1不同采厚条件下裂缝分布规律

在采深360m,松散层厚度4.5m,采宽600m条件下,模拟不同采厚(2.5,3.5,4.5,6.0,9.0,18m),如图3~图8.由图3~图8可知,随开采厚度的变化,地表移动变形及地表的非连续性有以下特征.1)随采厚的增大(图3~图6),采空区边界附近地表水平变形值逐渐增大.由该区表土层力学性质可知,当水平变形值达到6mm/m时地表便会产生裂缝.当采厚小于6m时,表土的变形值小于6mm/m,地表不会出现裂缝,当采厚超过6m时地表裂缝便随采厚的增加而变宽.2)当深厚比达到某一数值时地表才出现裂缝,此后地表水平变形最大值便不再扩大,地表裂缝的宽度也不再变宽.3)地表裂缝首先产生于采空区边界附近(图6~图8).随采厚的增加在先产生裂缝位置的外侧产生次一级宽度的裂缝,且条数更多.在开采边界以外区域未出现,只是处于变形的积累阶段.在开采边界以内受压缩变形的影响,不发生裂缝或开采过程中产生的裂缝已闭合.

2不同松散层厚度条件下裂缝分布规律

在相同地质采矿条件下,模拟不同松散层厚度(5,50,100,150m)条件下地表移动变形,如图9~图12.随松散层厚度的变化,地表非连续变形具有以下特点.1)开采边界附近受到拉伸变形的作用,采空区上方主要受到压缩变形的影响,因此裂缝产生的位置位于开采边界附近.2)松散层能对变形的不均匀进行调节,使地表移动变形值减小.松散层越厚这种特性越明显;当松散层较薄时,地表往往容易产生裂缝.当松散层达到一定厚度时,地表的水平变形值趋近于零,此时地表裂缝较少或者不产生.3)裂缝宽度具有明显的分级性.宽度较大的裂缝一般仅有一两条,而次一级宽度的裂缝较前一级多一些,更次一级宽度的裂缝与次一级的数量基本相同.

3不同开采充分性条件下裂缝分布规律

模拟从极不充分、非充分至超充分开采条件下的地表水平变形引起裂缝情况,开采不同尺寸(36,180,468,720m),如图13~图16.由图13~图16分析可知,地表移动随开采充分性程度的变化其规律变现为1)极不充分和非充分采动条件下(图13~图14),开采36m和180m时移动变形均小于6mm/m,地表变形小,地表一般不会产生裂缝.2)在非充分至充分采动过程中(图13~图15),地表变形由小变大直至产生裂缝,裂缝位于开采边界附近,随开采尺寸的进一步扩大,裂缝逐渐增宽直至不变.3)超充分条件下,开采720m,边界位置的裂缝达到最宽不再扩大,在其外侧会有变形积累,是新裂缝产生的潜在因素.

4结论

1)地表采动裂缝是多因素影响下,地表岩土体变形超过其极限变形时形成的一种采动非连续变形.其中地下开采是诱因,覆岩破坏是过程,表层岩、土体超过极其限变形是直接原因,地表产生裂缝及损害是结果.2)松散层越厚,其由下至上传播开采影响过程中对变形的不均匀调节越明显,即地表变形越均匀,不易产生裂缝;开采充分性仅对地表裂缝产生位置有影响,当开采达到一定尺寸,地表产生裂缝;煤层采厚是地表产生非连续变形的主要影响因素,采厚越大,则深厚比越小,地表越易产生裂缝.3)地表采动裂缝位于采空区边界附近,以裂缝带的形式存在.在主要裂缝两侧产生次一级的裂缝,且裂缝带随回采的推进而前移.