[科普中国]-裂隙带

简介

裂隙带是指该部分岩层在推进方向上裂隙的发育，各岩层的裂隙浓度已扩展到（或接近扩展到）全部厚度。在采场推进过程中能够以“传递岩梁”的形式周期性断裂运动，在推进方向上能始终保持传递水平力的联系。内应力场的主要压力也是来源该部分岩层1。

裂隙带的形态传统的认识认为，裂隙带的边界起点位于煤壁处，尹增德博士的大量现场实测和研究发现裂隙带边界与煤壁位置关系是：在煤壁前方或在煤壁上。从而描述导水裂隙带边界形态的参数要充分考虑边界起点的位置参数，这显然与传统认识不一致，对于软弱覆岩(包括分层开采下分层)条件下，裂隙带形态为两边高中间略低的不明显“马鞍型”，而在中硬以上覆岩条件下则为两边高中闯低的明显“马鞍型”。此外，导水裂隙带从边界起点处到最高点的轮廓线也应考虑覆岩岩性组合条件2。

裂隙带发育的动态特征裂隙带随煤层开采，覆岩的沉降、离层、破坏的形成具有从发生、发育(上升)、最大高度、回降、稳定的发育过程，裂隙带最终形态必须是在工作面开采范围达到一定程度，推过相应位置一定时间(或距离)，覆岩破坏移动随冒落矸石离层、裂隙压实而形成，这在软弱岩层及中硬岩层条件的覆岩破坏动态探测及相似材料模拟中都得到了充分证明。

在冒落带岩块几乎充满整个采空区的条件下，裂隙带的弯曲下沉能保持其破断后的岩块仍能互相依次整体排列，从而在运动中各岩层间起互相制约的作用。根据测定，破碎了的岩块群在受压后其最终点体积膨胀量只是原来整体体积的1.05倍左右。随着冒落带压实，裂隙带就逐步稳定。另外根据实际测定在裂缝带的各岩层之间存在有离层现象。

覆岩破坏范围的最大高度与开采厚度的关系最为密切。一般随着采厚增大，破坏高度也相应增加。以长壁全部冒落采煤法的裂隙带发育情况为例，一般在炮采、普通机采条件下，薄煤层单层开采或中厚及厚煤层初次开采时的覆岩破坏高度与采厚呈线性关系，即随着采厚增加，破坏高度将按线性比例增加。

增大厚煤层初次开采厚度或全层一次开采会引起裂隙带高度的明显增大，并使其马鞍型分布形态的明显程度大大增加；而增大重复开采厚度则一般使裂隙带增高不明显。重复开采对覆岩破坏范围的最终形态也会带来显著影响。一般情况下，重复开采时覆岩破坏范围的马鞍型分布形态的明显程度都将有所降低，分层开采数目越多，降低越明显，有时甚至会使马鞍型基本消失。

这主要是由于厚煤层在分层开采重复采动时，已破碎的岩层再次冒落，块度变小，剩余碎胀系数随之减小；加之在上分层采动后的裂隙带内岩层抵抗弯曲变形的能力已经降低，其下部采空再次经受弯曲变形时，其中就有一部分严重断裂，形成新的冒落带，使冒落带高度增加较大。随着新的冒落带的形成，上部未破碎岩层能较快得以支撑，缓和了裂隙的发展，使裂隙增长幅度降低。而在综放条件下，一次开采空间大，覆岩一次性下沉变形量大，因而覆岩承受的弯曲、拉伸变形较大，因而其采动裂隙发育较高，故放顶煤开采裂隙带高度大于分层开采裂隙带高度，这点在实测中得到了充分的验证。

上覆岩层的岩性对于裂隙带的发生和闭合有不同的作用。现有的实测资料已经证明，软岩层不易产生裂隙(即使产生后裂隙也容易闭合)，从而对裂隙的发展起到了抑制作用。断裂力学的研究成果也证明了这一点：相邻上下两岩层，下一层中的裂缝能否扩展到上一层中去，取决于临近两层交界画处裂隙端部的应力强度因子的变化情况。

上一岩层对下岩层中裂隙的扩展起着阻挡作用，最终使裂缝的扩展终止于界面上。因此，在岩层完整的情况下，硬岩层比软岩层更能终止裂缝的扩展。然而软岩塑性较大，能承受较大的弯曲变形，易于损耗劈裂能量，不易产生裂缝：同时大多数软岩中又含有遇水膨胀的物质，易于堵塞裂缝，因而对采动裂隙起到抑制作用。因此，阻止采动导水裂缝发展的最佳岩层组合是：以硬岩层开始，然后软岩，再次是硬岩，依次叠加。这样硬岩层(第一层)一是抵阻断裂，二是冒落碎胀系数大，较快支撑上部的岩层，即使裂隙发展到上一软岩层，软岩层可发挥其作用抑制裂隙的发展，若裂隙继续向上发展，由第三层的硬岩层起终止作用，依次类推可降低裂隙的发展3。

裂隙带高度的上限隙带与弯曲带之间没有一个明显的界线。弯曲带底部也有少量竖向裂隙和具有弱导水性，因此究竟以多大的导水性作为裂隙带高度的上限。对此还没有具体规定，一般是与采前钻孔资料进行对比，把钻孔冲洗液消耗或注水漏失量开始明显增大，并向下连续增加的位置作为裂隙带高度的上限2。