厚松散层下三软煤层开采覆岩导水裂隙发育规律

作     者：来兴平 张旭东 单鹏飞 崔峰 刘伯伟 白瑞 LAI Xingping;ZHANG Xudong;SHAN Pengfei;CUI Feng;LIU Bowei;BAI Rui

作者机构：西安科技大学能源学院陕西西安710054 西安科技大学西部煤炭绿色开发国家重点实验室陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2021年第40卷第9期

页      面：1739-1750页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金青年基金项目(51904227,52004201) 陕西省自然科学基础研究计划企业联合基金项目(2019JLZ–04) 

主　　题：采矿工程 厚松散层 三软煤层 非对称性 导水裂隙发育 多元非线性回归 

摘      要：为掌握厚松散层下三软煤层开采覆岩运移及导水裂隙发育规律,以澄合矿区为背景,采用物理相似材料模拟实验,综合运用全站仪监测、高清钻孔电视监测、3DEC离散元数值模拟软件以及SPSS专业统计分析软件相结合的研究方法,同时引入开采损害理论,研究该条件下覆岩运移规律、裂隙发育演化及导水裂隙带分布特征。结果表明:覆岩运移呈现非对称性,最大下沉值处于采空区中央偏开切眼侧,松散层运移范围大于基岩顶部岩层,整体呈现出类双曲线状。理论公式推导得出基岩破断角较小,为56°~58°。垮落带高度13.75 m,垮采比3.06,导水裂隙带高度75m,裂采比16.67;裂隙发育数量自地表而下逐渐增多且在导水裂隙带区域突然增多,裂隙发育主要受到北偏东33°方向上采动应力场控制,导水裂隙带发育演化呈现出缓慢发育→逐级渐进升高→大幅突然升高→周期小幅升高→稳定发育五个阶段;通过3DEC数值模拟得出,导水裂隙带高度与松散层厚度成指数函数关系,与采高成线性关系,与埋深和工作面斜长成对数函数关系。运用SPSS专业统计分析软件,基于多元非线性回归理论拟合出导水裂隙带高度预测经验公式。通过对比计算结果,验证了回归经验方程在预测导水裂隙带高度时的合理性;由于K5砂岩含水层单位涌水量较大且距煤层较近,对工作面开采过程中覆岩裂隙导水影响较大,为避免煤层的开采受到覆岩K5砂岩含水层的影响,根据所得预测经验公式,煤层的最大采高应不超过3.8 m。该研究对相似地质条件下煤矿保水开采等具有重要的参考价值。