覆岩破坏规律及水体下采煤技术

科学研究创煤层覆岩开采变形破坏规律及防砂煤柱留设综合分析李文慧（河北工程大学河北邯郸056038）摘要：为解放某煤矿浅层压煤，科学留装煤层安全防护煤桩，通过理论计量与相似材料仿真测试，对厚疏松层超薄基岩浅层采动造成覆岩破坏规律和特点展开研究。

结果显示，覆岩活动和裂缝发育一般受到基本顶核心层把控，开采裂缝表现为“马鞍形”布局，垮落带高程维持在9m左右，防砂煤柱高程要大于13.6m。

现场经过窥视孔测试获得基本顶处在8~13m煤段，冒落带高程大概是6~8m，防砂煤柱高程要大于14m。

结合研究与测试内容，最后把40~60m的安全煤柱换成15m的防砂煤柱，能解放约9.5Mt数量的压煤量，增加矿井服务时间8~10a。

关键词：煤层覆岩破坏规律防砂煤柱仿真模拟中图分类号：TD325文献标识码：A文章编号：1674-098X(2022)07(a)-0013-03某煤矿覆岩勘探与设计采矿时，为保证安全，在全部留下了40~60m防砂煤柱后，出现了14Mt呆滞煤矿，长时间没有得到及时开发使用，极大限制着矿井开采。

伴随矿井进到后续开采，处理煤层开采遇到的溃砂现象，科学留装防砂煤柱，是矿井遇到的首要技术挑战。

本文结合该煤矿基岩风化带性质，在研究64采区地质环境的前提下，采取经验公式计量、相似仿真与现场实测相统一的办法，探究了煤层开采形成覆岩层破坏规律和特点，顺利留装了防砂煤柱，为相似环境下煤矿防砂煤柱留装提供借鉴依据。

1采矿地质环境某煤层64采区覆岩厚度是18~50.8m，新生界疏松覆岩层平均厚度是140m，开采已接近浅层基岩风化带，64采区浅层包含6415作业面，该面为提升上限试采作业面，与基岩风化带间隔最短的地方是25m。

主采6#煤层倾角为5°~15°，均厚是2.86m，赋存整体比较稳固。

2破坏规律开采区煤层覆岩强风化深度是7.57~18.4m，其中，泥岩与粉砂性泥岩、泥质粉砂岩大概占80%，细砂和中砂岩只占10%~20%，且表现为薄层状夹于泥质岩石当中。

砾岩水
裂隙水
石灰岩水 岩溶水
对水体的处理取决于煤层至水体的距离，
高于断裂带时，顶水采煤；
低于断裂隙带，疏水采煤。
地表水+松散含水层水
松散含水层水+基岩水
水
地表水+松散含水层水+基岩水
体
采煤方法由具体情况而定 ①隔水层的厚度
下
②隔水层的性能
采
③水体至煤层的距离
煤
④采厚
⑤水量大小
⑥水源
4、堵截水源与疏水采煤
开采后 导水层
铁质胶结 蒙托石 铝土 高岭土 伊利石
隔水层
受压后性能恢复
(强度小、易风化、 为隔水层
泥化)
煤岩的隔水和导水性能
砂砾 含水且导水，导水性能好 节理裂隙 含水且导水 断层、陷落柱 导水或不导水 垮落带、裂隙带 导水
煤 开采前为隔水层，开采后不易风 化、泥化 ， 是导水层或弱导水层
三、地表水、地下水涌入开采空间的 机理
覆岩
岩性 a
保护层厚度（m）
5570
b
c
7190
dab
cd
坚硬 15 18 20 22 17 20 22 24
中硬 10 13 15 17 12 15 17 19
软弱 5
8 10 12 7 10 12 14
a — 松散层底部粘性土层大于累计采厚 b — 松散层底部粘性土层小于累计采厚 c — 松散层全厚为小于累计采厚的粘性土层 d — 松散层底部无粘性土层
顶水和疏水取决于水体与煤层的间距和水
体的类型
水体下采煤
❖单纯的地表水（河流、水库、湖泊）难疏 干，顶水采煤，留防隔水煤岩柱。
❖单纯的松散含水层水体

水体下开采覆岩破断及裂隙演化规律许国胜;李回贵;关金锋【摘要】鉴于水体下开采采动裂隙发育规律对井下安全性评价的重要作用,以水库下综放开采为工程背景,采用关键层理论、组合岩梁理论,并采用相似模拟物理试验手段,研究了覆岩的破断规律,以及在覆岩组合岩层及关键层破断过程中,岩层垂直位移、导水断裂带发育高度以及覆岩裂隙网络的演化规律.研究结果表明:主关键层垮落前后,观测线采空区中部测点的下沉曲线斜率较大,岩层垂直方向上下沉剧烈;导水断裂带发育高度曲线随着覆岩岩层组合周期性垮落呈现出台阶跃升,且两台阶的间距即为覆岩的周期垮落步距;当主关键层垮落后,覆岩导水断裂带发育高度稳定,导水断裂带顶界位于亚关键层Ⅱ下部.裂隙网络的富集区主要集中在前后煤壁,且靠近开切眼侧裂隙区裂隙密度大于停采线侧裂隙密度,由于采空区中部破断岩层在上覆载荷的作用下裂隙压实闭合,造成模型裂隙密度曲线呈偏态"马鞍"状.%In view of the important role of fracture development laws in safety evaluation during coal seam mining under the water body, based on the engineering background of full-mechanized caving mining under the reservoir, by the key strata theory, the combined rock beam theory, and similar physical simulation test method, we studied the breaking laws of overburden rock and the vertical displacement of rock strata, the development height of water conducting fractured zone and the evolution laws of overlying fissure network in the process of rock forming and critical layer breaking. The research result shows that: before and after the collapse of the main key stratum, the subsidence curve slope of observation points in the middle position of gob is larger, and the overburden stratum sinks in thevertical direction shapely; water conducting fractured zone height curve steps up with the periodic rupturing of combimed rock beams, and two steps spacing is the cycle of overburden rock rupture step distance; after the main key stratum breaking down, overburden rock water conducting fractured zone finally reaches the bottom of the inferior key stratum Ⅱ. Fracture network enrichment region mainly focused on the front and rear coal walls, and the fracture density in the crack area near the open-cut hole is greater than that in the lateral fissure of the stop line. Due to the fracture compaction of the fractured rock strata in the middle of the goaf, the fracture density curve of the model is skewed to the"saddle".【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)004【总页数】5页(P42-45,49)【关键词】导水断裂带;裂隙演化;组合岩梁;关键层理论;相似模拟试验【作者】许国胜;李回贵;关金锋【作者单位】贵州工程应用技术学院矿业工程学院,贵州毕节 551700;贵州工程应用技术学院矿业工程学院,贵州毕节 551700;贵州工程应用技术学院矿业工程学院,贵州毕节 551700【正文语种】中文【中图分类】TD741煤岩体在原始沉积环境下，虽然具有原生裂隙，但是在未受采动影响的情况下，处于原岩平衡状态。

老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙发育规律数值模拟【摘要】本文主要研究了老空区下煤炭资源开采对覆岩导水裂隙的影响以及覆岩导水裂隙发育规律。

通过数值模拟方法，分析了覆岩导水裂隙的发育规律，并对模拟结果进行了详细的分析和验证。

研究结果表明，煤炭资源开采会加剧覆岩导水裂隙的发育，进而影响地下水的流动和矿区的稳定。

结论部分对研究结果进行了总结分析，并展望了未来的研究方向。

本研究对煤炭资源开采在老空区下的影响具有一定的理论和实践意义，为进一步完善矿区开采管理策略提供了参考依据。

【关键词】煤炭资源开采, 覆岩导水裂隙, 发育规律, 数值模拟, 结果分析, 验证, 总结分析, 展望未来研究方向1. 引言1.1 背景介绍老空区下煤炭资源开采覆岩导水裂隙是煤矿开采过程中必须面对的重要问题之一。

随着煤炭开采的不断深入和扩大规模，覆岩导水裂隙的发育程度和影响程度也越来越受到矿山公司和科研机构的关注。

覆岩导水裂隙的产生与煤炭开采活动密切相关，其发育规律直接影响着矿井的安全生产和资源开采效率。

研究覆岩导水裂隙的发育规律对于有效的预防和控制煤矿涌水、冒顶等地质灾害具有重要意义。

通过对覆岩导水裂隙的形成机制、演化规律及其对矿井的影响进行深入的研究，可以为煤炭资源开采提供科学的技术支持和依据。

本研究旨在通过数值模拟的方法，探讨煤炭资源开采对覆岩导水裂隙的影响，分析覆岩导水裂隙的发育规律，并通过模拟结果验证研究成果，为煤炭开采过程中的覆岩导水问题提供有效的解决方案和技术支持。

1.2 研究意义覆岩导水裂隙是指在煤炭开采过程中，由于采空区下岩层破裂导致的裂隙。

这些裂隙对煤矿地下水系统的稳定性和煤炭开采安全性具有重要影响。

深入研究覆岩导水裂隙的发育规律对于指导煤炭资源开采、预防矿井涌水和地质灾害具有重要意义。

研究覆岩导水裂隙的发育规律可以为矿山设计提供科学依据。

了解裂隙的分布特征、规模大小以及发育趋势，可以为地质勘探和矿山开采提供有效的参考，减少矿山开采过程中的安全隐患。