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浅埋薄基岩煤层短壁连采条件的分类刘玉德1,1，张东升1,1，马力强1,1，赵永峰1，王洪生1,11）中国矿业大学矿业学院，徐州，江苏2210082）中国煤炭资源和煤炭安全国家重点实验室，徐州，江苏2210083）中国神华能源有限公司，鄂尔多斯神东煤炭分公司，内蒙古232001 摘要：房柱式法通常是被用来从浅埋薄基岩煤层中采煤。
这导致非常低的生产效率和回采率。
近年来除了浅埋薄基岩煤层，短壁连续机械挖掘被广泛应用在许多情况下。
根据现场经验，实验室数据，计算和计算机模拟推导出2-2煤层上覆岩层运动的原则。
在神东煤田中煤炭埋藏浅的地方基岩的厚度运用模糊聚类可以分为5种类型：<10米，10-15 米,15-25米,25-35米，>35米。
对每个类别中的相关参数进行了一系列合理的计算和分析，给出了一个用短壁连续机械开采浅埋煤层的方法。
关键词：短壁；连续开采；薄基岩；模糊聚类；技术参数1.引言浅埋煤层一般特点是单一关键层，承载层基石的厚度比小，和在厚的砾石层下有薄的覆盖层。
浅埋煤层的相关参数是：煤层的埋藏深度小于150米，承载层基石的基载比J z小于1。
[1]对有较厚的覆盖层或正常地区，有许多有效的挖掘煤的方法。
在此次案例中，长壁工作面无疑是首选的。
然而，浅埋薄基岩煤层或边界煤开采一直是用房柱法。
近年来，除了在浅埋薄基岩煤层使用，短壁机械化开采的技术已经被广泛应用在许多不同的地质条件下。
为了解决这个我们提出了浅埋煤层短壁机械化连续开采方法，以2−2神东薄基岩煤田作为一个例子。
四个步骤是：a) 一）分析煤层的地质条件和覆岩的物理力学性能。
b）分析在短壁机械连续采煤工作面上覆盖的岩层的坍塌特征。
c）选择分类指标及方法并进行分类。
d）为每个类别的短壁机械化连续开采选择相关参数。
2 2−2煤层地质条件和采矿方法的选择2.1 地质条件神东煤田2−2煤层属侏罗系中统延安组, 煤层厚度3.93 -6.71ｍ,平均厚6.18ｍ;结构简单, 含矸1-3层, 夹矸厚度0.12 -0.37ｍ, 岩性多为泥岩, 部分炭质泥岩;煤层埋深20.10 -238.40ｍ。
陕北生态脆弱区保水采煤地质条件分区类型研究王启庆;李文平;李涛【摘要】生态脆弱区如何实施水资源保护性采煤是一项重大的研究课题，开展相关水文地质工程地质条件勘探测试，进行地质条件分区的研究，是实施保水采煤的重要基础和前提。
以陕北典型矿井为例，在勘探测试的基础上，进采前、采后现场压水试验及室内模拟开采覆岩变形破坏过程渗透性变化试验测试等，结果表明煤层采动对上覆岩土体渗透性有不同程度影响。
基岩中粉砂岩、泥岩开采前渗透性较小，可作为弱隔水层；煤层开采后，整体移动带内基岩的渗透性出现不同程度的增大，渗透系数提高了约1个数量级，而红黏土渗透性变异不明显，表明红黏土为采后的关键隔水层。
按照采动后潜水漏失量、补给量和水位变化关系，将生态脆弱区保水采煤条件划分为不失水区、轻微失水区、一般失水区和严重失水区4种类型；依据水均衡原理推导出4种类型的条件分区确定公式，并给出了应用实例。
%How to implement mining with water protection is a major research topic in ecologically fragile areas. Hydrogeology and engineering geology conditions exploration test and division index study are an important foundation and prerequisite for the implementation of water protected mining.This paper takes a typical mine of northern Shaanxi as an example.It is based on the exploration test.It includes the results of water pressure test before and after mining,indoor simulation of mining overburden rock deformation and failure process of permeability variation test.The results show that coal mining has a different impact on overlying rock mass permeability.The permeability of siltstone and mudstone is lesser and it can be used as a weak aquifuge.After mining,the bedrockpermeability of the overall mobile belt appears varying degree of increase.The permeability coefficient increases about one order of magnitude.The red clay permeability variation is not obvious.Red clay can be used as key aquifuge before mining.According to water resources leakage,recharge and water level changes,the ecological fragile area is divided into four zones,i.e.,not influenced zone,zone of light water leakage,zone of normal water leakage and zone of serious water leakage.On the basis of the principle of water balance,the condition partition index of the four types calculation formula is derived.The application example is given.【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】7页(P515-521)【关键词】生态脆弱区;砂层潜水;压水试验;卸压试验;保水采煤;分区标准【作者】王启庆;李文平;李涛【作者单位】中国矿业大学资源与地球科学学院徐州 221008;中国矿业大学资源与地球科学学院徐州 221008;陕西煤业化工技术研究院有限责任公司西安710065【正文语种】中文【中图分类】TD741我国陕北侏罗纪煤田资源储量极大，而且煤质好，开采前景广阔。
保水开采班级：采矿2014级1班姓名：阮泽宇学号：01140041摘要：保水开采的概念包括下列三个层次的内涵：首先要避免才没工作面的突水事故，实现工作面安全高效开采；其次，采取技术减少采煤对地下含水层的破坏程度，保护地下水资源；第三，要对矿井疏排水进行资源化利用，一定程度上实现“煤水共采”，同时对采煤破坏的含水层进行恢复和再造。
本文通过举例介绍部分保水开采的方法。
1.浅埋煤层保水开采岩层控制实例我国西部浅埋煤层保水开采的核心理念是保护生态水位，保水开采岩层控制的理论基础是隔水层的稳定性。
基于陕北浅埋煤层煤水赋存条件，通过物理模拟和地裂缝实测分析，揭示了浅埋煤层隔水岩组的“上行裂隙”和“下行裂隙”发育规律，发现了“上行裂隙”和“下行裂隙”的导通性决定着隔水岩组的隔水性。
通过理论分析，给出了“上行裂隙带”发育高度和“下行裂隙带”发育深度的计算公式，建立了以隔水岩组厚度与采高之比( 隔采比) 为指标的隔水岩组隔水性判据。
据此，提出了保水开采分类方法，基于神府矿区条件给出了分类指标范围。
保水开采分类覆岩隔水岩组的厚度、性质和采高不同，隔水岩组的稳定性不同。
根据隔采比指标对保水开采进行分类，有利于从宏观上确立对应的开采方法。
(1) 自然保水开采类。
采用一次采全高长壁开采方法，隔水岩组位于弯曲下沉带并保持隔水性，称为自然保水开采类。
神府矿区基岩的导水裂隙带高度一般为18 ～ 28 倍采高，取上限 28 倍; 下行裂隙深度取 2 倍采高，代入( 4) ，则神府矿区自然保水开采的条件为Gc ≥ 28M + 2M + ( 3 ～ 5) M = ( 33 ～ 35) M即，有效隔水岩组为黏土层( 或基岩) 时，隔水岩组总厚度超过 33( 或 35) 倍采高才能实现自然保水开采。
对于神府矿区厚度为 10 m 的厚煤层，如果采用放顶煤开采，则隔水岩组厚度必须大于 330 ～ 350 m 才能实现自然保水采。
显然，大部分工作面不能满足自然保水开采条件。
生态脆弱矿区煤层覆岩隔水特征及保水开采实验研究高召宁;应治中;李铭【摘要】对薄基岩浅埋煤层覆岩的隔水性进行了分析,采用相似材料模拟的方法,研究了薄基岩浅埋煤层覆岩的物理力学特征和上覆岩层移动破坏规律。
研究表明,覆岩的矿物成分以石英、钾长石等为主,其含量高达75．4%~92．0%；岩石的单向抗压强度远大于抗拉强度,属于典型的脆性岩石。
风化岩石的膨胀性增强,塑性增加,强风化带内,结构致密的粉砂岩、细粒砂岩的物理力学性质无明显变化。
相似模拟实验表明：在煤柱附近和采空区中央,沿顶板方向覆岩移动表现出明显的分区性,在同一层位水平变形引起的压缩区和拉伸区交错出现；导水断裂带最大高度约为94 m,是采高的27倍。
在此基础上,对薄基岩浅埋煤层保水开采的条件进行了评价,提出了保水开采的关键技术措施。
%In this paper, analysis was made on the water-resisting propery of the overlaying strata of the shallow coal seam with thin bedrock, and research was carried out on its physical and mechanical characteristics as well as its movement and failure laws with the similar material simulation method. The research showed that the main mineral compositions of the overlying strata were quartz, potash feldspar and so on, their content was as high as 75. 4% ~92. 0%, the uniaxial compressive strength of the rock was far greater than its uniaxial tensile strength, it belonged to a typical brittle rock. The expansibility of the weathered rock reinforced and its plasticity increased, and in the strongly weathered zone, the physical and mechanical properties of the compact siltstone and fine sandstone had no obvious changes. The Similar simulation experiments indicated that near the coal pillar and at the certerof the gob, the movement of the overlying strata along the roof direction had obvious zoning characteristics, the compression zone and tensile zone caused by the horizontal deformation appeared alternately in the same horizon; the maximum height of water flowing fractured zone was about94 m, 27 times of mining height. On this basis, water-preserved mining conditions of the shallow seam with thin bedrock were evaluated, and the key technical measures for water-preserved mining were proposed.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P12-15,31)【关键词】薄基岩;浅埋煤层;保水开采;相似模拟实验【作者】高召宁;应治中;李铭【作者单位】煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽淮南232001; 安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南232001【正文语种】中文【中图分类】TD322.1陕北侏罗纪煤田地处毛乌素沙漠地区,地质环境脆弱,水资源短缺,仅有的地下水资源赋存于第四系萨拉乌苏组,由于煤层埋藏较浅,开采引起的冒裂带一旦发育到萨拉乌苏组,将导致地下水流失,引发一系列的环境问题[1-3]。
一、填空题1、岩体受外力作用而产生弹性变形时，在岩体内部所储存的能量，称为弹性应变能。
2、在顶板压力作用下，活柱开始下缩的瞬间支柱上所反映出来的力称为始动阻力(支柱的阻力)。
3、工作面观测中的“三量”包括顶板移近量、支架载荷量、活柱下缩量。
4、当巷道埋深大于某一开采深度时，围岩产生明显的塑性大变形；当巷道埋深小于该开采深度时，巷道围岩不出现明显变形。
这一深度称软化临界深度。
5、自重应力场、构造应力场是原岩应力场的主要组成部分。
6、由开切眼到老顶初次来压时工作面推进的距离称为老顶的初次来压步距。
7、支架支设时，最初形成的主动力称为支柱的__初撑力___。
8、老顶岩层结构失稳的基本形式包括变形失稳、滑落失稳。
9、煤矿动压现象的三种形式冲击矿压、顶板大面积来压、煤和瓦斯突出。
10、采煤工作面直接顶类别按其在开采过程中变形的稳定程度分为不稳定顶板、中等稳定顶板、稳定顶板、非常稳定顶板等四类。
11、当采空区尺寸(长度和宽度)相当大时，地表最大下沉值达到该地质条件下应有的最大值，此时的采动称为充分采动。
12、根据实测，浅埋煤层可分为两种类型：典型的浅埋煤层、近浅埋煤层。
13、根据钻屑量预测冲击矿压危险时，常采用__钻出煤粉量__与正常排粉量之比，作为衡量冲击危险的指标。
14、由于矿山压力作用使巷硐周围岩体和支护物产生的种种力学现象，统称为矿山压力显现。
15、岩体与岩石有许多区别，其中较为明显的基本特征为岩体的非均质性、岩体的各向异性、岩体的非连续性。
16、地壳中没有受到人类工程活动影响的岩体称为原岩体。
17、工作面前方形成超前支承压力，它随着工作面推进而向前移动。
18、赋存在煤层之上的岩层称为顶板，位于煤层下方的岩层称为底板。
19、根据采空区覆岩移动破坏程度，可分为“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。
20、根据冲击的显现强度，冲击矿压可分为弹射、矿震、弱冲击、强冲击四类。
21、根据液压支架的支撑与结构特点，液压支架一般可分为支撑式、掩护式、支撑掩护式。
榆神矿区最上可采煤层赋存规律及开采危害程度李智学;申小龙;李明培;王红胜【摘要】为研究榆神矿区最上可采煤层赋存及开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,依次分析了榆神矿区最上可采煤层赋存特征、最上可采煤层与上覆主要含(隔)水层空间分布规律及组合类型,基于基载比和采高的最上可采煤层覆岩导水裂隙带发育规律、煤层开采对萨拉乌苏组含水层危害程度,将榆神矿区开采受危害程度分为4类:自然保水区、保水采煤区(影响大区和影响小区)、采煤失水区及采煤无水区.结果表明:受构造及剥蚀作用影响,榆神矿区最上可采煤层及上覆基岩呈差异剥蚀,煤露头线从SE向NW呈阶梯状分布,最上可采煤层上覆基岩由NW到SE方向逐渐变薄.榆神矿区西部(三、四期)最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度小或没影响;榆神矿区东部(一、二期)最上可采煤层开采后对萨拉乌苏组含水层危害程度大.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2019(047)003【总页数】10页(P130-139)【关键词】最上可采煤层;赋存规律;危害程度;萨拉乌苏组;基载比;榆神矿区【作者】李智学;申小龙;李明培;王红胜【作者单位】陕西投资集团有限公司,陕西西安 710061;陕西煤田地质勘查研究院有限公司,陕西西安 710021;陕西投资集团创新技术研究院有限公司,陕西西安710061;陕西煤田地质勘查研究院有限公司,陕西西安 710021;陕西煤田地质勘查研究院有限公司,陕西西安 710021;陕西投资集团创新技术研究院有限公司,陕西西安 710061;西安科技大学能源学院,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】P641.4+3;P624.6榆神府矿区位于鄂尔多斯盆地北部、誉为世界七大煤田之一的陕北侏罗纪煤田的中东部，面积5 161.68 km2，煤炭资源量高达751.57亿吨，为特低灰特低硫的优质动力用煤和化工原料用煤，并且地质构造较简单、煤层近似水平，建设大型现代化矿井的条件优越，划分为四期规划区分期开发(图1)。
浅埋薄基岩综采面涌水机理及水灾防治技术研究摘要:锦界煤矿3-1煤层覆岩为富潜水层浅埋薄基岩,采动导水裂隙发育至地表,易导致突水灾害。
针对该矿二盘区首采工作面地质条件,分析顶板导水通道及其涌水机理,在难以实现保水开采的基础上,建立了包含提前钻孔疏放水、两顺槽施工环形水仓、设置抽排水系统、加快工作面推进速度、辅助切眼施工施工尾排水仓、将工作面调整为倾斜长壁仰采工作面等多项技术措施的综合防治水技术体系,成功解决了综采工作面突水及涌水过大的难题,实现了浅埋薄基岩综采面安全开采。
关键词:浅埋薄基岩富潜水层涌水机理水灾防治1 工作面水文地质条件锦界煤矿位于陕西省榆林市神木县瑶镇乡和麻家塔乡境内,行政区划隶属陕西省榆林市神木县瑶镇乡管辖。
于2006年投产出煤,实行的是煤矿、电厂一体化建设。
井田东西宽12km,南北长12.5km,面积约137km2。
资源储量2093.33Mt,主采3-1煤、4-2煤、5-2煤,规划建设规模10.0Mt/a,设计服务年限112年。
锦界煤矿位于秃尾河流域东部,矿井生产揭露表明地下水资源比较丰富。
目前矿井已开采完9个工作面,矿井涌水量已超过4500m3/h,远大于勘探报告预计的涌水量(原勘探报告预计的正常涌水量711.6m3/h,最大涌水量时868.8m3/h)。
随着矿井开采面积的增大,矿井涌水量呈继续增加的趋势。
31201工作面为二盘区首采工作面,工作面有沙层和风化基岩两个含水层。
沙层含水层在切眼和回撤通道区域分布,据地质资料分析,切眼区域沙层厚约5m左右。
风化基岩全区分布,厚20m～70m。
沙层潜水以接受大气降水直接补给为主(入渗系数0.10～0.60),区域侧向补给和凝结水补给微弱。
在土层缺失区,沙层水下渗补给直罗组风化岩裂隙水。
中生界碎屑岩类孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给。
烧变岩裂隙孔洞潜水的主要是长期接受第四系松散层潜水和基岩风化带潜水侧向补给。
31201工作面采用长壁综采方法,全部垮落法管理顶板,煤层厚度3.2m,采高3.1m,基岩未破坏前工作面水主要表现为渗透淋水,顶板基岩破断后,工作面涌水主要以裂隙水为主,渗透淋水相对微弱。
神东煤炭防治水管理规定神东煤炭防治水管理规定第九十二条矿井水害因素分析1、神东矿区地下水主要为新生界松散层孔隙潜水、中生界碎屑岩类裂隙潜水及承压水、烧变岩孔洞裂隙潜水。
其中烧变岩孔洞裂隙潜水和第四系松散层孔隙潜水是构成矿井开采浅埋深煤层水害的主要水源，可造成溃水溃沙危害。
2、神东矿区现开采的煤层埋藏浅，地表大部为风积沙掩盖，上覆基岩厚度多数小于煤层开采后形成的导水冒裂带（两带）发育高度，两带是沟通各种充水水源进入井下的主要通道，可导致地表水和地下潜水沿着两带进入井下工作面，构成溃水溃沙的威逼。
尤其在薄基岩（30米以下），富水区域下采掘时，顶板垮落后，裂隙带延至上覆富水含水层，易造成溃水溃沙事故。
3、本区断裂构造均为张性正断层，断面粗糙，破裂带宽，当局部地段断层穿越烧变岩强富水区或第四系松散层富水区时，断层面成为地下潜水通入井下的直接充水通道，可能造成溃水事故。
4、矿区沟谷纵横，河流水系发育，暴雨或持续降雨会大幅度增加河流及沟谷的充水量，引发洪水的可能性极大，个别位于乌兰木伦河两岸和支流下方的矿井，如哈拉沟煤矿、马家塔矿、补连塔煤矿、上湾煤矿等，井口标高较低，潜在的洪水隐患较大。
5、开采后的塌陷区在雨季受大气降水的补给，充水丰富，开采下层煤组时，上覆采空区积水会造成矿井突水危害。
6、保德煤矿位于山西省河东煤田北部，地表多为黄土丘陵，区内沟谷发育，切割深度大，矿区处于吕梁山背斜西翼的单斜蓄水构造区、天桥泉域迳流区和黄河排泄区中，由于煤层埋藏深，地下潜水及地表水的危害不大，但本区奥陶系灰岩含水层含水丰富，水位较高，下层13#煤属带压开采，是本区矿井开采深层煤层时的潜在突水因素。
7、综采工作面采纳长壁仰斜布置，全部跨落法管理顶板；工作面切眼与停采线间的底板高差较大，工作面仰斜推动过程中将积水全部甩入采空区，给相邻工作面及下层煤的开采带来较大的突水隐患。
第九十三条公司分管领导总工程师职责对本矿区防治水工作负主要技术责任；负责组织编制矿区中长期防治水规划和年度防治水方案；负责落实水害预防平安技术措施资金，专款专用；负责组织审批全公司各矿井较大的地面防治水和井下防治水、井下疏排水、井下探放水设计和平安技术措施；负责组织审批水文地质勘探设计及资金的落实；组织审批公司灾难预防处理方案第九十四条生产技术部职责负责全公司各矿井有关防治水方面工作的业务指导；负责对各矿井防治水（包括地面防治水和井下防治水、井下疏排水、井下探放水）技术方案及平安措施的初审和监督实施；负责审查各矿井水文地质勘探设计、施工监督和竣工后组织成果验收工作；负责矿井防治水重点工程的设计审查；参加全公司矿井灾难预防处理方案的审查。
浅埋煤层矿山压力特点与支护技术浅埋煤层矿山是指煤层埋深较浅的矿采区，通常埋深在200米以下。
由于浅埋煤层矿山受到地表活动的影响较大，矿山压力特点与支护技术显得尤为重要。
本文将就浅埋煤层矿山的压力特点以及支护技术进行分析和探讨。
1. 压力分布不均匀：浅埋煤层矿山受到地表活动影响较大，地表活动对煤体产生压力，使得煤体的应力分布不均匀。
通常在矿山探矿阶段需要对煤层的压力分布进行详细的研究和分析，以便制定合理的支护方案。
2. 地下水压力较大：浅埋煤层矿山地下水压力较大，尤其是在煤层采空区域。
地下水的压力对煤体的稳定性和支护工程的施工有重要影响，需要通过抽水、排水等方式进行控制和管理。
3. 矿山阵发性地质灾害：由于地表活动对煤层产生的影响，浅埋煤层矿山常常发生阵发性地质灾害，如煤与瓦斯突出、冲击地压等。
这些地质灾害对矿工的生命安全和矿山设施的稳定性造成严重威胁。
4. 岩层易塌性：浅埋煤层矿山的岩层易塌性较大，常常出现岩层坍塌、岩层突水等情况。
岩层的塌陷对煤层开采和矿山设施的稳定性造成影响，需要采取合理的支护措施。
二、浅埋煤层矿山的支护技术1. 钻孔爆破技术：钻孔爆破技术是煤矿开采中常用的支护技术之一。
通过在煤体中布设钻孔并进行爆破，可以有效地控制煤层的裂隙扩展，减少矿山压力，提高矿山开采效率。
2. 粉尘抑制技术：煤矿开采过程中产生大量粉尘，粉尘对煤层的稳定性和矿山设施的安全造成威胁。
粉尘抑制技术通过喷雾洒水、尘埃收集等方式，可以有效地控制矿山粉尘，减少矿山压力。
3. 支护材料技术：支护材料技术是矿山支护工程的核心技术之一。
矿山支护材料通常包括钢支架、混凝土、聚合物材料等，这些材料可以有效地控制煤层的位移和变形，保障矿工的安全和矿山设施的稳定性。
4. 地下水管理技术：地下水管理技术是矿山水文地质工程的重要内容之一。
通过抽水、排水等方式对矿山地下水进行管理，可以有效地降低地下水的压力，保障矿山设施的安全和煤矿开采的顺利进行。
第29卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.29 Supp.22010年9月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept .，2010收稿日期：2009–12–31；修回日期：2010–04–05基金项目：国家自然科学基金资助项目(50574074)；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(教外司留[2008]890号)；榆林市产学研合作项目；陕西省重点实验室科研项目作者简介：黄庆享(1966–)，男，博士，1987年毕业于西安矿业学院采矿工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事矿山压力与岩层控制方面的教学与研究工作。
E-mail ：Huangqx@浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类黄庆享(西安科技大学 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西 西安 710054)摘要：通过陕北浅埋煤层保水开采的模拟研究与采动损害实测，揭示采动覆岩裂隙主要由上行裂隙和下行裂隙构成，采动裂隙带的导通性决定着覆岩隔水层的隔水性。
实验分析上行裂隙带发育高度的计算公式，模拟测定下行裂隙带的发育深度。
基于采动裂隙发育程度与采高和隔水岩组的关系，提出以隔采比为指标的隔水性判据，由此将保水开采分为自然保水开采、可控保水开采和特殊保水开采3类，为浅埋煤层保水开采提供科学依据。
关键词：采矿工程；浅埋煤层；覆岩；隔水性；保水开采中图分类号：TD 32 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)增2–3622–06IMPERMEABILITY OF OVERBURDEN ROCK IN SHALLOW BURIED COAL SEAM AND CLASSIFICATION OF WATERCONSERV ATION MININGHUANG Qingxiang(Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention of Ministry of Education ，Xi ′an University of Science andTechnology ，Xi ′an ，Shaanxi 710054，China )Abstract ：According to simulation model tests and water conservation of overburden rock in shallow-buried coal seam ，it is revealed that the cracks of overburden rock induced by mining are mainly composed of upward cracks and downward cracks ；the impermeability of overburden impermeable layer depends on the interpenetration of mining crack zone. The calculation formula of the developing height of upward crack zone is analyzed ；and the developing depth of downward crack zone is also measured by simulation. Based on the relationship among developing degree of mining crack ，mining height and impermeable layer ，the impermeability criterion is put forward by the ratio of impermeable layer thickness to mining height. The water conservation mining is divided into 3 types ，i. e. nature water conservation mining ，controllable water conservation mining and special water conservation mining ，which provide scientific basis for shallow buried coal seam mining.Key words ：mining engineering ；shallow buried coal seam ；overburden rock ；impermeability ；water conversation mining1 引 言我国西部毛乌苏沙漠边缘地下煤层储量丰富，仅陕西境内的榆神府煤田含煤面积约2.7×104 km 2，总储量约2.4×1011 t ，被列为世界七大煤田之一[1]。
目前，该矿区正在大规模开发，2008年区内原煤产量1.55×108 t ，并且以每年2.0×107 t 的速度递增。
第29卷增2 黄庆享. 浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类 • 3623 •煤层埋深40～580 m，初期开发的煤层埋深一般在100～200 m以内，属于浅埋煤层。
开采实践表明，采动覆岩移动引起隔水层失稳，导致大量的地下水的流失，对生态造成了严重破坏[2，3]。
我国学者，对此进行了不懈的努力。
钱鸣高等[4，5]于2003年提出了绿色开采，为浅埋煤层可持续开采指明了方向，其中保水开采是其重要途径之一，2007年又提出了科学采矿，强调了提高回收率和保护环境是科学采矿的重要指标。
缪协兴等[6]应用关键层理论，研究了(上行)裂隙带内隔水关键层结构稳定性的概念模型。
杨泽元等[7]对榆神府矿区的地表生态研究表明，地表植被生长与地下水位埋深密切相关，采动引起地下水位下降是导致地表生态恶化的主要原因。
据此，王双明等[8]提出，陕北榆神府煤田的保水开采重点是保护地表生态水位不下降，关键是确保采动过程中隔水层的隔水性。
榆神府煤田的煤层覆岩由基岩和黏土层组成，共同构成隔水岩组[9]。
掌握采动顶板裂隙发育规律，研究隔水岩组的稳定性，根据隔水岩组的稳定性进行保水开采分类控制，是实现榆神府煤田可持续发展的科学途径。
本文以榆神府矿区浅埋煤层地层条件为工程背景，采用应力–应变全程相似和水理性相似技术，通过固液耦合模拟揭示浅埋煤层采动覆岩裂隙发育规律，确定了上行裂隙和下行裂隙的计算方法，提出了以下行裂隙和上行裂隙为主要指标的隔水层稳定性判据，建立了榆神府矿区浅埋煤层保水开采的分类方法，为浅埋煤层保水开采提供了科学依据。
2 榆神府矿区煤层赋存特征榆神府矿区的可采煤层和局部可采煤层有12层，全区储量最大的主采煤层是2–2煤层，位于煤系顶部，煤层倾角近水平。
根据组合形态，将煤层覆岩划分为3类[8]：(1) 沙层–土层–风化层–基岩层，占全区的65%，主要分布于榆神矿区；(2) 沙层–风化层–基岩层，占全区的20%，主要分布于神北矿区；(3) 土层–风化层–基岩层，占全区的15%，主要分布于新民区。
其中，沙层包括风积沙及萨拉乌苏组，厚度一般在10 m以内，含有潜水，水位埋深为0.90～9.27 m，是矿区主要含水层，该含水层的潜水是地表植被赖以生存和人民生活用水的宝贵水源；土层指离石黄土及三趾马红土，厚度一般为20～80 m，是良好的隔水层；风化层指基岩顶面风化带，厚度一般为20～25 m，为弱含水层；基岩层为主采煤层上覆未风化基岩，主要由砂岩构成，厚度变化较大，一般为30～380 m，与土层共同构成隔水岩组。
3 采动覆岩裂隙发育规律与隔水性3.1 采动覆岩裂隙与隔水性在考虑黏土隔水层应力应变全程相似和水理性相似条件下[10]，针对榆神矿区榆树湾煤矿[11]、海湾煤矿3#井和大砭窑煤矿的煤层开采开展了模拟试验。
试验研究表明，上覆岩土体的采动裂隙主要由上行裂隙与下行裂隙构成。
上行裂隙由采动后顶板自下而上的垮落和离层下沉形成，该裂隙带就是通常所说的导水裂隙带(见图1(a))。
下行裂隙则是由于地层下沉运动在地层表面产生张拉作用而形成的向下发育的张拉裂隙(见图1(b))。
(a) 裂隙带未贯通时隔水层稳定(b) 裂隙带导通隔水层失稳图1 采动覆岩上行裂隙带和下行裂隙带Fig.1 Upward crack zone and downward crack zone of overburden rocks induced by mining上行裂隙与下行裂隙在隔水层内的导通性决定着隔水岩组的稳定性，简称隔水性。
如果上行裂隙含水层下行裂隙带上行裂隙带隔水层煤层含水层下行裂隙带隔水层上行裂隙带煤层• 3624 • 岩石力学与工程学报 2010年带与下行裂隙带导通，则隔水性失稳，潜水将流入采空区。
反之，则隔水性稳定(见图2)。
通过合理的方法控制上行裂隙带发育高度，或降低下行裂缝带的发育深度，可以提高隔水层的隔水性。
(a) 上行裂隙和下行裂隙未导通隔水层(b) 上行裂隙和下行裂隙带穿透隔水层图2 采动覆岩上行裂隙带和下行裂隙带模型照 Fig.2 Photographs of model of upward crack zone and downwardcrack zone of overburden rocks induced by mining3.2 上行裂隙带发育高度(1) 单一煤层开采上行裂隙带发育高度的确定可以借鉴导水裂隙带的计算方法。
由浅埋煤层隔水层位移规律的物理模拟实验[12]可知，上行裂隙发育最充分的区域对应于工作面煤壁后部的最大下沉区，该区域拥有最大下沉梯度和曲率。
这与前苏联学者格维尔茨曼[13]根据大量实例的研究结论一致，他得出全部跨落法采煤时导水裂隙带顶部岩层的极限曲率K Γ与导水裂隙带高度T H 的关系为0Γ22T037.25(cot cot )q mK H δϕ=+ (1) 式中：0q 为岩层最大下沉系数，m 为采高，0δ为极限角，3ϕ为充分采动角。
根据实践经验，0q 和03cot cot δϕ+数值变化幅度不大，一般分别取0.7和1.1，则式(1)可以简化为T H ≈ (2) 由此得出，导水裂隙带高度与采高成正比，与裂隙带顶部岩层的极限曲率成反比。
从式(2)可知，如果上行裂隙带顶部岩层的极限曲率越大，即岩层的柔性越大，导水裂隙带发育越小。
我国对裂隙带高度研究认为，缓倾斜煤层开采导水裂隙带的高度与采高近似呈正比关系，表现为：软弱顶板为8～12倍采高，中硬岩层为12～18倍采高，坚硬岩层为18～28倍采高[14]。
