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采场底板突水条件及位置分析'施龙青 宋振骐（山东矿业学院矿压所 泰安271019）摘要分析采场突水条件和位置是突水预测的基础根据采场支撑压力发展规律和底板应力 分布特征，进行了突水条件突水位置的研究，底板突水的条件是矿压对底板的破坏使其有效隔水层 厚度降为零和水压不小于卸压区的侧向压力在采场的内外应力场形成Z前，突水位置在采空区; 内外应力场形成Z后，突水位置在煤壁附近关键词突水底板应力分析条件位置中国图书资料分类法分类号P 641146作者简介施龙青男34岁副教授博士煤田地质及采矿工稈1采场推进过程中支撑压力的发展规律理论研究与现场实践证明，采场推进过稈中支 撑压力的发展可以分为以下几个阶段：第一阶段：从采场推进开始至煤壁支撑能力改 变（即煤壁附近煤体进入数性状态）Z前此阶段，随 采场推进，通过处于相对稳定状态的老顶岩梁传递 至煤层上的压力将逐渐增加但是由于各点的应力 没有达到煤体的破坏极限，因此包括煤壁在内整个 煤层都处于弹性压缩状态，支撑压力分布是一条高 峰在煤壁处的单调下降的曲线，如图la所示第二阶段:从煤壁支撑压力开始改变起，到老顶 岩梁端部断裂前为止此阶段，靠煤壁附近的应力值 达到了煤层的强度极限,随煤体的破坏，其支撑压力 开始降低，支撑压力高峰线向煤体深部转移，煤层上 支撑压力的分布将分成犁性区和弹性区两个区河。

在册性区（包括煤体已完全破坏的部分）压力逐渐上 升;在弹性区压力则单调下降,弹犁性区的交界处为 压力高峰的位置，如图1b所示第三阶段：从老顶岩梁端部断裂起至岩梁中部 触肝止此阶段的特点为：a 1岩梁端部断裂前夕，在断裂线附近伴有压 力的集中，如图lc中曲线1所示；3国家fl然科学基金资助项目I代号:E0401,批准号:59774001bl岩梁断裂结束时，以断裂线为界将支撑压 力分布明显地分为两部分，即在断裂线与煤畢Z间 （图lc中S范围）由已断裂岩梁自重所决定的“内 应力场”，以及在断裂线外（图1c中So以远）由上覆 岩层整体重量所决定的“外M力场”，两应力场111的 压力分布没有密切的联系在岩梁断裂结朿时，两应（d）图1初次來压阶段支承压力分布C 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. AH rights reserved, 力场中的压力分布如图lc中曲线2所示cl两应力场形成后，随工作面推进，各自的应 力高峰线以断裂线为界向相反的方向发展，如图Id 中曲线1、2、3所示采场进入正常推进后，支撑压力分布和显现的 主要特点是伴随着上覆岩层的周期性运动，呈现图 1中从d—b—c—d的周期性变化。

2采场推进方向底板应力分布特征211垂直应力分布特征底板中垂真应力P的集中区和卸压区基木上 与支撑压力的集中区和卸压区相对应，随深度乙的 增加，应力集中和卸压程度降低，应力分布趋向缓 和；煤体下方集中应力等值线呈斜向煤壁前方的 “泡”形，采空区下方卸压应力等值线呈斜向煤壁后 方的“泡”形R高峰从支撑压力高峰位置处沿肴与 法线成H= 2118°夹角的方向向煤体下方传播（式1, 图2a ）,其峰值按负指数规律（式2,图2b ）衰减;R 的原始应力等值线是一条从煤体幫性区中支撑压力 达到浙的位置以与法线成H=・1417方向向采 空区下方伸展的直线（式3,图2c）,它是R的集中 区和卸压区的分界线，高峰传递线和原岩应力线并 不是从支撑压力高峰处和煤壁处垂直于层瓯的直 线x= 7177+ 0144z （1）P：= 2175e 0101672 （2）x= 2125- 0126& （3）212水平应力的分布特征底板岩层受采动影响示，由于P的高度集中和 卸压,在垂肓方向产生压缩和膨胀，岩层处于微弯曲 状态，并伴生出水平方向的压缩和膨胀，因而出现了 水平应力升高区和卸压区煤体下方浅部应力集中, 深部卸压；采空区下方浅部卸压，甚至出现拉应力, 深部又有较低的应力集中。

213剪应力的分布特征原始应力状态下剪应力久为零，受采动影响 后,在煤壁下方附近出现一个应力值较高的剪应力 区煤体底板为层状岩体，层面上粘结力c和摩擦角 Y较小（岩块Y= 30- 35°,软弱层面Y= 30- 35°）,： 将通过以面、软弱夹层的剪切滑移明显地增加巷道 两帮移近量当层面上c= 0,0 30°（—般层面）时， 层面滑移承载系数s严弘［弘］的等值线如图3所 示，即在工作面控顶区下方有一层滑移区b上 110）o3底板突水过程分析x /mE图2推进方向底板应力等值线311底板高峰应力对底板的破坏底板高峰应力线受到支撑压力的高峰线控制, 随支撑压力高峰线的运移而运移；随支撑压力的增 加（减少）而增加（减少）而支撑压力高烽的转移是 rtr煤体及底板的抗压强度所决定的，当高峰支撑压 力超过了煤体或底板的抗压强度时，煤体或底板遭 到破坏，高峰支撑压力便向煤体深部运移，直到煤体 和底板的抗压强度部不小于高峰支撐压力可见在 一定的推采距离下，高峰支撑压力每运移一次，其量 值便衰减一次，其衰减的规律可以用应力集中系数 来表达：10 O — IO —20z2040图3层血滑移承载系数等值线1994-2010 China Academic Journal Eloctronic Publishing House. All rights rcserveeL 即 Z= 60 In312突水条件分析2175 THPd °Kx= 1+ Ko。

’，式中Ko、b——与煤层及肝石等弹性模量有关的 系数；——距煤蠻之处的应力集中系数从上面分析可知，位于底板高峰应力线倾向方 向的底板未遭到支撑压力的破坏，只有背着底板高 峰应力线倾向方向的底板才冇可能遭受破坏底板 遭受破坏的条件为:Pd① Rg R,式中R、R,—底板、煤体的极限抗压强度;R——峰值支撑压力而底板破坏的深度可以川下式求得：2175e 0,0,672 yH = Pd,根据“下三带”理论，采场底板力可以划分为二 带，即矿压破坏带h H有效隔水带力2、原始导高带A 30在无断层影响的情况下底板突水的条件为:/? A I + 力3,即 zE/^/h底板破坏后不一定突水如果破坏部位的裂隙在矿压的作用下处于闭合状态，突水就不会发生，所 以上式是突水的必要条件；只有裂隙张开，突水通道 才能形成，因此底板突水的充分条件为：PwE R,式中 P*——水压；R ——底板水平方向的应力313底板突水位置分析在底板高峰应力线与倾向于采空区的原岩应力 线之间的岩层虽然己遭受破坏,但还处于压缩状态， 底板应力高于原岩应力，岩石中的裂隙处于闭合状 态，因此该区间只满足突水的必要条件而不满足突 水的充分条件，承压水不能从该区域突岀。