王朋飛，牛一帆，陳可夯，張建利，高夢(mèng)男，余 洋

(1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,山西 太原 030024；2.河南能源鶴煤公司 生產(chǎn)技術(shù)部,河南 鶴壁 458030；3.內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300；4.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院,北京 100081；5.自然資源部礦山生態(tài)效應(yīng)與系統(tǒng)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)屏障[1-2]。黃河流域也是我國(guó)煤炭主要生產(chǎn)區(qū)，如寧東、神東、晉北、陜北等基地。山西地處黃河流域，是我國(guó)的煤炭大省，資源賦存豐富，且多為優(yōu)質(zhì)煤炭資源。但山西大部處于黃土高原，降水少，氣候干旱，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，生態(tài)保護(hù)與煤炭開采矛盾突出。

地下煤炭開采造成一系列生態(tài)破壞，礦區(qū)乃至周邊水資源流失、地下水位大范圍和大幅度疏降，地表構(gòu)筑物損毀，植被衰退，荒漠化進(jìn)程加快。目前，黃河流域地表水開發(fā)利用率超80%，山西、陜西境內(nèi)的多條支流出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)嗔鱗3]。采空區(qū)也埋下巨大的安全隱患，例如，2014-10-24，烏魯木齊市一煤礦發(fā)生采空區(qū)垮落，16 人遇難、11 人受傷。2016-04-19 凌晨北京房山區(qū)發(fā)生采空區(qū)塌陷引起的2.7 級(jí)地震。2020-05-08 榆林市府谷縣老虎溝煤礦(停產(chǎn)煤礦)發(fā)生2.6級(jí)塌陷地震，周邊采空區(qū)地表出現(xiàn)不同程度裂縫，周邊土山山崖出現(xiàn)輕微坍塌。2020-12-23，山東濟(jì)寧市曲阜市星村煤礦采空區(qū)塌陷造成2.4 級(jí)地震。

地裂縫是地下開采造成的主要地表破壞形式之一。胡振琪等[4]發(fā)現(xiàn)工作面正上方地裂縫不斷發(fā)育和自修復(fù)，開采邊界裂縫無法自修復(fù)；神東礦區(qū)地表動(dòng)態(tài)裂縫一般自動(dòng)閉合周期為18 d 左右，擴(kuò)大均勻沉陷區(qū)可減輕開采影響[5]。王新靜等[6]發(fā)現(xiàn)超大工作面開采動(dòng)態(tài)地裂縫能快速閉合，均勻沉陷區(qū)更有利于自修復(fù)。徐祝賀等[7]發(fā)現(xiàn)神東淺埋高強(qiáng)度開采工作面中部地表裂縫發(fā)育經(jīng)歷寬度增大—減小—穩(wěn)定—再增大—再減小階段。胡青峰等[8]發(fā)現(xiàn)大同塔山侏羅系煤層遺留煤柱采空區(qū)在受到下組煤開采擾動(dòng)時(shí)，覆巖沉陷形成“四帶”。卞正富等[9]將風(fēng)積沙區(qū)超大工作面開采生態(tài)環(huán)境破壞過程劃分為巖層破斷、地表沉降、地表動(dòng)植物生境變化與土地利用變化以及礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)隨時(shí)間推移演替等4 個(gè)過程。戴華陽(yáng)[10]得出上灣礦12401 工作面主裂縫發(fā)育周期約14 d。侯恩科等[11]揭示了采動(dòng)地表裂縫的平面展布規(guī)律、動(dòng)態(tài)發(fā)育規(guī)律及其與工作面生產(chǎn)進(jìn)度之間的關(guān)系。趙毅鑫等[12]提出了基于無人機(jī)紅外遙感及圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)的地裂縫識(shí)別方法。錢鳴高等[13]認(rèn)為開采引起的地表沉陷是覆巖主關(guān)鍵層破斷塊體互相咬合的結(jié)構(gòu)曲線和表土層散體(或黃土)運(yùn)動(dòng)相互作用的結(jié)果。

地層沉積過程中，受沉積物質(zhì)、沉積條件和時(shí)間等因素影響，煤層之上常出現(xiàn)堅(jiān)硬頂板的情況，我國(guó)許多礦區(qū)，例如大同、西山、晉城、焦坪、徐州西部、朔州等礦區(qū)均存在這種情況。堅(jiān)硬頂板懸頂時(shí)間長(zhǎng)，不易垮落，容易造成大面積來壓、暴風(fēng)等隱患[14-15]。例如，2016-03-23 同煤安平礦5 號(hào)煤層8117 綜采工作面，采空區(qū)大面積未垮頂板突然冒落，形成暴風(fēng)，造成19 人死亡[16]。2020-12-16 榆林市榆陽(yáng)區(qū)金雞灘鎮(zhèn)煤礦工作面大面積頂板來壓垮落造成2.6 級(jí)地震，路面出現(xiàn)落差約0.25 m、寬度約0.12 m 的裂縫[17]。

堅(jiān)硬頂板條件下開采巖移方面，胡守平等[18]研究發(fā)現(xiàn)大同“兩硬”淺埋深煤層開采地表塌陷具有整體一次性切冒特征,且具有明顯的滯后性和突發(fā)性,塌陷過程時(shí)間短、破壞性大、難以預(yù)測(cè)預(yù)防。侯志鷹等[19]研究亦認(rèn)為殘留煤柱情況下的堅(jiān)硬頂板滯后型一次性切冒塌陷的滯后期很難有規(guī)律可循。余學(xué)義等[20]研究認(rèn)為基巖中存在大厚度堅(jiān)硬巖層,在一定范圍內(nèi)開采時(shí)，地表基本不動(dòng)。趙通等[21]研究發(fā)現(xiàn)厚硬巖層厚度影響破斷塊體尺寸和力學(xué)結(jié)構(gòu)形成，提出厚硬巖層下煤層開采巖層分區(qū)控制的原則和方法。

山西五家溝煤礦直接頂和基本頂均為堅(jiān)硬砂巖，出現(xiàn)推進(jìn)50 m 以上仍不垮落的情況，特別是回采初期。頂板突然大面積垮落時(shí)，不僅對(duì)支架造成強(qiáng)烈沖擊性載荷，同時(shí)采空區(qū)內(nèi)有害氣體瞬間擠出，可導(dǎo)致工作面瓦斯超限，甚至形成破壞性颶風(fēng)，嚴(yán)重威脅礦井安全。為此，五家溝礦成功應(yīng)用爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)并取得良好卸壓效果。但其地裂縫方面目前尚未研究，堅(jiān)硬頂板人工強(qiáng)制放頂條件下的地裂縫發(fā)育規(guī)律更鮮見報(bào)道。如文獻(xiàn)[2]所述，目前煤巖層結(jié)構(gòu)及采動(dòng)裂隙演化規(guī)律方面還是初步的，有關(guān)作用機(jī)理仍不清楚，分析預(yù)測(cè)方法還不完善，特別是與現(xiàn)代開采方法的關(guān)系分析不夠，煤巖層結(jié)構(gòu)及煤炭規(guī)模開采覆巖采動(dòng)裂隙演化規(guī)律需要更深入的研究。為此，筆者結(jié)合五家溝礦對(duì)淺埋特厚煤層薄表土層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂條件下地裂縫演化規(guī)律進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，以期為相似條件下的地表裂縫和環(huán)境修復(fù)提供借鑒和指導(dǎo)。

1 工程背景

中煤華昱五家溝煤業(yè)位于黃河流域晉北煤炭基地的朔州市，黃河“幾”字彎東北角，如圖1 所示。土地類型為黃土地，屬于黃土高原，生態(tài)環(huán)境脆弱。由于氣候干旱，降雨量少，本區(qū)生態(tài)閾值較低，抗擾動(dòng)能力差。煤炭開采將加劇水土流失、耕地?fù)p失、植被退化。蒼頭河是境內(nèi)最大的一條河流，屬內(nèi)蒙洪河上游，洪河為黃河的一個(gè)支流。另有桑乾河及其支流。

圖1 礦井位置Fig.1 Location of the mine

15102 工作面位于井田東部，地面標(biāo)高+1 537.5～+1 612.3 m，地表大部為黃土覆蓋，地勢(shì)有溝谷和陡崁，多為雨季過水洪溝，沖刷劇烈。工作面地表無建筑物及水體，但開采沉陷可能對(duì)地表土壤保水能力產(chǎn)生影響。第四系表土層主要以砂、砂礫石及次生黃土為主，為堆積沖積層厚度0～9.5 m，平均厚3 m，下覆黃土及亞砂土，厚度0～62 m，平均15 m。表土層下部則以砂巖為主，地層埋深淺，巖石易風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，大部分為透水巖層，富水性弱。正在開采的5-1 號(hào)煤層厚度8.2～12.3 m，平均10.0 m，有一層夾矸，夾矸平均厚度0.20 m，巖性以深灰色泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，硬度較小。煤層埋深在147～207 m，北淺南深，在該回采工作面內(nèi)厚度變化不大，為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。煤層煤種為長(zhǎng)焰煤，該煤層屬石碳系上統(tǒng)太原組中下部。基本頂由粗粒砂巖和細(xì)粒砂巖組成，粗粒砂巖厚度平均2.3 m，灰白色，以石英為主，長(zhǎng)石次之，巨厚層狀，分選性中等，次圓狀，泥質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)度最高達(dá)到49.4 MPa，為中硬巖層；細(xì)粒砂巖厚度平均5.76 m，強(qiáng)度較高，最高可達(dá)71.6 MPa，為堅(jiān)硬巖層。直接頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度8.1 m，淺灰色，塊狀，主要成分為石英，抗壓強(qiáng)度平均26.7 MPa，抗拉強(qiáng)度平均1.0 MPa，抗剪強(qiáng)度平均2.5 MPa，為半堅(jiān)硬巖層。直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度平均1.5 m，灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄板狀構(gòu)造。巖層柱狀、性質(zhì)及頂板類型如圖2 所示。

圖2 鉆孔柱狀Fig.2 Generalized stratigraphic column

工作面走向長(zhǎng)816 m，工作面傾向?qū)?12 m，傾角在1°～3°，平均2°。工作面面積 172 992 m2，為低瓦斯(甚至無瓦斯)工作面。工作面布置如圖3 所示。工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤開采，采高3.0 m，最大放頂煤高度8.2 m，最大采放比1∶2.73，每日采9 個(gè)循環(huán)，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m，日進(jìn)度7.2 m。采用ZFY12000/23/34 型綜采放頂煤液壓支架，過渡支架選用ZFYG12000/23/34，端頭支護(hù)選用ZT25600/23/40型端頭液壓支架支護(hù)，全部垮落法管理頂板，端頭液壓支架6 架。巷道超前支護(hù)距離不小于20 m，運(yùn)輸巷道采用ZYDC38400/23/40 超前支架組支護(hù)，回風(fēng)巷道采用ZYDC33570/24.5/38 超前支架組支護(hù)。

圖3 工作面布置(煤厚等值線)Fig.3 Layout of the panel (contour line of coal seam thickness)

受2 層強(qiáng)度較高的粗粒砂巖和細(xì)粒砂巖影響，工作面常出現(xiàn)懸頂情況，曾出現(xiàn)工作面推進(jìn)50 m 以上頂板仍不垮落的情況，回采初期則更加嚴(yán)重，導(dǎo)致強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)頻繁，暴風(fēng)(或颶風(fēng))潛在威脅大。五家溝煤礦采用爆破強(qiáng)制放頂技術(shù)治理頂板，放頂深度為30 m，循環(huán)爆破步距為20 m，通過強(qiáng)制放頂，取得良好頂板垮落效果，礦壓顯現(xiàn)得到緩和。

2 地裂縫觀測(cè)方法

鑒于春、夏、秋3 個(gè)季節(jié)受植被影響、冬季受降雪等因素影響，無人機(jī)紅外遙感識(shí)別裂縫難度較大、精度不高，監(jiān)測(cè)方法主要以現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)地觀測(cè)為主。觀測(cè)時(shí)測(cè)定裂縫分布位置和裂縫走向、長(zhǎng)度、寬度及其變化情況。觀測(cè)采用的主要設(shè)備包括鋼尺(主要用來測(cè)裂縫寬度和臺(tái)階高差)、手持式GPS(定位裂縫位置)、鐵釬(測(cè)量裂縫深度)，如圖4 所示。

圖4 測(cè)量?jī)x器Fig.4 Monitoring devices

觀測(cè)自工作面從開切眼推進(jìn)開始，即2020-10-25 開始，2021-01-25 結(jié)束，歷時(shí)92 d，每天派專人測(cè)量和記錄數(shù)據(jù)。使用巖層移動(dòng)角及充分采動(dòng)角對(duì)開采沉陷影響范圍進(jìn)行計(jì)算，如圖5 所示。按照以往及該礦臨近工作面地裂縫出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)確定觀測(cè)邊界時(shí)參數(shù)：基巖移動(dòng)角(走向、傾向上山、傾向下山)，δ=75°、γ=75°、β=75°；表土層移動(dòng)角φ=45°，表土層厚h=18 m，埋深147～207 m，平均埋深177 m。

圖5 觀測(cè)范圍計(jì)算Fig.5 Monitoring range calculation

計(jì)算的本工作面具體條件下的地表下沉盆地范圍為：上山邊界距工作面邊界距離為52.57 m，下山邊界為68.64 m，走向邊界距開采邊界53.9 m。結(jié)合過去相鄰工作面地裂縫的發(fā)育規(guī)律，最后綜合確定觀測(cè)范圍為采空區(qū)外50 m，后文數(shù)值模擬亦證明張拉裂縫均位于開采邊界內(nèi)側(cè)。因此觀測(cè)范圍為開采邊界以外50 m 已保留了足夠的富余量。具體觀測(cè)范圍如下：沿走向開切眼外觀測(cè)區(qū)向外擴(kuò)展50 m，沿傾向往主運(yùn)巷道和輔運(yùn)巷道外擴(kuò)展50 m，如圖6 所示。實(shí)際情況下亦是如此，50 m 以外未發(fā)現(xiàn)可見裂縫。另外，由于本地地形及氣候影響，地面存在一些1～5 cm 寬的自然裂縫。由于采動(dòng)裂縫寬度和深度成正比[22]，小于5 cm 寬的裂縫深度也較小，對(duì)地表破壞較小。若這些裂縫不繼續(xù)發(fā)育，也說明下方巖層移動(dòng)并不直接影響該裂縫，故此次觀測(cè)重點(diǎn)研究和記錄的裂縫為發(fā)育期內(nèi)最大發(fā)育寬度超過5 cm 的裂縫。

圖6 觀測(cè)范圍與方案Fig.6 Monitoring range and scheme

隨著開采作業(yè)的進(jìn)行，工作面上覆巖層及周圍原有應(yīng)力受到破壞，迫使其內(nèi)部應(yīng)力重新分布，而隨著工作面的不斷推進(jìn)及爆破強(qiáng)制放頂?shù)膶?shí)施，使巖層內(nèi)的應(yīng)力情況始終處于不斷變化狀態(tài)，導(dǎo)致地裂縫在走向、長(zhǎng)度和寬度上的動(dòng)態(tài)發(fā)育，也會(huì)導(dǎo)致新的裂縫產(chǎn)生和部分舊的裂縫閉合。因此，在地裂縫觀測(cè)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)所觀測(cè)地裂縫進(jìn)行編號(hào)，對(duì)新產(chǎn)生的最大寬度大于5 cm 的裂縫要及時(shí)編號(hào)，對(duì)于閉合裂縫要準(zhǔn)確記錄閉合日期，以便對(duì)裂縫數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析。

觀測(cè)時(shí)，每條裂縫至少放置2 組金屬觀測(cè)標(biāo)志桿，分別位于裂縫最寬處和裂縫末端。每組使用2 個(gè)對(duì)應(yīng)標(biāo)志，分別設(shè)在裂縫兩側(cè)。對(duì)于長(zhǎng)度較大、曲折明顯的裂縫則增加觀測(cè)標(biāo)志，以準(zhǔn)確記錄地裂縫走向及其變化，修正后的每組標(biāo)志物間距離反映裂縫寬度及其變化；相鄰2 組標(biāo)志物間距離反映裂縫長(zhǎng)度及其變化。

每觀測(cè)日，對(duì)于已有編號(hào)裂縫，若發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度變化，及時(shí)在裂縫末端增加或減少觀測(cè)標(biāo)志，并使用手持式GPS 記錄各組觀測(cè)標(biāo)志位置。之后使用鋼尺記錄各組標(biāo)志間寬度，及相鄰2 組標(biāo)志物間距離。若最大發(fā)育寬度小于5 cm，則代表此裂縫發(fā)生閉合，及時(shí)記錄當(dāng)日日期，編號(hào)不做刪除。對(duì)于新發(fā)現(xiàn)的最大發(fā)育寬度大于5 cm 的裂縫，先進(jìn)行編號(hào)，之后設(shè)置觀測(cè)標(biāo)志物，記錄裂縫走向、寬度及長(zhǎng)度。在觀測(cè)時(shí)需要注意安全，尤其需要預(yù)防較大裂縫的動(dòng)態(tài)發(fā)育。

3 觀測(cè)結(jié)果與地裂縫演化規(guī)律分析

礦井地表采動(dòng)裂隙時(shí)空分布如圖7 所示。15102工作面自開切眼至終采線共816 m 范圍內(nèi)地表主要裂縫分布及發(fā)育如圖7 所示。觀測(cè)范圍內(nèi)15102 工作面采動(dòng)地裂縫呈現(xiàn)圓弧狀分布，形成不斷發(fā)育的“O”形圈?！癘”形圈平行工作面巷道兩邊隨著工作面的推進(jìn)不斷擴(kuò)展，最終形成“面包狀O 形圈”。地表裂縫主要為地表張拉變形超過其極限而形成的張拉型裂縫，同時(shí)伴有垂直錯(cuò)動(dòng)。因工作面推進(jìn)過程中，采空區(qū)中部的裂縫隨著工作面推移呈周期性產(chǎn)生后又逐漸閉合，開采結(jié)束后地表裂縫主要分布在15102 工作面采空區(qū)邊緣，即開切眼、終采線以及兩巷道正上方的地表，幾乎沒有裂縫產(chǎn)生于采空區(qū)外。采空區(qū)邊緣的拉長(zhǎng)型地裂縫隨工作面推進(jìn)不斷發(fā)育，發(fā)育完成后平均寬度313 mm，最大寬度345 mm；邊緣地裂縫平均高差1 633 mm，最大高差達(dá)1 800 mm。

圖7 寬度大于5 cm 裂縫時(shí)空分布Fig.7 Space-time distribution of cracks with width greater than 5 cm

由于地表裂縫周期性發(fā)育及閉合，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，工作面上方及兩側(cè)裂縫發(fā)育情況也符合該規(guī)律，因此僅對(duì)地表首次出現(xiàn)的各主裂縫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，即12 月1 日工作面推進(jìn)216 m 時(shí)。將開切眼正上方主裂縫記為主裂縫Z1，工作面上方主裂縫記為Z4，主運(yùn)巷道及輔運(yùn)巷道正上方主裂縫分別記為Z2、Z3，如圖7(c)所示。結(jié)果顯示4 條主裂縫幾乎在同一時(shí)間出現(xiàn)，在同一時(shí)間發(fā)育完成達(dá)到最大變形量，發(fā)育趨勢(shì)大致相同，發(fā)育速度也近乎相等；各裂縫寬度和高度的發(fā)育規(guī)律也保持一致。分析結(jié)果如圖8 所示。

2020-11-03 工作面推進(jìn)57.6 m，地面幾乎沒有產(chǎn)生裂縫，僅有少量肉眼難以識(shí)別的裂縫(圖9)。這時(shí)地下已進(jìn)行過2 次爆破強(qiáng)制放頂：第1 次是工作面推進(jìn)2.4 m 時(shí)在開切眼后方，工作面初次垮落時(shí)懸頂距離為26 m；第2 次爆破強(qiáng)制放頂是工作面推進(jìn)至45 m 時(shí)在兩側(cè)巷道?？梢?，開采初期，盡管已進(jìn)行過強(qiáng)制放頂，但地表幾乎未發(fā)生變化。

圖9 微小裂隙Fig.9 Small cracks

2020-11-20 工作面在推進(jìn)至144 m 時(shí)，地表開始在開采邊界附近出現(xiàn)少量寬度大于5 cm 的裂縫，但最大寬度不超過7 cm，采場(chǎng)中部裂隙數(shù)量也有小幅增長(zhǎng)，且主要發(fā)育方向沿工作面傾向，如圖7(b)所示。

2020-12-01 工作面在推進(jìn)216 m 時(shí)，在開切眼上方出現(xiàn)1 條臺(tái)階主裂縫，臺(tái)階高度達(dá)到1.8 m，其發(fā)育過程如圖10 所示。此裂縫自2020-11-22 日，工作面推進(jìn)158.8 m 時(shí)，開始發(fā)育，起初被發(fā)現(xiàn)時(shí)僅有4～6 cm 寬，且沒有發(fā)生任何臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)，張拉傾向也不明顯，但長(zhǎng)度較長(zhǎng)，雖有間斷，但可以看到其整體走勢(shì)呈一弧形，且由開切眼向兩側(cè)巷道延伸的過程中逐漸向中央彎曲。之后隨著工作的不斷推進(jìn)，裂縫開始不斷發(fā)育，但直到2020-11-24，工作面推進(jìn)175.8 m 時(shí)，裂縫才擴(kuò)展至16 cm，臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)高度為14 cm，此日較11 月21 日工作面只向前推進(jìn)了21.6 m，且在11 月22 日進(jìn)行過強(qiáng)制爆破放頂。可見從11 月23 日起，強(qiáng)制放頂?shù)挠绊戦_始逐漸體現(xiàn)至地面。此后本礦在2020-11-27 又進(jìn)行了一次爆破強(qiáng)制放頂，次日(即11 月28 日)，發(fā)現(xiàn)該裂縫臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)達(dá)到26 cm，但裂縫寬度卻從張拉16 cm 收縮為0，且裂縫出現(xiàn)上部與下部脫離的情況，上臺(tái)階下方出現(xiàn)空洞，下方土層與上方的土層出現(xiàn)剪切錯(cuò)動(dòng)。

圖10 開切眼上方主裂縫發(fā)育過程Fig.10 Evolution of the cracks above setup room

2020-12-01 工作面推進(jìn)至216 m 時(shí)，該裂縫急劇發(fā)育，地表出現(xiàn)1.8 m 臺(tái)階，較前一日(11 月30 日)臺(tái)階高度發(fā)育了近1.6 m，井下前一日(11 月30 日)還出現(xiàn)過一次較強(qiáng)的礦壓顯現(xiàn)并在當(dāng)天進(jìn)行過強(qiáng)制放頂，但臺(tái)階形成后，井下的礦山壓力立即大幅降低。

4 地裂縫演化機(jī)理探討

4.1 主裂縫產(chǎn)生原因分析

Z1 主裂縫是在2020-12-01 充分形成臺(tái)階的，而此日工作面推進(jìn)長(zhǎng)度216 m，上一日強(qiáng)制放頂前工作面推進(jìn)至209 m 處，而開切眼長(zhǎng)度為212 m，可見，12月1 日前后工作面“見方”時(shí)裂縫急劇發(fā)育，這與頂板“見方”易垮的巖層控制理論[13]一致。由此可見強(qiáng)制放頂條件下地裂縫產(chǎn)生主要受下方關(guān)鍵層控制。在工作面推進(jìn)至216 m 時(shí)，Z1 裂縫出現(xiàn)1.8 m 臺(tái)階，臺(tái)階高度較前一日發(fā)育了近1.6 m，且井下在前一日進(jìn)行過強(qiáng)制放頂，說明本次強(qiáng)制放頂直接導(dǎo)致頂板主關(guān)鍵層的破斷垮落。因此該礦地裂縫是由于強(qiáng)制放頂導(dǎo)致煤層頂板斷裂并發(fā)生回轉(zhuǎn)垮落，當(dāng)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度與開切眼長(zhǎng)度接近時(shí)，強(qiáng)制放頂導(dǎo)致主關(guān)鍵層斷裂，頂板大面積垮落，并影響至地表。表土層隨下方巖層垮落向下運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致表土層拉伸超過極限產(chǎn)生裂縫。

該裂縫在工作面推進(jìn)175.8 m 時(shí)，寬度擴(kuò)展至16 cm，臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)高度14 cm。但6 d 后工作面推進(jìn)197.4 m 時(shí)，該裂縫臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)達(dá)26 cm，但裂縫寬度收縮為0，上臺(tái)階下方出現(xiàn)空洞，下方土層與上方土層出現(xiàn)剪切錯(cuò)動(dòng)。測(cè)量發(fā)現(xiàn)此裂縫深度為1.5～2.0 m，可以斷定在裂縫深處位置的表土層發(fā)生了錯(cuò)動(dòng)。由此可見在工作面“見方”前，強(qiáng)制放頂可導(dǎo)致上覆巖層向下垮落產(chǎn)生巖層臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)，同時(shí)在不同土層之間也出現(xiàn)層間錯(cuò)動(dòng)，2 層不同土層之間發(fā)生了沿巖層面的橫向錯(cuò)動(dòng)和沿豎直方向的臺(tái)階錯(cuò)動(dòng)。

在工作面“見方”時(shí)，除了開切眼上方出現(xiàn)的高差達(dá)1.8 m 的主裂縫外，兩巷道上方的裂隙，臺(tái)階高差分別達(dá)到1.5 m 和1.7 m，工作面上方的主裂縫高差也接近1.8 m，裂縫形態(tài)與開切眼處類似，產(chǎn)生機(jī)理與Z1 相同。

4.2 地裂縫發(fā)育規(guī)律分析

在工作面“見方”時(shí)，控制地表移動(dòng)的主關(guān)鍵層第1 次發(fā)生大的垮落，并在一天內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。因此開切眼及兩巷道上方裂縫在工作面“見方”時(shí)產(chǎn)生。由于巖層跨落后達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)育完成后的開切眼及兩巷道上方3 條裂縫的寬度和高度均因下方巖層的穩(wěn)定而不再改變。工作面正上方上覆巖層此時(shí)處于前方完整后方斷裂的狀態(tài)，即在工作面附近上覆巖層由于破斷產(chǎn)生位移突變，工作面前方上覆巖層因有煤體支撐不發(fā)生向下的位移，而工作面后方的上覆巖層隨著煤層頂板垮落產(chǎn)生較大的向下位移，因此工作面上方的裂縫在此時(shí)發(fā)育到最大。之后隨著工作面向前推進(jìn)，煤層頂板不斷垮落，上覆巖層逐漸產(chǎn)生向下的位移致使工作面上方裂縫由于下方巖層錯(cuò)動(dòng)距離不斷減少而漸漸閉合。但由于循環(huán)爆破強(qiáng)制放頂?shù)挠绊懀ぷ髅嫔细矌r層每20 m 斷裂一次，受巖層周期破斷垮落影響Z4 裂縫在閉合時(shí)，閉合發(fā)育間隔約為20 m，即工作面每向前推進(jìn)約20 m，裂縫閉合速度發(fā)生一次改變，直至達(dá)到穩(wěn)定。裂縫閉合時(shí)每60 m為一個(gè)階段，在第1 個(gè)60 m 內(nèi)裂縫快速閉合，第2 個(gè)60 m 結(jié)束后達(dá)到基本閉合。具體如圖11 所示。

圖11 Z4 裂縫尺寸與工作面推進(jìn)距離關(guān)系Fig.11 Relationship between Z4 crack size and coal working face advance distance

在工作面“見方”后(圖7(d)～(f))，隨著工作面的推進(jìn)和循環(huán)爆破強(qiáng)制放頂步距20 m 的影響，兩側(cè)巷道上方的地表裂縫發(fā)育均是跳躍式的，跳躍步距約為60 m，即3 倍的強(qiáng)制放頂步距。因?yàn)閺?qiáng)制放頂后，工作面的壓力可以向巖體深部轉(zhuǎn)移，同時(shí)垮落向更高處的覆巖發(fā)育，60 m 即可認(rèn)為是上部主關(guān)鍵層的垮落步距，即控制地表沉陷的主關(guān)鍵層約每60 m 斷裂一次，這也與前文提到工作面上方裂縫在前60 m 內(nèi)快速閉合、后60 m 達(dá)到基本閉合的規(guī)律相一致。

4.3 地裂縫演化特點(diǎn)

淺埋薄表土層特厚煤層強(qiáng)制放頂條件下地裂縫發(fā)生最嚴(yán)重的地方是開切眼正上方，但該裂縫錯(cuò)動(dòng)最大高度(1.8 m)遠(yuǎn)小于煤層厚度(12.6 m)這是由于此類裂縫是巖層主關(guān)鍵層破斷塊體發(fā)生滑落失穩(wěn)造成的，煤層頂板在不斷破斷回轉(zhuǎn)達(dá)到新的穩(wěn)定后不能完全壓實(shí)，巖層與巖層間會(huì)存在大量空隙導(dǎo)致，這也是采空區(qū)地表會(huì)發(fā)生二次沉陷的原因。根據(jù)相關(guān)理論關(guān)于臺(tái)階的高度推斷，關(guān)鍵層破斷巖塊滑落失穩(wěn)的滑落高度可能不超過2 m[13]。推演機(jī)理如圖12 所示。開切眼邊緣上方出現(xiàn)的大裂縫是不可自修復(fù)的，屬于煤炭開采對(duì)地表破壞最嚴(yán)重的一類裂縫。

圖12 開切眼上方主裂縫發(fā)育機(jī)理示意Fig.12 Main fracture development above setup room

淺埋薄表土層特厚煤層強(qiáng)制放頂條件下地裂縫均發(fā)育在采空區(qū)內(nèi)測(cè)，此現(xiàn)象與以往很多觀測(cè)數(shù)據(jù)不同，雖然觀測(cè)范圍向采場(chǎng)邊界外延伸50 m，但堅(jiān)硬頂板條件下采場(chǎng)外側(cè)裂縫發(fā)育數(shù)量很少，尤其是主裂縫，均位于采空區(qū)邊界內(nèi)側(cè)，外側(cè)幾乎沒有發(fā)現(xiàn)寬度超過5 cm 的裂縫，其主要原因是工作面埋深較小(147～207 m)、采厚大(平均10.0 m)、深(采深)厚(采厚)比較小，導(dǎo)致裂隙帶直達(dá)地表，從而使工作面邊緣出現(xiàn)較大的裂縫。另外推測(cè)這也可能與表土層較薄有關(guān)，如前文介紹，沖積層平均厚3 m，下覆黃土層平均厚15 m，其下部較厚且較堅(jiān)硬的砂巖層與其同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，同時(shí)表土層黏結(jié)性較弱，地表隨之開裂，開裂后表土層運(yùn)動(dòng)難以影響邊界外表土層移動(dòng)。同時(shí)該礦采用放頂煤采煤方法，在工作面剛推離開切眼的采煤初期不進(jìn)行放頂煤操作，使開切眼上方巖層破斷位置前移，進(jìn)而使開切眼上方裂縫向采空區(qū)內(nèi)移動(dòng)。隨采動(dòng)影響及地表主裂縫的產(chǎn)生，開采邊界以外也出現(xiàn)一些微小裂縫，但工作面推進(jìn)過程其寬度始終不超過5 cm 且無明顯發(fā)育過程，認(rèn)為此類裂縫非下方硬巖破斷直接造成，因此研究小裂縫對(duì)下方巖層的破斷無法起到反演地下巖層運(yùn)移規(guī)律的作用。而且主裂縫修復(fù)難度大，是主要影響地表生態(tài)環(huán)境的因素，微小裂縫對(duì)地表生態(tài)環(huán)境影響較小，隨著降雨、動(dòng)植物及微生物活動(dòng)逐漸自然修復(fù)。微小裂縫不在筆者重點(diǎn)關(guān)注的范圍，未進(jìn)一步對(duì)小裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究，本研究的核心是5 cm 以上裂縫，尤其是主裂縫。

淺埋薄表土層特厚煤層強(qiáng)制放頂條件下工作面正上方地裂縫臺(tái)階高差較小。隨著工作面的推進(jìn)，工作面正上方再未出現(xiàn)臺(tái)階高差超過0.6 m 的地裂縫，雖然采高及放煤高度加在一起已達(dá)到12.6 m，但工作面正上方的裂縫尺寸和高差均遠(yuǎn)沒有其他3 處開采邊界的裂縫高差大，而且出現(xiàn)的大裂縫均能及時(shí)閉合。另外采空區(qū)上方裂隙的閉合周期大約為9 d，即工作面推進(jìn)65 m 左右工作面上方的裂縫開始閉合，此數(shù)據(jù)也跟上覆砂巖主關(guān)鍵層每60 m 左右破斷一次的數(shù)據(jù)比較吻合。相較于神東礦區(qū)的一些數(shù)據(jù)對(duì)比而言[5]，頂板堅(jiān)硬、松散層不厚條件下裂隙閉合時(shí)間更短，這是由于松散層厚度較薄，其下方覆巖的運(yùn)動(dòng)不經(jīng)松散層消化吸收，松散層直接與下方覆巖隨動(dòng)，因此松散層變形不會(huì)大幅滯后于下覆巖層破壞和平衡調(diào)整周期，地下開采活動(dòng)的影響能很快體現(xiàn)在地表。另外，如圖8 所示裂縫寬度在閉合末期也出現(xiàn)小幅度調(diào)整，寬度在減小過程中又出現(xiàn)3～5 cm 的增長(zhǎng)，這可能是地層中的巖層結(jié)構(gòu)小幅度移動(dòng)造成的。但裂縫臺(tái)階高度在裂縫閉合階段一直處于減小的趨勢(shì)。

工作面上方地表變形的特征或許也能解釋裂縫高差不大的原因。隨著工作面的推進(jìn)，工作面上方地表主要出現(xiàn)傾斜，即關(guān)鍵層主要是回轉(zhuǎn)失穩(wěn)，并未出現(xiàn)滑落失穩(wěn)造成的?；虺霈F(xiàn)滑落但屬于小幅或局部滑落，滑落不充分，表現(xiàn)在地表即地表裂縫主要出現(xiàn)張拉、閉合的現(xiàn)象，如圖13 所示，采空區(qū)上方中部的裂縫主要以張拉裂縫為主，且張拉后又閉合，閉合周期為9 d。

圖13 采空區(qū)中部不斷張拉又閉合的裂縫Fig.13 Development of fractures at the center of the stope

地表也出現(xiàn)了一些地塹裂縫，如圖14 所示，即地表張拉程度比較劇烈，寬度可達(dá)3 m，中間存在一長(zhǎng)條下陷的土層，推測(cè)認(rèn)為這種這種局部地塹裂縫是由于下方砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，在隨著下方巖層移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生小的碎裂錯(cuò)動(dòng)，加之上下層巖土層性質(zhì)不同造成的。這種裂縫的發(fā)育和演化機(jī)理是下一步要繼續(xù)深入研究的方向。

圖14 地塹裂縫Fig.14 Graben shaped fracture

4.4 地裂縫演化數(shù)理機(jī)理分析

由上文觀測(cè)結(jié)果及分析可知，雖然受強(qiáng)制放頂影響，煤層上覆堅(jiān)硬頂板每20 m 發(fā)生一次破斷，但工作面上方地表主裂縫(Z4)在工作面“見方”時(shí)，即工作面推進(jìn)216 m 時(shí)快速產(chǎn)生，之后以工作面每推進(jìn)60 m為一個(gè)循環(huán)周期性閉合?？梢姕\埋薄表土層特厚煤層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂條件下，放頂步距(20 m)對(duì)地裂縫的孕育并不起決定作用，即上覆巖層中必然存在控制地表形變的關(guān)鍵層，煤層上方的堅(jiān)硬頂板被強(qiáng)制放落后影響該關(guān)鍵層的破斷、回轉(zhuǎn)、滑落等過程進(jìn)而控制地裂縫的產(chǎn)生。工作面“見方”時(shí)，間接導(dǎo)致關(guān)鍵層見方，發(fā)生初次破斷，造成工作面上方地表主裂縫的產(chǎn)生。如圖15 所示，紅框所示為懸露未垮的堅(jiān)硬頂板。

圖15 15102 工作面初采頂板懸露示意Fig.15 Overhang of hard roof during the early mining stage

根據(jù)薄板斷裂理論[23]，板的撓度表達(dá)式為

式中，ω為撓度；Q為作用在板上面的均布載荷；θ為煤層傾角；a、b為板的長(zhǎng)度和寬度(本礦條件下a固定為212 m)；D為板的抗彎剛度；x為采空區(qū)任意一點(diǎn)到以開切眼煤柱與一側(cè)巷道邊緣交點(diǎn)為原點(diǎn)的走向距離；y為采空區(qū)任意一點(diǎn)到以開切眼煤柱與一側(cè)巷道邊緣交點(diǎn)為原點(diǎn)的傾向距離。

板簡(jiǎn)化為若干長(zhǎng)條狀的梁，可得板沿x軸和y軸方向的彎矩表達(dá)式為

當(dāng)薄板斷裂時(shí)，必然滿足Mx=My，即當(dāng)x=y時(shí)Mx=My。因此，板發(fā)生斷裂時(shí)形狀為正方形，即見方易垮。具體到本礦條件下，工作面推進(jìn)到b=216 m時(shí)，懸頂形狀接近正方形，引起了關(guān)鍵層垮落，造成地裂縫產(chǎn)生。正常推采階段，每3 個(gè)放頂循環(huán)，即每60 m關(guān)鍵層垮落一次。因此關(guān)鍵層的周期垮落步距約為60 m，具體原理示意如圖16 所示。

圖16 15102 工作面正常推采期間頂板懸露示意Fig.16 Overhang of roof during normal advance of 15102 working face

由于關(guān)鍵層下方巖層不斷彎曲、破斷、回轉(zhuǎn)、滑落，該關(guān)鍵層懸空面積不斷增大，受自重和上覆巖層所傳遞來的載荷影響，該關(guān)鍵層撓曲不斷變大最終發(fā)生破斷。該關(guān)鍵層及其控制的上覆巖層發(fā)生同步協(xié)調(diào)變形，因此該層巖石受到來自上方的載荷[24]為

該模型的力學(xué)本質(zhì)是多巖層的同步協(xié)調(diào)變形導(dǎo)致的撓度一致，因此該關(guān)鍵層與其控制的上方巖層變形一致，但與其下方巖層變形不協(xié)調(diào)。從受力角度而言，控制巖層的關(guān)鍵層受到上方所有巖層的載荷，該關(guān)鍵層下方巖層不會(huì)受到其上方巖層的載荷。即從地表下第1 層巖層開始算起，當(dāng)?shù)趎層巖層所受載荷大于其上各巖層所受載荷，但小于第n+1 層巖層受到的載荷時(shí)，就可判斷第n層巖層為控制地表變形的關(guān)鍵層。因此在判斷控制地表變形的關(guān)鍵層時(shí)只需將式(4)進(jìn)行如下變形，當(dāng)q1

式中，qn為地表下方第n層巖層受到來自上方巖層的載荷；En為地表下方第n層巖層的彈性模量；hn為地表下方第n層巖層的厚度；Ej為地表下方第n層巖層及其上方直到表土層巖層的彈性模量；hj為地表下方第n層巖層及其上方直到表土層巖層的厚度；γj為地表下方第n層巖層及其上方直到表土層巖層的容重。

利用“砌體梁”結(jié)構(gòu)模型判斷主裂縫孕育時(shí)強(qiáng)制放頂次數(shù)：

式中，nb為“砌體梁”結(jié)構(gòu)下強(qiáng)制放頂次數(shù)；h為控制地表變形的關(guān)鍵層的厚度；Rt為控制地表變形的關(guān)鍵層的抗拉強(qiáng)度；q為控制地表變形的關(guān)鍵層受到來自上方巖層的載荷，按式(4)計(jì)算；L為放頂步距。

用“板”模型判斷主裂縫周期發(fā)育時(shí)強(qiáng)制放頂周期：

式中，nc為“板”模型下強(qiáng)制放頂次數(shù)。

需注意的是，控制地表變形的關(guān)鍵層的破斷與垮落也可能會(huì)受到其下方堅(jiān)硬巖層的影響。因此還需計(jì)算控制地表變形的關(guān)鍵層下方硬巖破斷的強(qiáng)制放頂次數(shù)。當(dāng)該巖層破斷時(shí)，控制地表的巖層也一并破斷，因此主裂縫孕育時(shí)強(qiáng)制放頂次數(shù)為

主裂縫周期發(fā)育時(shí)強(qiáng)制放頂周期：

經(jīng)計(jì)算本礦井控制地表變形的主要關(guān)鍵層為位于表土下第1 層的粗砂巖層，且在其下方雖有不少堅(jiān)硬巖層但均比該層巖石容易垮落，故計(jì)算本礦井地表裂縫產(chǎn)生與發(fā)育時(shí)應(yīng)使用本巖層計(jì)算。該粗砂巖層平均厚度為13 m，密度為2 350 kg/m3，彈性模量30 GPa，泊松比0.25，抗拉強(qiáng)度2.3 MPa。經(jīng)計(jì)算，主裂縫孕育時(shí)，強(qiáng)制放次數(shù)為10～11 次，此時(shí)工作面推進(jìn)距離為200～220 m，與觀測(cè)結(jié)果工作面“見方”易跨基本吻合。主裂縫周期發(fā)育時(shí)強(qiáng)制放頂周期為3～4 次，對(duì)比觀測(cè)結(jié)果計(jì)算結(jié)果略大，究其原因是由于“板”結(jié)構(gòu)在厚寬比是大于0.1 時(shí)適用性較差，且實(shí)際巖層有斷層、裂隙等不連續(xù)面，計(jì)算結(jié)果往往比實(shí)際結(jié)果大。

5 數(shù)值模擬驗(yàn)證分析

數(shù)值模擬采用FLAC3D有限差分軟件。采用自主開發(fā)的隨機(jī)分布三角形網(wǎng)格建模工具進(jìn)行建模。取平均埋深170 m 進(jìn)行建模。筆者主要模擬周期破斷規(guī)律，因此，模型按照沿傾向中心線剖面進(jìn)行近似二維建模，模型厚度為10 m。具體模型如圖17 所示，尺寸為800 m(長(zhǎng))× 10 m(寬)×200 m(高)。模型底部約束橫向和縱向位移，兩邊約束縱向位移。模型兩側(cè)各留設(shè)200 m 以消除邊界效應(yīng)。采用虎克布朗準(zhǔn)則(Hoek-Brown Criterion)評(píng)判巖體破壞。所用初始模擬參數(shù)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告并通過RocData 軟件進(jìn)行估算[27]。最終所采用的參數(shù)見表1。模擬結(jié)果如圖18、19 所示。

表1 H-B 準(zhǔn)則巖體力學(xué)參數(shù)Table 1 Rock mass parameters of Hoek-Brown criterion

圖17 數(shù)值模型Fig.17 Numerical model

圖18 不同推進(jìn)距離下覆巖運(yùn)移與裂縫發(fā)育分析結(jié)果Fig.18 Roof strata movement and fracture development analysis when face advances different distances

按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件下工作面自推進(jìn)至216 m 發(fā)生初次垮落來在數(shù)值模擬中再現(xiàn)開挖過程，直至完成3 個(gè)垮落循環(huán)結(jié)束模型運(yùn)算。通過應(yīng)變率反映裂縫產(chǎn)生位置。

從圖19 可看到明顯的壓縮區(qū)和拉伸區(qū)，不難發(fā)現(xiàn)，在工作面推進(jìn)216 m 時(shí)地表拉伸裂縫位于采場(chǎng)邊界內(nèi)側(cè)。隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，地表裂縫也按照60 m 為一個(gè)循環(huán)周期性發(fā)育，且各個(gè)推進(jìn)距離下地表拉伸裂縫均位于采場(chǎng)邊界內(nèi)側(cè)。

圖19 不同推進(jìn)距離下裂縫發(fā)育位移矢量Fig.19 Fracture development displacement vector when face advances different distances

6 減損開采及治理建議

淺埋特厚煤層薄表土層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂條件下主地裂縫分布在采場(chǎng)上部邊界內(nèi)緣，且難以自修復(fù)。目前我國(guó)西北礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井難以采用充填、限高開采等控制地表沉陷的方法。同時(shí)淺埋煤層堅(jiān)硬頂板薄松散層條件下采用離層注漿技術(shù)面臨更多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)困難。局部關(guān)鍵區(qū)充填開采技術(shù)或許可根據(jù)地質(zhì)條件選用，適用于西北礦區(qū)淺埋特厚煤層薄表土層開采環(huán)境下的離層注漿技術(shù)勢(shì)在必行。

根據(jù)對(duì)中煤華昱五家溝煤業(yè)地裂縫演化規(guī)律的實(shí)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，淺埋特厚煤層薄表土層堅(jiān)硬頂板強(qiáng)制放頂條件下在采場(chǎng)上部邊界內(nèi)緣會(huì)出現(xiàn)難以自修復(fù)的臺(tái)階裂縫，在生產(chǎn)過程中采場(chǎng)內(nèi)部形成的裂縫最終會(huì)隨上覆巖層的均勻沉降閉合，因此本著從源頭治理和節(jié)省治理成本的原則，應(yīng)在開采設(shè)計(jì)上盡量減少由煤層采出造成的高差劇烈變化的采場(chǎng)“邊緣”，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)開采結(jié)束后每個(gè)“邊緣”被平緩過渡或消除。為此，應(yīng)盡量采用無煤柱開采技術(shù)，通過減少煤柱盡可能擴(kuò)大均勻沉陷區(qū)范圍，充分利用均勻沉陷區(qū)裂縫自動(dòng)閉合的修復(fù)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)土地的微破壞或零破壞。如110 和N00 工法是適用于厚及特厚煤層的錯(cuò)層位開采方法[25-27]，均可有效避免因留設(shè)區(qū)段煤柱造成的地表急劇變形區(qū)，緩解地裂縫造成的環(huán)境破壞。

7 結(jié)論

(1)開采初期強(qiáng)制放頂對(duì)地表無影響。黏結(jié)性差、物理性質(zhì)差異較大的地層易產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，表現(xiàn)為裂縫先張拉、后上下錯(cuò)動(dòng)且裂縫上部與下部脫離、上臺(tái)階下方出現(xiàn)空洞。

(2)強(qiáng)制放頂工作面正上方裂縫寬度及高差始終小于其他3 處開采邊界的裂縫，且閉合速度每隔一個(gè)放頂步距發(fā)生一次改變。

(3)工作面“見方”時(shí)，開采邊界裂縫發(fā)育情況類似?！耙姺健焙螅敯逯芷诳缏湟匝h(huán)爆破步距的一定倍數(shù)為周期，兩側(cè)巷道上方的地裂縫以循環(huán)爆破步距的一定倍數(shù)的周期“跳躍式”發(fā)育。本工作面頂板按照循環(huán)爆破步距(20 m)的3 倍周期垮落，兩側(cè)巷道上方的地裂縫按60 m 左右的距離“跳躍式”發(fā)育。

(4)深(采深)厚(采厚)比小、表土層薄造成對(duì)地表破壞最嚴(yán)重的邊界不可自修復(fù)大裂縫，且裂隙帶直達(dá)地表，絕大多數(shù)主裂縫處于采場(chǎng)邊界內(nèi)，并導(dǎo)致裂縫閉合周期更短。本工作面裂縫閉合周期約9 d。

(5)110 和N00 工法及錯(cuò)層位等無煤柱開采技術(shù)可擴(kuò)大均勻沉陷區(qū)范圍，緩解邊界臺(tái)階裂縫損害，有利于源頭治理和節(jié)省成本。