Ｓｅｒｉｅｓ Ｎｏ． ３９１ Ｊａｎｕａｒｙꢀ ２００９ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０总０９第年 ３第９１１期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ 深部开采上覆岩层移动的现场监１测分析 １ ， ２ １ １， ３ 王 志 国 ꢀ 周 宏 伟 ꢀ 谢 和 平 ꢀ 左 建 平 （ １． 中 国 矿 业 大 学 （ 北 京 ） ； ２． 河 北 理 工 大 学 ； ３． 四 川 大 学 ） 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 当 前 煤 炭 深 部 开 采 问 题 日 益 突 出 的 现 实 ， 为 了 解 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 规 律 ， 结 合 潘 一 矿 开 采 实 际 ， 通 过 在 １３ － １ 槽 底 板 瓦 斯 抽 排 巷 布 置 上 、 下 钻 孔 ， 采 用 多 点 位 移 计 对 其 上 覆 岩 层 移 动 进 行 了 位 移 监 测 ， 分 析 了 上 覆 岩 层 不 同 深 度 的 位 移 、 岩 层 弱 化 和 破 坏 的 范 围 ， 以 及 “ 三 带 ” 分 布 情 况 。 结 果 表 明 ， 岩 层 沉 降 过 程 可 分 为 ３ 个 阶 段 （ 初 始 期 、 活 跃 期 和 衰 减 期 ） ， 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 ； 并 根 据 沉 降 位 移 和 离 层 情 况 给 出 了 裂 隙 带 与 变 形 带 分 界 线 ， 推 断 岩 层 断 裂 与 关 键 层 的 位 置 。 研 究 结 果 为 合 理 进 行 深 部 开 采 提 供 了 依 据 。 关 键 词 ꢀ 位 移 监 测 ꢀ 深 部 开 采 ꢀ 上 覆 岩 层 ꢀ 移 动 规 律 ꢀ 长 壁 法 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｉｅｌｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｒｏｏｆ Ｓｔｒａｔａ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｍｉｎｉｎｇ １ ， ２ １ １， ３ １ Ｗａｎｇ Ｚｈｉｇｕｏ ꢀ Ｚｈｏｕ Ｈｏｎｇｗｅｉ ꢀ Ｘｉｅ Ｈｅｐｉｎｇ ꢀ Ｚｕｏ Ｊｉａｎｐｉｎｇ （ １． Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ２ Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ３． Ｓｉｃｈｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔꢀ Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｄｅｅｐ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｓｔｒａｔａ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｌａｗ ｉｎ ｄｅｅｐ ｍｉｎｉｎｇ， ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｃａｓｅ ｏｆ Ｐａｎｙｉ Ｍｉｎｅ， ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｓｔｒａｔａ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｏｎｉｔｏｒ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ａｒｒａｎｇｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｆｌｏｏｒ ｏｆ ｇａｓ ｄｒａｉｎａｇｅ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍ Ｎｏ． １３ － １． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｓｔｒａｔａ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ， ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ “ ｔｈｒｅｅ ｚｏｎｅｓ” ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｔｒａｔａ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓ： ｉｎｉｔｉａｌ， ａｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｄｅｃａｙ． Ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｔａ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａ ｇｒｅｅｓ ｗｉｔｈ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｉｓｓｕｒｅ ｚｏｎｅ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂｅｌｔ ｗａｓ ｄｅｃｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔａ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｉｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｓｔｒａｔａ ｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａ ｒａｔｉｏｎａｌ ｄｅｅｐ ｍｉｎｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓꢀ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ， Ｄｅｅｐ ｍｉｎｉｎｇ， Ｒｏｏｆ ｓｔｒａｔａ， Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｌａｗ， Ｌｏｎｇｗａｌｌ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ꢀ ꢀ 随 着 我 国 煤 矿 资 源 开 发 ， 东 部 的 部 分 矿 区 如 开 ２１７１（ １） 工 作 面 地 质 构 造 中 等 复 杂 ， 基 本 为 一 单 斜 构 造 ， 面 内 发 育 ９ 条 正 断 层 ， 其 中 Ｆｅ７ 断 层 落 差 较 大 ， 斜 穿 该 联 合 面 。 上 覆 岩 层 中 新 生 界 土 层 厚 约 为 ２５３ ～ ２７６ ｍ， 二 叠 系 岩 层 厚 约 为 ４５４ ～ ４７２ ｍ。 １１ － ２ 煤 层 的 直 接 顶 为 泥 岩 、 砂 质 泥 岩 及 １１ － ３ 煤 ， 厚 度 平 均 为 ４． ２ ｍ； 老 顶 为 中 细 砂 岩 ， 厚 度 平 均 为 ５． ８ ｍ； 直 接 底 为 泥 岩 、 砂 质 泥 岩 、 炭 质 泥 岩 及 １１ － １ 煤 ， 厚 度 平 均 为 ３． ５ ｍ； 老 底 为 细 砂 岩 ， 厚 度 平 均 为 ７． ０ ｍ。 滦 、 北 票 、 淮 南 、 长 广 、 新 汶 、 徐 州 等 都 相 继 进 入 深 部 开 采 ， 相 应 深 部 开 采 的 问 题 逐 渐 突 出 １４］ 。 在 深 部 开 采 的 条 件 下 ， 煤 层 开 采 后 其 上 覆 岩 层 的 活 动 规 律 是 一 个 值 得 研 究 的 课 题 ， 而 进 行 该 研 究 的 最 直 接 方 式 之 一 就 是 现 场 位 移 监 测 ５７］ 。 本 研 究 结 合 潘 一 矿 ［ ［ ２ １７１（ １） 工 作 面 开 采 ， 对 其 上 覆 岩 层 移 动 进 行 了 位 移 监 测 ， 分 析 了 上 覆 岩 层 不 同 深 度 岩 层 的 位 移 、 岩 层 弱 化 和 破 坏 的 范 围 ， 以 及 “ 三 带 ” 分 布 情 况 。 ２ ꢀ 监 测 仪 器 及 方 法 １ ꢀ 潘 一 矿 ２１７１（ １） 工 作 面 工 程 地 质 概 况 本 次 位 移 监 测 工 作 采 用 ＫＤＷ － １ 型 机 械 式 多 潘 一 矿 １１ － ２ 槽 煤 层 ２１７１（ １） 工 作 面 ， 位 于 潘 一 矿 东 部 １１ 槽 下 山 采 区 。 １１ － ２ 槽 煤 层 倾 角 为 ６°  国 家 自 然 科 学 基 金 （ 编 号 ： ５０４９０２７２ ） ， ９７３ 项 目 （ 编 号 ： ～ ９°， 属 于 近 水 平 煤 层 ， 煤 厚 平 均 为 １． ８ ｍ。 该 工 作 ２ ００２ＣＢ４１２７０７） 。 面 走 向 长 为 １ ７８０ ｍ， 倾 斜 宽 为 ２０６ ｍ， 实 行 综 合 机 械 化 采 煤 ， 工 作 面 推 进 速 度 为 ３． ６ ｍ／ ｄ。 该 区 井 田 地 处 淮 河 冲 积 平 原 ， 地 形 平 坦 ， 平 均 采 深 为 ７４２ ｍ。 王 志 国 （ １９６９— ） ， 男 ， 中 国 矿 业 大 学 （ 北 京 ） 岩 石 力 学 与 分 形 研 究 所 ， 博 士 研 究 生 ， ０６３００９ 河 北 省 唐 山 市 新 华 西 道 ４６ 号 河 北 理 工 大 学 继 续 教 育 学 院 。 · １４５· 总 第 ３９１ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２００９ 年 第 １ 期 点 位 移 计 。 位 移 监 测 工 作 在 １３ － １ 槽 底 板 瓦 斯 抽 排 巷 钻 孔 进 行 ， 底 抽 巷 位 于 距 １１ － ２ 槽 顶 板 约 ４０ 余 ｍ 的 粗 中 砂 岩 中 ， 根 据 量 测 需 要 和 仪 器 要 求 ， 从 底 抽 巷 向 上 、 向 下 打 垂 直 位 移 观 测 钻 孔 共 １２ 个 ， 测 孔 间 距 为 ６ ｍ， 每 个 钻 孔 内 布 置 ８ 个 测 点 （ 依 据 岩 性 ， 分 别 距 孔 口 ２、 ４、 ６、 １０、 １３、 １５、 １９、 ２０ ｍ） ， 详 见 图 １ 深 部 位 移 测 点 布 置 。 线 略 有 回 复 ， 这 是 由 于 折 断 岩 块 反 向 回 转 ， 造 成 近 煤 层 顶 板 岩 层 产 生 上 向 位 移 （ 如 图 ３） 。 ③衰 减 期 。 工 作 面 已 远 离 位 移 监 测 区 ， 在 工 作 面 推 进 到 １５８． １ ｍ 时 位 移 监 测 区 的 位 移 才 趋 于 稳 定 ， 此 后 随 工 作 面 推 进 位 移 监 测 区 岩 层 沉 降 基 本 稳 定 。 距 煤 层 顶 板 高 度 （ ｍ） ： ■ － ４０． ８； ● － ３８． ８； ▲ － ３６． ８；  － ３２． ８； ◆ － ２９． ８；  － ２７． ８；  － ２３． ８； － ２２． ８ ○ 图 １ꢀ 深 部 位 移 测 点 布 置 观 测 时 要 求 首 个 测 孔 超 前 回 采 工 作 面 ５０ ｍ 时 开 始 量 测 ， 回 采 工 作 面 超 过 最 后 一 个 测 孔 时 量 测 结 束 。 测 孔 距 回 采 工 作 面 ５０ ｍ 以 外 时 ， 量 测 频 度 为 ２ 次 ／ 周 ， 在 ５０ ｍ 以 内 时 ， 每 天 观 测 １ 次 。 ３ ꢀ 监 测 结 果 与 分 析 工 作 面 自 ２００５ 年 １０ 月 ２０ 日 开 始 回 采 ， 位 移 监 测 始 于 １１ 月 １１ 日 ， 至 ２００５ 年 １２ 月 ３０ 日 止 ， 共 采 集 位 移 监 测 数 据 １ ９２０ 个 。 ３  １ꢀ 上 覆 岩 层 移 动 规 律 距 煤 层 顶 板 高 度 （ ｍ） ： ■ － ４７． ３； ● － ４９． ３； ▲ － ５１． ３；  － ５５． ３； ◆ － ５８． ３；  － ６０． ３；  － ６４． ３； － ６５． ３ ○ 根 据 现 场 位 移 监 测 结 果 ， 随 着 采 煤 工 作 面 推 进 ， 图 ２ꢀ ６＃ 测 孔 测 点 沉 降 位 移 随 开 采 进 度 变 化 曲 线 采 场 上 覆 岩 层 移 动 规 律 可 通 过 相 对 位 移 曲 线 来 分 析 。 其 中 ６ 号 测 孔 测 点 相 对 最 高 测 点 的 位 移 随 开 采 进 度 的 变 化 曲 线 如 图 ２。 表 １ꢀ 采 动 影 响 显 著 阶 段 沉 降 速 率 ꢀ ꢀ ꢀ ｃｍ／ ｍ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ ＃ 测 孔 编 号 下 向 孔 １ ２ ３ ４ ５ ６ 平 均 ０． ９２ ０． １０ ０． ６６ ０． １７ ０． ６９ ０． ２１ ０． ５６ ０． ３８ － ０． ５６ ０． ３２ ０． ６８ ０． ２３ 分 析 各 测 孔 测 点 沉 降 位 移 曲 线 ， 岩 层 沉 降 位 移 具 有 以 下 规 律 。 上 向 孔 ０． ２４ ꢀ ꢀ 注 ： 沉 降 速 率 指 工 作 面 每 推 进 １ ｍ 上 覆 岩 层 沉 降 位 移 值 。 （ １） 沉 降 位 移 曲 线 总 体 特 征 。 根 据 岩 层 沉 降 位 从 垂 直 方 向 看 ， 近 开 采 煤 层 顶 板 岩 层 沉 降 大 于 上 部 各 岩 层 ， 随 高 度 增 加 ， 呈 递 减 趋 势 ， 沉 降 曲 线 的 斜 率 减 缓 ， 即 越 向 上 越 沉 降 速 率 越 小 ， 由 此 形 成 层 间 离 层 ； 由 沉 降 位 移 曲 线 看 出 ， 在 垂 直 方 向 上 各 测 点 间 均 存 在 大 小 不 同 的 离 层 现 象 ， 根 据 离 层 量 的 大 小 ， 可 将 离 层 量 较 小 的 测 点 所 在 的 岩 层 看 成 同 一 类 岩 层 或 同 步 沉 降 岩 层 ， 从 而 在 垂 直 方 向 上 推 测 出 煤 层 回 采 的 采 动 影 响 范 围 ， 从 相 对 沉 降 位 移 来 看 ， 下 向 孔 １３ ～ ２０ ｍ 测 点 所 在 岩 层 与 其 上 部 岩 层 之 间 离 层 量 较 大 ， 最 大 值 为 １０ ～ １５ ｃｍ。 移 随 工 作 面 推 进 的 变 化 规 律 ， 可 以 将 岩 层 沉 降 过 程 大 致 分 为 ３ 个 阶 段 。 ①初 始 期 。 工 作 面 采 到 测 孔 之 前 ， 即 工 作 面 距 离 测 孔 约 ５０ ～ ０ ｍ 时 ， 临 近 工 作 面 端 的 岩 层 开 始 发 生 沉 降 位 移 ， 此 时 超 前 影 响 较 小 ， 引 起 的 岩 层 沉 降 较 小 ， 位 移 曲 线 基 本 呈 水 平 状 态 。 ②活 跃 期 。 工 作 面 邻 近 或 采 过 测 孔 时 ， 测 孔 邻 近 或 处 于 采 空 区 ， 此 阶 段 采 动 影 响 剧 烈 ， 沉 降 曲 线 突 然 变 陡 ， 岩 层 沉 降 速 率 增 大 ， 下 部 岩 层 沉 降 速 率 大 于 上 部 岩 层 （ 如 表 １） ， 随 工 作 面 推 进 ， 岩 层 沉 降 值 迅 速 增 加 ， 当 工 作 面 推 过 位 移 监 测 区 约 ５０ ｍ 时 ， 采 动 影 响 减 小 ； 在 活 跃 期 末 期 ， 即 工 作 面 通 过 测 孔 约 ２０ ｍ 时 ， 曲 （ ２） 采 动 影 响 范 围 。 根 据 实 测 数 据 ， 可 计 算 上 覆 岩 层 采 动 影 响 范 围 。 对 下 向 孔 ， 工 作 面 超 前 测 孔 · １４６· ꢀ ꢀ ꢀ 王 志 国 等 ： 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 的 现 场 监 测 分 析 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２００９ 年 第 １ 期 的 影 响 距 离 平 均 为 １７ ｍ； 工 作 面 滞 后 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 ４７． ６ ｍ； 采 动 影 响 范 围 平 均 为 ６４． ６ ｍ。 对 上 向 孔 ， 工 作 面 超 前 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 １１ ｍ； 工 作 面 滞 后 测 孔 的 影 响 距 离 平 均 为 ４５． １ ｍ； 采 动 影 响 范 围 平 均 为 ５６ ｍ。 上 向 孔 所 在 岩 层 受 采 动 影 响 沉 降 起 点 滞 后 于 下 向 孔 ， 平 均 滞 后 ６ ｍ； 上 向 孔 采 动 影 响 终 点 超 前 于 下 向 孔 ， 平 均 超 前 ２． ５ ｍ； 上 向 孔 采 动 影 响 范 围 小 于 下 向 孔 ， 平 均 小 ８． ６ ｍ。 平 均 超 前 影 响 角 为 ５３． ３°。 断 造 成 的 上 向 位 移 ， 在 沉 降 曲 线 的 下 拐 点 略 有 偏 离 ， 如 图 ４（ ｂ） 。 此 负 指 数 函 数 曲 线 可 用 下 列 关 系 式 表 示 ｓ ＝ ｓｍ（ １ － ｅ ａＺｂ ） ， （ １） － ｘ 式 中 ， ｓｍ 岩 层 移 动 基 本 稳 定 后 的 位 移 量 ， ｃｍ； ｓｘ 为 以 开 切 眼 位 置 为 原 点 的 开 采 进 度 为 ｘ 时 岩 层 某 点 的 位 移 量 ， ｃｍ； Ｚ ＝ ｘ ／ Ｌ； Ｌ 为 测 点 基 本 稳 定 时 离 工 作 面 的 距 离 ， 可 取 ５０ ～ ６０ ｍ； ａ， ｂ 为 随 着 岩 层 离 煤 层 的 距 离 以 及 岩 性 特 点 的 不 同 而 变 化 的 系 数 。 （ ３） 近 煤 层 顶 板 岩 层 上 向 位 移 的 分 析 。 老 顶 初 步 来 压 后 ， 随 工 作 面 继 续 推 进 ， 近 煤 层 顶 板 的 上 覆 岩 层 形 成 裂 隙 体 梁 ， 而 距 离 煤 层 顶 板 较 高 的 上 覆 岩 层 则 主 要 表 现 为 变 形 沉 降 。 如 图 ３， 工 作 面 推 进 至 距 测 孔 一 定 距 离 时 ， 首 先 在 靠 近 工 作 面 一 侧 下 沉 ， 岩 层 断 裂 为 Ａ、 Ｂ 两 岩 块 ， 工 作 面 通 过 测 点 后 一 段 距 离 ， Ａ 岩 块 回 转 ， 而 Ｂ 岩 块 反 向 回 转 ， Ｂ 岩 块 左 端 下 沉 ， 右 端 发 生 上 向 位 移 。 即 裂 隙 体 梁 的 岩 体 结 构 随 回 采 工 作 面 推 进 不 断 变 化 。 由 于 Ａ 岩 块 的 回 转 ， 必 然 导 致 回 采 工 作 面 顶 板 的 不 断 下 沉 ， 支 架 所 受 的 荷 载 也 随 之 增 加 。 此 间 应 加 强 工 作 面 顶 板 的 管 理 。 图 ４ꢀ 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 变 化 曲 线 及 其 拟 和 曲 线 ■ － 实 测 曲 线 ３  ２ꢀ 岩 层 断 裂 与 关 键 层 识 别 由 不 同 高 度 岩 层 沉 降 位 移 曲 线 可 以 明 显 看 到 ， 在 同 一 开 采 进 度 时 ， 不 同 高 度 的 岩 层 沉 降 位 移 值 是 不 同 的 ， 下 部 岩 层 的 沉 降 位 移 值 高 于 上 部 岩 层 ， 由 于 各 岩 层 沉 降 值 的 不 同 造 成 了 离 层 现 象 的 发 生 ； 而 且 同 一 组 岩 层 由 于 沉 降 变 形 的 不 协 调 ， 造 成 岩 层 的 断 裂 。 当 工 作 面 推 进 到 １０８． ６ ｍ（ 图 ５（ ａ） ） 时 ， 距 煤 层 顶 板 ３６． ８ ｍ 测 点 所 在 岩 层 均 存 在 离 层 量 约 为 １０ ｃｍ 的 离 层 ， 与 上 部 岩 层 离 层 量 较 大 ， 最 大 约 为 １５ ｃｍ； ３８． ８ ｍ、 ４０． ８ ｍ 测 点 所 在 岩 层 则 又 与 其 上 部 岩 层 产 生 离 层 量 约 为 ５ ｃｍ 的 离 层 。 由 离 层 的 状 态 可 见 ， 位 移 监 测 区 岩 层 分 为 ４ 组 ： ２２． ８ ～ ３２． ８ ｍ 测 点 所 在 岩 层 （ ａ 组 岩 层 ） ， ３６． ８ ｍ 测 点 所 在 岩 层 （ ｂ 组 岩 图 ３ꢀ 近 煤 层 顶 板 上 覆 岩 层 移 动 规 律 ４） 上 覆 岩 层 沉 降 位 移 曲 线 特 征 。 分 析 岩 层 随 （ 开 采 进 度 的 移 动 曲 线 ， 从 位 移 曲 线 趋 势 上 可 以 看 出 具 有 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 的 特 点 ， 在 距 离 煤 层 顶 板 近 ４０ ｍ 以 上 岩 层 随 开 采 进 度 的 移 动 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 ， 如 图 ４（ ａ） ； ４０ ｍ 以 下 的 岩 层 移 动 曲 线 也 具 有 负 指 数 函 数 关 系 曲 线 趋 势 ， 由 于 岩 层 折 · １４７· 总 第 ３９１ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２００９ 年 第 １ 期 层 ） ， ３８． ８ ｍ、 ４０． ８ ｍ 测 点 所 在 岩 层 （ ｃ 组 岩 层 ） ， ４７． ｍ 的 位 移 等 值 线 云 图 。 ３ ～ ６５． ３ ｍ 测 点 所 在 岩 层 （ ｄ 组 岩 层 ） 。 此 时 ， ａ 组 岩 （ １） 随 工 作 面 向 前 推 进 ， 沉 降 范 围 逐 渐 向 上 、 向 前 扩 展 。 工 作 面 进 入 位 移 监 测 区 以 及 推 过 该 区 一 段 距 离 内 ， 岩 层 移 动 进 入 活 跃 期 。 在 活 跃 期 ， 如 图 ６ 层 的 最 大 倾 斜 度 为 ２７ ｍｍ／ ｍ， 说 明 ａ 组 岩 层 已 经 折 断 ， 断 裂 约 位 于 １１８ ｍ 附 近 。 （ ａ） ， 距 顶 板 较 近 的 上 覆 岩 层 沉 降 较 大 ， 位 移 等 值 线 分 布 较 密 、 较 为 均 匀 ， 说 明 各 岩 层 相 互 之 间 的 沉 降 位 移 差 较 大 ， 并 且 各 岩 层 沉 降 协 调 。 采 宽 增 加 时 ， 上 覆 岩 层 下 部 的 位 移 等 值 线 变 得 稀 疏 ， 上 部 的 位 移 等 值 线 变 得 密 集 ， 这 说 明 下 部 岩 层 的 离 层 裂 隙 逐 渐 闭 合 ， 上 部 的 位 移 沉 降 差 加 大 ， 即 产 生 离 层 裂 隙 。 （ ２） 由 沉 降 稳 定 后 的 位 移 等 值 线 图 （ 图 ６（ ｂ） ） 可 见 ， 距 离 煤 层 顶 板 ５０ ｍ 左 右 高 度 的 岩 层 沉 降 相 对 下 部 岩 层 已 经 较 小 ， 该 高 度 以 上 岩 层 的 位 移 等 值 线 较 为 稀 疏 ； 根 据 前 面 分 析 ， 该 部 分 岩 层 属 于 ｄ 组 岩 层 ， 主 要 为 变 形 沉 降 ； 并 且 从 现 场 监 测 情 况 看 ， 在 工 作 面 推 过 位 移 监 测 区 后 ， 在 底 板 抽 排 巷 进 行 位 移 监 测 时 ， 下 部 钻 孔 向 内 抽 吸 空 气 ， 说 明 由 于 岩 层 断 裂 形 成 横 向 或 纵 向 裂 隙 ， 钻 孔 与 瓦 斯 抽 排 孔 连 通 ， 底 板 抽 排 巷 两 帮 局 部 片 帮 离 层 ， 顶 板 有 小 块 支 护 层 掉 落 。 由 此 可 初 步 推 断 距 离 煤 层 顶 板 ２２． ８ ～ ５０ ｍ 之 间 岩 层 应 属 于 裂 隙 带 ， 距 离 煤 层 顶 板 ５０ ｍ 左 右 高 度 为 裂 隙 带 的 上 边 界 ， 此 高 度 以 上 为 弯 曲 变 形 带 。 图 ５ꢀ 不 同 工 作 面 推 进 距 离 时 岩 层 沉 降 曲 线 距 煤 层 顶 板 高 度 （ ｍ） ： ■ － ２２． ８； ● － ２３． ８； ▲ － ２７． ８； － ４０． ８；  － ２９． ８； － ４７． ８； ◆ － ３２． ８； － ４９． ３；  － ３６． ８；  － ３８． ８；  ★  ○ － ５１． ３； ＋ － ５５． ３； × － ５８． ３；  － ６０． ３； … － ６４． ３； — － ６５． ３ 当 工 作 面 推 进 到 １３９． ８ ｍ（ 图 ５（ ｂ） ） ， 各 岩 层 均 产 生 较 大 的 沉 降 ， 在 其 中 ｃ 组 岩 层 沉 降 剧 烈 ， 与 ｂ 组 岩 层 的 离 层 减 小 ； ａ、 ｂ 组 岩 层 同 步 沉 降 ， 岩 层 倾 斜 度 进 一 步 加 大 ， ｃ 组 岩 层 沉 降 剧 烈 部 分 倾 斜 度 与 下 面 岩 层 相 同 达 到 ４０ ｍｍ／ ｍ， 说 明 ｃ 组 岩 层 也 已 经 折 断 。 此 时 ｄ 组 岩 层 才 开 始 发 生 伴 随 的 较 大 变 形 沉 降 。 由 以 上 分 析 知 ， ｃ 组 岩 层 在 工 作 面 推 过 后 ， 在 相 当 一 段 时 间 内 ， 其 没 有 断 裂 ， 支 撑 着 上 部 岩 层 ， 同 时 由 现 场 知 ｃ 组 岩 层 岩 性 较 好 ， 主 要 为 粗 中 砂 岩 ； 而 ｄ 组 岩 层 由 现 场 获 取 岩 芯 知 其 主 要 为 泥 岩 和 砂 质 泥 岩 ， 岩 性 较 软 ， 垂 直 位 移 主 要 为 变 形 沉 降 。 由 此 可 初 步 判 断 ｃ 组 岩 层 为 一 关 键 层 。 ３  ３ꢀ 岩 层 沉 降 等 值 线 云 图 与 两 带 的 判 断 图 ６ꢀ 不 同 工 作 面 推 进 距 离 时 岩 层 沉 降 等 值 线 根 据 位 移 监 测 结 果 ， 可 以 绘 制 不 同 开 采 进 度 时 ３  ４ꢀ 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 位 移 监 测 区 的 岩 层 沉 降 等 值 线 云 图 ， 图 ６（ ａ） 、 （ ｂ） 分 别 为 工 作 面 在 位 移 监 测 区 内 和 超 过 监 测 区 ７９． ２ 上 覆 岩 层 移 动 稳 定 后 ， 由 中 间 竖 向 观 测 线 各 测 · １４８· ꢀ ꢀ ꢀ 王 志 国 等 ： 深 部 开 采 上 覆 岩 层 移 动 的 现 场 监 测 分 析 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２００９ 年 第 １ 期 点 的 最 终 下 沉 值 可 计 算 出 不 同 高 度 的 岩 层 下 沉 系 数 ， 以 及 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 。 据 此 可 绘 制 出 各 点 的 下 沉 系 数 与 该 点 煤 层 顶 板 高 度 Ｈ 和 煤 层 采 厚 Ｄ 之 比 的 关 系 图 （ 如 图 ７ 所 示 ） ， 通 过 曲 线 拟 合 可 得 出 二 者 之 间 的 函 数 关 系 式 为 ５３． ３°。 （ ３） 根 据 位 移 监 测 区 沉 降 位 移 分 布 特 点 ， 可 推 断 距 离 煤 层 顶 板 ２２． ８ ～ ５０ ｍ 之 间 岩 层 应 属 于 裂 隙 带 ， 距 离 煤 层 顶 板 ５０ ｍ 左 右 高 度 为 裂 隙 带 的 上 边 界 ， 此 高 度 以 上 为 弯 曲 变 形 带 。 ｙ ＝ ０． ４９２ ２７ － ０． ０１３ ３６ｘ， （ ２） （ ４） 下 部 岩 层 沉 降 速 率 大 于 上 部 岩 层 ， 随 高 度 增 加 ， 呈 递 减 趋 势 ， 由 此 形 成 层 间 离 层 ； 根 据 离 层 量 的 大 小 及 其 随 工 作 面 推 进 的 变 化 特 点 ， 以 及 各 岩 层 岩 性 ， 可 初 步 确 定 由 粗 中 砂 岩 组 成 的 ｃ 组 岩 层 为 一 关 键 层 。 式 中 ， ｙ 为 不 同 深 度 的 岩 层 下 沉 系 数 ； ｘ 为 岩 层 距 煤 层 顶 板 的 高 度 Ｈ 和 煤 层 采 厚 Ｄ 之 比 ， 即 Ｈ／ Ｄ。 上 式 表 明 ， 不 同 深 度 的 岩 层 的 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 成 线 性 关 系 ， 随 岩 层 高 度 的 增 大 ， 其 下 沉 系 数 逐 渐 减 小 。 （ ５） 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 负 指 数 函 数 关 系 ， 在 距 离 煤 层 顶 板 近 ４０ ｍ 以 上 岩 层 随 开 采 进 度 的 沉 降 曲 线 符 合 度 较 好 ； ４０ ｍ 以 下 则 略 有 偏 离 。 （ ６） 上 覆 岩 层 移 动 稳 定 后 ， 不 同 深 度 的 岩 层 的 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 采 厚 比 的 关 系 具 有 线 性 关 系 ： ｙ ＝ ０． ４９２ ２７ － ０． ０１３ ３６ｘ ， 随 岩 层 高 度 的 增 大 ， 其 下 沉 系 数 逐 渐 减 小 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 图 ７ꢀ 岩 层 下 沉 系 数 与 岩 层 高 度 和 煤 层 采 厚 比 的 关 系 图 ［ １］ ꢀ 谢 和 平 ， 彭 苏 萍 ， 何 满 潮 ． 深 部 开 采 基 础 理 论 与 工 程 实 践 ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 科 学 出 版 社 ， ２００６． ■ － 实 测 下 沉 系 数 ； — － 线 性 拟 合 曲 线 ４ ꢀ 结 ꢀ 论 ［ ２］ ꢀ 谢 和 平 ． 矿 山 岩 体 力 学 及 工 程 的 研 究 进 展 与 展 望 ［ Ｊ］ ． 中 国 工 程 科 学 ， ２００３， ５（ ３） ： ３１３８． （ １） 根 据 岩 层 沉 降 位 移 随 工 作 面 推 进 的 变 化 规 ［ ３］ ꢀ 周 宏 伟 ， 谢 和 平 ， 左 建 平 ． 深 部 高 地 应 力 下 岩 石 力 学 行 为 研 究 进 展 ［ Ｊ］ ． 力 学 进 展 ， ２００５， ３５（ １） ： ９１９９． 律 ， 可 以 将 岩 层 沉 降 过 程 大 致 分 为 ３ 个 阶 段 。 ①初 始 期 。 工 作 面 距 离 测 孔 约 ５０ ｍ 时 开 始 ， 岩 层 沉 降 较 小 。 ②活 跃 期 。 工 作 面 邻 近 或 采 过 测 孔 ， 测 孔 处 于 采 动 剧 烈 影 响 区 ， 岩 层 沉 降 增 大 。 ③衰 减 期 。 在 工 作 面 推 进 到 超 越 测 孔 ２８． １ ｍ 时 位 移 趋 于 稳 定 。 ［ ４］ ꢀ 张 玉 卓 ． 深 部 资 源 开 发 造 成 的 上 覆 岩 层 移 动 与 破 坏 规 律 ． 第 １ ７５ 次 香 山 科 学 会 议 《 深 部 高 应 力 下 的 资 源 开 采 与 地 下 工 程 》 学 术 讨 论 会 专 题 报 告 ［ Ｒ］  北 京 ： １７５ 次 香 山 科 学 会 议 ， ２００１ ［ ５］ ꢀ 郭 奉 贤 ． 矿 山 压 力 观 测 与 控 制 ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 煤 炭 工 业 出 版 社 ， ２ ００５ （ ２） 采 动 影 响 剧 烈 期 工 作 面 推 进 距 离 与 上 覆 岩 ［ ［ ６］ ꢀ 钱 鸣 高 ， 石 平 五 ． 矿 山 压 力 与 岩 层 控 制 ［ Ｍ］ ． 徐 州 ： 中 国 矿 业 大 学 出 版 社 ， ２００３ 层 沉 降 的 关 系 。 上 向 孔 所 在 岩 层 受 采 动 影 响 沉 降 起 点 滞 后 于 下 向 孔 ， 平 均 滞 后 ６ ｍ； 上 向 孔 采 动 影 响 终 点 超 前 于 下 向 孔 ， 平 均 超 前 ２． ５ ｍ； 上 向 孔 采 动 影 响 范 围 小 于 下 向 孔 ， 平 均 小 ８． ６ ｍ。 平 均 超 前 影 响 角 ７］ ꢀ 李 庶 林 ． 岩 层 移 动 监 测 及 预 测 研 究 ［ Ｊ］ ． 矿 业 研 究 与 开 发 ， １ ９９８， １８（ ２） ： １６１８ （ 收 稿 日 期 ꢀ ２００８１１０８） 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 （ 上 接 第 １１４ 页 ） 速 性 能 优 良 、 故 障 率 低 、 可 靠 性 高 ， 便 于 现 场 维 护 等 优 点 ， 完 全 满 足 了 矿 井 生 产 的 需 求 。 障 性 质 ， 并 根 据 当 时 的 提 升 机 运 行 状 态 作 出 相 应 的 处 理 。 同 时 判 断 首 发 故 障 并 记 录 ， 以 便 于 现 场 人 员 查 找 和 排 除 故 障 。 一 般 情 况 下 ， 提 升 机 故 障 根 据 其 严 重 程 度 可 分 为 提 升 终 了 停 车 （ 报 警 ） 故 障 、 减 速 停 车 故 障 （ 轻 故 障 ） 和 紧 急 停 车 故 障 （ 重 故 障 ） 。 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 ［ ［ １］ ꢀ 王 清 灵 ， 龚 幼 民 ． 现 代 矿 井 提 升 机 电 控 系 统 ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， １９９６ ２］ ꢀ 陈 伯 时 ． 电 力 拖 动 自 动 控 制 系 统 ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， ４ ꢀ 结 ꢀ 论 系 统 经 过 研 制 、 开 发 和 现 场 安 装 调 试 ， 已 正 式 投 ２ ００５ （ 收 稿 日 期 ꢀ ２００８１２１０） 入 现 场 工 业 运 行 。 现 场 运 行 结 果 表 明 ， 系 统 具 有 调 · １４９·