鞠金峰等揭示红庆河煤矿覆岩运移5阶段典型特征- 工业快报

鞠金峰等揭示红庆河煤矿覆岩运移5阶段典型特征

产业资讯 / 来源：工业快报 / 作者：工业快报 / 发布时间：2022-03-31

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　　煤炭地下开采将引起上覆岩层的移动、破坏，由此在覆岩中产生应力的重新分布以及导水（气）裂隙的发育，最终导致地表沉降、地下水气泄流、井下矿压显现等系列采损问题的发生。因此，一切采矿问题均源于岩层移动，研究煤层开采过程中上覆岩层由下向上逐步破断发展的运移过程，是科学解决上述采矿系列问题的重要基础。

　　然而，煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题，研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。

　　随着关键层理论的提出，对岩移问题研究的理论依据更为清晰。由于煤系地层属层状赋存岩体，岩层数量多、厚度及岩性变化大，导致不同层位岩层受采动影响呈现的运移规律差异明显；若考虑对每层岩层均开展位移监测，难度必然较大。

　　为此，中国矿业大学鞠金峰副研究员等重点考虑覆岩中的关键层，采用地面钻孔原位监测方法，通过在关键层或厚硬岩层位置布设有限的岩移测点，开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆岩内部移动规律的实测与反演研究，相关研究成果以《关键层运动监测及岩移5阶段规律——以红庆河煤矿为例》为题于近日发表于《煤炭学报》2022年第2期“新锐科学家”专题。

　　研究发现：

　　（1）覆岩由下向上逐步运移发展的过程呈现5阶段典型分区特征，分别为覆岩超前受压变形阶段、逐层向上断裂运移阶段、覆岩整体快速沉降阶段、上位岩层向下压实阶段以及覆岩整体稳沉阶段。

　　（2）依据5阶段岩移特征，拟合形成了覆岩超前运移的“类指数”岩移边界线，对应井上下超前影响范围分别为地表的340ｍ以及煤层的99ｍ；推演得到了关键层逐层向上断裂发展的83°断裂延伸角，对应320ｍ埋深以下关键层发生超前断裂、以上为滞后断裂。同时，对覆岩“横三区”的具体分布进行了划分；沿走向推进剖面，“类指数”岩移边界线与关键层断裂线之间的区域为超前变形区（煤壁支撑区），对应于岩移阶段1；关键层断裂线之后、直至井上下分别滞后工作面煤壁410和190 ｍ的区域为离层区，对应于岩移阶段2～4；再后方的采空区为重新压实区，对应于岩移阶段5。

　　（3）覆岩关键层运动表现出对地表沉陷的显著控制作用，随着其逐层向上断裂运移，地表沉陷活跃度不断攀升，在主关键层结束其正向回转并开始反向回转时，地表沉陷开始进入峰值状态，且这种峰值的持续对应于覆岩整体的快速沉降；当上位岩层逐步压实下位岩层时，地表沉陷活跃度开始降低；直至主关键层运移稳定，地表沉陷活跃期结束、开始进入衰退期；表明地表沉陷盆地的最终形态直接受控于主关键层的运移状态。

　　最后，研究人员指出，采动覆岩的内部移动十分复杂，受地质赋存条件与开采参数影响，不同矿区采动岩移规律必然不同。本研究是在前人已有研究基础上开展的一些探索和尝试，其监测结果仅能反映红庆河煤矿及周边类似开采条件下的岩移特征，不一定能反映覆岩运移的普适规律。因此，后续将结合不同开采条件开展更为深入的研究。