关键层运动监测及岩移五阶段规律研究——以红庆河煤矿为例

作     者：鞠金峰 许家林 刘阳军 马祥 王晓振 王业征 刘乐 谢建林 赵富强 

作者机构：中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室 内蒙古伊泰集团有限公司 中国矿业大学矿业工程学院 国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902104) 国家自然科学基金资助项目(51874175) 

主　　题：岩层移动 钻孔原位监测 关键层 分区运移 岩移边界 地表沉降 

摘      要：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。基于岩层控制的关键层理论，采用地面钻孔原位监测方法，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。结果表明，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。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410m和190m的区域为离层区，对应于岩移阶段2～阶段4；再后方的采空区为重新压实区，对应于岩移阶段5。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。研究结果可为红庆河及其周边类似条件矿井的岩层控制、灾害防治等科学采煤实践与研究提供参考。