我国不同类别煤层顶板水害致灾机理与防控路径

作     者：曾一凡 朱慧聪 武强 王皓 郭小铭 崔芳鹏 庞振忠 刘守强 杨维弘 ZENG Yifan;ZHU Huicong;WU Qiang;WANG Hao;GUO Xiaoming;CUI Fangpeng;PANG Zhenzhong;LIU Shouqiang;YANG Weihong

作者机构：中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083 矿山水防治与资源化利用国家矿山安全监察局重点实验室北京100083 矿业大学(北京)内蒙古研究院内蒙古鄂尔多斯017000 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 中国中煤能源集团有限公司北京100120 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年第49卷第3期

页      面：1539-1555页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 081501[工学-水文学及水资源] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0837[工学-安全科学与工程] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0822[工学-轻工技术与工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(42027801 42072284 42372297) 

主　　题：顶板水害 矿井防治水 离层突水 致灾机理 防控技术 

摘      要：我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害,在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上,系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术,并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现:①顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌(淋)水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别,集中分布于秦岭—淮河沿线以北地区,陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。②采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z型离层空间,导致采场出现大面积涌(淋)水现象;基于复合关键层破断力学条件,阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源;构建了离层失稳突水临界判别准则,将离层突水划分为静载扰动、“动+静载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式;红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源;围岩烧变增透,孔隙度增大,接受临近水源补水后形成新的含水结构体,在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。③梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治三位一体的解危防控技术体系,提出了井上下共轭联动、钻-采(掘)高位协同地质勘探系统,以防治水“三区划分为导向的地质保障工作,“煤-水-生态多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念,以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。