煤层群开采覆岩运移规律及“三带”高度确定.pdf

为研究煤层群开采条件下覆岩移动规律及“三带”分布范围，基于神东布尔台煤矿42 1 0 6工作面概况，采用相似模型物理实验方法模拟了2-2 煤及4-2 煤2 层煤先后开采的覆岩移动变化特征，分别就覆岩垮落特征、应力变化、岩层下沉量3个方面进行了对比分析。结果表明：上煤层工作面开采结束后，覆岩破坏程度整体较低，应力峰值主要存在工作面超前影响区域，存在块体铰接等现象；下层煤开采后裂隙带与上层煤采空区沟通，导致复合煤层采空区的断裂带远大于上煤采后的断裂带，应力相比上煤层整体较大，且顶板下沉量显著增大，覆岩历经离层、离层增大，最终闭合3个阶段。通过观测点数据测量确定了42 1 0 6 工作面“三带”高度，并在现场进行钻孔监测，验证了相似物理模拟结果的合理性。关键词：多煤层开采；覆岩运移；物理模拟；“三带”探测；“三带”高度中图分类号：TD325文献标志码：A文章编号：1 0 0 3-49 6 X(2023)08-0106-12Law of overburden movement in coal seam group mining and the determination of“three zonesheightGUO Ruiruil,ZHENGKaige2,XI Jie2,WANG Zeyang?(1.Buertai Coal Mine of Shendong Coal Group Co.,Ltd.,Ordos O017209,China;2.China Coal Technology and Engineering Group Xian Research Institute(Group)Co.,Ltd.,Xian 710054,China)Abstract:In order to study the law of overburden movement and the distribution range of“three zones under the condition ofcoal seam group mining,based on the general situation of 42106 working face of Shendong Buertai Coal Mine,the physical ex-periment method of similar model is used to simulate the overburden movement characteristics of 2-2 coal and 4-2 coal successive-ly,and the characteristics of overburden caving,stress change and strata subsidence are compared and analyzed respectively.Theresults show that after the mining of the upper coal seam face,the failure degree of the overlying rock is low as a whole,and thestress peak value mainly exists in the leading influence area of the working face,block hinge and so on.After the lower coal min-ing,the fracture zone communicates with the upper coal goaf,resulting in that the fracture zone of the goaf of the composite coalseam is much larger than that of the upper coal seam,the stress is larger than that of the upper coal seam as a whole,and theroof subsidence increases significantly.The overburden has gone through three stages of separation and separation increasing,andfinally closed.The“three zones height of 42106 working face is determined by the data measurement of observation points,andthe borehole monitoring is carried out in the field to verify the rationality of similar physical simulation results.Key words:multiple coal seams mining;overburden rock migration;physical simulation;“three zones exploration;“three zonesheight收稿日期：2 0 2 2-1 1-0 4责任编辑：朱蕾作者简介：郭瑞瑞（1 9 7 9），男，内蒙古鄂尔多斯人，工程师，从事煤矿技术管理工作。E-mail：7 9 442 1 2 8 6 q q.c o m通讯作者：郑凯歌（1 9 8 8 一），男，副研究员，博士，主要从事瓦斯防治和矿压动力灾害防治方面的工作。E-mail:107Safety in Coal MinesAug.20232023年8 月煤砺发全No.8Vol.54第8 期第54卷煤层在采动影响下，覆岩破断运移，形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带!,对有含水层矿井造成突水威胁。“三带”与煤层上方水、沙的空间关系，是溃水溃砂事故发生的重要因素 2 。布尔台煤矿利用钻探探测、孔内窥视等方法进行了覆岩破坏“三带”发育高度观测。实测覆岩破坏导水断裂带和垮落带高度值较大，甚至在浅埋煤层开采过程中，部分工作面的覆岩破坏裂缝直达地表，给矿井生产造成了安全隐患 3。当覆岩中存在含水层或上煤层开采存在采空区积水时，准确预计导水裂隙带和落带的高度，对于采煤过程中的水害防治至关重要当下对于覆岩裂隙发育高度的预测以试验总结为主 4-2 1 。由于断裂带的计算公式 2 直接应用于布尔台煤矿三带计算不够精准，难以对矿井的安全高效开采进行有效指导，因此需要对布尔台多煤层开采覆岩破断特征、“三带”演化过程及发育规律进行系统研究。为此，在布尔台煤矿42 1 0 6 工作面展开现场试验，并基于相似实验模拟，研究工作面开采后上覆岩层的沉降特征及“上三带”分布高度；进而预防水害，为矿井安全生产提供基础资料。1工程背景布尔台煤矿42 1 0 6 工作面煤层倾角1 3，煤厚范围3.46 7.0 5m，平均6.1 m。根据区段平均煤厚划分3.6 m的分叉区和6.6 m的复合区，层间分布0 1.2 m厚砂质泥岩夹研。工作面埋深2 7 7 458m，平均38 4m。采用综放开采，采高3.6 m，放顶煤高度3.0 m，放煤步距0.8 6 5m，一采一放，循环推进。42 1 0 6 综放工作面与上部煤层2-2 层间距45 7 8m。4-2 煤层覆岩物理力学性质见表1。表1 4-2 煤层覆岩物理力学性质Table 1Physical and mechanical properties ofoverlying rock in 4-2 coal seam单轴抗单轴抗弹性内摩黏聚泊松密度/岩层压强度/拉强度/模量/擦角/力/比(kg:m)MPaMPaGPa(）MPa细砂岩37.461.597.770.3420.88.352.343粗砂岩10.340.251.390.3734.12.562.002中砂岩19.540.843.490.36 23.16.402.142泥质砂岩75.082.687.810.3439.84.072.371砂质泥岩30.481.722.250.3632.52.952.283煤15.230.731.360.3331.22.342.135通过物理模拟分析2 层煤开采时覆岩破坏规律以及垮落带和导水裂隙带的发育高度，由此得出下层煤开采对上层煤垮落带和导水裂隙带的影响规律。2物理模拟试验2.1物理模拟实验模型根据现场钻孔资料，依据地层实际情况，按照相似比例进行物理相似模型设计，模型设计参数为：模型长宽高：30 0 cmx40cm161cm；几何相似比：1:2 0 0；时间相似比：1:1 0；密度相似比：1:1.5；强度相似比：1:30 0；外力相似比：1:30 0；模拟方向：综放走向方向。模型铺设采用材料成型法，根据相似条件，确定相似材料中砂子、碳酸钙和石膏的配比量，计算出模型各分层材料的用量。相似材料配比见表2。首先将模型前、后约束面利用护板随铺设工作依次安装到实验架上，然后将各分层所需的各种材料按表2 所述分别称量好，加水搅拌均匀，将拌好的材料倒入模型中，用刮板把材料摊平并墩实。铺设完成1 层后，撒适量云母粉与要铺设的上1 层岩层相隔离，按次序逐层往上铺设，直到所需高度为止。同时在铺设中在事前设计位置埋设应力传感器。待模型干燥1 2 周后，在模型表面安设标志点和参考线。开挖之前左右边界两侧各留设2 0 cm煤柱，减少边界效应的影响。每次开挖间隔30 min,开挖前、后利用莱卡 TM5100精密经纬仪,记录开挖过程中的岩层运移特征。2.2覆岩破断特征2.2.1上层煤采动影响布尔台42 1 0 6 工作面上部赋存2-2 煤层，2-2 煤采厚3m，在开采4-2 煤之前2-2 煤层已采完形成采空区,因此，相似模拟时首先开采上部的2-煤。开采2-煤时，每次开挖5cm，待覆岩充分运移，开始下一段煤层开采。2-2 煤回采覆岩破坏过程如图1。当工作面推进2 0 cm，基本顶尚未断裂。当工作面推进2 5cm，煤层上部有离层。推进35cm，直接顶垮落，垮落角为51.8 煤层上部6 cm的岩层离层，测量垮落在垂向影响范围2 6.5cm。因此，判定初次来压步距35 cm。当工作面推进50 cm，直接顶由倾斜离层逐渐开始断裂，采空区上部离层随煤层开采水平发育，引起上覆岩层缓慢弯曲下沉，覆岩垮落角为50.7，垮落高度为3cm，垮落长度1 6.8 cm，累计垮落长度43.3cm。确定本次周期来压的来压步距1 5cm，最.108SafetyinCoal Mines2023年8 月Aug.2023No.8Vol.54煤砺发全第8 期第54卷表2 木相似材料配比Table2Ratio of similar materials岩层真实厚度/模拟厚度/分层厚度/重复配比密度/材料用量/kg岩性编号mcmcm次数号(gcm)沙子碳酸钙石膏水R8细粒砂岩63.03.017:8:21.6060.986.971.740.87R7砂质泥岩2713.53.548:6:41.50261.3619.6013.076.53R6粉砂岩3819.03.567:5:51.55374.1626.7326.7313.36R5砂质泥岩3919.53.568:6:41.50377.5228.3118.889.44R4细粒砂岩3316.53.057:8:21.60335.4138.339.584.79R3砂质泥岩136.52.538:6:41.50125.849.446.293.15R2粉砂岩168.03.037:5:51.55157.5411.2511.255.63R1砂质泥岩4221.03.078:6:41.50406.5630.4920.3310.16C1煤31.51.518:6:41.3526.141.961.310.65M1砂质泥岩2412.03.048:6:41.50232.3217.4211.625.81M2细粒砂岩199.53.537:8:21.60193.1222.075.522.76M3砂质泥岩3015.03.058:6:41.50125.849.446.293.15C2煤73.53.518:6:41.3560.984.573.051.52F1砂质泥岩105.02.528:6:41.50125.849.446.293.15F2煤31.51.518:6:41.3529.042.181.450.73F3砂质泥岩326.03.028:6:41.50116.168.715.812.90(a）工作面开挖2 0 m(b)工作面开挖2 8 m(c)工作面开挖35m(d）工作面开挖6 5m图1 2-煤回采覆岩破坏过程Fig.1Rock failure diagrams of 2-2 coal mining process高处离层裂隙长度达到2 9 cm。当工作面推进6 0 cm，直接顶已明显离层，同时采空区上方1 5cm出现离层。在距离开切眼2 6 cm处直接顶出现破碎重叠现象，阻碍了上部离层继续弯曲下沉。在开挖6 5cm后，直接顶再次断裂，伴随块状岩体垮落，本次垮落角为51.5，垮落高度为3cm，判定来压步距为1 5cm，此时，采空区上部离层继续向开挖方向发展，离层裂隙带上部继续弯曲下沉。后续开挖顶板垮落规律基本一致，直至回采完毕，历经1 3次周期来压，累计垮落长度2 59 cm，来压后垮落角2 3.1，垮落高度3cm，垮落长度为1 9cm，上部岩层沉降运移达到稳定。2-煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角如图2。通过试验分析布尔台煤矿2-煤开采后覆岩落带最大高度1 2 m，裂隙带最大高度为38 m，岩层3570来压步距一岩层破断角30602550（。）/业2040153010205100012345678910 11 12 13周期来压次数图2 2-2 煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角Fig.2Roof periodic weighting step and rockfracture angle of 2-2 coal mining断裂角为2 3.2 6 1.7，平均为46.7，初次来压步距66m。在模拟开挖后，直接顶直接垮落，基本顶产生裂隙离层。在工作面向前推进过程中，采空区覆岩沉109Safety in Coal Mines2023年8 月Aug.2023煤防发全Vol.54第8 期第54卷No.8降，将裂隙压实，覆岩块状运移，相对完整稳定。2.2.2下层煤采动影响布尔台42 1 0 6 工作面主采4-2 煤层，煤层埋深约421m，上部有2-煤开采形成的采空区，相似模拟主要研究开挖4-2 煤时垮落带发育高度、4-2 煤对2-2煤采空区的影响以及两层煤开采条件下上部覆岩的裂隙发育高度和破坏状态。4-煤回采覆岩破坏过程如图3。(a）工作面回采2 0 m(b）工作面回采2 5m(c）工作面回采50 m(d）工作面回采8 5m图34-2 煤回采覆岩破坏过程Fig.3Rock failure diagrams of 4-2 coal mining process工作面推进至2 0 cm时，直接顶及其上部岩层保持稳定状态。而推进到2 5cm时直接顶发初次垮落，煤层上方岩层压力得到释放。块状垮落体位于在4-2 煤上方1 3cm位置，开挖煤层上部出现1 mm离层。垮落角为50.9。初次垮落长2 5cm，垮落高度为3cm,分析初次来压步距2 5cm，当工作面推进到30 cm时，开挖煤层工作面上方6 cm处出现明显离层，随着工作面的进一步开挖直接顶向工作面后方倾斜，离层裂隙逐渐增加。当工作面向前推进到40 cm时，在层高3cm处直接顶垮落1 5cm范围，岩石破碎严重，垮落角为43.1。垮落高度不变，判断本次周期来压步距1 5cm。采空区上部离层继续向开挖方向发育，最高处离层裂隙长度为2 2 cm，同时采空区上部1 2 cm处出现裂隙,高度约为2 mm。当工作面推进45cm，开切眼处离层与垮塌部分形成三角区,直接顶轻微离层，上部覆岩1 2 cm处明显离层，最高处离层裂隙长度为2 3cm，离层裂隙高度为3mm。覆岩上部逐渐弯曲下沉，采空区上部离层继续向开挖方向发育。当推进到50 cm，直接顶发生倾斜离层，采空区上部离层继续向开挖方向发育，最高处离层裂隙长度达2 2 cm。覆岩上方9 cm有裂隙，在开采距离切眼2 0 cm覆岩弯曲，采空区上方1 2 cm处离层继续发育，裂隙高度2 mm并继续弯曲下沉。当工作面推进到8 5cm，直接顶岩层块状垮落，落角为46，跨落长度1 0.5cm，跨落高度为1 2cm。同时采空区上方离层继续向上发育，采空区上部30.5cm处出现长度为32 cm，高度为1.5cm的离层裂隙，判断为采空区上方30.5cm上方岩层为关键层在距离开切眼水平距离30 cm位置，采空区上部2 4cm处离层弯曲闭合。随着模型继续开挖，顶板垮落规律基本一致，直至工作面向前推进到2 6 0 cm处，工作面上方裂隙继续发展,裂隙加宽，采空区空间裂隙被逐渐压实。同时上部岩层不断向下运动，上部采空区也出现纵向裂隙，直接顶发生垮落，垮落角为48.8，垮落长度17cm，高度为6 cm累计垮落2 6 0 cm，周期来压步距1 0 cm。观测垮落直接顶破碎严重，上方垮落层与离层中间出现三角空隙，后方采空区裂隙被逐渐压实。4-煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角如图4。307025605020（。）4015来压步距岩层破断角3010205100051015201周期来压次数图44-2 煤开采顶板周期来压步距及岩层断裂角Fig.4Roof periodic weighting step and rock fractureangle of 4-2 coal mining模拟表明：在4-2 煤开采推进后，工作面初次来压步距50 m，周期来压步距平均为1 0 33m，平均20.54m，岩层断裂角变化范围在2 8.3 6 0.4之间，平均为50.7。在试验中覆岩的形变沿着岩层断裂角向上发展，4-煤开采形成的裂隙带与2-2 采空区沟通。下层煤开采引发了已沉降稳定的2-煤采空区:110SafetyinCoal Mines2023年8 月Aug.2023第54卷第8 期No.8Vol.54煤矿发全上覆岩层进一步沉降。2 次煤开采后形成使下层煤三带高度增大，垮落带高度为30 m，裂隙带高度为162 m。2.3采场应力分析为考察在模型开挖过程中采场应力变化规律，通过50 个压力传感器，编号由开切眼一侧开始，依次为 1-1#1-1 0#,2-1#2-1 0#,3-1#3-1 0#,4-1#4-10#和5-1#5-1 0#。其中1-1#1-1 0#压力传感器布设在距离4-煤层底板1.5cm处的煤岩层中，2-1#2-10#压力传感器布设在距离4-2 煤层顶部的1 2 cm处的砂质泥岩上部，3-1#3-1 0#压力传感器布设在距离4-2 煤层顶部的2 7.5cm处的砂质泥岩上部，4-1#4-10#压力传感器布设在距离2-2 煤层顶部的9cm处的泥质砂岩层，5-1#5-1 0#压力传感器布设在距离2-2 煤层顶部的1 6.5cm处的砂质泥岩层。2.3.1上层煤采动影响在2 2 煤开采过程中，各测线的应力监测结果曲线如图5。0.02测线1 部分与测线2 重合0.100.080.01测线1一测线1测线20.06测线20测线30.04测线3-0.01测线40.02测线4/测线50测线5-0.02-0.02-0.03-0.04-0.04-0.062040608010012014016018020020406080100 120 140160180 200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(a）开挖2 0 cm(b）开挖50 cm0.100.150.080.100.060.05测线1测线10.040测线2测线20.02-0.05测线3测线30-0.10测线4测线4-0.02-0.15测线5测线5-0.04-0.20-0.06-0.25-0.08-0.302040608010012014016018020020406080100120140160180200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(c）开挖1 0 0 cm(d）开挖1 50 cm0.150.150.100.10测线1测线10.050.050测线20测线2/-0.05测线3-0.05测线3-0.10测线4-0.10测线4-0.15测线5-0.15测线5-0.20-0.20-0.25-0.25测线1 部分与测线2 重合测线1 部分与测线2 重合-0.30-0.30-0.35-0.352040608010012014016018020020406080100120140160180200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(e)开挖2 0 0 cm(f)开挖2 6 0 cm图52-2 煤层工作面推进过程中覆岩测线应力变化曲线Fig.5The stress variation curves of erosion rock survey line in the advancing process of 2-2 coal seam working face从布置的5条应力测线观测数据分析可知：在2-2煤开采过程中，位于2-2 煤顶板的测线4和测线5各测点应力变化较明显，而布置在2-煤底板的其他3条测线应力基本无变化。铺设在岩层中应力片，通过岩层压力变化而测试应力并传导至传感器，当受采动影响时，应力值具有一定的规律性的变化。当工作面从切眼开挖至2 0 cm时，位于顶板的测线4的1#测点以及测线5的1#测点应力释放，出现反弹拉伸应力，随着工作面的推进，顶板拉伸应Safety in Coal MinesAug.20232023年8 月煤防发全No.8Vol.54第8 期第54卷力进一步增大，而位于工作面前方的测点，则出现应力集中现象，压应力增大，压应力增大区域随着工作面的向前推进，逐渐向前移动。2.3.2下层煤采动影响在4-2 煤开采过程中，4-2 煤层工作面推进过程中覆岩测线应力变化曲线如图6。0.20.250.200.10.15测线10.10测线10测线20.05测线20-0.1测线3测线3-0.05测线4测线4-0.2-0.10测线5-0.15测线5-0.3-0.20-0.25-0.4-0.302040608010012014016018020020406080100120140160180200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(a）开挖2 0 cm(b)开挖50 cm0.50.50.40.40.30.3测线1测线10.20.2测线2测线20.10.1测线3测线300测线4测线4-0.1-0.1测线5测线5-0.2-0.2-0.3-0.3-0.4-0.42040608010012014016018020020406080100120140160180200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(c)开挖1 0 0 cm(d）开挖1 50 cm0.50.50.40.40.30.3测线1测线10.2测线20.2测线20.1测线30.1测线30测线40测线4-0.1-0.2测线5-0.1测线5-0.3-0.2-0.4-0.320406080 100 120 140 160 180 20020406080100120140160180 200距开挖点距离/cm距开挖点距离/cm(e）开挖2 0 0 cm(f)开挖2 6 0 cm图6 4-煤层工作面推进过程中覆岩测线应力变化曲线Fig.6The stress variation curves of erosion rock survey line in the advancing process of 4-2 coal seam working face4-2煤层从切眼开始开挖时，原有岩层靠近沉降边界处会出现压力集中，导致随着工作面推进，监测压力不断升高，距离煤层较近的测线1、测线2、测线3因应力释放出现正向拉伸应力值，而测线4、测线5距离4-煤较远，上部煤层下移导致覆岩应力集中，压应力增大。随着工作面的推进，压力监测值先减小后增加；应力的减小区域，对应图像的弯曲下沉部分；应力集中区域，在曲线中显示为曲线的增加部分。当工作面推进至50 m时，测线1 的1-2#点压应力释放后，拉伸应力增加，基本与1-1#测点应力值相近。测线2 的2-2 点正向应力值增加，而2-1#测点应力值减小，测线3位于煤底板附近，受上煤采空区的影响，出现较大的应力集中现象。当煤层开采时，开挖边界应力集中区前方会出现集中，当应力集中区延伸到传感器附近时，即对应曲线升高部分，之后由于岩层的破碎重叠，应力下降。相对而言，距离煤层距离较近的测线1、测线2、测线3应力变化幅度较大，而距离较远的测线4、测线5应力变化较小；在采空区应力值释放，压应力转变为拉伸正应力，在采空区两侧出现应力集中,压应力增大。由于测线测点布置在模型的右半侧，在工作面推进至左半侧后，位于右侧的测线应力变化较112.Safetyin Coal Mines2023年8 月Aug.2023第54卷No.8Vol.54煤砺发全第8 期小，因此，在工作面2 0 0 m及2 6 0 m位置时的各测线变化形态及应力值相似。与上层煤应力曲线相比，下层煤应力曲线在上层煤开挖应力基础上起始值与终值变化相对较小，变化相比于上层煤平缓，但是应力大小增加。由曲线与开挖位置的相对关系可以得出，下层煤的应力传递更为迅速，这也与上覆岩层垮塌松动导致岩层相对破碎有关。2.4顶板下沉规律分析煤层采动破坏了原始岩层应力平衡，随开采过程，周围应力随着岩层那变形运移，达到应力二次平衡，致使工作面上部覆岩向上发展到地表引起地表的移动现象 2 3-2 5 2.4.1上层煤覆岩移动规律分析2-2煤层工作面推进过程中覆岩下沉曲线如图7。测线1测线2测线3测线4测线1测线2测线3测线4测线5测线6一测线7一测线8测线5一测线6一测线7测线8测线9测线1 0一测线1 1 一测线1 2测线9测线1 0 一测线1 1测线1 2除测线1 2 外，其余测线重合除测线1 1、测线1 2 外，其余测线重合00-0.01-0.2-0.02/喜-0.03-0.4-0.04-0.6-0.05-0.06-0.8-0.07-1.0-0.08-0.09-1.2204060 8010012014016018020022024026028020406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（a）工作面回采2 8 m（b）工作面回采50 m测线1 一测线2测线3测线4测线1 一测线2测线3测线4测线5测线6一测线7测线8测线5测线6一测线7测线8测线9一测线1 0 测线1 1 一汉测线1 2测线9一测线1 0 一测线1 1 一汉测线1 2除测线8、测线1 1、测线1 2 外，其余测线重合除测线8、测线9、测线1 1、测线1 2 外，其余测线重合00-0.2-0.2-0.4-0.4o/鲁2-0.6-0.6-0.8-1.0-0.8-1.2-1.0-1.4-1.2-1.62040608010012014016018020022024026028020406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（c）工作面回采6 5m（d）工作面回采8 0 m测线1测线2测线3测线4测线1一测线2测线3测线4测线5测线6一测线7测线：测线5测线6一测线7测线8：一测线9测线1 0一测线1 1测线1 2测线9 一测线1 0测线1 1 一测线1 2测线2、测线4、测线5、测线7、测线1 0 重合测线2、测线4、测线5、测线7、测线1 0 重合00-0.2-0.2-0.4-0.4-0.6-0.6-0.8-0.8-1.0-1.0-1.2-1.2-1.4-1.4-1.620406080100120140160180200220240260280-1.620406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（e）工作面回采2 0 0 m（f）工作面回采2 6 0 m图7 2-2 煤层工作面推进过程中覆岩下沉曲线Fig.7Rock subsidence curves in the advancing process of 2-2 coal seam working face2-2煤开采是从测线2 的2#测点右下方2 0 cm的位置开始，在工作面推进至2 8 cm之前，测点未发生位移。测线6 上3#测点下沉量较大，为0.0 8cm，3 1 2 号测线上的测点位移变化不明显。根据沉降曲线，开采2 8 cm时，测线5、测线6 之间有离层现象。:113SafetyinCoalMinesAug.20232023年8 月煤砺发全Vol.54No.8第8 期第54卷2-煤开采后，布置于2-2 煤顶板的测线开始出现下沉位移，随着工作面的推进，顶板下沉范围逐渐扩展，致使上覆岩层出现不同程度的下沉位移。由于顶板渐次垮落，直接顶岩层随着垮落而出现岩层次序错动，导致距离煤层较近的测点位移曲线不平滑，出现较大突变，下沉曲线两端存在下沉值突变点，尤其是接煤层顶板的测线6、测线7 表现尤为明显，在终采线和切眼附近垮落顶板呈现悬空三角区域，上部岩层位移较连续平滑位移。煤层开采后，后方采空区随覆层垮塌移动而逐渐充填压实，覆岩的下沉测线出现“平底锅”形的特征，且呈现出以采空区中心线对称的形态。开采过程中，横向裂隙在工作面后方逐渐闭合，由于各岩层的物理性质和承压能力迥异，造成岩层下沉存在速度差，呈现“离层出现-离层增大-离层闭合”的位移规律。2.4.2下层煤覆岩移动规律分析42煤层工作面推进过程中覆岩下沉曲线如图8。测线1测线2测线3测线4测线1测线2测线3测线4测线5测线6一测线7测线8测线5测线6测线7测线8测线9测线1 0 一测线1 1 一次测线1 2测线9 一一测线1 0 一测线1 1 一测线1 2测线1、测线2、测线3、测线4重合测线1、测线2、测线3、测线4重合0.50-0.50-1.0-0.5-1.5-2.0-1.0-2.5-3.0-1.5-3.5-2.0-4.02040608010012014016018020022024026028020406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（a）工作面回采30 m（b）工作面回采40 m测线1 一测线2测线3测线4测线1测线2测线3测线4测线5测线6一测线7测线8测线5测线6测线7测线8测线9 测线1 0 测线1 1 测线1 2测线9测线1 0 测线1 1测线1 2测线1、测线2、测线3重合测线1、测线2 重合00-0.5-0.5-1.0-1.0-1.5-1.5-2.0-2.0-2.5-2.5-3.0-3.0-3.5-3.5-4.0-4.02040608010012014016018020022024026028020406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（c）工作面回采50 m（d）工作面回采8 0 m测线1测线2测线3测线4测线1 一测线2测线3测线4测线5测线6测线7测线8测线5一测线6一测线7测线：一测线9一测线1 00一测线1 11一测线1 2测线9 测线1 0 测线1 1测线1 200-0.5-1.0-1-1.5-2.0-2.5-3.0-3-3.5-4.0-4-4.5-5.05204060 8010012014016018020022024026028020406080100120140160180200220240260280测点距边界距离/cm测点距边界距离/cm（e）工作面回采2 0 0 m（f）工作面回采2 6 0 m图8 4-2 煤层工作面推进过程中覆岩下沉曲线Fig.8Rock subsidence curves in the advancing process of 4-2 coal seam working face:114SafetyinCoal MinesAug.20232023年8 月No.8Vol.54煤防发全第54卷第8 期4-2煤层开采后，开始时覆岩位移只在4-煤层直接顶出现下沉移动，当直接顶的跨落，2#测线出现“V”字形下沉特征，随着工作面的推进，覆岩破坏范围向上逐步扩大，“V”字形向“平底锅 形转化，4-2煤顶板测线依次开始下沉移动。当4-煤工作面推进到9 5m时，布置于2-2 煤顶板的各测线位移明显开始逐渐增大，当工作面推进到1 30 m时，测线6、测线7 的部分测点下沉位移超过了位移4-2 煤顶板2#测线的测点位移。由于4-2 煤采厚比较大，与上煤2-煤层综合采厚覆岩破坏严重，导致各测线出现较大的起伏变化，同时，采后覆岩经历离层-离层增大-离层闭合3个阶段后，覆岩踏实较充分，各测线相对较近。综上，2-煤开采阶段，工作面周期来压步距平均2 5m，岩层断裂角为2 3.2 6 1.7；裂隙带高度为38m，上煤层工作面开采结束后，覆岩破坏程度整体较低。4-煤开采阶段，工作面周期来压步距平均为1 0 m，岩层断裂角变化范围在2 8.3 6 0.4之间，下层煤开采后裂隙带与上层煤采空区沟通，促使上煤层采空区顶板发生“二次活化运动”，导致复合煤层采空区的裂隙带远大于上煤采后的裂隙带高度。在上煤层开采时，应力峰值主要存在工作面超前影响区域，且整体表现为应力峰值不大，但应力变化幅度较大，表明上煤层开采期间岩层断裂现象明显，在下煤层开采阶段，应力相比上煤层整体较大，但变化相对平稳，并且下层煤的应力传递更为迅速，表明煤层群开采时，上煤层开采工作面的应力表现较为常规，但下煤层开采时，由于上部已扰动岩层与本煤层顶板应力叠加影响，其应力表现更为显著，但由于已破断岩层不具有结构性，因此其应力分布特征比较平稳上煤层开采过程中，落带顶板下沉规律不强，存在块体铰接等现象，而裂隙带及上部弯曲下沉带的监测曲线较光滑，覆岩的下沉测线出现“平底锅形”的特征，且呈现出以采空区中心线对称的形态。下煤层开采时，由于本煤层采高大，且上煤层采空区覆岩已破坏扰动，顶板下沉出现较大的起伏变化，且下沉量显著增大，覆岩整体经历离层-离层增大-离层闭合3个阶段。3工作面“上三带”高度观测现场验证通过物理模拟分析可知，在宏观规律上，煤层群上煤层开采时，工作面顶板破断及应力分布相对普通，但在下煤层开采过程中受上部已扰动顶板影响，其周期垮落步距、应力分布明显增大，而波动性降低；但对工作面实际开采过程中顶板的具体垮落形态及三带发育并未有较为有力的理论支撑，为此，通过对顶板垮落进行现场综合探测。布尔台煤矿42 1 0 6 工作面导水裂隙带和垮落带探测钻孔布置在42 1 0 6 工作面的中部，其中