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【摘要】：煤矿地层中的煤矸石或煤炭资源被回采完毕、运出地下后，不可避免地形成一定空间的空洞或空腔称为采空区，现代研究把采空区归类为多孔介质。综放工作面的割煤、放顶工作持续不断，液压支架不断向前移动，支架后方的采空区面积不断增加。由于煤层的支撑应力突然消失，己开采煤体上方的煤矸石、岩层，受自身重力和上部岩层压力的影响，必定会发生一定程度的破坏、沉降及冒落。对于采动影响下的上覆岩层破坏规律，经典矿压理论按照裂隙发育程度在竖直方向上将采空区划分为"竖三带"在水平方向上将采空区划分为"横三区"。
【关键词】：采空区；上覆岩层；特征
一、采空区各区带划分
综采放顶煤开采条件下，采空区垂直方向上可划分为璋落带（冒落带）、断裂带（裂隙带）和弯曲下沉带。
（1）跨落带（冒落带）。采煤工作面正常回采推进后导致上覆直接顶彻底垮落，形成密实度差、不规则和碎胀的采空区空间，称为冒落带，也叫跨落带。综放工作面的割煤、放顶工作不断进行，由于煤层的支撑应力突然消失，己开采煤体上方的直接顶，受自身重力和上部岩层压力的影响，不断垮落。回采初期，采空区面积不大、顶板关键层下方存在空隙，这主要是因为关键层通过形成砌体梁结构来实现应力平衡，顶板停止冒落。通常情况下，破碎煤岩体不规则、不整齐地排列在采空区冒落带内。之所以冒落煤岩块间隙大、连通性好、气体流通性强，是因为冒落带煤岩碎胀系数比较大。然而冒落破碎岩石具有可压缩性，综放工作不断进行过程中，顶板周期来压的作用下，重新压实了采空区后方的冒落岩石，形成荷载影响区和压实稳定区。
（2）断裂带（裂隙带）。老顶岩层在弯曲下沉变形的过程中，不断离层，产生大量离层间隙；同时在沿层理方向拉应力的作用下，岩层破断、产生大量竖直或倾斜的破断裂隙，饱含离层裂隙与破断裂隙的区域就是裂隙带。虽然裂隙带内岩层未能充分破碎垮落，但是出现了大量离层、破断裂隙，岩层已经改变了原有结构。在裂隙带下部与垮落带接近的的岩石层断裂变形会很明显，而在裂隙带上部分岩石层的断裂变形却很小，将断裂带在坚直方向断裂变形分成三种：微小开裂、一般开裂和严重断裂。采空区上部裂隙充分发育度后，破断楚隙和离层裂隙沟通，上邻近层的泄压瓦斯和围岩瓦斯肯定会通过裂隙运移至此带内。再加上冒落带和裂隙带是直接连通的，如果大量高浓度瓦斯积聚在裂隙带内，瓦斯反而向支架面后方的采空区运移，有时可能直接涌向工作面，造成工作面、上隅角及回风巷瓦斯超限，严重制约了综采放顶煤工作面的安全高效持续回采工作，存在安全隐患。
（3）弯曲下沉带。指的是断裂带上面岩层会整体性地发生弯曲并缓慢向下沉陷的岩层区带。弯曲下沉带岩层各个部分发生向下沉陷的位移差距很小，没有离层裂缝的存在。弯曲下沉带内岩层即不会离层破断也不会破碎垮落，岩体总体上还是本来的层位和整体性，岩层的整体移动过程是连续的、规律的、平缓的。因此弯曲下沉带采动影响小、各种裂隙少，更不可能形成导气裂隙网络。上覆岩层的岩性及开采煤层的厚度决定了弯曲下沉带的高度。
（4）其他各区带。水平方向上，弯曲下沉带的煤岩层，可划分为煤壁支撑影响区、岩石离层区和重新压实区。在冒落带内部，由于距王作面距离和所受压力不同，可划分为自由堆积区、载荷影响区和压实稳定区。自由堆积区是指直接顶跨落后，由于上覆岩层基本处于稳定状态，所璋落岩块处于自由堆积状态，没有承受压力。载荷影响区，指随着采煤工作面推进，原本自由堆积的岩块初步承受应力，透气性系数有所降低。压实稳定区，处在采空区深处，是指多次放顶煤以后，跨落岩块经过顶板压力反复冲击，己处于岩石稳定状态，岩块间孔隙率很小。
二、O型圈理论
0型圈理论是另外一种经典且被诸多学者广泛接受认可的采空区理论。随着工作面的不断推进，上覆岩层的不断垮落，当采煤工作面推进到一定距离后，采空区中部跨落岩块受到上覆岩层重力、顶板压力反复冲击，逐渐被重新压实。而采空区两侧及开切眼位置受到煤壁的支撑作用、工作面位置受到支架面及煤层的支撑作用，采空區四周边缘仍然存在一个连通的离层裂隙发育区形状类似"0"型的裂隙带，如下图1。
三、采动裂隙演化规律
（1）煤层从开切眼到初次放顶阶段。煤层顶板上覆岩层从弹性弯曲形变逐步演变为下沉、离层、破断、垮落，各种裂隙不断产生、变多变大并相互连通，孔隙率较大，气体流通性较强。由于采空区面积较小，直接顶璋落，冒落带上方岩层在关键层作用下基本上保持稳定不变，垮落煤岩块呈现自由堆积状态，整体上并未受到上覆岩层压力的影响。
（2）从初次放顶到稳定回采阶段。此阶段采空区中部早先培落的岩块逐步被压实，但由于采空区开切眼、支架面、两侧煤壁的支撑作用，采空区边缘区域逐步形成0型圈。同时冒落带上覆岩层也在逐步破断，形成离层裂隙和穿层裂隙，一般孔隙率较高。
（3）稳定回采阶段。该阶段是矿井生产中最关键时期，也是各项研究工作的重点。随着采煤工作面不断推进，煤壁支撑影响区在放顶作用下，靠近工作面的直接顶不断破碎垮落，在冒落带形成约几十米范围的自由堆积区，其不受压力，孔隙发达，孔隙率一般在，是采空区漏风的主要部分；自由堆积区后方部分由于初次受到上覆岩层的应力作用，孔隙逐渐变小，孔隙率变小，形成载荷影响区；深部店实稳定区域范围逐渐变大，瓦斯浓度较高，裂隙较少，孔隙率较低。压实稳定区后部上方便是"横三区"的重新压实区，由于下方受到压实稳定区培落岩石的强力支撑，上方由于重力、沉降作用等逐渐稳定。裂隙逐渐变少变小，孔隙率很低。冒落带上方便是裂隙带，也是岩石离层区的一部分，该区域由于下部得不到有力支撑，岩石破断下沉。形成离层裂隙和穿层裂隙，是瓦斯运移和聚集的最主要区域，该部分中下部孔隙发育，孔隙率一般在，是采空区瓦斯治理和抽采的最主要区域。
（4）煤层回采完毕采空区封闭阶段。由于采空区范围稳定下来，在上覆岩层重新压实沉降作用下，采空区冒落带、裂隙带孔隙逐渐变小，直至闭合。当然能够在裂隙带进行老空区瓦斯抽采工作，保障老空区安全及上下临近层的安全高效回采。
参考文献：
[1]李生舟.采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究[D].重庆大学， 2012.
[2]李佳，熊晓峰，孙岩，等.基于两带高度的瓦斯抽采钻场设计[J].煤炭工程， 2016，48（6）：15-18.
[3]钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报，2003， 32（4）：343-348.
【关键词】：采空区；上覆岩层；特征
一、采空区各区带划分
综采放顶煤开采条件下，采空区垂直方向上可划分为璋落带（冒落带）、断裂带（裂隙带）和弯曲下沉带。
（1）跨落带（冒落带）。采煤工作面正常回采推进后导致上覆直接顶彻底垮落，形成密实度差、不规则和碎胀的采空区空间，称为冒落带，也叫跨落带。综放工作面的割煤、放顶工作不断进行，由于煤层的支撑应力突然消失，己开采煤体上方的直接顶，受自身重力和上部岩层压力的影响，不断垮落。回采初期，采空区面积不大、顶板关键层下方存在空隙，这主要是因为关键层通过形成砌体梁结构来实现应力平衡，顶板停止冒落。通常情况下，破碎煤岩体不规则、不整齐地排列在采空区冒落带内。之所以冒落煤岩块间隙大、连通性好、气体流通性强，是因为冒落带煤岩碎胀系数比较大。然而冒落破碎岩石具有可压缩性，综放工作不断进行过程中，顶板周期来压的作用下，重新压实了采空区后方的冒落岩石，形成荷载影响区和压实稳定区。
（2）断裂带（裂隙带）。老顶岩层在弯曲下沉变形的过程中，不断离层，产生大量离层间隙；同时在沿层理方向拉应力的作用下，岩层破断、产生大量竖直或倾斜的破断裂隙，饱含离层裂隙与破断裂隙的区域就是裂隙带。虽然裂隙带内岩层未能充分破碎垮落，但是出现了大量离层、破断裂隙，岩层已经改变了原有结构。在裂隙带下部与垮落带接近的的岩石层断裂变形会很明显，而在裂隙带上部分岩石层的断裂变形却很小，将断裂带在坚直方向断裂变形分成三种：微小开裂、一般开裂和严重断裂。采空区上部裂隙充分发育度后，破断楚隙和离层裂隙沟通，上邻近层的泄压瓦斯和围岩瓦斯肯定会通过裂隙运移至此带内。再加上冒落带和裂隙带是直接连通的，如果大量高浓度瓦斯积聚在裂隙带内，瓦斯反而向支架面后方的采空区运移，有时可能直接涌向工作面，造成工作面、上隅角及回风巷瓦斯超限，严重制约了综采放顶煤工作面的安全高效持续回采工作，存在安全隐患。
（3）弯曲下沉带。指的是断裂带上面岩层会整体性地发生弯曲并缓慢向下沉陷的岩层区带。弯曲下沉带岩层各个部分发生向下沉陷的位移差距很小，没有离层裂缝的存在。弯曲下沉带内岩层即不会离层破断也不会破碎垮落，岩体总体上还是本来的层位和整体性，岩层的整体移动过程是连续的、规律的、平缓的。因此弯曲下沉带采动影响小、各种裂隙少，更不可能形成导气裂隙网络。上覆岩层的岩性及开采煤层的厚度决定了弯曲下沉带的高度。
（4）其他各区带。水平方向上，弯曲下沉带的煤岩层，可划分为煤壁支撑影响区、岩石离层区和重新压实区。在冒落带内部，由于距王作面距离和所受压力不同，可划分为自由堆积区、载荷影响区和压实稳定区。自由堆积区是指直接顶跨落后，由于上覆岩层基本处于稳定状态，所璋落岩块处于自由堆积状态，没有承受压力。载荷影响区，指随着采煤工作面推进，原本自由堆积的岩块初步承受应力，透气性系数有所降低。压实稳定区，处在采空区深处，是指多次放顶煤以后，跨落岩块经过顶板压力反复冲击，己处于岩石稳定状态，岩块间孔隙率很小。
二、O型圈理论
0型圈理论是另外一种经典且被诸多学者广泛接受认可的采空区理论。随着工作面的不断推进，上覆岩层的不断垮落，当采煤工作面推进到一定距离后，采空区中部跨落岩块受到上覆岩层重力、顶板压力反复冲击，逐渐被重新压实。而采空区两侧及开切眼位置受到煤壁的支撑作用、工作面位置受到支架面及煤层的支撑作用，采空區四周边缘仍然存在一个连通的离层裂隙发育区形状类似"0"型的裂隙带，如下图1。
三、采动裂隙演化规律
（1）煤层从开切眼到初次放顶阶段。煤层顶板上覆岩层从弹性弯曲形变逐步演变为下沉、离层、破断、垮落，各种裂隙不断产生、变多变大并相互连通，孔隙率较大，气体流通性较强。由于采空区面积较小，直接顶璋落，冒落带上方岩层在关键层作用下基本上保持稳定不变，垮落煤岩块呈现自由堆积状态，整体上并未受到上覆岩层压力的影响。
（2）从初次放顶到稳定回采阶段。此阶段采空区中部早先培落的岩块逐步被压实，但由于采空区开切眼、支架面、两侧煤壁的支撑作用，采空区边缘区域逐步形成0型圈。同时冒落带上覆岩层也在逐步破断，形成离层裂隙和穿层裂隙，一般孔隙率较高。
（3）稳定回采阶段。该阶段是矿井生产中最关键时期，也是各项研究工作的重点。随着采煤工作面不断推进，煤壁支撑影响区在放顶作用下，靠近工作面的直接顶不断破碎垮落，在冒落带形成约几十米范围的自由堆积区，其不受压力，孔隙发达，孔隙率一般在，是采空区漏风的主要部分；自由堆积区后方部分由于初次受到上覆岩层的应力作用，孔隙逐渐变小，孔隙率变小，形成载荷影响区；深部店实稳定区域范围逐渐变大，瓦斯浓度较高，裂隙较少，孔隙率较低。压实稳定区后部上方便是"横三区"的重新压实区，由于下方受到压实稳定区培落岩石的强力支撑，上方由于重力、沉降作用等逐渐稳定。裂隙逐渐变少变小，孔隙率很低。冒落带上方便是裂隙带，也是岩石离层区的一部分，该区域由于下部得不到有力支撑，岩石破断下沉。形成离层裂隙和穿层裂隙，是瓦斯运移和聚集的最主要区域，该部分中下部孔隙发育，孔隙率一般在，是采空区瓦斯治理和抽采的最主要区域。
（4）煤层回采完毕采空区封闭阶段。由于采空区范围稳定下来，在上覆岩层重新压实沉降作用下，采空区冒落带、裂隙带孔隙逐渐变小，直至闭合。当然能够在裂隙带进行老空区瓦斯抽采工作，保障老空区安全及上下临近层的安全高效回采。
参考文献：
[1]李生舟.采动覆岩裂隙场演化及瓦斯运移规律研究[D].重庆大学， 2012.
[2]李佳，熊晓峰，孙岩，等.基于两带高度的瓦斯抽采钻场设计[J].煤炭工程， 2016，48（6）：15-18.
[3]钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报，2003， 32（4）：343-348.