蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

作     者：周振方 董书宁 董阳 罗生虎 薛建坤 王治宙 王淑璇 尚宏波 王甜甜 王昱同 王同 ZHOU Zhenfang;DONG Shuning;DONG Yang;LUO Shenghu;XUE Jiankun;WANG Zhizhou;WANG Shuxuan;SHANG Hongbo;WANG Tiantian;WANG Yutong;WANG Tong

作者机构：西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077 陕西省“四主体一联合”黄河流域中段矿区(煤矿)生态环境保护与修复校企联合研究中心陕西西安710077 陕西省现代建筑设计研究院有限公司生态环境一所陕西西安710024 西安科技大学理学院陕西西安710054 煤炭科学研究总院北京100013 西安科技大学能源学院陕西西安710054 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2024年第52卷第8期

页      面：101-110页

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项重点项目(2022-2-TD-ZD005) 陕西省青年科技新星项目(2023KJXX-094) 陕西省自然科学基础研究计划重点项目(2023-JC-ZD-27) 国家自然科学基金项目(41807221) 

主　　题：蒙陕接壤区 水害防治 涌水量变化 顶板破坏 周期来压 数值模拟 微震 

摘      要：【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构,造成集中涌水,影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象,采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法,并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比,分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律,定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征,综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征,以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明:工作面开采覆岩初次来压步距约40 m,周期性来压步距12~28 m,覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定的趋势,在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时,超前支承压力达到最大,覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之字型变化特征,同样,位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示,在第5次周期来压瞬间,覆岩垂直位移变幅达到最大值,塑性区发育高度基本稳定;导水裂隙带发育最大高度在120 m左右,将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层,地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势,工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式增长趋势,“阶梯式增长周期约800 m,局部尺度呈现短周期“振荡变化趋势,振荡周期16~48 m,并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。