2019巖土工程師工程地質(zhì)知識輔導(dǎo)：煤層開采“三帶”

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煤層開采后頂板形成的“三帶”及各帶的特征

(1)、冒落帶.冒落帶是采用全部垮落方法管理頂板時，采煤工作面放頂后引起的煤層直接頂板的破壞范圍。其特點是頂板巖石在自重作用下，發(fā)生法向彎曲，當巖層內(nèi)拉張應(yīng)力超過巖石強度時，破碎成塊、垮落而形成。而且越是靠近煤層巖石越是破碎、紊亂。冒落巖塊之間的空隙多，連通性強，有利于水、砂和泥土通過。根據(jù)冒落巖塊的破壞和堆積狀況，冒落帶可分為不規(guī)則冒落和規(guī)則冒落兩部分。在不規(guī)則冒落部分內(nèi)，巖層完全失去了原有的層次;在規(guī)則冒落部分內(nèi)，巖層基本上保持原有層次。

冒落帶的高度取決于采出煤層的厚度和巖石的碎脹系數(shù)，通常為采出煤層厚度的3-5倍。煤層愈薄、冒落帶的高度愈小。

其中，m為采出煤層的厚度;K為巖石的碎脹系數(shù);a為煤層傾角。

巖石的碎脹系數(shù)取決于巖石的性質(zhì)，它的值恒大于1，一般為1.10-1.40。通常冒落帶高度h是采出煤層厚度m的4-8倍。

(2)、裂隙帶。位于冒落帶以上。由于冒落帶巖石的碎脹性，頂板巖層冒落到一定高度后，以上的巖層向下變形的空間減小，因此，裂隙帶內(nèi)巖層破壞的特點是：巖層發(fā)生垂直于層面的裂隙或斷開以及巖層順層面離開(稱為離層裂縫)。根據(jù)垂直于層面的裂隙、離層裂縫的不同張開程度以及裂縫的連通性好壞，裂隙帶又可分為嚴重斷裂、一般開裂和微小開裂三個部分。嚴重斷裂部分內(nèi)巖層大都斷開，裂隙的連通性好，漏水嚴重。一般開裂部分內(nèi)的巖層連續(xù)性未斷或很少斷開，裂縫的連通性較強，漏水程度一般。微小開裂部分內(nèi)巖層有裂縫，基本不斷開，裂縫的連通性不好，漏水性較弱。裂隙帶與冒落帶之間也無明顯的界限。

當煤層埋藏深度較小，冒落帶和裂隙帶發(fā)展到地面時，在地面形成大的裂縫，與礦井工作面貫通，可導(dǎo)致地表水體和大氣降水通過裂縫導(dǎo)入礦井，引起礦井涌水量突然增加，造成工作面條件嚴重惡化，甚至發(fā)生透水事故而淹沒整個礦井。還可發(fā)生潰砂現(xiàn)象。

(3)、彎曲帶。裂隙帶以上直至地表的部分。帶內(nèi)巖層不再發(fā)生斷裂，而是在自重及上覆巖層重量作用下，產(chǎn)生法向彎曲變形，并伴隨有沿層面脫開(即離層)和層面剪切變形等現(xiàn)象。帶內(nèi)巖層保持其完整性和層狀結(jié)構(gòu)，移動過程連續(xù)而有規(guī)律，巖層呈平緩的彎曲。如果開采深度大，彎曲帶的高度將大大超過冒落帶和裂隙帶之和，此時，裂隙帶不會達到地表，地表的變形相對比較和緩，在地表最終形成碟形沉陷洼地，其邊緣發(fā)育有與礦井不具連通性的上寬下窄的張性裂縫。

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