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創新點
（1）透過地質雷達探測及反演可知，煤層頂板分層明顯，採空區垮落頂板呈現正置三角形區域與倒置三角形區域交替出現的形態，其中正置三角形區域內下位巖塊堆砌整齊、上位巖塊堆砌雜亂，而倒置三角形區域內下位巖塊堆砌雜亂、上位巖塊完整性好。
（2）採空區垮落頂板形態的出現是基本頂及其控制的上覆岩層週期破斷與已破斷的關鍵巖塊再次破斷共同作用的結果，當各關鍵巖塊的極限抗彎強度小於受到的最大彎矩時即發生再次破斷，且基本頂巖塊與上覆岩層發生再次破斷的位置不同，2者再次破斷位置的差異導致採空區垮落頂板被分為正置三角形與倒置三角形區域。
（3）提出了採空區垮落頂板“正－倒置三角形”形態的概念，當基本頂及其控制的上覆岩層分層明顯時，在煤層開採工作面週期來壓後，基本頂及其控制的上覆岩層關鍵巖塊在最大彎矩的作用下發生再次破斷，週期破斷與再次破斷位置將採空區垮落頂板呈現正置三角形與倒置三角形區域，形成“正－倒置三角形”的垮落頂板形態。
採空區垮落頂板形態及其演化特徵
作者：李楊，任玉琦，王楠，金向陽，歐祥吉，羅軍波，梅燦旗
單位：中國礦業大學（北京）能源與礦業學院
背 景
目前，由於原始地層賦存的複雜性與特殊性，我國一些主要生產礦井存在近距離煤層上行開採和含水層下開採的特殊情況。同時，在系統研究廢棄礦井煤層氣資源開發利用的大背景下，廢棄採空區內煤層氣資源空間分佈研究也成為重點。因此煤層開採後採空區垮落頂板的形態特徵研究成為當下採空區研究的重點內容。
總體而言，國內外在對採空區垮落頂板的形態特徵研究並不多，且現有研究多采用在相似模擬或數值模擬的方法揭示採空區垮落頂板形態，這與現場實際情況存在差異。針對此，筆者從現場實際探測結果出發，詳細分析了採空區垮落頂板形態的特徵，結合理論分析的方法，探究了採空區“正－倒置三角形”垮落頂板形態的形成機理，描述了“正－倒置三角形”垮落頂板形態的動態演化特徵，給出了“正－倒置三角形”垮落頂板形態概念，並運用UDEC模擬一定程度上驗證了“正－倒置三角形”垮落頂板形態的存在性與合理性，進一步豐富了煤層開採覆巖空間結構。
摘 要
揭示採空區垮落頂板形態特徵對於近距離煤層上行開採、含水層下開採以及廢棄採空區瓦斯分佈等具有十分重要的意義。從開灤礦區12-1號煤層開採後垮落頂板的現場地質雷達探測結果出發，綜合運用材料力學、礦壓理論與UDEC數值模擬的方法，對採空區垮落頂板形態的典型特徵、形成機理進行了充分研究，描述了採空區“正-倒置三角形”垮落頂板形態動態演化特徵，給出了採空區“正-倒置三角形”垮落頂板形態的概念。研究結果：
①透過地質雷達探測反演結果可知，煤層頂板分層明顯，採空區垮落頂板呈現正置三角形區域與倒置三角形區域交替出現的形態，其中正置三角形區域內下位巖塊堆砌整齊、上位巖塊堆砌雜亂，而倒置三角形區域內下位巖塊堆砌雜亂、上位巖塊完整性好。
②採空區垮落頂板形態的出現是基本頂及其控制的上覆岩層週期破斷與已破斷的關鍵巖塊再次破斷共同作用的結果，當各關鍵巖塊的極限抗彎強度小於受到的最大彎矩時即發生再次破斷，且基本頂巖塊與上覆岩層發生再次破斷的位置不同，2者再次破斷位置的差異導致採空區垮落頂板被分為正置三角形與倒置三角形區域。
③提出了採空區垮落頂板“正-倒置三角形”形態的概念，當基本頂及其控制的上覆岩層分層明顯時，在煤層開採工作面週期來壓後，基本頂及其控制的上覆岩層關鍵巖塊在最大彎矩的作用下發生再次破斷，週期破斷與再次破斷位置將採空區垮落頂板呈現正置三角形與倒置三角形區域，形成“正-倒置三角形”的垮落頂板形態。
④運用UDCE模擬獲得了採空區垮落頂板的形態特徵，一定程度上驗證了採空區“正-倒置三角形”垮落頂板形態的存在性與合理性。
圖 片
煤層賦存情況
煤岩層柱狀圖
地質雷達探測位置示意
地質雷達探測資料結果處理示意
煤層開採頂板垮落形態地質雷達反演
工作面液壓支架載荷實測結果
基本頂關鍵巖塊受力分析
基本頂關鍵巖塊上任意一點彎矩
上覆岩層關鍵巖塊上任意一點彎矩
採空區垮落頂板結構形態示意
採空區垮落頂板形態演化過程
12-1號煤層採空區垮落頂板形態
作者簡介
李楊，男，1982年6月生，河北唐山人，現任中國礦業大學（北京）能源與礦業學院資源工程系主任，副教授，博士生導師，美國西弗吉尼亞大學聯合培養博士。主要從事煤炭開採方法、礦山壓力及岩層控制、多煤層開採及破壞區煤層開採等研究工作。
研究方向
礦山壓力及岩層控制、近距離煤層群開採
主要成果
在近距離煤層群開採智慧岩層控制、地下水流場影響以及破壞區煤層開採等科研領域開展了大量研究，主持國家自然科學基金2項、承擔並參與美國聯邦政府職業安全健康研究院(NIOSH)基金專案、國家重點研發計劃專案、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）、“十一五”國家重點攻關等國家級及省部級課題。美國SME開採勘探冶金協會、國際採礦教授協會、國際礦業研究聯盟成員。獲得2016年全國煤炭青年科技獎，並獲國家科技進步二等獎1項、省部級一等獎2項、省部級二等獎6項。出版全英文專著1部、全英文合著1部，發表學術論文30餘篇。
來源：
李楊，任玉琦，王楠，等．採空區垮落頂板形態及其演化特徵[J]．煤炭學報，2021，46（12）：3771-3780．
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