采场底板突水分析.docx

采 场 底 板 突 水 条 件 及 位 置 分 析3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之前，突水位置在采空区; 内外应力场形成之后，突水位置在煤壁附近关键词 突水 底板 应力分析 条件中国图书资料分类法分类号P641146作者简介施龙青男34岁副教授位置博士煤田地质及bi岩梁e,以断裂线为界将支撑压3 国家自然科学基金资助项目1代号： E0401， 批准号： 59774001h lip V/w ww, cnk i,ntt理论研究与现场实践证明，采场推进过程中支 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塑性状态）之前此阶段，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1a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塑性区和弹性区两个区间 在塑性区（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,弹塑性区的交界处为 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 触矸止此阶段的特点为：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1c中曲线1所示；力分布明显地分为两部分,即在断裂线与煤壁之间（图1c中S 0范围）由已断裂岩梁自重所决定的“内 戸应力场”,以及在断裂线外（图1c中S 0以远）由上覆 岩层整体重量所决定的“外应力场”,两应力场中的 压力分布没有密切的联系在岩梁断裂结束时，两应图 1 初次来压阶段支承压力分布力场中的压力分布如图1c中曲线2所示c1 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 1d 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。

x = 7177+ 0144z （1）P = 2175e- o1oi67z （2）zx = 2125- 01268z （3）212 水平应力的分布特征底板岩层受采动影响后，由于P的高度集中和z卸压, 在垂直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直应力P的集中区和卸压区基本上 支撑压力的集中区和卸压区相对应，随深度z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P高峰从支撑压力高峰位置处沿着与舒宫二 法线成H= 2118°夹角的方向向煤体下方传播（ 图2a），其峰值按负指数规律（式2,图2b）衰减;P ? 的原始应力等值线是一条从煤体塑性区中支撑压力Z 达到XH的位置以与法线成H= - 14 17°方向向采 空区下方伸展的直线（式3,图2c）,它是P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 线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S为零，受采动影响 m r 廉宅z x 、后，在煤壁下方附近出现一个应力值较高的剪应力1 'It F' 3X7 ji- 区煤体底板为层状岩体，层面上粘结力c和摩擦角（丫较小（岩块Y= 3旷35°,软弱层面Y= 3旷35°, X（”°，T将通过层面、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, Y= 30一般层面）时， 层面滑移承载系数s= X审X ］的等值线如图3所 r z x z x示，即在工作面控顶区下 方有一层滑移区（s三r 110）IT3底板突水过程分析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 力口 （减少）而增加（减少）而支撑压力高峰的转移是 由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 和底板的抗压强度都不小于高峰支撑压力可见在 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K = 1+ K 0e- bx，x0与煤层及矸石等弹性模量有关的 系数;——距煤壁x处的应力集中系数。

x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有可能遭受破坏 遭受破坏的条件为：Pd① Pm ① Pk，式中 匕、P ——底板、煤体的极限抗压强度；P——峰值支撑压力k而底板破坏的深度可以用下式求得：2175e- 010167zd即 Z = 60 ln 217p Xhd312突水条件分析根据“下三带'理论，采场底板h可以划分为三 带，即矿压破坏带h ］、有效隔水带h 2、原始导高带 h 3在无断层影响的情况下底板突水的条件为 h① h 1+ h3, 即 z E h - h3底板破坏后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：—水压；P w EP，——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 线之间的岩层虽然已遭受破坏,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出。

式中 K 0、b式中 P wwpx定张开; 而垂直裂隙因水平应力大于水压而处于闭 合状态; 斜向裂隙只有满足下列条件才能张开:P E P sin AwxParcsin pw,x式中,A为裂隙的倾角承压水在较深部只能沿水平裂隙和满足A角条件的裂隙所构成的裂隙网络向上运移,进入卸压区， 在老顶岩梁端部未断裂之前，选择最短的路径进入 采空区因此在支撑压力处于第一和第二阶段时，突 水点首先出现于采空区支撑压力的发展一旦进入第三阶段，底板应力 将重新分布首先因支撑压力高峰应力线向深部运 移及峰值的降低,而使原先已遭受破坏但处于压缩 闭合状态的裂隙张开此时承压水只要满足下列条 ."i 口卜飞件就能突出：为E 、心p ep、w n; 式中,P为内应力区的峰值应力n fTtyr kTjF其次，老顶岩梁断裂触矸后，垂向应力在老塘增 力口，底板裂隙闭合，突水量将降低，同时突水点将向 煤壁方向游移所以在内外应力场形成之后，主要突 水点的位置将处于煤壁附近的控顶区内T 4结论a 1底板高峰应力线虽倾向于煤壁前方，但它 受到垂直于煤体的支撑压力控制，随支撑压力的运 移而运移，随支撑压力增大、减小而增大、减小而底 板高峰应力对底板的破坏不仅受到支撑压力大小的 控制，而且还受到煤体及底板岩体抗压能力的控制。

bl底板突水的必要条件是矿压对底板的破坏使底 板有效隔水层厚度降为零;突水的充分条件为 水压不小于卸压区的侧向压力cl在内外应力场形成之前，突水位置在采空 区; 内外应力场形成之后， 突水位置在煤壁附近 因 此根据采场突水位置可以判断超前支撑压力的情 况底板在倾向于采空区的原岩应力线方向上 ， 底板处 于卸压状态， 垂向应力 Pz 衰减很快， 和水平应力 Px 在采空区下方浅部形成一个低压的拉应力区 ， 使得 该区各个方向的裂隙都能处于张开状态 而在较深 处因水平应力的集中， 使得垂向应力 Pz 由最大主应 z 力转化为最小主应力 此时处于水平方向的裂隙必参考文献1 宋振骐1实用矿山压力控制1徐州： 中国矿业大学出版社， 19882 蒋金泉1采场围岩应力与运动1北京： 煤炭工业出版社， 1993水泥—水玻璃在房屋增层地基加固工程中的应用程鉴基 （中国科学院广州化学研究所 510650 ）程鉴添 （ 中南工业大学广州郁南实验厂 527100 ）程文汉 （广东省地质工程公司 广州 510450 ）摘要 当前加层房屋日益增多，其地基加固处理的方法很多在确定加固方法之前，需对旧楼 地基基础及结构进行验算，包括桩端持力层的强度，桩的容许承载力，桩基础沉降等。

水泥一水玻璃 双液化学灌浆法首次用于房屋增层地基加固，该方法具有可灌性高（k = 10 - 6 cm劝、凝胶时间快 （15- 120 s）、强度较高（齐20 M P a）等诸多材料特性，可满足新增的上部结构荷载对地基的新要 求文章还介绍了一个工程实例关键词水泥一水玻璃地基处理灌浆加固中国图书资料分类法分类号TU 47215作者简介程鉴基男37岁高级工程师X为此有必要对其进1 引言目前，既有房屋加层工程正在我国一些地区内 进行，但是对这种新旧建筑合二为一的加层房屋的 地基增强加固，至今尚无专门规范和标准可依其影 响因素复杂，且某些因素具有不确定性,如旧房屋地 基及承载结构的现有承载力等—步探索2旧楼地基及基础参数验算房屋加固结构的安全性不仅取决于加层结构设 计及施工质量，而且受其旧房地基现状的影响一般 有两种情况造成房屋加高增层困难：一是旧房原设 计时未考虑预留加层问题;二是虽考虑了预留加层 CO 70^3李白英，沈光寒，荆自刚等1预防采掘工作面底板突水的理论与问题，但设计时采取措施不力如属地基问题最好采 用补强加固处理措施地基处理方法的种类很多，各种方法都有其适 用范围和局限性，没有一种方法是万能的。

由于各个 工程的地基条件差别很大，具体工程对地基的要求 也不同，对每一具体工程都应从地基条件、处理要求 （包括经处理后地基应达到的各项指标、处理的范 围、工程进度等）、工程费用以及材料、机具来源等各 方面进行综合考虑，以便科学地确定最佳的地基处 理方法包括综合法）在确定地基处理方法之后，必须对旧楼地基及 基础进行验算：211桩端持力层的强度P K= A KX+ B KX.+ D KC，版社，1987实践1第二十二届国际采矿安全会议论文集，北京:煤炭工业出 （收稿日期1998—11 —16）AANALYSESABOUT THE COND ITIONS AND TH。