巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶演化特征及發(fā)育高度預(yù)測方法
作者
李懷展, 孫兢超, 郭廣禮, 唐超, 鄭輝, 張連貴, 孟凡貞
單位
1. 中國礦業(yè)大學(xué) 礦山生態(tài)修復(fù)教育部工程研究中心；
2. 中國礦業(yè)大學(xué) 江蘇省老工業(yè)基地資源利用與生態(tài)修復(fù)協(xié)同創(chuàng)新中心；
3. 兗礦能源集團(tuán)股份有限公司
摘 要
巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度對陜蒙弱膠結(jié)礦區(qū)煤炭生產(chǎn)安全與地下水資源保護(hù)具有十分重要的意義。研究發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)上覆白堊系巖層具有厚度大、強(qiáng)度低、結(jié)膠性差且節(jié)理不發(fā)育等特點(diǎn)，然而該地區(qū)煤炭開采時覆巖破壞劇烈導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育較高，裂采比達(dá)到30左右，嚴(yán)重威脅礦井生產(chǎn)安全。如何精準(zhǔn)預(yù)測巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度，已成為巨厚弱膠結(jié)礦區(qū)煤炭安全高效開采的關(guān)鍵之一。基于此，以石拉烏素礦區(qū)某工作面為研究背景，利用UDEC數(shù)值模擬軟件結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)，探究了巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶演化特征，得出了巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶整體形態(tài)呈“△”特征，與東部呈“馬鞍形”特征具有顯著差異，且其形態(tài)及發(fā)育高度受采高、弱膠結(jié)巖層厚度和位置等因素影響，巨厚弱膠結(jié)覆巖對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育形態(tài)及高度有較顯著的控制作用。在此基礎(chǔ)上，采用板理論建立了巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)測模型，并在石拉烏素礦區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，驗(yàn)證了構(gòu)建模型的有效性和準(zhǔn)確性。
文章目錄
0 引 言
1 研究區(qū)概況及實(shí)測數(shù)據(jù)分析
1.1 礦區(qū)位置及工作面狀況
1.2 礦區(qū)水文地質(zhì)概況
1.3 導(dǎo)水裂隙帶高度實(shí)測分析
2 數(shù)值模型的建立及結(jié)果驗(yàn)證
2.1 數(shù)值模型建立
2.2 力學(xué)參數(shù)選取及初始狀態(tài)
2.3 模型驗(yàn)證
3 巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育特征及演化規(guī)律
3.1 工作面開采導(dǎo)水裂隙帶演化特征
3.2 巨厚弱膠結(jié)巖層對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育形態(tài)及高度的控制作用
4 巨厚弱膠結(jié)砂巖深部開采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)測方法
4.1 導(dǎo)水裂隙高度預(yù)測方法
4.2 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證
5 結(jié)論
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部分附圖
圖1 采煤工作面數(shù)值模型建立路線示意
圖2 不同采厚下覆巖裂隙發(fā)育特征示意
圖3 巨厚弱膠結(jié)巖層對覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育影響研究示意
作者簡介
李懷展，1990年生，河南濟(jì)源人，博士生導(dǎo)師。江蘇省優(yōu)秀青年基金獲得者，中國礦業(yè)大學(xué)優(yōu)秀青年學(xué)者，江蘇省科技副總，中國測繪學(xué)會礦山測量專業(yè)委員會委員、中國測繪學(xué)會工程測量專業(yè)委員會委員?，F(xiàn)任《中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報》、《煤炭科學(xué)技術(shù)》等EI期刊青年編委，Rock Mechanics and Rock Engineering、《煤炭學(xué)報》、Journal of Cleaner Production 等高水平期刊審稿人。
研究方向
主要從事礦山開采沉陷、變形監(jiān)測與沉陷控制、煤炭地下氣化等方面研究
主要成果
揭示了多場耦合作用下煤炭地下氣化和充填開采巖層及地表變形機(jī)理與演化特征，首創(chuàng)了煤炭地下氣化覆巖裂隙發(fā)育高度和地表變形預(yù)測模型，原創(chuàng)性提出了面向地表區(qū)域沉陷控制的低碳綠色開采智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，為輸油氣管線、各類建筑物、礦用鐵路及耕地等變形敏感區(qū)域的地表變形控制設(shè)計(jì)和實(shí)施提供了有力技術(shù)支撐。主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金區(qū)域重點(diǎn)項(xiàng)目課題2項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、江蘇省優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)青年基金等省部級以上項(xiàng)目8項(xiàng)及企業(yè)項(xiàng)目15項(xiàng)。發(fā)表SCI/EI論文87篇，第一/通訊作者發(fā)表SCI /EI論文42篇。獲省部級/行業(yè)協(xié)會科研獎勵7項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利18件。
引用格式
李懷展，孫兢超，郭廣禮，等.巨厚弱膠結(jié)覆巖導(dǎo)水裂隙帶演化特征及發(fā)育高度預(yù)測方法[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2025，53（2）：287?298.
LI Huaizhan，SUN Jingchao，GUO Guangli，et al. Evolution characteristics and development height prediction method of water-conducting crack zone in thick weak cemented overlying strata[J]. Coal Science and Technology，2025，53（2）：287?298.