采動(dòng)覆巖導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度研究方法探討

李宏杰 黎 靈 李 健 姜 鵬 舒宗運(yùn)

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司安全分院,北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100013)

·開(kāi)采損害·

采動(dòng)覆巖導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度研究方法探討

李宏杰1,2黎 靈1,2李 健1,2姜 鵬1,2舒宗運(yùn)1,2

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司安全分院,北京 100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100013)

導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨仁橇粼O(shè)防隔水煤(巖)柱和水體下采煤安全性評(píng)估的重要參數(shù)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)、保水采煤和生態(tài)保護(hù)具有重要實(shí)用價(jià)值。對(duì)經(jīng)驗(yàn)法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、物理模法和數(shù)值模擬法等導(dǎo)水?dāng)嗔褞Т_定方法進(jìn)行了總結(jié)、對(duì)比和實(shí)例分析，總結(jié)了各種方法的實(shí)用條件、優(yōu)缺點(diǎn)，建議采用2種及以上綜合觀測(cè)和探測(cè)方法，以相互驗(yàn)證。以現(xiàn)場(chǎng)鉆孔漏失液觀測(cè)和鉆孔電視觀測(cè)為主，物探探測(cè)方法為輔來(lái)確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，采用物理模擬或數(shù)值模擬方法作為輔助研究方法從面和立體角度進(jìn)行覆巖破壞規(guī)律動(dòng)態(tài)研究，形成以點(diǎn)到面再到空間的全方位綜合探測(cè)與分析技術(shù)方法體系，為煤(巖)柱合理留設(shè)、水體下安全采煤提供了重要依據(jù)和技術(shù)支撐。

導(dǎo)水?dāng)嗔褞?經(jīng)驗(yàn)公式 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè) 相似模擬 數(shù)值模擬

煤層開(kāi)采之后，上覆巖層發(fā)生破壞，產(chǎn)生垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶，垮落帶和斷裂帶合稱“兩帶”，在解決水體下采煤時(shí)，兩帶高度之和稱為導(dǎo)水?dāng)嗔褞?，是含水層水、地表水進(jìn)入采空區(qū)和回采工作面的導(dǎo)通通道。如果煤層之上有含水層或水體存在，且開(kāi)采煤層與這些含水層和水體的距離較近，達(dá)不到水體下開(kāi)采留設(shè)防隔水煤柱尺寸的要求，則導(dǎo)水?dāng)嗔褞?huì)波及到這些含水層和水體，引起水體下泄，惡化采煤工作面作業(yè)環(huán)境、增加礦井涌水量，甚至造成礦井被淹、人員傷亡等事故。因此，準(zhǔn)確確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度是實(shí)現(xiàn)水體下安全開(kāi)采的關(guān)鍵。目前，確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊姆椒ㄓ薪?jīng)驗(yàn)法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法、物理模擬法和數(shù)值模擬法等。

1 經(jīng)驗(yàn)法

1.1 經(jīng)驗(yàn)類比法

1.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

經(jīng)驗(yàn)公式法主要是依據(jù)采高、覆巖巖性、煤層傾角等因素，根據(jù)國(guó)家煤炭工業(yè)局制定的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱規(guī)程)中提供的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扔?jì)算[1]。規(guī)程中的經(jīng)驗(yàn)公式(表1)是在上世紀(jì)50年代至90年代許多“兩帶”高度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上提出的，由于受當(dāng)時(shí)采煤工藝的限制，規(guī)程中各公式是在分層綜采和普采的條件下歸納總結(jié)的，適用范圍為單層采厚不超過(guò)1～3 m，分層開(kāi)采累計(jì)采厚不超過(guò)15 m。經(jīng)驗(yàn)公式法概念明確，簡(jiǎn)單易用，在沒(méi)有礦區(qū)實(shí)測(cè)資料的情況下，可以作為留設(shè)保護(hù)煤柱的設(shè)計(jì)依據(jù)。

表1 規(guī)程中導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨冉?jīng)驗(yàn)公式

目前，隨著煤礦機(jī)械化水平的不斷提高，過(guò)去普遍采用的炮采、機(jī)采工藝已經(jīng)廣泛地被綜采工藝所取代，在一次采厚和推進(jìn)速度上都存在較大不同。研究結(jié)果也表明，采煤方法的不同，“兩帶”發(fā)育高度和變化規(guī)律也隨之改變，綜放和一次采全高工藝的導(dǎo)水?dāng)嗔褞П确謱娱_(kāi)采明顯增大，規(guī)程中沒(méi)有相應(yīng)的“兩帶”高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。針對(duì)此情況，部分學(xué)者結(jié)合大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展了綜放開(kāi)采條件下的“兩帶”高度計(jì)算研究(表2)。許延春[2]收集了40余個(gè)“兩帶”孔的綜放開(kāi)采工作面不同硬度類型覆巖的“兩帶” 高度數(shù)據(jù)，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析的方法，得出了適用于綜放開(kāi)采工作面中硬、軟弱覆巖條件下的“兩帶” 高度計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式，并進(jìn)行了實(shí)用性分析。胡戈[3]通過(guò)對(duì)淮南礦區(qū)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析，得到了軟弱頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度計(jì)算公式。這些研究成果對(duì)我國(guó)綜放開(kāi)采工作面覆巖 “兩帶”發(fā)育高度的預(yù)計(jì)和保護(hù)煤巖柱的合理留設(shè)具有指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值[2-4]，在沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的情況下，可以借鑒參考使用。但由于每個(gè)礦區(qū)有自身的地質(zhì)采礦條件，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》的要求[5]，水體下采煤時(shí)需要進(jìn)行實(shí)測(cè)工作，獲取較為準(zhǔn)確的裂采比，用于預(yù)測(cè)本礦區(qū)新工作面的覆巖破壞高度和范圍，為安全回采提供依據(jù)。

表2 綜放開(kāi)采覆巖導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨冉?jīng)驗(yàn)公式

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞У闹饕緩?，主要包括地面鉆孔漏失液觀測(cè)、井下仰孔注水漏失量觀測(cè)、地面鉆孔電視觀測(cè)及地球物理探測(cè)等。

2.1 鉆孔漏失量觀測(cè)

鉆孔沖洗液漏失量觀測(cè)方法是研究覆巖破壞規(guī)律最常用的方法，該方法是在采空區(qū)對(duì)應(yīng)的地面上布置鉆孔，觀測(cè)鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆孔沖洗液漏失量、鉆孔水位變化以及在鉆進(jìn)過(guò)程中的各種異?，F(xiàn)象(如掉鉆、卡鉆、吸風(fēng)等)，分析確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度。一般情況下，導(dǎo)水?dāng)嗔褞R界面判斷標(biāo)準(zhǔn)為鉆孔沖洗液明顯增大且隨鉆進(jìn)有繼續(xù)增大或不返水，水位一直呈下降趨勢(shì)，并隨深度增加水位下降呈加速變化。

圖1為鄂爾多斯某礦導(dǎo)水?dāng)嗔褞У孛驺@孔漏失液觀測(cè)結(jié)果。從孔深242.0 m至孔深253.0 m之間沖洗液漏失量變化不大，總體趨于平緩；從孔深253.0 m開(kāi)始，沖洗液漏失量開(kāi)始突然增大，之后又趨于平緩，分析可能存在原生裂隙導(dǎo)致，在孔深271.0 m沖洗液循環(huán)中斷，全部漏失，經(jīng)注水試驗(yàn)后并不返水?？變?nèi)水位隨著鉆孔深度的增加呈下降趨勢(shì)，直至在271.5 m處無(wú)水位且?guī)r芯有縱向斷裂跡象，因此判定271 m處為導(dǎo)水?dāng)嗔褞У捻旤c(diǎn)，經(jīng)計(jì)算導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨葹椴珊竦?4.66倍。

根據(jù)臺(tái)風(fēng)動(dòng)態(tài)和預(yù)案要求，10月4日上午11時(shí)，市防指即啟動(dòng)了防臺(tái)風(fēng)4級(jí)應(yīng)急響應(yīng)；5日上午10時(shí)將應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)提升到3級(jí)；5日下午3時(shí)將應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)提升到2級(jí)；6日上午9時(shí)，再次將應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)提升到1級(jí)；6日上午10時(shí)，市長(zhǎng)發(fā)表防御強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”專題電視、廣播講話，號(hào)召全體市民緊急行動(dòng)起來(lái)，做好各項(xiàng)防臺(tái)應(yīng)急準(zhǔn)備；在防臺(tái)進(jìn)入最關(guān)鍵的時(shí)刻，6日下午4時(shí)，市委、市政府審時(shí)度勢(shì)，宣布全市進(jìn)入緊急防汛期，這是自《浙江省防汛防臺(tái)抗旱條例》頒布實(shí)施后，溫州第一次進(jìn)入最高等級(jí)的防臺(tái)狀態(tài)。在這次臺(tái)風(fēng)防御工作中，溫州市是全省第一個(gè)宣布啟動(dòng)預(yù)案的地市，也是第一個(gè)宣布進(jìn)入緊急防汛期的地市。

圖1 鉆孔漏失液觀測(cè)成果

除了地面鉆孔漏失量觀測(cè)方法，還有井下仰孔注水漏失量觀測(cè)方法。該方法主要采用鉆孔雙端堵水器探測(cè)“兩帶”高度的一種較新的探測(cè)方法，它可以在井下采區(qū)附近巷道或峒室內(nèi)向采煤工作面采空區(qū)上方施工的仰斜鉆孔中探測(cè)，也可以在觀測(cè)煤層上方已掘進(jìn)的專用巷道內(nèi)布置下垂孔中進(jìn)行探測(cè)。高延法等[6]采用該方法在龍口煤礦井下觀測(cè)海下采煤導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨热〉昧溯^好的效果。

2.2 地面鉆孔電視觀測(cè)

鉆孔電視系統(tǒng)是把一自帶光源的防水?dāng)z像探頭放入地下鉆孔中，可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔中地質(zhì)體的各種特征及細(xì)微變化實(shí)時(shí)觀測(cè)、監(jiān)控和記錄。通過(guò)觀測(cè)鉆孔內(nèi)煤層頂板覆巖巖層的完整性、原生裂隙的發(fā)育特征、受采動(dòng)巖體裂縫帶內(nèi)巖層的裂縫發(fā)育寬度、連通情況，巖體破碎狀況和垮落巖塊情況，可為覆巖破壞分帶提供最直接依據(jù)，該方法是最直觀的觀測(cè)方法。一般情況下，導(dǎo)水?dāng)嗔褞R界面判斷標(biāo)準(zhǔn)為圍巖有縱向裂縫及鉆孔有輕微吸風(fēng)現(xiàn)象。

如在寧煤集團(tuán)紅柳煤礦首采面“兩帶”高度觀測(cè)中，從鉆孔套管底部～279.07 m段巖石相對(duì)比較完整(圖2(a))，巖性為砂巖和泥巖互層，局部有水平方向原生裂隙發(fā)育，導(dǎo)致鉆孔漏失液大量漏失(圖2(b))；孔深279.07～279.50 m段有一高角度近垂向的裂隙，裂隙發(fā)育明顯(圖2(c))，孔深286.3～294.68 m多處有離層現(xiàn)象。根據(jù)以上裂隙的發(fā)育情況，將孔深279.07 m確定為該位置裂縫帶頂點(diǎn)；從孔深298.9 m開(kāi)始，巖體破壞非常嚴(yán)重，巖體出現(xiàn)較大的位移，并且出現(xiàn)極大的空區(qū)，掉鉆嚴(yán)重，為明顯的垮落特征，將298.9 m確定為垮落帶頂點(diǎn)(圖2(d))。鉆孔電視觀測(cè)表明工作面覆巖垮采比為8.55，裂采比為12.51[7]。

圖2 鉆孔電視觀測(cè)

鉆孔漏失量觀測(cè)和地面鉆孔電視觀測(cè)手段可以直觀且較為準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨龋捎谄渲荒芤揽繂蝹€(gè)鉆孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，易形成“一孔之見(jiàn)”；同時(shí)，鉆孔漏失量觀測(cè)及鉆孔電視觀測(cè)均代表覆巖的瞬時(shí)狀態(tài)，而導(dǎo)水?dāng)嗔褞У男纬墒且粋€(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，該方法不能獲取覆巖破壞過(guò)程中的動(dòng)態(tài)信息；在某些原巖裂隙發(fā)育的地區(qū)往往不能取得可靠數(shù)據(jù)，從而難以準(zhǔn)確確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞ы旤c(diǎn)。該方法對(duì)把握觀測(cè)時(shí)機(jī)的要求也較高，一旦錯(cuò)過(guò)合適的觀測(cè)時(shí)機(jī)將會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)工作失敗，且不具有重復(fù)性，從而使得所施工鉆孔也宣告報(bào)廢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失[8]。

2.3 地球物理探測(cè)

地球物理探測(cè)方法主要包括電(磁)法和地震波CT法。電(磁)法主要通過(guò)采動(dòng)覆巖視電阻率的變化來(lái)確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨龋饕ǜ呙芏入娮杪史?、EH4大地電磁法和瞬變電磁法，其中礦井瞬變電磁法應(yīng)用相對(duì)較為廣泛。

寧煤集團(tuán)紅柳煤礦首采面采用礦井瞬變電磁法對(duì)“兩帶”高度進(jìn)行了觀測(cè)，其探測(cè)方向?yàn)榕c運(yùn)輸巷夾角45°、與回風(fēng)巷夾角45°，偏向工作面內(nèi)部，每個(gè)測(cè)點(diǎn)共6個(gè)探測(cè)角度。圖3為探測(cè)結(jié)果，在探測(cè)高度40 m以下區(qū)域呈現(xiàn)相對(duì)高視電阻率特征，為采空區(qū)垮落帶的反應(yīng)。根據(jù)視電阻率等值線梯度變化特征，在40～80 m范圍存在低阻區(qū)域，推測(cè)為富水裂隙帶[7]。因此，瞬變電磁法探測(cè)表明工作面覆巖垮采比為8.0，裂采比為16.0。由于電(磁)法具有較大的體積效應(yīng)，因此較難準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞R界頂點(diǎn)，同時(shí)不能根據(jù)瞬變電磁探測(cè)結(jié)果從整體上推斷垮落帶高度及裂隙發(fā)育情況。

圖3 與運(yùn)輸巷走向呈45°夾角TEM圖

地震波CT法主要通過(guò)巖體速度變化來(lái)確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，正常情況下完整的巖體地震波速度相對(duì)較高，疏松破碎、裂隙發(fā)育的巖體地震波速度相對(duì)較低。如果探測(cè)區(qū)內(nèi)部無(wú)裂隙發(fā)育等異常區(qū)域，地震波傳播速度應(yīng)是相對(duì)均勻的；當(dāng)存在地質(zhì)構(gòu)造、裂隙發(fā)育等異常情況時(shí)，該區(qū)域?qū)⒃谒俣仍茍D中表現(xiàn)為波速異常。

圖4為在鄂爾多斯地區(qū)某礦綜放工作面進(jìn)行的孔間地震導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨忍綔y(cè)工作。探測(cè)區(qū)內(nèi)基巖段原始速度約為2 300 m/s。在工作面煤層開(kāi)采上方的基巖段下部速度明顯變低，為煤層開(kāi)采導(dǎo)致上覆巖層裂隙發(fā)育引起的。這個(gè)低速異常區(qū)從左下部到右上部速度逐漸增大，也代表了裂隙發(fā)育程度逐漸降低。將異常區(qū)劃分為2個(gè)區(qū)域，其中藍(lán)色實(shí)線圈定的范圍地震波速度值分布在1 400～1 800 m/s之間，為裂隙發(fā)育較強(qiáng)區(qū)域；綠色實(shí)線和藍(lán)色實(shí)線之間的地震波速度值分布在1 800～2 050 m/s之間，為裂隙發(fā)育逐漸變?nèi)鯀^(qū)，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育頂點(diǎn)在孔深106 m處，與地面鉆孔電視觀測(cè)結(jié)果基本一致，經(jīng)計(jì)算導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨葹椴珊竦?3.08倍。

除了電(磁)法和地震波CT技術(shù)，微震監(jiān)測(cè)技術(shù)也可用來(lái)動(dòng)態(tài)測(cè)定煤層開(kāi)采過(guò)程中導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)展規(guī)律和高度。一般認(rèn)為微震事件分布密集帶確定為導(dǎo)水?dāng)嗔褞?。微震技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維、實(shí)時(shí)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，具有一定的應(yīng)用前景，但在準(zhǔn)確確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨确矫孢€存在理論和實(shí)踐問(wèn)題需要解決[9-10]。

圖4 孔間地震速度異常圖

3 物理模擬法

物理模擬法是以相似理論作為依據(jù)的室內(nèi)試驗(yàn)研究方法。根據(jù)地質(zhì)模型、力學(xué)參數(shù)等在實(shí)驗(yàn)室按一定比例縮放制作相似模型，開(kāi)采過(guò)程中監(jiān)測(cè)位移、應(yīng)力等變化，觀測(cè)覆巖的運(yùn)動(dòng)及裂隙演化規(guī)律、頂板的冒落情況、工作面支承壓力分布變化情況及導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度等。圖5為某礦堅(jiān)硬覆巖條件下導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度相似模擬結(jié)果，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨燃s為采厚的20倍。

圖5 覆巖破壞規(guī)律相似模擬

該方法實(shí)現(xiàn)了定量化觀測(cè)，但目前的物理模擬難以考慮地下水的影響，考慮流固耦合相似理論的研究和相似材料的研制還處于探索階段；其次，相似模型對(duì)實(shí)際的巖層組合、巖性以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了概化處理，相似模型的地質(zhì)條件偏理想化。因此，該方法預(yù)測(cè)的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扰c實(shí)際也存在一定的誤差，可作為輔助研究方法進(jìn)行導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育規(guī)律性研究。

4 數(shù)值模擬法

數(shù)值模擬試驗(yàn)方法是基于覆巖組合結(jié)構(gòu)、巖體物理力學(xué)性質(zhì)等資料基礎(chǔ)上，建立工作面回采地質(zhì)模型和數(shù)值模型，根據(jù)采礦方法、推進(jìn)速度等開(kāi)展覆巖變形數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)理論計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的有機(jī)結(jié)合，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)探查結(jié)果互相驗(yàn)證，綜合判別導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度[11]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬成為研究和模擬覆巖破壞規(guī)律的重要手段，目前常用的軟件有FLAC、UDEC、PFC及RFPA等。圖6為采用UDEC 法對(duì)某礦開(kāi)采2-2煤和3-1煤覆巖破壞規(guī)律進(jìn)行的模擬結(jié)果，開(kāi)采2-2煤時(shí)(圖6(a))覆巖頂板基巖全厚切落，并貫通至松散層，第四系松散層水對(duì)回采帶來(lái)安全問(wèn)題和保水問(wèn)題，在條件不具備時(shí)可不先期開(kāi)采；開(kāi)采3-1煤時(shí)(圖6(b))垮落帶發(fā)育高度為14 m，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育到了2-2煤，其發(fā)育高度為44 m，未波及到松散含水層。

圖6 采動(dòng)覆巖破壞規(guī)律數(shù)值模擬

同物理模擬方法相似，數(shù)值模型對(duì)實(shí)際的巖層組合、巖性以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了概化處理，數(shù)值模型的地質(zhì)條件也偏理想化。因此，該方法預(yù)測(cè)的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扰c實(shí)際也存在一定的誤差。但同鉆孔漏失量觀測(cè)和鉆孔電視方法相比，數(shù)值模擬法可實(shí)時(shí)模擬覆巖破壞情況，彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法的不足，可以作為現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法的補(bǔ)充。

5 結(jié) 論

(1)規(guī)程中的經(jīng)驗(yàn)公式是在分層綜采和普采的條件下歸納總結(jié)的，適用范圍為單層采厚不超過(guò)1～3 m，分層開(kāi)采累計(jì)采厚不超過(guò)15 m，在沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的情況下，可以作為留設(shè)保護(hù)煤柱的設(shè)計(jì)依據(jù)。綜放開(kāi)采條件下建立的經(jīng)驗(yàn)公式是通過(guò)實(shí)測(cè)資料并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析方法獲得的，在沒(méi)有實(shí)測(cè)資料的情況下，可以借鑒參考使用。未開(kāi)展過(guò)“兩帶”高度實(shí)測(cè)的礦區(qū)，水體下采煤時(shí)需要進(jìn)行實(shí)測(cè)工作，找出覆巖破壞高度和地質(zhì)水文條件、開(kāi)采條件、開(kāi)采方法等的相關(guān)關(guān)系，用于預(yù)測(cè)本礦區(qū)新工作面的覆巖破壞高度和范圍。

(2)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)法中，鉆孔漏失量觀測(cè)和地面鉆孔電視觀測(cè)手段可以直觀且相對(duì)較為準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，但由于其只能依靠單個(gè)鉆孔來(lái)實(shí)現(xiàn)，受觀測(cè)手段的局限，該方法不能獲取覆巖破壞過(guò)程中的足夠信息；同時(shí)，如果覆巖原生裂隙較為發(fā)育的情況下，采用鉆孔漏失量來(lái)確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞ы旤c(diǎn)也較為困難。電(磁)法探測(cè)具有較大的體積效應(yīng)，因此較難準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞R界頂點(diǎn)，地震波CT法不存在體積效應(yīng)，只要檢波器距離布設(shè)合理，提高縱向分辨率，其探測(cè)結(jié)果比電(磁)法準(zhǔn)確。但物探方法難以從整體上推斷冒落帶高度及裂隙發(fā)育情況。

(3)物理相似模擬難以考慮地下水的影響，考慮流固耦合相似理論的研究和相似材料的研制還處于探索階段；相似模型和數(shù)值模型對(duì)實(shí)際的巖層組合、巖性以及地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行了概化處理，相似模型的地質(zhì)條件偏理想化。因此，物理模擬和數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扰c實(shí)際存在一定的誤差，可作為輔助研究方法進(jìn)行導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育規(guī)律性研究。

(4)各種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨却_定方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，為提高準(zhǔn)確性，建議采用2種及以上綜合觀測(cè)和探測(cè)方法，以相互驗(yàn)證。以現(xiàn)場(chǎng)鉆孔漏失液觀測(cè)和鉆孔電視觀測(cè)為主，物探探測(cè)方法為輔來(lái)確定導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨龋捎梦锢砟M或數(shù)值模擬方法作為輔助研究方法從面上和立體角度進(jìn)行覆巖破壞規(guī)律動(dòng)態(tài)研究，形成以點(diǎn)到面再到空間的全方位綜合探測(cè)與分析技術(shù)方法體系。

[1] 國(guó)家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000. State Bureau of Coal Industry.The Coal Mining Regulations for Buildings，Water，Railway and Coal Pillar Design[M].Beijing，China Coal Industry Publishing House，2000.

[2] 許延春，李俊成，劉世奇,等.綜放開(kāi)采覆巖“兩帶”高度的計(jì)算公式及適用性分析[J].煤礦開(kāi)采，2011，16(2)：4-11. Xu Yanchun，Li Juncheng，Liu Shiqi，et al.Calculation formula of “two-zone” height of overlying strata and its adaptability analysis[J].Coal Mining Technology，2011，16(2)：4-11.

[3] 胡 戈，李文平，程 偉,等.淮南煤田綜放開(kāi)采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律研究[J].中國(guó)煤炭，2008，34(5)：41-43. Hu Ge，Li Wenping，Cheng Wei，et al.The water flowing fractured zone development law research of fully mechanized top coal caving mining for Huainan coal[J].China Coal，2008，34(5)：41-43.

[4] 楊建立，滕永海.綜采放頂煤導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育規(guī)律研究[C]∥2009全國(guó)礦山測(cè)量新技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.北京：中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)，2009：90-93. Yang Jianli，Teng Yonghai.The law research of water flowing fractured zone development for fully mechanized top coal caving mining[C]∥The 2009 national new measurement technology conference for coal mines.Beijing:China Coal Society,2009：90-93.

[5] 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009. State Administration of Coal Mine Safety.Mine Water Prevention and Control Regulations Interpretation[M].Beijing:China University of Mining and Technology Press，2009.

[6] 高延法，曲祖俊,等.龍口北皂礦海域下H2106綜放面井下導(dǎo)高觀測(cè)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2009，37(6)：35-38. Gao Yanfa，Qu Zujun，et al.Observation of height of excavating face H2106 in Longkoubeizao Mine under sea[J].Coal Geology and Exploration,2009，37(6)：35-38.

[7] 李宏杰，陳清通，牟 義.巨厚低滲含水層下厚煤層頂板水害機(jī)理與防治[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(10)：28-31. Li Hongjie，Chen Qingtong，Mu Yi.Research on prevention technique and mechanism of water inrush under low permeability aquifer for thick coal seam[J].Coal Science and Technology,2014，42(10)：28-31.

[8] 康永華.我國(guó)煤礦水體下安全采煤技術(shù)的發(fā)展及展望[J].華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，6(4)：19-26. Kang Yonghua.The development and prospect of safe technology on excavating coal under water in China[J].Journal of North China Institute of Science and Technology,2009，6(4)：19-26.

[9] 于克君，駱 循，張興民.煤層頂板“兩帶''高度的微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].煤田地質(zhì)與勘探，2002，30(1)：47-51. Yu Kejun，Luo Xun，Zhang Xingmin.The technique of micro-seismic monitor the height of “two zones”[J].Coal Geology and Exploration,2002，30(1)：47-51.

[10] 張興民，于克君，席京德,等.微地震技術(shù)在煤礦“兩帶”監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000，25(6)：566-570. Zhang Xingmin，Yu Kejun，Xi Jingde,et al.The research and application of microseismic technology in mine fractured and caving zones monitoring[J].Journal of China Coal Sciety,2000，25(6)：566-570.

[11] 劉英鋒，巨天乙.深埋特厚煤層綜放條件下頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞讲榧夹g(shù)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(5)：571-575. Liu Yingfeng，Ju Tianyi.Exploration technology for water flowing fractured zone of deeply-buried thick coal bed in fully mechanized sublevel condition[J].Journal of Xi'an University of Science and Technology,2013，33(5)：571-575.

(責(zé)任編輯 石海林)

Discussion on the Methods for Determining the Height of Fractured Water-conducting Zone

Li Hongjie1,2Li Ling1,2Li Jian1,2Jiang Peng1,2Shu Zongyun1,2

(1.MineSafetyTechnologyBranch，ChinaCoalResearchInstitute，Beijing100013，China;2.StateKeyLaboratoryofCoalMiningandCleanUtilization，Beijing100013，China)

The height of fractured water-conducting zone is the important parameter for determining waterproof coal pillar and evaluating the coal mining safety under the water，and has the important practical value for the safety in production of coal mine，water preserved mining and ecological protection.The empirical formula method，field measurement method，physical simulation and numerical simulation method of fractured water-conducting zone determination is summarized and compared.The practical conditions，advantages and disadvantages of various methods were summarized.The comprehensive observation and detection of two methods or more is recommended to verify each other.The field water leakage observation and borehole TV are used as the main methods，and the geophysical detection method as auxiliary means are determined the height of water-conducting zone.The physical simulation or numerical simulation method are also as the auxiliary to make the dynamic study on overburden strata failure law from the plane and three-dimensional perspective，forming the integrated exploration and analysis methodology from point to plane and to space.The research results provide an important basis and technical support for the coal pillar design and safety mining under water.

Fractured water-conducting zone，Empirical formula，F(xiàn)ield measurement，Physical simulation，Numerical simulation

2015-02-07

煤炭科學(xué)研究總院基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目(編號(hào)：2012JC12,2014JC07)。

李宏杰(1977—)，男,副研究員,博士。

TD74

A

1001-1250(2015)-04-001-06