[科普中國]-裂隙帶

簡介

裂隙帶是指該部分巖層在推進方向上裂隙的發(fā)育，各巖層的裂隙濃度已擴展到（或接近擴展到）全部厚度。在采場推進過程中能夠以“傳遞巖梁”的形式周期性斷裂運動，在推進方向上能始終保持傳遞水平力的聯系。內應力場的主要壓力也是來源該部分巖層1。

裂隙帶的形態(tài)傳統的認識認為，裂隙帶的邊界起點位于煤壁處，尹增德博士的大量現場實測和研究發(fā)現裂隙帶邊界與煤壁位置關系是：在煤壁前方或在煤壁上。從而描述導水裂隙帶邊界形態(tài)的參數要充分考慮邊界起點的位置參數，這顯然與傳統認識不一致，對于軟弱覆巖(包括分層開采下分層)條件下，裂隙帶形態(tài)為兩邊高中間略低的不明顯“馬鞍型”，而在中硬以上覆巖條件下則為兩邊高中闖低的明顯“馬鞍型”。此外，導水裂隙帶從邊界起點處到最高點的輪廓線也應考慮覆巖巖性組合條件2。

裂隙帶發(fā)育的動態(tài)特征裂隙帶隨煤層開采，覆巖的沉降、離層、破壞的形成具有從發(fā)生、發(fā)育(上升)、最大高度、回降、穩(wěn)定的發(fā)育過程，裂隙帶最終形態(tài)必須是在工作面開采范圍達到一定程度，推過相應位置一定時間(或距離)，覆巖破壞移動隨冒落矸石離層、裂隙壓實而形成，這在軟弱巖層及中硬巖層條件的覆巖破壞動態(tài)探測及相似材料模擬中都得到了充分證明。

在冒落帶巖塊幾乎充滿整個采空區(qū)的條件下，裂隙帶的彎曲下沉能保持其破斷后的巖塊仍能互相依次整體排列，從而在運動中各巖層間起互相制約的作用。根據測定，破碎了的巖塊群在受壓后其最終點體積膨脹量只是原來整體體積的1.05倍左右。隨著冒落帶壓實，裂隙帶就逐步穩(wěn)定。另外根據實際測定在裂縫帶的各巖層之間存在有離層現象。

覆巖破壞范圍的最大高度與開采厚度的關系最為密切。一般隨著采厚增大，破壞高度也相應增加。以長壁全部冒落采煤法的裂隙帶發(fā)育情況為例，一般在炮采、普通機采條件下，薄煤層單層開采或中厚及厚煤層初次開采時的覆巖破壞高度與采厚呈線性關系，即隨著采厚增加，破壞高度將按線性比例增加。

增大厚煤層初次開采厚度或全層一次開采會引起裂隙帶高度的明顯增大，并使其馬鞍型分布形態(tài)的明顯程度大大增加；而增大重復開采厚度則一般使裂隙帶增高不明顯。重復開采對覆巖破壞范圍的最終形態(tài)也會帶來顯著影響。一般情況下，重復開采時覆巖破壞范圍的馬鞍型分布形態(tài)的明顯程度都將有所降低，分層開采數目越多，降低越明顯，有時甚至會使馬鞍型基本消失。

這主要是由于厚煤層在分層開采重復采動時，已破碎的巖層再次冒落，塊度變小，剩余碎脹系數隨之減??；加之在上分層采動后的裂隙帶內巖層抵抗彎曲變形的能力已經降低，其下部采空再次經受彎曲變形時，其中就有一部分嚴重斷裂，形成新的冒落帶，使冒落帶高度增加較大。隨著新的冒落帶的形成，上部未破碎巖層能較快得以支撐，緩和了裂隙的發(fā)展，使裂隙增長幅度降低。而在綜放條件下，一次開采空間大，覆巖一次性下沉變形量大，因而覆巖承受的彎曲、拉伸變形較大，因而其采動裂隙發(fā)育較高，故放頂煤開采裂隙帶高度大于分層開采裂隙帶高度，這點在實測中得到了充分的驗證。

上覆巖層的巖性對于裂隙帶的發(fā)生和閉合有不同的作用?，F有的實測資料已經證明，軟巖層不易產生裂隙(即使產生后裂隙也容易閉合)，從而對裂隙的發(fā)展起到了抑制作用。斷裂力學的研究成果也證明了這一點：相鄰上下兩巖層，下一層中的裂縫能否擴展到上一層中去，取決于臨近兩層交界畫處裂隙端部的應力強度因子的變化情況。

上一巖層對下巖層中裂隙的擴展起著阻擋作用，最終使裂縫的擴展終止于界面上。因此，在巖層完整的情況下，硬巖層比軟巖層更能終止裂縫的擴展。然而軟巖塑性較大，能承受較大的彎曲變形，易于損耗劈裂能量，不易產生裂縫：同時大多數軟巖中又含有遇水膨脹的物質，易于堵塞裂縫，因而對采動裂隙起到抑制作用。因此，阻止采動導水裂縫發(fā)展的最佳巖層組合是：以硬巖層開始，然后軟巖，再次是硬巖，依次疊加。這樣硬巖層(第一層)一是抵阻斷裂，二是冒落碎脹系數大，較快支撐上部的巖層，即使裂隙發(fā)展到上一軟巖層，軟巖層可發(fā)揮其作用抑制裂隙的發(fā)展，若裂隙繼續(xù)向上發(fā)展，由第三層的硬巖層起終止作用，依次類推可降低裂隙的發(fā)展3。

裂隙帶高度的上限隙帶與彎曲帶之間沒有一個明顯的界線。彎曲帶底部也有少量豎向裂隙和具有弱導水性，因此究竟以多大的導水性作為裂隙帶高度的上限。對此還沒有具體規(guī)定，一般是與采前鉆孔資料進行對比，把鉆孔沖洗液消耗或注水漏失量開始明顯增大，并向下連續(xù)增加的位置作為裂隙帶高度的上限2。