創(chuàng)新點(diǎn)

導(dǎo)水裂縫帶高度的確定是煤礦進(jìn)行防水煤巖柱留設(shè)、頂板水害防治措施制定基礎(chǔ)，同時(shí)也是實(shí)施保水采煤、瓦斯抽采、覆巖隔離注漿充填等綠色開采方案設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)踐的重要參數(shù)。論文分析了導(dǎo)高預(yù)測的不同方法，提出導(dǎo)高確定應(yīng)結(jié)合覆巖關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)特征，重視關(guān)鍵層作用下導(dǎo)高隨采高的臺階式變化規(guī)律及其對工程實(shí)踐的影響。介紹了導(dǎo)高直接探測和間接探測方法及主要原理，對比并分析了不同探測方法的優(yōu)勢。

提出了在采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度探測和確定方面的發(fā)展趨勢，如基于煤系富含水地層探測數(shù)據(jù)新特征的導(dǎo)高準(zhǔn)確判別、巖層破裂與位移-形變-振動(dòng)之間關(guān)聯(lián)分析、適用于煤系地層大變形和超前移動(dòng)特征的光纖監(jiān)測、一孔多用的綜合探測和信息協(xié)同分析方法等，為導(dǎo)高的準(zhǔn)確測定提供了思路。

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煤礦采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)測及探測方法進(jìn)展

作者：王曉振, 沙海洋, 于思源, 謝建林^{1, 2}, 鄧光亞, 郝熙梧, 張雨晴

單位：1. 中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院；2. 中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭精細(xì)勘探與智能開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

引用格式：

王曉振，沙海洋，于思源，等.煤礦采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)測及探測方法進(jìn)展[J].綠色礦山，2025，3(1)：1?13.WANG Xiaozhen，SHA Haiyang，YU Siyuan，et al. Progress of prediction and detection methods for the heightof fractured water-conducting zone in coal mines[J]. Journal of Green Mine，2025，3(1)：1?13.

摘要

煤層開采后會(huì)引起上覆巖層移動(dòng)變形和破壞，形成不同形態(tài)的裂隙。豎向貫通裂隙發(fā)育高度的確定是煤礦進(jìn)行防水煤巖柱留設(shè)、頂板水害防治措施制定等保障安全開采的基礎(chǔ)，同時(shí)也是進(jìn)行保水采煤、瓦斯抽采、覆巖隔離注漿充填等綠色開采技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐所需獲取的重要參數(shù)。總結(jié)了導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)測的主要理論方法，通過對比不同開采條件的預(yù)測方法，證實(shí)了導(dǎo)高的確定需要考慮巖層結(jié)構(gòu)差異。覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)會(huì)對導(dǎo)高發(fā)育特征產(chǎn)生影響，基于關(guān)鍵層位置進(jìn)行導(dǎo)高的判別，可以避免對巖性均化處理的不足，體現(xiàn)工程條件的差異性，在理論和工程中得到了廣泛應(yīng)用。理論的預(yù)測方法可為采前安全開采設(shè)計(jì)和工程探測方案設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)，但由于我國煤礦開采條件的差異性和采后工程狀況的復(fù)雜性，需要采用不同的探測方法更加準(zhǔn)確地獲取導(dǎo)高數(shù)據(jù)并指導(dǎo)工程實(shí)踐。介紹了導(dǎo)高直接探測和間接探測的不同方法及其主要原理，并分析了優(yōu)勢和不足?；谀壳暗膶?dǎo)高確定的理論計(jì)算方法和常用的工程探測手段，提出了在采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度確定方面需要解決的問題和預(yù)期發(fā)展的方向，如基于煤系富含水地層探測數(shù)據(jù)新特征進(jìn)行導(dǎo)高的準(zhǔn)確判斷、大埋深特厚煤層采動(dòng)導(dǎo)高探測關(guān)鍵技術(shù)、巖層破裂與位移形變震動(dòng)之間關(guān)聯(lián)研究、適用于煤系地層大變形和超前移動(dòng)的光纖監(jiān)測方法、一孔多用探測和信息協(xié)同分析處理等?？蔀橥辛私鈱?dǎo)水裂縫帶高度確定方法以及未來的探測研究方向提供一定的參考和借鑒。

引言

煤系地層以沉積巖為主，沉積巖是在沉積過程中形成強(qiáng)度與厚度不同的層狀巖體的疊加，抗拉強(qiáng)度相對較低，煤層開采必然破壞巖層的原始平衡狀態(tài)而引起巖層運(yùn)動(dòng)甚至破裂。巖層運(yùn)動(dòng)引起覆巖產(chǎn)生橫向裂隙(離層)和縱向裂隙(破斷裂隙)，這些裂隙是地下水、瓦斯和進(jìn)行充填時(shí)漿體的流動(dòng)通道，其演化規(guī)律與地下水流失、卸壓瓦斯運(yùn)移和注漿充填減沉等一系列問題緊密相關(guān)?？梢?，巖層采動(dòng)裂隙演化規(guī)律是煤礦綠色開采的重要理論基礎(chǔ)，也是采動(dòng)巖層控制研究的重要內(nèi)容，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

縱向裂隙可以引起流體(煤礦開采中主要是水以及瓦斯等氣體)在垂直方向流動(dòng)運(yùn)移，在防治水方面視為導(dǎo)水裂隙，根據(jù)煤層開采尺寸的差異，在空間上具有一定范圍，形成導(dǎo)水裂縫帶。相較于水平方向的范圍，煤炭行業(yè)更加關(guān)注其在高度方向的分布范圍。導(dǎo)水裂縫帶高度(以下簡稱“導(dǎo)高”)的確定，對頂板防水煤巖柱留設(shè)、瓦斯抽采、覆巖隔離注漿充填，甚至高位厚硬巖層破斷影響研究，均具有非常重要的理論意義與工程實(shí)踐價(jià)值。如在分析生態(tài)脆弱礦區(qū)保水采煤效果時(shí)，需要對覆巖裂隙破壞高度進(jìn)行實(shí)際探測，作為其治理效果評價(jià)的重要依據(jù)；覆巖隔離注漿充填設(shè)計(jì)，需要掌握覆巖“三帶”發(fā)育范圍，來設(shè)計(jì)合適注漿層位和注漿量，以保障注漿的安全性；覆巖離層突水防范中，也需要依靠覆巖“三帶”發(fā)育高度結(jié)果，來對泄水孔位置及其鉆孔結(jié)構(gòu)和泄水時(shí)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。筆者將在以往研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對煤礦采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)測及探測方法及其進(jìn)展進(jìn)行分析，以期為同行了解導(dǎo)水裂縫帶高度確定方法以及未來的探測研究方向提供參考和借鑒。

部分圖片

圖 1 關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對覆巖裂隙的控制作用

圖 2 基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)高判別流程

圖 3 巨厚洛河組地層鉆孔沖洗液和孔內(nèi)水位變化

圖 4 同孔多源數(shù)據(jù)的協(xié)同監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)

作者簡介

王曉振，男，中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，副教授，碩士生導(dǎo)師。主持國家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、國家科技支撐計(jì)劃課題任務(wù)等項(xiàng)目5項(xiàng)，承擔(dān)企業(yè)委托科研項(xiàng)目30余項(xiàng)。在《煤炭學(xué)報(bào)》、《中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)》、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》、International Journal of Mining Science and Technology等期刊上發(fā)表論文多篇，1篇論文獲中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文（領(lǐng)跑者F5000）、1篇合作論文兩度入選“中國百篇最具影響學(xué)術(shù)論文”。公開和授權(quán)發(fā)明專利14項(xiàng)（其中美國專利1項(xiàng)、委托許可專利技術(shù)1項(xiàng)）、國家軟件著作權(quán)7項(xiàng)。獲省部級及協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)9項(xiàng)。

研究方向

主要從事巖層移動(dòng)與綠色開采方向的研究，重點(diǎn)在煤礦壓架突水災(zāi)害機(jī)理及防治、巨厚含水巖層破斷規(guī)律及致災(zāi)機(jī)理、巖層內(nèi)部運(yùn)移智能監(jiān)測等方面開展深入研究。

主要成果

基于巖層控制的關(guān)鍵層理論和全柱狀思想，系統(tǒng)開展了巖層運(yùn)動(dòng)一體化原位監(jiān)測工作，完善并形成了采動(dòng)巖層內(nèi)部移動(dòng)、形變與地面沉陷GNSS相協(xié)同的實(shí)時(shí)監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)了采動(dòng)巖層移動(dòng)精細(xì)化監(jiān)測，為研究采動(dòng)巖層移動(dòng)全過程及其影響規(guī)律奠定了基礎(chǔ)，已在安徽、陜西、山西、內(nèi)蒙古、新疆等多個(gè)礦區(qū)得到了應(yīng)用。同時(shí)在煤礦綠色開采方面，長期致力于壓架突水災(zāi)害機(jī)理及防治技術(shù)的研究，揭示了承壓含水層下采煤覆巖破斷規(guī)律、壓架突水機(jī)理及發(fā)生條件，形成了壓架突水危險(xiǎn)區(qū)域的預(yù)測方法，建立了“危險(xiǎn)預(yù)測-采前預(yù)防-采動(dòng)預(yù)警-實(shí)時(shí)調(diào)控”的災(zāi)害防治技術(shù)體系，成功指導(dǎo)了多起壓架突水災(zāi)害防治實(shí)踐。

策劃丨郭曉煒

責(zé)編丨李雅楠

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運(yùn)而生?！毒G色礦山》為季刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評價(jià)等。

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986451

郵箱：changmingran0216@163.com

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