煤田地质与勘探

作者：周振方, 董书宁, 董阳, 罗生虎, 薛建坤, 王治宙, 王淑璇, 尚宏波, 王甜甜, 王昱同, 王同,

关键词：蒙陕接壤区, 水害防治, 涌水量变化, 顶板破坏, 周期来压, 数值模拟, 微震,

【目的】 煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构，造成集中涌水，影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象，采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法，并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比，分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律，定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征，综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征，以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】 结果表明：工作面开采覆岩初次来压步距约40 m，周期性来压步距12~28 m，覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现 “先增后稳定”的趋势，在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时，超前支承压力达到最大，覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征，同样，位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示，在第5次周期来压瞬间，覆岩垂直位移变幅达到最大值，塑性区发育高度基本稳定；导水裂隙带发育最大高度在120 m左右，将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层，地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势，工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势，“阶梯式”增长周期约800 m，局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势，振荡周期16~48 m，并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

来源：2024年第8期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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