本书深入研究了煤与瓦斯突出防治中远距离开采保护层时，覆岩垮落、移动、变形规律，以及被保护层透气性变化和瓦斯流场分布。第0章，绪论，简要介绍所研究问题的提出背景、研究现状及其理论基础；第1章，矿井煤(岩)、瓦斯动力现象及其特征；第2章，保护层开采覆岩破断移动特性；第3章，保护层开采覆岩裂隙分布特性；第4章，保护层开采覆岩移动变形数值模拟；第5章，裂隙煤岩体渗透特征和变形移动试验研究；第6章，保护层开采煤岩破裂过程固气耦合模型及数值解法；第7章，远距离保护层开采现场试验研究；第8章，主要结论。本书适合从事煤与瓦斯突出防治工作的煤矿工程技术人员、科研工作者及大专院校师生阅读使用。2100433B

书名：保护层开采覆岩变形移动特性及防突工程应用实践

作者：石必明（安徽理工大学教授）

出版: 煤炭工业出版社

字数：140千字

平装: 172页

开本: 32

书号：ISBN978-7-5020-3268-5

印数：700册

出版日期：2008年4月

保护层研究背景

随着煤矿开采规模的不断扩大以及开采深度的增加，煤矿瓦斯的特殊涌出成为制约矿井高产高效的主要因素。尤其在开采低透气性高瓦斯有突出危险煤层时，煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一，如何安全、经济、有效地防治煤与瓦斯突出，前人为此进行了大量的研究，提出了许多有效的防治措施，对减少和预防煤与瓦斯突出做出了卓有成效的贡献。其中保护层开采技术是已被大量实践证明并用法规形式确立的防治煤矿突出危险的行之有效的方法，在国内外被广泛应用。保护层开采能使突出危险煤层的应力- 形变状态和瓦斯动力状态发生改变，使被保护层卸压，释放煤层的弹性潜能，增大煤层的透气性，有利于被保护层的瓦斯流动、解吸，从而减少煤层含量，以降低煤层瓦斯内能，达到预防煤与瓦斯突出的目的。在研究保护层开采过程中，被保护层变形特性对现场保护层开采方案的有效实施具有重要的理论和实际意义。

保护层数值模拟本构关系

岩石应力- 应变曲线的非线性是由于其受力后的不断损伤引起微裂纹萌生和扩展而造成的，而不是由于其塑性变形，因此，用弹性损伤力学的本构关系来描述岩石的细观力学性质是合适的。从岩石的微观结构上讲，一方面因为大量节理、 裂隙的存在，岩石不是连续介质；另一方面由于岩石仍属于结晶材料，故岩石也不是离散介质，这就说明了岩石从构造本质上讲是一种非线性材料。岩石的非线性本质还显示为岩石的变形、演化以及其中裂隙和孔隙空间分布的复杂性和高度无序性等方面。

在岩石破坏初始状态，细观单元是弹性的，其力学性质可以完全由弹性模量和泊松比来表达，随着单元应力的增加，当单元的应力状态或者应变状态满足给定的损伤阈值时，单元开始损伤。在不同的应力组合条件下，岩石的破坏表现出剪切和拉伸2种形式。通常，可以利用库仑准则判别压缩破坏，利用最大拉应力准则判别拉伸破坏。

保护层研究结果

(1)保护层开采对被保护层产生较大影响，随着保护层开采，上覆岩层不断垮落，被保护层的最大主应力大大降低，被保护层在一定范围内发生膨胀变形，但随着保护层推进距离的不断增加，被保护层的最大主应力有所恢复，煤层的膨胀变形逐渐减小，达到一定值后趋于稳定，该区域煤体裂隙发育，煤层透气性大大增加，有利于瓦斯运移和煤层瓦斯卸压抽放。

(2)随着保护层工作面推进距离的增大，被保护层卸压区煤层水平变形出现两个区域，切眼前方一定距离煤层的水平移动方向与回采方向一致；工作面后方一定距离煤层的水平移动方向与回采方向相反，这样被保护层卸压区煤层受到水平拉抻和挤压作用，使该区域煤体机械破坏增加，有利于被保护层次生裂隙的发育，进一步增加煤层的透气性。

(3)在保护层开采过程中相对层间距对被保护层卸压变形产生较大影响，相对层间距愈大，保护层开采对被保护层的影响愈小，膨胀变形的滞后时间增加，不利于被保护煤层离层裂隙和破断裂隙的产生，为了保证保护层开采效果，应增大开采超前距。因此，在矿井生产的实际过程中，在被保护层中进行卸压抽放时，应考虑保护层开采过程中，被保护层透气性的时空演化分布规律。 2100433B

《深部开采预防巷道滞后突水技术与实践》基于深部开采工程背景，通过深部岩体力学常规试验和断层破碎带蠕变试验，探讨了深部岩石力学性质及其与突水有关的变形破坏特征。根据现场实测和理论分析，研究了深部地应力场特征及采动应力场特征。从断裂构造发育特征、构造形成机制、水文地质类型及断裂破碎带物质的岩体结构力学效应人手，探讨了断裂活化滞后突水机制以及承压水导升机理，分析了差异变形破坏与围岩变形、突水之间的关系，结合生产实际优化了深部开采巷道支护参数，在探明断层位置及富水性的基础上实施了断层带注浆加固技术，完善了煤矿巷道矸石充填技术与工艺，研究成果对预防巷道滞后突水具有很好的指导意义，在生产现场取得了良好的应用效果。

《深部开采预防巷道滞后突水技术与实践》可供采矿工程、地下工程、地质工程、土木工程等专业和从事相关课题研究的科研人员、现场工程技术人员和高等院校师生参考使用。

在底板裂隙带和原始导升带之间应有足够厚度的隔水岩层才能阻止承压水的涌入。该隔水岩层是防止突水事故的主要屏障，故习称之为保护层。保护层必须有足够的厚度，以免由于渗流速度过大或保护层的破裂而失去其隔水性能和保护作用。

承压水的水压促使涌水穿越保护层渗流入开采空间，其渗流速度正比于单位穿越厚度的水压降，显然，若保护层过薄，单位层厚的水压降过大即渗流速度过大将有可能破坏岩层隔水的性能。

在承压水的作用下，采、掘工作面开采空间下方的底板隔水层相当于以两侧支承应力区和工作面前后方支承区为支点的承力岩板。承压水的上推力是其主要荷载，采空区顶板的压应力和底板裂隙带岩体的自重能部分地抵消承压水的作用力，但是，由于免压区中顶板的压应力很低，底板裂隙带深度较小，其自重和压应力之和仍不足以平衡该上推力。所以，实际上，主要是靠岩板的强度来抵抗承压水的上推力。若岩板过薄，岩板强度不够，则岩板将遭到破坏并形成突水事故。显然，承压水的水压愈低、采空区中顶板岩层作用于底板的压力愈大、岩板愈厚、强度愈高、岩板的跨度愈小，则岩板愈不易遭到破坏。防止保护层的破坏往往是防止底板突水的关键所在。由于岩板的强度正比于岩板厚度的! 次方，反比于岩板折算跨度的平方。因此，在诸因素中又常以该两项因素的影响为最重要，宜特别予以重视。

由采、掘工作面开采活动引起的底板裂隙带深度，原始导升带高度的增高以及防止底板突水所需的保护层厚度是不同的。一般情况下，掘进工作形成的底板裂隙带深度较浅；原始导升区的高度大多不会明显增高；底板保护层因应力超限而破坏的临界厚度较小，底板突水事故多发生于原始导升高度异常区且多是因掘巷空间与承压水通道间煤、岩柱过小而发生突水。采煤工作面则大多是由于采煤活动导致底板隔水保护层的破裂而形成突水 。2100433B