第４期 ２０１５年４月 ・山西焦煤科技 Ｓｈａｎｘｉ Ｃｏｋｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２０１５ 试验研究・ 厚煤层一次采全高导水裂缝带发育高度研究 聂伟涛 （西山煤电（集团）有限责任公司义城煤业，山西太原０３００５３） 摘要 为了顶板水的防治、采掘工程布置以及防水煤柱留设，需要确定煤层顸板导水裂缝带高 度。以斜沟煤矿８＃煤层为例，应用数值模拟的方法对厚煤层综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高 度进行了研究。结果表明，数值模拟结果与现场钻探压水试验实测得到的导水裂缝带发育高度基本 一致。综合确定导水裂隙带高度７４．８ ＩＴＩ，其中冒落带高度为３２ ｍ，裂隙带发育高度４２．８ ｍ．由此可 见，《煤矿防治水规定》中关于导水裂缝带计算的经验公式不适用于斜沟矿，基于实测、模拟结果以及 参考全国其他类似矿井实测结果，运用回归分析原理，建立了斜沟煤矿厚煤层综采一次采全高工作面 顶板导水裂缝带发育高度计算公式。 关键词斜沟矿；厚煤层；一次采全高；导水裂缝带；数值模拟 中图分类号：［ＴＤ７４１］ 文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—０６５２（２０１５）０４—００２２—０５ 针对厚煤层一次采全高、快速推进工作面已进行 了大量导水裂隙带高度实测及部分理论研究，但是对 导水裂隙带高度的预测方法和理论及不同煤体力学 状态、覆岩岩性及岩性结构关系的理论研究比较少 见，而这方面的研究无论是对于特殊开采的理论，还 煤层倾角９。～１１。，平均厚５．８ ｍ，煤层结构复杂，含 １—４层泥岩、炭质泥岩夹矸，夹矸厚度不稳定，局部 尖灭。工作面顶底板岩性主要为砂质泥岩、粗砂岩， 地表大部分为黄土覆盖，地形为中低山区，盖山厚度 ２３３～４６３ ｍ． 是对确定导水裂隙带现场探测方案、获取覆岩破坏准 确参数及指导煤矿安全生产都具有重要意义…。本 １．２几何模型建立与力学参数选择 依据工作面实际情况，建立的数值模型的煤层倾 文应用数值模拟的方法对厚煤层综采一次采全高顶 板导水裂缝带进行了研究，同时与现场钻探压水试验 取得的导水裂缝带高度实测值进行比较，归纳总结了 角为１１。；模型走向长度为４００ ｍ，倾斜长度２９２ ｍ，高 度２４８ ｍ．１８１０２工作面数值模型图见图１． １８１０２工作面８ 煤顶板岩层主要由泥岩和粗粒 计算厚煤层综采一次采全高工作面顶板导水裂缝带 砂岩组成，底板主要由砂质泥岩和细粒砂岩组成，计 算用岩石力学参数见表１． １．３模型选择 发育高度的经验公式，该计算公式对我国厚煤层综采 一次采全高煤矿顶板导水裂缝带高度的预计具有指 导与借鉴意义。 １ 计算机模型的建立 １．１ 工作面概况 采用ＦＬＡＣ如模拟软件，研究区岩层主要是以粗 砂岩、砂质页岩等为主，总体上为弹塑性材料，所以计 算时采用了摩尔一库仑（Ｍｏｈｒ—Ｃｏｕｌｏｍｂ）屈服 准则 Ｊ。 依据试验区所取岩石样品的力学试验，在围压条 山西河东煤田斜沟煤矿是山西焦煤西山煤电集 公司千万吨级特大型矿井，１８１０２工作面位于斜沟煤 矿１１采区辅助运输上山南侧，最大倾斜长度２９２ ｍ， 件不同时，岩石表现出明显的弹塑性变形特征，若岩 收稿日期：２０１４—０３—１Ｏ 作者简介：聂伟涛（１９６６一），男，河北唐县人，１９９０年毕业于山西矿业学院，工程师，主要从事矿井地质工作 （Ｅ—ｍａｉｌ）３５１００５３５２＠ｑｑ．ｃｏｍ ２０１５年第４期 聂伟涛：厚煤层一次采全高导水裂缝带发育高度研究 同采矿条件下若干个综放工作面的“两带”高度 值 一７＿，按照覆岩岩性为中硬和软弱两种情况分别进 行归类整理，分析认为导水裂缝带高度倒数与采厚倒 数相关性较好，经拟合得出中硬覆岩条件下，导水裂 表２ １８１０２顶板压水观测钻孔漏失量记录表 缝带高度倒数与采厚倒数的单一因素相关关 系（图５）． 面 ２０ ＝一Ｏ．３３７ｘ。＋Ｏ。１６５ｘ一０００５． ．’ ・ ’ ｊ呕 １５ １Ｏ ／ ・ — 靼 ３．２ 导水裂缝带发育高度的综合分析 在工作面回采推进过程中，工作面前后方煤壁始 终发生应力集中现象，普遍表现为工作面前方岩体中 的应力值大于工作面后方岩体中的应力值。顶板覆 岩破坏区的范围与开采工作面推进距离有一定的对 应关系，随着工作面推进距离的增加，顶板覆岩破坏 区范围逐渐增大，但当工作面推进至一定距离，煤层 顶底板覆岩破坏高度趋于稳定。数值模拟结果显示， １８１０２工作面推进至１４０ ＩＴＩ时，８ 煤顶板覆岩破坏高 度达到最大值约７５ ｍ，工作面继续向前推进，覆岩破 坏高度变化不大。将ＦＬＡＣ数值模拟结果与压水试 验实测比较，可知数值模拟确定的高度与实测值基本 一致，反映了这一结果的可靠性。综上所述，根据压 水试验结合数值模拟结果，确定１８１０２工作面冒落带 高度３２ ｍ，导水裂隙带高度７４．８ Ｉｎ，这一数值对斜沟 矿８ 煤层导水裂缝带的预计具有较普遍的意义。 ４ 建立厚煤层一次采全高条件下“三带”计算公式 据国内公开发表论文查询，利用钻孔实测、数值 模拟结果以及搜集的全国近２０个矿区不同地质和不 参［１］李文生，李考文献 文，尹尚先．综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（５）：２９３—２９７． ［２］ 马立强，张东升，缪协兴，等．ＦＬＡＣ 模拟采动岩体渗流规律［Ｊ］．湖南科技大学学报（自然科学版），２００６，２１（３）：１—５． ［３］刘伟韬，武强，李献忠，等．覆岩裂缝带发育高度的实测与数值仿真方法研究［Ｊ］．煤炭工程，２００５（１１）：５５—５７． ［４］靳俊恒，孟祥瑞，高召宁，等．１２６２（１）工作面导水裂隙带发育高度的数值模拟研究［Ｊ］．煤炭工程，２０１０（１１）：６８—７０． ［５］ 白利民，尹尚先，李文．综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度的计算公式及适用性分析［Ｊ］．煤田地质与勘探２０１３，４１（５）：３６—３９ ，，［６］ 许延春，李俊成，刘世奇，等．综放开采覆岩两带高度的计算公式及适用性分析［Ｊ］．煤矿开采２０１１，１６（２）：４—７． ［７］李俊杰．斜沟矿８ 煤顶底板破坏带发育高度研究［Ｊ］．山西焦煤科技，２０１４，３８（６）：７—１０． ・２６・ 山西焦煤科技 ２０１５年第４期 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｆｌｏｗｉｎｇ Ｆｒａｃｔｕｒｅｄ Ｚｏｎｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ Ｆｕｌｌ——ｓｅａｍ Ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ Ｔｈｉｃｋ Ｃｏａｌ Ｓｅａｍ ＮＩｌＥ Ｗｅｉｔａｏ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｗａｔｅｒａｒｒａｎｇｅ ｍｉｎｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｌｅａｖｅ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｐｒ００ｆ ｃ０ａｌ ｐｉｌｌａｒｓ，。 ｔｈｅ ｎｅｅｄ ｔｏ ｄ。ｔ。ｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚｏｎｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｒｏｏｆ．Ｔｈｅ ８ ｃｏａ１ ｓｅａｍ ｉｎ Ｘｉｅｇｏｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ａｓ ａｎ。 ｍｐｌｅ，ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｉｃｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｆｕｌ１ｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｆｕｌｌ ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ ｒ０ｏｆ ｗａｔｅｒ ｉｌ０ｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ＺＯＢｅ ｈｅｉｇｈｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄＴｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕ１ａｔｉｏｎ ０ｆ ｗａｔｅｒ ｃ０ｎｄｕｃｔｉｖｅ ．ｆｒａｃ ｕｒｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃ０ｎｓｉｓｔｅｎｔ 。ｄ ７４・８ ｍ ｄｅｔｅ啪ｉｎｅ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ。ｆ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚ。Ｂｅ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ０ｆ ｈｉ ｇｈ． Ｉｎｔｅ舯ｔ． ，ｔｈｅ ｃａｖｉｎｇ ｚｏｎｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ３２ ｍ４２．８ Ｍ．Ｉｎ ｈｅｉｇｈｔ ｔｈａｔ ｄｅＶｅｌｏＰｍｅｎｔ ｚｏｎｅ ｏｆ ｃｒａｃｋ，ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓ ｏｆ ｍｉｎｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｎ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｆｏ咖ｕｌａ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚＯｉｌｅ ｉｓ ｎｏＩ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｘｉｅｇｏｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｈｓ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ，．。ｔｈ。 蛐 Ｉ盯Ⅱｕ“ ｒｅｓｕｌｔｓ ｂＹ 。ｇｒ。 ｉ。“ａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｒｏｏｆ ｏｆ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ，ｉｎ ｔｈｉｃｋ ｃ。ａ１ ｓｅａｍ ｉｎ Ｘｉｅｇ。ｕ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ ｗａｒｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｚ。Ｂｅ ｈｅｉｇｈｔ ｆｏｒｍｕｌａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｘｉｅｇｏｕ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ；Ｔｈｉｃｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ；Ｆｕｌｌ—ｓｅａｍ ｍｉｎｉｎｇ；Ｗａｔｅｒ ｌｆｏｗｉｎｇ ｆ ａｃｔｕＩ．ｅｄ ｚｏｎｅ；Ｎｕｍｅｒｉｃａ１ （上接第ｌ８页） Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ＥＭＣ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ＴＩＡＮ Ｚｈｉｙｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ ＪｉｎｇｏｕＬＩＵ Ｑｉｎｂｏ 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ｂｅｌｔ ｓｐｅｅｄａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｓｔＩ１ｌｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓＦｉｎａｌｌｙ，ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｕｓｅｄ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｅｎｅｒｇ）ｒ ｓａｖｉｎｇ ．ｒａｔｅ ｉｓ １３．９％ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｓｓｕｍｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇＳｏ ｉｔ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｅｆｉｅｃｔ． ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｂｅｌｔ ｃｏｎｖｅｙｏｒ；Ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ；Ｂｅｈ ｓｐｅｅｄ；Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｖｏｌｕｍｅ；Ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ