【摘要】：煤礦地層中的煤矸石或煤炭資源被回采完畢、運(yùn)出地下后，不可避免地形成一定空間的空洞或空腔稱為采空區(qū)，現(xiàn)代研究把采空區(qū)歸類(lèi)為多孔介質(zhì)。綜放工作面的割煤、放頂工作持續(xù)不斷，液壓支架不斷向前移動(dòng)，支架后方的采空區(qū)面積不斷增加。由于煤層的支撐應(yīng)力突然消失，己開(kāi)采煤體上方的煤矸石、巖層，受自身重力和上部巖層壓力的影響，必定會(huì)發(fā)生一定程度的破壞、沉降及冒落。對(duì)于采動(dòng)影響下的上覆巖層破壞規(guī)律，經(jīng)典礦壓理論按照裂隙發(fā)育程度在豎直方向上將采空區(qū)劃分為\"豎三帶\"在水平方向上將采空區(qū)劃分為\"橫三區(qū)\"。

【關(guān)鍵詞】：采空區(qū)；上覆巖層；特征

一、采空區(qū)各區(qū)帶劃分

綜采放頂煤開(kāi)采條件下，采空區(qū)垂直方向上可劃分為璋落帶（冒落帶）、斷裂帶（裂隙帶）和彎曲下沉帶。

（1）跨落帶（冒落帶）。采煤工作面正?；夭赏七M(jìn)后導(dǎo)致上覆直接頂徹底垮落，形成密實(shí)度差、不規(guī)則和碎脹的采空區(qū)空間，稱為冒落帶，也叫跨落帶。綜放工作面的割煤、放頂工作不斷進(jìn)行，由于煤層的支撐應(yīng)力突然消失，己開(kāi)采煤體上方的直接頂，受自身重力和上部巖層壓力的影響，不斷垮落?；夭沙跗?，采空區(qū)面積不大、頂板關(guān)鍵層下方存在空隙，這主要是因?yàn)殛P(guān)鍵層通過(guò)形成砌體梁結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力平衡，頂板停止冒落。通常情況下，破碎煤巖體不規(guī)則、不整齊地排列在采空區(qū)冒落帶內(nèi)。之所以冒落煤巖塊間隙大、連通性好、氣體流通性強(qiáng)，是因?yàn)槊奥鋷簬r碎脹系數(shù)比較大。然而冒落破碎巖石具有可壓縮性，綜放工作不斷進(jìn)行過(guò)程中，頂板周期來(lái)壓的作用下，重新壓實(shí)了采空區(qū)后方的冒落巖石，形成荷載影響區(qū)和壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)。

（2）斷裂帶（裂隙帶）。老頂巖層在彎曲下沉變形的過(guò)程中，不斷離層，產(chǎn)生大量離層間隙；同時(shí)在沿層理方向拉應(yīng)力的作用下，巖層破斷、產(chǎn)生大量豎直或傾斜的破斷裂隙，飽含離層裂隙與破斷裂隙的區(qū)域就是裂隙帶。雖然裂隙帶內(nèi)巖層未能充分破碎垮落，但是出現(xiàn)了大量離層、破斷裂隙，巖層已經(jīng)改變了原有結(jié)構(gòu)。在裂隙帶下部與垮落帶接近的的巖石層斷裂變形會(huì)很明顯，而在裂隙帶上部分巖石層的斷裂變形卻很小，將斷裂帶在堅(jiān)直方向斷裂變形分成三種：微小開(kāi)裂、一般開(kāi)裂和嚴(yán)重?cái)嗔?。采空區(qū)上部裂隙充分發(fā)育度后，破斷楚隙和離層裂隙溝通，上鄰近層的泄壓瓦斯和圍巖瓦斯肯定會(huì)通過(guò)裂隙運(yùn)移至此帶內(nèi)。再加上冒落帶和裂隙帶是直接連通的，如果大量高濃度瓦斯積聚在裂隙帶內(nèi)，瓦斯反而向支架面后方的采空區(qū)運(yùn)移，有時(shí)可能直接涌向工作面，造成工作面、上隅角及回風(fēng)巷瓦斯超限，嚴(yán)重制約了綜采放頂煤工作面的安全高效持續(xù)回采工作，存在安全隱患。

（3）彎曲下沉帶。指的是斷裂帶上面巖層會(huì)整體性地發(fā)生彎曲并緩慢向下沉陷的巖層區(qū)帶。彎曲下沉帶巖層各個(gè)部分發(fā)生向下沉陷的位移差距很小，沒(méi)有離層裂縫的存在。彎曲下沉帶內(nèi)巖層即不會(huì)離層破斷也不會(huì)破碎垮落，巖體總體上還是本來(lái)的層位和整體性，巖層的整體移動(dòng)過(guò)程是連續(xù)的、規(guī)律的、平緩的。因此彎曲下沉帶采動(dòng)影響小、各種裂隙少，更不可能形成導(dǎo)氣裂隙網(wǎng)絡(luò)。上覆巖層的巖性及開(kāi)采煤層的厚度決定了彎曲下沉帶的高度。

（4）其他各區(qū)帶。水平方向上，彎曲下沉帶的煤巖層，可劃分為煤壁支撐影響區(qū)、巖石離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。在冒落帶內(nèi)部，由于距王作面距離和所受壓力不同，可劃分為自由堆積區(qū)、載荷影響區(qū)和壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)。自由堆積區(qū)是指直接頂跨落后，由于上覆巖層基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，所璋落巖塊處于自由堆積狀態(tài)，沒(méi)有承受壓力。載荷影響區(qū)，指隨著采煤工作面推進(jìn)，原本自由堆積的巖塊初步承受應(yīng)力，透氣性系數(shù)有所降低。壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)，處在采空區(qū)深處，是指多次放頂煤以后，跨落巖塊經(jīng)過(guò)頂板壓力反復(fù)沖擊，己處于巖石穩(wěn)定狀態(tài)，巖塊間孔隙率很小。

二、O型圈理論

0型圈理論是另外一種經(jīng)典且被諸多學(xué)者廣泛接受認(rèn)可的采空區(qū)理論。隨著工作面的不斷推進(jìn)，上覆巖層的不斷垮落，當(dāng)采煤工作面推進(jìn)到一定距離后，采空區(qū)中部跨落巖塊受到上覆巖層重力、頂板壓力反復(fù)沖擊，逐漸被重新壓實(shí)。而采空區(qū)兩側(cè)及開(kāi)切眼位置受到煤壁的支撐作用、工作面位置受到支架面及煤層的支撐作用，采空區(qū)四周邊緣仍然存在一個(gè)連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)形狀類(lèi)似\"0\"型的裂隙帶，如下圖1。

三、采動(dòng)裂隙演化規(guī)律

（1）煤層從開(kāi)切眼到初次放頂階段。煤層頂板上覆巖層從彈性彎曲形變逐步演變?yōu)橄鲁?、離層、破斷、垮落，各種裂隙不斷產(chǎn)生、變多變大并相互連通，孔隙率較大，氣體流通性較強(qiáng)。由于采空區(qū)面積較小，直接頂璋落，冒落帶上方巖層在關(guān)鍵層作用下基本上保持穩(wěn)定不變，垮落煤巖塊呈現(xiàn)自由堆積狀態(tài)，整體上并未受到上覆巖層壓力的影響。

（2）從初次放頂?shù)椒€(wěn)定回采階段。此階段采空區(qū)中部早先培落的巖塊逐步被壓實(shí)，但由于采空區(qū)開(kāi)切眼、支架面、兩側(cè)煤壁的支撐作用，采空區(qū)邊緣區(qū)域逐步形成0型圈。同時(shí)冒落帶上覆巖層也在逐步破斷，形成離層裂隙和穿層裂隙，一般孔隙率較高。

（3）穩(wěn)定回采階段。該階段是礦井生產(chǎn)中最關(guān)鍵時(shí)期，也是各項(xiàng)研究工作的重點(diǎn)。隨著采煤工作面不斷推進(jìn)，煤壁支撐影響區(qū)在放頂作用下，靠近工作面的直接頂不斷破碎垮落，在冒落帶形成約幾十米范圍的自由堆積區(qū)，其不受壓力，孔隙發(fā)達(dá)，孔隙率一般在，是采空區(qū)漏風(fēng)的主要部分；自由堆積區(qū)后方部分由于初次受到上覆巖層的應(yīng)力作用，孔隙逐漸變小，孔隙率變小，形成載荷影響區(qū)；深部店實(shí)穩(wěn)定區(qū)域范圍逐漸變大，瓦斯?jié)舛容^高，裂隙較少，孔隙率較低。壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)后部上方便是\"橫三區(qū)\"的重新壓實(shí)區(qū)，由于下方受到壓實(shí)穩(wěn)定區(qū)培落巖石的強(qiáng)力支撐，上方由于重力、沉降作用等逐漸穩(wěn)定。裂隙逐漸變少變小，孔隙率很低。冒落帶上方便是裂隙帶，也是巖石離層區(qū)的一部分，該區(qū)域由于下部得不到有力支撐，巖石破斷下沉。形成離層裂隙和穿層裂隙，是瓦斯運(yùn)移和聚集的最主要區(qū)域，該部分中下部孔隙發(fā)育，孔隙率一般在，是采空區(qū)瓦斯治理和抽采的最主要區(qū)域。

（4）煤層回采完畢采空區(qū)封閉階段。由于采空區(qū)范圍穩(wěn)定下來(lái)，在上覆巖層重新壓實(shí)沉降作用下，采空區(qū)冒落帶、裂隙帶孔隙逐漸變小，直至閉合。當(dāng)然能夠在裂隙帶進(jìn)行老空區(qū)瓦斯抽采工作，保障老空區(qū)安全及上下臨近層的安全高效回采。

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