深部高承压“Y”型分支断层底板突水机理模拟试验研究

作     者：李昂 张文忠 周永根 王伟东 田胜祺 杨宇轩 

作者机构：陕西省煤矿水害防治技术重点实验室 西安科技大学建筑与土木工程学院 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 神华新街能源有限责任公司 陕西建工第三建设集团有限公司 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

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：陕西省煤矿水害防治技术重点实验室开放基金项目(2020SKZD02) 陕西省自然科学基础研究计划重点项目(2020JZ-52) 国家自然科学基金资助项目(51874229) 

主　　题：“Y”型分支断层 底板突水机理 相似模拟试验 数字图像相关法 红外热成像 

摘      要：普遍分布于淮南矿区的“Y型分支断层由于其特殊的构造特征，较常规断层更容易发生活化突水，为揭示深部开采高承压水“Y型分支断层底板突水机理，提出安全开采关键性技术参数，以刘庄煤矿8号煤工作面底板为研究对象，研发了一种新型原岩相似材料及与之匹配度较高的承压水模拟系统，依托自制的相似试验平台，采用数字图像相关法、水压传感器、水流量监测系统及红外热成像等多种定量及定性监测手段，对开采扰动与承压水导升协同作用下底板突水机理进行模拟研究。结果表明：可循环使用的新型棒体、块体材料与硅胶水囊承压水系统契合良好，能够科学可靠的模拟现场情况；工作面推进63 cm是“Y型分支断层进入活化阶段的临界点，此后承压水沿主断层向分支断层内导升，水压逐渐增大；当工作面推进至71 cm，底板分支断层完全活化，工作面发生突水，主断层水压降低、水流量增大；采动应力对底板裂隙发育具有显著的影响，分支裂隙呈现出沿垂直方向扩展发育的规律，工作面推过79 cm，底板裂隙逐渐闭合，突水情况得到缓解。结合模拟结果及现场实际情况，探讨了三种“Y型分支断层底板突水应对治理措施和预案，为类似断层底板防治水研究提供一定的参考。