煤层为主含水层采动中的覆岩裂隙演化规律研究

道， 即煤 层 开采形 成 的 冒落 带 和导水 裂 隙带 。
１ 工程背景
图１ 矿 井 地 下水 越 流 和 径 流 情 况
小纪 汗煤 矿主 采煤层 为 鄂尔 多斯 盆地 侏 罗 系 上部 ２号 煤层 。虽 然小 纪汗 煤矿 井 田勘查 报 告评 价矿 井 为弱 富水 的煤层 ，为顶板 砂岩 裂 隙充 水 水
朱南 京
煤层 为 主含水层 采 动 中的覆 岩裂 隙演 化规 律研 究
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质变形 和破 坏分 析模块 的分析 系统 。
根 据综 采 １ 作 钻孔柱 状 图 以及 矿 区岩 石 力 学 测 试资料 ，整 理得 的各煤 系地层 的 力学 参数 如表 ｌ 所示 ， 建 的 数值计算 模 型如 图 ２所示 。 陔 ｌ 作 呵煤层 埋 深 为 ３ ５ ０ ｍ， 煤层厚 ３ １ １ １ ， 直接 顶 为 厚 ８ ． ９ ８ ｍ砂质 泥岩 ， 建 的模 型共 分 ｌ ７ 层 。数值 模 型 水平 疗 向为 ４ ０ ０ ｎ ｌ ， 垂 直方 向 为 ２ ７ ０ ｒ ｎ 。数值 计 算 时 此模 型被 划 分 为 ｌ ｍ Ｘ ｌ ｎ ｌ 的正 方 形 网格
能 源 技 术 与 管 理
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ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ， ３ ９ ６ ９ ０ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ９ ９ ４ ３ ． ２ ０ １ ７ ０１ ． ０ １ ８
２ ０ １ ６ 年第 ４ ２ 卷第 １ 期
Ｖｏ１ ． ４２ Ｎｏ． １
Ｅｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
上述情况表明， 防止采矿引起的导水裂隙带穿
透隔水层 对小纪汗煤矿安 全 回采具有 重要意义 。
文地质条件简单类型矿井 ，但是实际揭露水文地
质条 件复 杂程 度远 比勘 查结 果复 杂 ， 主副 斜井 、 中 央 进 风立 井 、 中 央 回风 立 井 、 １ １ ２ ０ ３工 作 面 （ 胶 运 顺槽、 辅运顺槽 、 回风 顺 槽 及 切 眼 ） 等工程揭露 ２
２ 采动裂隙发 育的ＲＦ Ｐ Ａ ￣模拟
２ ． １ ＲＦ Ｐ Ａ ￣建模
Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 。 是 一个 以弹性 力 学 为应 力 分析 工具 、 以 弹性损 伤理 论及 修正 的 Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ破 坏 准则 为介
２ ０ ｌ ７年 ２月
Ｆ ｅ ｌ ， ． ． ２ ０ １ ７
煤层裂隙发育；煤体渗透率高 ，内部裂隙不易闭
合； 裂 隙水来 源补 给充 足 。所 以 ， 小纪 汗井 田为 以 ２号 煤层 含水 层 充水 为 主 的水 文地 质 条件 复 杂程 度 中等 的矿 井 。 小 纪 汗 井 田 ２号煤 层 含 水层 为 静 态 承 压水 ，
矿 井地 下水 越 流 和径 流情 况 如 图 １所示 。 由图 １
可 以看 出 ， 其补 给主要 来 自上覆 含水层 的下渗 。 越
流通道主要是断裂和含水层内裂隙等曲折路径 ，
一
边接 受垂 向越 流补 给 ，一 边做 近水 平 方 向的顺
层径流。 由于 小纪 汗井 田地质 构造 简单 ， 基 岩裂 隙
不 发育 ，所 以井 田充 水通 道主要 是 人为 造成 的通
动裂隙的演化规律 ， 不仅对矿井 防治水工作 、 水资
源的保护灾害防治及煤层气资源开发利用有重要意义。 目前 ， 确定 采动 裂 隙的方 法 主要 有 ２类 ： 一 类 是实际探测法…； 另一类是理论计算 和经验公式 计算法 ］ 。 对于采动裂隙带高度的研究 ， 主要采用
定性模 型 分析 ［ 与数 值模 拟 、 物 理模 拟 ［ ６ ］ 、 现场 测 试＿ ７ ＿ 等方 法 。 以陕 西 榆 横煤 电小 纪 汗煤 矿 为 研 究对 象 ， 采 用数值 模 拟与 现场 实测相 结合 的手 段 ，分 析 了煤 层为 主含 水层 矿井 采动 裂隙演 化规 律 ，并 研究 了 现场 实测 阶段 ，发 现实 测结 果与 以往 采 动裂 隙观 测 结果 不 同 的原 因。不仅 保证 了小 纪 汗煤 矿 的安 全生 产 ，也为 其他 矿井 的采 动裂 隙演 化规 律分 析 提供 了参 考依 据 。
煤 层 为 主 含 水 层 采 动 中 的 覆 岩 裂 隙 演 化 规 律 研 究
朱 南京
（ 陕西华 电榆横煤电有限公 司 小 纪汗煤矿 ， 陕西 榆林 ７ １ ９ ０ １ ５ ）
［ 摘
要］ 小纪 汗井 田是 以 ２号 煤层 为主 含水 层 的矿 井 ，为确保 煤层 安 全 回采 ，采 用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ ￣ 对煤层 开采进 行数 值模 拟 ，分析 了煤 层 为 主含 水层 开采 时 采动 裂 隙演化 和 支承 压 力特征 ， 对现 场进 行 了实测 ， 得 出了煤 层 为主 含 水层 采动 中覆 岩 裂 隙演化 特征 。研 究 结果表 明 ： 采动 裂 隙是 ２号 煤 层 的 主要 充 水 通道 ； 利用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ 数 值模 拟对 导 水 裂 隙带发 育 高度 的预 测 与 实测结 果吻 合 良好 ， 但 结 果 比较 保 守。 ［ 关键 词 ］ 煤 层主 含 水层 ； 采动 裂 隙 ； 演化 规律 ； 相 似模 拟 ； Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ２ Ｄ ［ 中图分类 号 ］Ｔ Ｄ３ ２ ３［ 文献 标识 码 ］Ｂ ［ 文 章编 号 ］ １ ６ ７ ２ － ９ ９ ４ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ ４ ） ０ ５ ０ － ０ ４ 号 煤层 时 遇水 压 ２ ． ５ ＭＰ ａ 、 单孔 涌 水 量达 ２ ０ ０ ｍ３ ／ ｈ 的强充水 含 水层 。 经 研究 发现 ： 小纪 汗 ２号煤层 顶 板 砂 岩遇 水 松 散且 裂 隙 在构 造 作用 下易 于 封 闭 ；
Ｏ 引 言
煤 层 回采 以后 ， 顶板覆 岩会 出现 移 动 、 破 断 的
现象 ， 甚 至 生成采 动 裂隙 。 根 据上 覆岩 层 的移动 变 形 情况 ， 可 将 回采 结 束后 的上覆 岩层 分 为 “ 三带 ” ， 即垮落 带 、 裂 隙带 和弯 曲下沉 带 。 研究 上覆 岩层 采