厚松散层薄基岩工作面导水裂隙带高度预计方法

丁希阳 刘尊欣 田晓伟

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 济宁 272100）

1 工程概况

义桥煤矿6304 工作面宽度在切眼侧为125 m，在停采线侧为160 m，走向长度为510 m，松散层厚度平均为224 m，基岩厚度最小为35.45 m，最大为85.15 m。主采3 煤层，煤层厚度为3.10～3.95 m，平均3.4 m，煤层倾角为6°～18°，平均12°。工作面开采区域水体类型为第四系下砂、砾层空隙含水层和3 煤顶板砂岩裂隙含水层。厚松散层薄基岩条件下工作面开采覆岩裂隙带高度准确预计是保证6304 工作面安全开采的前提。

2 厚松散层岩层控制的松散层拱理论

当煤层上覆松散层厚度满足一定条件时，松散层中能够形成具有稳定承载能力的松散层拱结构，如图1。文献[1-3]建立了松散层拱结构力学模型，得到了松散层拱高度与宽度的比值及厚度的解析式，确定了形成松散层拱时的松散层临界厚度，如式（1）所示，式中参数如图1 所示。

图1 松散层拱示意图[1-3]

3 厚松散层薄基岩工作面覆岩裂隙发育

3.1 试验模型设计

试验选用250 cm×30 cm×400 cm（长×宽×高）的平面应力实验台，模型几何、容重、应力和强度相似比分别为100:1、1.67:1、167:1、167:1。松散层的相似材料为河砂和锯末，河砂和锯末的质量比为10:1；基岩的相似材料为河砂、石膏、碳酸钙。试验模型如图2，力学参数见表1。

图2 物理模型

表1 相似物理模型岩层参数

3.2 试验结果及分析

图3 为厚松散层薄基岩工作面开采过程中覆岩裂隙发育规律。亚关键层初次破断前，采动覆岩裂隙带发育高度止于亚关键层底界面，高度为14 m，如图3（a）；亚关键层初次破断且主关键层初次破断前，采动覆岩裂隙带发育高度止于主关键层底界面，高度为30 m，如图3（b）；……