为k_m；n₁+1,…n₂为裂隙带，碎胀系数为k₁；n₂+1…为离层或弯曲下沉带。裂隙带最上层n₂+1岩层下方的自由空间高度可表示为H（n₂＋1）。

　　在放顶煤开采条件下，由于一次开采厚度较大使得冒落带的高度也较一般大，如果冒落岩石的碎胀系数k_m一定，将使上述括号内第一项的值较一般大。在裂隙带中岩层断裂时的旋转角也较大，从而使断裂岩块之间形成的缝隙也较大，使裂隙带的岩石膨胀系数k₁较一般为大，上述括号内第二项的值也增大。则使H（n₂+1）的值变小，遏制了冒裂带高度向上发展。
2.3　尖灭硬岩层对下沉曲线的影响
　　厚硬岩层在岩层移动过程中像托板一样起着控制作用^［2］，在实际地质条件下厚硬岩层赋存厚薄不一定均匀，还可能尖灭，尖灭硬岩层（如砂岩）同样在岩层移动过程中起着一定控制作用。如模型1放顶煤开采13—1煤时，在煤层顶板右侧和距煤层60m高处各有一尖灭细砂岩体（见图3），随着工作面推进，该砂岩体出现悬臂梁（或悬臂板）形式，当其内部的附加应力达到临界值时砂岩体断裂破坏；当工作面推进200m时，由于60m处砂岩体还没有完全断裂，托控着上覆岩体，使下沉曲线变的较平缓（见图3“—200m”曲线），而当工作面推进285m时该砂岩体断裂稳定后下沉曲线较陡（见图3“—285m”曲线），还可以看出该曲线在切眼上方有一定下沉，而在停采线上方的下沉很小，这说明下沉曲线的两翼是不对称的，原因是尖灭砂岩体对其上覆岩层有一定的托控作用，从而使下沉曲线的两翼出现不对称性。

图3　13—1煤上方100m处岩层下沉曲线

2.4　顶板岩性对岩层移动的影响
　　模型5、6、7、8的地质采矿条件基本相似，所不同的是模型5为完整顶板；在模型6和模型7的煤层顶板约20m范围内每隔15—20m分别切有“／／”、“＼＼”的裂隙为块裂顶板；模型8顶板在此范围内切的更加破碎为碎裂顶板，意在研究煤层顶板破碎程度对岩层移动的影响。在距13—1煤顶板约100m处的最大下沉值见表5。

表5　模型5、6、7、8的最大下沉值

作者单位：郝延锦　吴立新　沙从术　（中国矿业大学北京校区）
孟召平　胡金星　（郑州煤田职工地质学院