地下煤层开采引起的岩层运动是一系列安全和环境问题的根源,研究采动岩层运动规律是安全、高效、绿色开采的重要基础。通过对岩层运动过程的研究,揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应及其对岩层运动规律的影响机制。研究表明:采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程。受关键层结构控制,上覆岩层由下向上成组破断运动,关键层破断前,阻断了上覆载荷向下方岩层的传递,导致其因卸荷而产生膨胀,包括碎胀与弹性膨胀。随着关键层破断高度增加,覆岩卸荷高度同步增大,因卸荷而膨胀的岩层总厚度不断增大;同时,卸荷煤岩也受到已破断关键层载荷的压实作用,从而造成覆岩卸荷膨胀总量的不断变化。这种覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度动态变化的现象被定义为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。相关研究内容可参考采场上覆岩层运动结构演变分析。
进而,建立了其理论模型,并通过淮北海孜煤矿巨厚火成岩下采煤覆岩裂隙实测进行了验证。结果表明,采动覆岩卸荷膨胀累积效应对采动岩层运动规律产生了重要影响,例如影响覆岩关键层下离层量,影响覆岩关键层贯通破断的高度,以及不同开采条件下的地表下沉系数等。对此,相关的研究可以进一步参考采动覆岩破坏演化特征模型实验与分析,了解更多实验和分析的细节。
采动覆岩卸荷膨胀累积效应改变了对离层存在形式的传统认识,该效应的存在导致关键层下最大离层量一般小于采高的10%,覆岩可注浆充填空间。更多关于覆岩结构变化及影响因素的研究,可以在采动覆岩移动变形预计中找到相关内容的详细讨论。
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