两层硬厚岩层下采场覆岩裂隙演化特征研究

煤炭是我国主要能源，随着对能源需求的增加，开采强度显著增大，开采地质条件日益复杂，动力灾害日益严重。尤其是工作面上覆几十米甚至上百米高位硬厚岩层时，由于硬厚岩层强度高、完整性好、初次破断步距大，工作面开采后硬厚岩层大面积悬空，易致采场应力异常集中，其破断运移易诱发强烈动力现象，甚至导致矿震、冲击地压、压架、离层水-瓦斯突涌等动力灾害，给安全生产带来严重威胁。

国内外学者针对硬厚关键层下工作面采动影响展开了一系列的研究。钱鸣高[1-2]院士运用关键层理论，研究了覆岩采动过程中的裂隙分布特征，建立了瓦斯抽放“O”形圈理论，为以后同条件下煤矿的开采提供了理论，取得了良好的经济效益。李树刚[3-4]认为上覆关键层对采动裂隙的形成与发育有很大的影响，断裂裂隙形成后并发育至关键层底部分布形态呈椭抛带，为瓦斯抽放方法的确定以及参数的选择提供了有力的理论依据。Howladar M F 、Hasenfus G J、Bai M和 Palchik V等[5-8]通过研究发现长壁工作面在开采时覆岩存在三个裂隙移动带。以上研究对覆岩运动特征、裂隙产生机理及发育高度进行了深入的分析，而对工作面上覆两层硬厚岩层下覆岩运动及裂隙演化特征鲜有报道。为此，本文采用相似模拟实验的方法，研究工作面上覆两层硬厚岩层条件下裂隙演化规律，为类似开采条件下工作面安全高效生产提供一定的理论指导。

1 试验设计

1.1 实验平台

本次模拟选用山东科技大学“矿山灾害预防与控制”国家重点实验室(培育)二维相似模拟实验进行试验。模拟试验台由框架系统、加载系统和测试系统三部分组成。其中框架系统台体规格为3m×0.4m×2.1m，有效高度1.8m。

1.2 相似模拟实验模型设计

实验模型以淮北矿业集团杨柳煤矿104采区煤层地质综合柱状图和岩石力学参数为参考，设计实验模型。模型设计双层岩浆岩，下层岩浆岩厚度40m，与开采煤层间距60m，上层岩浆岩厚度70m，两层岩浆岩间距40m。设计煤层开采厚度8m，如图1所示。

 

图1 相似模拟实验模型及测点布置图

Fig.1 Similar simulation experimental model and point layout

1.3 相似模型参数的确定

相似模拟实验以相似理论为基础，在研究采动覆岩的变形、移动和破坏过程以及采动裂隙的分布特点时，模型与原型之间必须在几何、运动、动力、边界条件和重要的物理力学参数相似。根据实验要求，确定模型几何、时间、容重和泊松比相似常数，应力及强度相似常数根据相似定理进行确定，最终得到模型的相似常数，见表1。

表1 模型相似常数Tab.1 Model similarity constant

  

模型尺寸/m×m×m相似常数3×0．4×1．627几何Cl时间Ct容重Cg弹模CE强度Cσ泊松比Cμ200141．53003001

本次模拟试验以细河沙为骨料、石膏和碳酸钙为胶结材料，以云母粉为分层材料，模拟层理面。根据确定的相似常数，考虑0.7的岩石强度折减系数，通过配比试验确定相似材料实验的配比参数，见表2。

表2 相似模拟实验岩层分层及材料配比Tab.2 Similar simulation experiment strata distribution and material mixture ratio

  

岩层编号岩层名称厚度(cm)累计厚度(cm)配比号容重(g/cm3)材料用量(kg)沙子碳酸钙石膏水分层厚(cm)重复次数R-32泥岩4156．58641．535．22．641．763．1722R-31细砂岩4152．57821．673．928．452．116．7641R-30粉砂岩2．5148．57551．646．23．303．34．222．51R-29砂质泥岩41468641．535．22．641．763．1722R-28粉砂岩31427551．627．721．981．982．531．52R-27细砂岩41397821．636．964．221．063．3822R-26砂质泥岩3．51358641．561．64．623．085．543．51R-25粉砂岩1．5131．57551．627．721．981．982．531．51

续表2 Tab.2 continued

  

岩层编号岩层名称厚度(cm)累计厚度(cm)配比号容重(g/cm3)材料用量(kg)沙子碳酸钙石膏水分层厚(cm)重复次数R-24泥岩2．51308641．5443．32．23．962．51R-23粉砂岩2127．57551．636．962．642．643．3812R-22泥岩3125．58641．526．41．981．322．381．52R-21岩浆岩35122．57371．551．982．235．24．75312R-20砂质泥岩187．58641．517．61．320．881．5811R-19砂质泥岩1．586．58641．526．41．981．322．3811．5R-18砂质泥岩2．5858641．5443．32．23．962．51R-17细砂岩482．57821．636．964．221．063．3822R-16泥岩378．58641．526．41．981．322．381．52R-15粉砂岩475．57551．636．962．642．643．3822R-14泥岩471．58641．535．22．641．763．1722R-13岩浆岩2067．57371．551．982．235．24．7537R-12泥岩1．547．58641．526．41．981．322．381．51R-11细砂岩6467821．636．964．221．063．3823R-10砂质泥岩1408641．517．61．320．881．5811R-9粉砂岩3397551．655．443．963．965．0731R-8粉砂岩2367551．636．962．642．643．3821R-78#煤2348641．535．202．641．763．1721R-6泥岩3328641．526．401．981．322．381．52R-5粉砂岩4297551．636．962．642．643．3822R-4花斑泥岩2258641．535．22．641．763．1721R-3花斑泥岩1．5238641．526．41．981．322．381．51R-2粉砂岩321．57551．627．721．981．982．531．52R-1细砂岩118．57821．618．482．110．531．6911Coal10#煤417．58641．535．22．641．763．1722F-1粗砂岩13．513．57731．649．94．992．144．562．75

2 双层岩浆岩条件下覆岩破断特征

模型至开切眼开始，覆岩依次经历直接顶初次垮落、基本顶初次破断、基本顶周期破断、下位岩浆岩初次破断、下位岩浆岩周期破断、上位岩浆岩初次破断。由于上下两层岩浆岩的屏蔽作用，工作面覆岩“三带”经历如下变异过程，如图2所示。

回库车次与出车车次数相差越多，代表车次对应的列车的日运行里程数越大。以编号为1的计划为例，出库车次为0102，回库车次为0135，即需要跑34个单趟。晚班调度只对除晚高峰之外的车次进行安排，晚高峰车次由早班调度在出车前根据车组实际状况进行安排。

华北地区人口占全国26%，水资源量仅占全国6%，人均水资源量只有556m3，是全国缺水最严重地区。上海市、江苏省经济发达位于全国各省市前列，2013年人均水资源量仅117m3、358m3。云南、贵州田高水低，绝大部分耕地和人口位于平坝区，云南省水量少的平坝区占全省面积的6%，耕地却占全省的40%；四川盆地底部面积占全省26%，耕地却占全省62%，水资源量仅占全省22%。水资源分布在区域内是分散的，而人口相对集中（城市化形成城市聚集群），导致人均水资源量很少，废污水排放量巨大，水质污染严重，河湖水系难于承载。

根据关键层的判别方法，下位岩浆岩为亚关键层，控制其上方部分岩层的运动；上位岩浆岩为主关键层，控制着其上方全部岩层的运动。随着工作面的不断推进，在下位岩浆岩的对裂隙发育的屏蔽作用下，岩浆岩与下位岩层间的离层空间不断扩大，裂缝带高度止于下位岩浆岩底部，而弯曲下沉带没有发育，如图2(a)所示。随着岩浆岩底部离层空间扩大，岩浆岩达到极限悬跨长度而破断失稳，两层岩浆岩之间岩层随之下沉，工作面顶板形成完整的“三带”结构，弯曲下沉带止于上位岩浆岩底部，上位岩浆岩底部出现大面积离层，如图2(b)所示。当工作面继续推进时，工作面基本顶持续周期破断，下位岩浆岩下方出现大面积离层，下位岩浆岩端部出现裂隙，并逐步扩展，导致下位岩浆岩周期破断，随即下位岩浆岩顶板岩层下沉，上位岩浆岩离层扩展，两层岩浆岩之间岩层逐渐压实，这为上位岩浆岩下方离层水或瓦斯的积聚提供了孕育空间。对比下位岩浆岩及其下位基本顶周期破断步距可知，下位岩浆岩的破断步距约为下方基本顶的破断步距的2～3倍，如图2(c)所示，这将导致工作面出现“小—大”或“小—小—大”型大小顶板来压现象。

  

(a)下位岩浆岩破断前

  

(b)下位岩浆岩破断后

  

(c)下位岩浆岩周期破断

 

图 2 工作面顶板“三带”突变特征

Fig.2 The “three zones” mutation characteristics of the roof of the working face

随着工作面继续推进，上位岩浆岩下方离层跨度逐渐增加，在上方岩层及下部弹性地基共同作用下，上位岩浆岩达到极限稳定状态。而发生垮落失稳，离层闭合，上位岩浆岩上方岩层随之下沉，弯曲下沉带迅速发育至地表，如图3所示。由于在上位岩浆岩初次破断前，其下方的离层空间远大于下位岩浆岩初次破断前，且作为主关键层，其上方所有岩层共同运动所产生的冲击能量也大于下位岩浆岩破断产生的能量，因此在上位岩浆岩破断时，其诱发冲击地压、支架动载、顶板水害及瓦斯突出的危险性远大于下位岩浆岩破断时。

综上，通过双层硬厚岩层条件下的相似模拟实验可知，工作面顶板赋存巨厚关键层时，其采空区顶板裂隙发育形态、特征存在明显特征。在纵向方向上，工作面开采初期，随着工作面的推进，岩浆岩下方裂隙发育范围不断扩大，但是在巨厚关键层的屏蔽作用下，裂隙高度仅发育至岩浆岩底部。随着工作面的继续推进，上覆巨厚关键层垮落失稳，此时采空区上方裂隙发育范围发生跳跃性变化，裂隙高度瞬间发育至模型顶部。在横向方向上，工作面煤壁后方裂隙区的极限宽度大于切眼前方，在主关键层破断时，裂隙区宽度分布依然如此。结合裂隙密度分布特征，可知采空区中部裂隙基本被压实，在此影响下，主关键层下方离层空间内积聚的水或瓦斯在破断关键层及上覆随动层的作用下，沿着采空区四周“O”裂隙区涌入回采空间，而煤壁后方的裂隙发育范围较大，因此硬厚关键层下方的离层水、气，更多的通过煤壁后方裂隙区涌入工作面，以致造成安全事故。

  

图 3 上位岩浆岩初次破断

 

Fig.3 Primary rupture of upper magmatic rocks

(2)工作面上覆两层硬厚关键层时，工作面采空区断裂裂隙的分布具有明显的分区特征，即分布明显的裂隙区和压实区，裂隙区和压实区的分布形态近似为梯形，但裂隙区和压实区的分布形态处于不断变化之中，裂隙区和压实区的梯形分布形态先后经历了内外高度不同、内外高度相同、上部无裂隙区的“吕”字形。工作面煤壁后方裂隙区极限宽度大于切眼前方，为岩浆岩失稳时离层水(气)更多的涌入工作面提供通道。

综上，工作面上覆高位硬厚关键层时，其顶板运动特征和无硬厚关键层时存在显著差异，主要表现为裂隙的发育和岩浆岩上覆岩层的运动。工作面初采阶段，不规则垮落的直接顶不能完全充填采空区，随着推进不断进行，顶板垮落高度逐渐增大，裂隙逐渐向高位岩层发展，最终止于巨厚关键层。随着推进距离的增加，达到巨厚关键层极限跨距时，关键层断裂失稳，离层闭合，巨厚关键层上覆岩层出现整体下沉的现象，地表亦有明显的下沉盆地。

《胭脂扣》借如花的视角再现了香港半世纪之久的历史。在这场变迁中，如花成了历史的见证者，虽然她见证的不是香港正史而是一部风月史，这种对传统历史书写的颠覆式举动恰恰反映李碧华独特的书写视角。小说在过去与当下之间来回穿插，如花与永定的对话实则是香港的过去与现在的交接。香港的历史伴随着塘西风月渐渐烟消云散，永定、阿楚帮助如花找寻十二少的过程实则是现代港人在找寻和了解香港的历史。旧日的港人有着强烈的个人意识和明确的历史意识，而如今的港人呢？对一切历史都是陌生的，甚至是漠然的：

3 上覆双层硬厚关键层条件下覆岩裂隙分布规律

3.1 采动覆岩裂隙分区特征

如图4可见，工作面顶板赋存两层岩浆岩条件下，覆岩裂隙分布具有明显的分区特征。

 

(a)工作面推进160m (b)工作面推进240m，下位岩浆岩破断后

 

(c)工作面推进300m (d)工作面推进410m，上位岩浆岩破断后

图 4 双层岩浆岩条件下覆岩裂隙分布特征

Fig.4 Distribution characteristics of fissures in overlying rock under the condition of double magmatic rocks

对于工作面顶板赋存两层岩浆岩的情况，在下位岩浆岩破断前，压实区和裂隙区边界形状近似为梯形，如图4(a)所示。在下位岩浆岩破断后上位岩浆岩破断前，裂隙区高度发育至上位岩浆岩底部，随工作面推进，压实区宽度逐渐扩展，但裂隙区和压实区的分布形态保持不变，如图4(b)、(c)所示。上位岩浆岩破断后，其上覆岩层随动破坏，上覆岩层整体快速断裂下沉，顺着上位岩浆岩断裂线的方向发育了两条破断裂隙，且岩层之间无离层发育，上覆岩层随动破坏区域均为压实区，即分布形态为上部无裂隙区的“吕”字分布形态。煤壁后方裂隙区极限宽度大于切眼前方，煤壁后方裂隙区极限宽度约为50m，而切眼前方裂隙区的极限宽度约为30m。

3.2 采动覆岩破断裂隙分布规律分析

  

图 5 双层岩浆岩条件下沿工作面推进方向裂隙密度分布规律

Fig.5 Distribution of fracture density along the advancing direction of working face under double layered magmatic rock condition

统计图4中裂隙分布特征，绘制工作面上覆双层岩浆岩条件下岩浆岩破断前后裂隙密度分布曲线，如图5所示。由图5可见，双层岩浆岩条件下，其裂隙密度的分布形态总体为“马鞍状”形态，每一推进长度下裂隙密度划分为三个阶段。第一阶段，工作面初次来压前，此阶段裂隙密度随顶板破裂高度的增加而增加，如工作面推进160m时，裂隙高度发育至下位岩浆岩底部，裂隙密度为0.6条/m，工作面推进240m时，下位岩浆岩初次破断，裂隙发育至上位岩浆岩底部，裂隙密度增加至0.7条/m，工作面推进410m时，上位岩浆岩破断，裂隙发育至模型顶部，裂隙密度达到最大值0.8条/m。第二阶段，工作面顶板周期来压阶段，此阶段在采动影响下裂隙不断地发育，工作面推过后又不断地被上覆顶板压实。第三阶段，工作面附近，岩浆岩破断前后均保持较高密度的裂隙发育区，并且密度随着岩浆岩的破断而急剧增加。

驱车进入市区的路上，已是华灯初上。一路的车灯和霓虹妆点夜的多彩和迷蒙。两人虽是第二次会面，但熟识度亦如多年老友。伍亦苒带着他去了新区的一家专营海鲜生意的高档酒楼，一桌生猛，艳丽奢华，两箸生辉，相谈甚欢。

4 主要结论

本文通过相似模拟实验，研究了工作面上覆两层硬厚关键层时覆岩裂隙演化特征，通过分析，得到以下结论：

(1)工作面上覆硬厚关键层时，顶板运动具有明显的层位效应，硬厚关键层破断前后顶板“三带”分布有明显的变异特性。

通过工作面上覆双层硬厚关键层条件下采场顶板运动特征可知，基于岩浆岩的控制作用，顶板“三带”经历两次变异，具体表现为下位岩浆岩破断前弯曲下沉带的缺失、上位岩浆岩破断后弯曲下沉带高度的激增。

(3)覆岩裂隙密度在工作面推进方向上呈“马鞍”形，裂隙的发生、发展经历了3个阶段，即工作面初次来压前，裂隙密度不断增加；周期来压阶段，破断裂隙发展至岩浆岩底部，采空区中部裂隙密度迅速降低；工作面附近，保持较高的裂隙密度。

第二年，表姐生下李峤汝。秋里，喜上加喜，遂平全县丰收。有人说，老天爷还算有眼啊，打了咱一耳光又给了个糖吃。

参考文献：

[4]李树刚．综放开采围岩活动影响下瓦斯运移规律及其控制[D]．徐州：中国矿业大学，1998：162-167．

在工作面上覆岩层赋存硬厚关键层时，由于硬厚关键层强承载能力，破断前将会大面积悬空，其下方离层空间将会集聚大量的水及瓦斯，在固-液、固-气或固-液-气共同作用下，岩浆岩与顶底板岩层及离层水、气形成稳定的空间系统。当达到硬厚关键层极限跨距时，岩浆岩破断运移，上方覆岩随之破断下沉，离层水、气压缩，原稳定系统发生失稳，下方岩层受到强冲击扰动，离层水、气沿着裂隙涌入工作面，易诱发采场冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板水害等生产事故。

[2]许家林，钱鸣高．岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用[J]．中国矿业大学学报，2004，33(2)：141-145．

[3]李树刚，石平五，钱鸣高．覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究[J]．矿山压力与顶板管理，1999，15(3)：44-46．

[1]钱鸣高，许家林．覆岩采动裂隙分布的“O”形圈特征研究[J]．煤炭学报，1998，23(5)：466-469．

[5]Howladar M F，Hasan K．A study on the development of subsidence due to the extraction of 1203 slice with its associated factors around Barapukuria underground coal mining industrial area，Dinajpur，Bangladesh[J]．Environmental Earth Sciences，2014，72(9)：3699-3713．

[6]Palchik V．Formation of fractured zones in overburden due to longwall mining[J]．Environmental Geology，2003，44(1)：28-38．

课程实施：现代远程教育环境由于教师与学生时空上的相对分离性，使得以师生双方的参与、交流、互动为标识的课程实施阶段有别于传统教学模式，更加注重对学生自主学习能力的培养，强调学生对学习过程的体验等[4]。

[7]Bai M，Elsworth D．Some aspects of mining under aquifers in China[J]．Mining Sci Tech，1990，10(1)：81-91．

[8]Palchik V． Influence of physical characteristics of weak rock mass on height of caved zone over abandoned subsurface coal mines[J]． Environmental Geology，2002，42(1)：92-101．

护理临床带教作为护理教学中的重要部分，其教学质量直接影响着工作人员业务水平及医院医疗质量[1]。目前，护理人员学历包括大专、本科等，不论学历高低，其均承担相同的工作任务，未考虑其能力、学历差异，这极易影响其工作积极性，尤其是高学历者。文章旨在分析分层次教学目标管理模式应用于护理临床带教中的效果。

河南卢氏伟晶岩群内部的南阳山铌钽矿区，花岗伟晶岩脉群严格受构造控制，距母岩由近到远，具明显的水平分带现象，即母岩→黑云母伟晶岩→二云母伟晶岩→白云母伟晶岩→锂云母伟晶岩(以云母为分类标志)；垂向上亦有分带现象：自上向下为锂云母-钠长石伟晶岩→白云母钠长石-微斜长石伟晶岩→白云母-微斜长石伟晶岩(以云母-长石组合为分类标志)。伴生的矿化类型亦有水平和垂直两方向上的继承、发展演化现象[8]。