[发明专利]特厚急倾斜煤层仰式反斜开采岩层控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特厚急倾斜煤层仰式反斜开采岩层控制方法，特别适用于煤层厚度大于50m且煤层倾角大于45°的特厚急倾斜煤层的开采，以控制采空区岩层垮落和顶板一侧的地表沉陷。

背景技术

开采沉陷势必造成地表建筑物的损害。建筑物的损害程度取决于地表移动的范围和移动变形程度、变形的拉压性质，还与建筑物自身的结构、质量、地基状况有关。地下采煤对地表的影响主要有垂直方向的移动和变形(下沉、倾斜、曲率)与水平方向的移动和变形(水平移动、拉伸和压缩)等。不同性质的地表移动和变形，对建筑物与构筑物的影响也不相同，大致可分以下几种情况。

1、地表下沉的影响

一般来说，当建筑物所处地表出现均匀下沉时，建筑物和构筑物中不会产生附加应力，因而对建筑物本身不会产生破坏，但是主要管路的坡度会发生变化，四周的防水坡也可能造成损坏。特别是由于地表下沉使潜水位相对上升，造成建筑物长期积水或过度潮湿时，就会影响建筑的强度，以致影响建筑物的使用。

2、地表倾斜的影响

地表倾斜后，建筑物随之歪斜，重心偏移，影响其稳定性，而且承重结构内部将产生附加应力，基础的承压也会发生变化。特别是基础底面积小而高度大的建筑物，如水塔、烟囱、高压线铁塔等，对于由地表倾斜带来的影响比较敏感，必须进行强度和稳定性的核算。另外，熔铁炉、炼焦炉、水泥窑、锅炉房、成排房屋等对地表倾斜也是比较敏感的，也必须检验地表倾斜变形对它们工艺流程和技术安全的影响，以便保证其正常使用。

3、地表曲率的影响

由于曲率的出现，使地表产生凸起或凹陷的曲面，建筑物的基础底面出现悬空状态，如果建筑物强度和刚度较小，或因地基坚实，建筑物基础不能压入地基，则房屋将出现裂缝，以致遭到破坏。房屋受到地表正曲率影响而产生的破坏，主要有上宽下窄的竖向裂缝(窗台墙、门窗过梁、墙身中部及墙身联络处)和倒八字形裂缝(墙脚、门窗附近的墙体等)。有时也会出现屋架或梁端从墙体内或砖柱内抽出现象。房屋受负曲率影响而产生的破坏，主要有正八字形裂缝(门窗附近的墙体)和水平裂缝(门窗洞口上下水平处)。此外，也可能出现墙皮脱落，门窗变形，墙体局部挤碎，屋面中部起鼓等现象。建筑物愈长愈高时，受地表曲率的影响愈严重。

4、地表水平变形的影响

地表水平变形对建筑物的影响较大。地表的水平变形通过建筑物的底面和侧面，使建筑物受到附加的拉伸和压缩应力。由于一般建筑物抵抗拉伸变形的能力小，在较小的拉伸变形作用下，建筑物的薄弱部位(如门窗附近)就会出现裂缝。建筑物抗压强度较抗拉强度大，地表压缩变形较小时，建筑物一般不出现破坏现象。但是，如果地表压缩变形较大，则可能使建筑物的墙体受到挤压而破坏。

特厚急倾斜煤层是指倾角大于45°，煤层厚度大于50m的煤层。特厚急倾斜煤层通常采用的水平分层开采方法，通过实际观测和模拟实验，这种对特厚急倾斜煤层采用水平分层开采方式有如下特点：

(1)对地面破坏程度明显严重，地表非连续变形程度剧烈，范围大，容易在煤层露头处及其附近形成塌陷坑或台阶裂缝，且地表发育的塌陷坑和裂缝台阶基本与水平开采工作面走向平行。

(2)开采地表下沉盆地偏向顶板一侧，呈非对称分布，顶板一侧沉陷范围大于底板一侧；顶板一侧的水平移动最大值大于底板一侧；倾斜与水平移动分布相似，但底板一侧的倾斜最大值比顶板一侧大；移动盆地两边拉伸变形区，中间为压缩变形区，顶板方向拉伸区范围比底板方向大，最大拉伸值比底板方向大；顶板边界角、移动角偏小。

(3)与急倾斜薄及中厚煤层开采相比，特厚急倾斜煤层水平分层开采地表最大下沉点偏离采空区中心的幅度相对较小，最大下沉值主要取决于开采垂高而非煤厚。下沉盆地顶板一侧外边缘下沉曲线收敛快，水平移动曲线收敛慢，顶板侧外边缘以拉伸破坏为主；顶板边界角和移动角接近。

(4)顶板一侧水平移动的范围大于下沉范围(移动盆地边缘下沉为0的位置，水平移动不为0)，顶板水平移动边界角比顶板下沉边界角小2～3°；顶板一侧按临界水平变形确定的移动角比按临界倾斜变形确定的移动角小3～5°。

结合实际现场地表沉陷情况，采用相似材料模拟实验手段，通过对实验结果的研究分析，发现特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层与地表移动的特点和规律为：

(1)特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层及地表移动阶段性明显，实验过程中的浅部开采阶段和深部开采阶段覆岩破坏特征、围岩结构迥异，地表移动规律也显然不同。