黃河北煤田薄煤層采場(chǎng)上覆巖層縱向分帶發(fā)育規(guī)律

高明濤 辛恒奇 郭忠平

摘 要：針對(duì)黃河北煤田趙官煤礦大水高瓦斯厚沖積層薄基巖復(fù)雜開(kāi)采條件，本文通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬方法對(duì)趙官煤礦綜采工作面采場(chǎng)上覆巖層縱向分帶發(fā)育規(guī)律和其結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行了研究，得到了采場(chǎng)上覆巖層縱向運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律及其結(jié)構(gòu)形態(tài)，即在采動(dòng)應(yīng)力作用下，采場(chǎng)上覆巖層開(kāi)始呈現(xiàn)較平的“枕型”結(jié)構(gòu)形態(tài)，隨著采場(chǎng)支承壓力不斷增加，采動(dòng)破壞巖層逐漸演化為“拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài)，當(dāng)工作面推采距離達(dá)到工作面長(zhǎng)度時(shí)，采場(chǎng)上覆破壞巖層在工作面縱向上擴(kuò)展到最高處，此后隨著工作面的不斷推進(jìn)，斷裂拱高保持不變，而拱腳不斷向前方擴(kuò)展，呈現(xiàn)出“平頂拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài);同時(shí)通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比分析，得到了采場(chǎng)上覆巖層冒落帶、裂隙帶分布范圍，即冒落帶高度為2.4 m，裂隙帶為19.1 m，裂采比為15.3，為礦井采場(chǎng)頂板控制、支架選型和瓦斯抽采參數(shù)確定提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)薄煤層綜采安全高產(chǎn)高效的具有意義。

關(guān)鍵詞：采場(chǎng)結(jié)構(gòu);薄煤層;巖層運(yùn)動(dòng);采動(dòng)裂隙帶;上覆巖層

中圖分類號(hào)：TD 32 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2019）05-0790-08

Abstract：Based on the complex mining conditions of thick alluvial bed and thin bedrock with high water and high gas in Zhaoguan mine of Huanghebei coal field，the vertical zonation development law and its structure form of overlying strata in fully mechanized mining face of Zhaoguan coal mine are studied by the ways of theoretical analysis and numerical simulation，the failure rules and structural forms of overlying strata in stope are obtained.That is，under the action of mining stress，the overlying strata in the stope begins to show relatively flat “pillow” shape at the beginning; with the increase of stope abutment pressure，mining-induced failure strata is gradually evolved into an “arch” structure; when the pushing distance of the working face reaches the length of the working face，the overlying failure strata extends to the highest height lengthwise.Since then，as the working face continues to advances，the fracture arch height remains the same，while the arch foot continues to extend forward，and the “flat-top arch” structure is showed.At the same time，theoretical calculation and field measurement are compared and analyzed to obtain the distribution range of overlying strata caving zone and fracture zone.That is，the height of the caving zone is 2.4 m，and the fracture zone is 19.1 m，The ratio between the height of the fracture zone and the height of mining is 15.3.Thus scientific basis is provided for roof control，support selection and gas extraction parameters determination，which is significant in realizing the safety，high yield and high efficiency in fully mechanized mining of thin coal seam.

Key words：stope structure; thin seam;stratum movement;mining fissure zone; overburden rock

0 引 言

煤礦井下煤巖體一經(jīng)采動(dòng)，在采動(dòng)應(yīng)力作用下，采動(dòng)影響范圍內(nèi)煤巖層產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)、損傷和破壞，巖層將由下而上發(fā)生垮落、斷裂、離層、彎曲下沉等運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，呈現(xiàn)分帶發(fā)育特征，進(jìn)而形成采場(chǎng)上覆巖層縱向分布的“三帶”[1，2]，即冒落帶、裂隙帶及彎曲下沉帶，其中“三帶”巖層的分布范圍及其運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律，是礦井確定合理開(kāi)采邊界、開(kāi)采程序和采掘布局的基礎(chǔ)，也是礦井安全災(zāi)害防治的關(guān)鍵。

近年來(lái)，山東科技大學(xué)宋振騏院士團(tuán)隊(duì)在以巖層運(yùn)動(dòng)為中心的實(shí)用礦山壓力理論基礎(chǔ)上，研究了采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律及其結(jié)構(gòu)形態(tài)，建立了采場(chǎng)結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，確定了各巖層分布范圍及其應(yīng)力場(chǎng)分布，為采場(chǎng)頂板控制、沖擊地壓、突水等動(dòng)力災(zāi)害預(yù)測(cè)及防治提供了依據(jù)[1-2]。錢(qián)鳴高院士創(chuàng)立了“砌體梁”和關(guān)鍵層理論分析了上覆巖層破斷及巖塊咬合運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和判斷準(zhǔn)則，廣泛應(yīng)用于煤礦瓦斯抽采、覆巖離層和控制地表沉陷等方面[3-4];蔣金泉教授以新汶礦區(qū)孫村煤礦為工程背景，深入分析了采動(dòng)覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及裂隙巖層分帶特征并進(jìn)行了詳細(xì)劃分，建立了上行卸壓開(kāi)采效果和可行程度評(píng)價(jià)方法[5];尹增德教授利用彈塑性力學(xué)和礦山壓力控制理論研究了覆巖破壞影響因素、覆巖破壞分帶及形態(tài)特征[6];高延法、張慶松等從“三下一上”特殊開(kāi)采系統(tǒng)控制角度出發(fā)從巖層運(yùn)動(dòng)及巖層運(yùn)動(dòng)破壞完成后形成結(jié)構(gòu)提出了巖移“四帶”、“五帶”模型，都是對(duì)傳統(tǒng)“三帶”模型中從不同研究角度進(jìn)行了更細(xì)致劃分[7]。采場(chǎng)上覆巖層破壞范圍確定主要采用理論計(jì)算、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等研究方法，其中兩帶高度實(shí)測(cè)主要包括井下鉆孔注水測(cè)漏法[8]和微震等地球物理探測(cè)兩大類[9-10]。

前人在長(zhǎng)期理論研究與工程實(shí)踐中對(duì)在不同開(kāi)采條件下，根據(jù)各自研究對(duì)象做出了巨大努力并不斷完善與發(fā)展了各自方向的理論與技術(shù)。黃河北煤田為我國(guó)十四大煤炭基地之一魯西煤炭基地尚未開(kāi)采的煤田，考慮到煤礦開(kāi)采的特殊性，不同開(kāi)采條件呈現(xiàn)出不同的規(guī)律，在前人的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)黃河北煤田是大水高瓦斯厚沖積層薄基巖復(fù)雜開(kāi)采條件，研究大水厚沖積層薄基巖綜采工作面采場(chǎng)上覆巖層縱向分帶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦井合理開(kāi)拓布局、薄煤層綜采支架選型、頂板控制和瓦斯抽采合理參數(shù)確定具有重要意義。

1 采場(chǎng)上覆巖層縱向運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律及其結(jié)構(gòu)形態(tài)理論分析 ?煤層被開(kāi)挖后，在采動(dòng)影響下上覆巖層發(fā)生運(yùn)動(dòng)。采場(chǎng)上覆各巖層的運(yùn)動(dòng)破斷規(guī)律、范圍以及裂隙發(fā)育程度等都是由煤巖層組成的整體從開(kāi)采前的應(yīng)力與空間平衡狀態(tài)到不平衡狀態(tài)的過(guò)程中相互響應(yīng)的結(jié)果，并受煤巖層的強(qiáng)度、厚度、應(yīng)力狀態(tài)及采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)分布等因素影響。在工作面推采過(guò)程中，上覆巖層的運(yùn)動(dòng)和破壞形態(tài)具有明顯的分帶特征。在采用全部垮落法開(kāi)采的工作面，在一定的開(kāi)采深度，采場(chǎng)上覆巖運(yùn)動(dòng)過(guò)程中呈現(xiàn)“三帶”分帶特征[2，9-11]，如圖1所示。在采動(dòng)條件的影響下，采場(chǎng)上覆巖層中參與運(yùn)動(dòng)破壞的巖層結(jié)構(gòu)形態(tài)，主要包括以下3個(gè)部分。

1）在采場(chǎng)推進(jìn)方向上由支架或煤壁臨時(shí)支撐的巖層（即直接頂），在采場(chǎng)內(nèi)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在采場(chǎng)推進(jìn)方向上不能始終保持傳遞力的作用，該部分巖層為冒落帶（或垮落帶）。

2）在采場(chǎng)推進(jìn)方向上受采動(dòng)應(yīng)力作用下發(fā)生破斷損傷的巖層。該部分巖層由同時(shí)運(yùn)動(dòng)（或近乎同時(shí)運(yùn)動(dòng)）且在推進(jìn)方向上始終能保持傳遞力聯(lián)系的“傳遞巖梁”組成[1]。由于各巖梁在推進(jìn)方向上的形成了一系列保持相互作用力的斷裂塊體，即“砌體梁”結(jié)構(gòu)，形成了采場(chǎng)上覆巖層中砌體梁帶，該部分巖層為導(dǎo)水裂隙帶[6-8]。

3）處于沉陷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的巖層，包括裂斷拱兩側(cè)和頂部處于沉陷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的全部巖層，稱為彎曲下沉帶（或緩沉帶）[2，12]。這部分巖層在工作面開(kāi)采過(guò)程中上覆巖層運(yùn)動(dòng)相對(duì)滯后的部分，一般在工作面開(kāi)采一段時(shí)間后才顯現(xiàn)出來(lái)。這部分巖層在運(yùn)動(dòng)結(jié)束穩(wěn)定后，巖層所受破斷和裂隙損傷程度都要裂斷拱內(nèi)巖梁低得多，該部分巖層運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是引起地表沉。

2.1 計(jì)算模型

2.1.1 計(jì)算模型建立

利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)趙官煤礦1705西工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，模型坐標(biāo)系按如下規(guī)定，垂直煤層回采方向?yàn)閤軸，平行煤層回采方向?yàn)閥軸;鉛直方向即重力方向?yàn)閦軸，向上為正。根據(jù)這一坐標(biāo)系規(guī)定，計(jì)算模型沿x軸方向的長(zhǎng)度約為120 m，即工作面長(zhǎng)度為120 m;y方向的長(zhǎng)度約為400 m，即回采進(jìn)尺約為400 m，沿z軸方向的高度為70 m.在煤層近似看作水平，平均厚度取1.25 m.煤層平均埋深為415 m.

2.1.2邊界條件

在模型的四個(gè)側(cè)面采用法向約束，頂面即地表為應(yīng)力和位移自由邊界，底面為x，y，z3項(xiàng)全部約束，均為固定鉸支座。

2.1.3 模型網(wǎng)格剖分

根據(jù)地質(zhì)巖層情況，劃分網(wǎng)格時(shí)盡可能在煤層開(kāi)采范圍內(nèi)使網(wǎng)格尺寸足夠小，并且性狀規(guī)則，不出現(xiàn)畸形單元。模型中的單元類型全部為8節(jié)點(diǎn)六面體單元，最終模型的單元總數(shù)為84 000個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為90 241個(gè)。整個(gè)模型如圖2所示。

2.2 計(jì)算參數(shù)

依據(jù)趙官礦煤、巖物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果得到模型的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1.

2.3 模擬步驟

計(jì)算模擬步驟分為一下2個(gè)步驟。

1）在自重荷載條件下計(jì)算巖體的初始應(yīng)力;

2）通過(guò)理論計(jì)算確定了采場(chǎng)直接頂和老頂?shù)某醮慰迓洳骄?、周期垮落步距及工作面“?jiàn)方”的特殊節(jié)點(diǎn)位置，即分別對(duì)工作面推采到15，32，45，60，120，150 m的位置進(jìn)行模擬，并切片垂直工作面方向上覆巖層應(yīng)力和位移云圖。

2.4 計(jì)算結(jié)果與分析

工作面回采到不同距離時(shí)上覆巖層縱向的應(yīng)力和位移云圖如圖3～圖8所示。

通過(guò)以上應(yīng)力和位移云圖得以下結(jié)論

1）當(dāng)工作面開(kāi)采后，采場(chǎng)上覆巖層各點(diǎn)最大主應(yīng)力的方向由開(kāi)采前的垂直方向逐漸向采空區(qū)兩側(cè)的偏移，如以上各圖在工作面兩側(cè)煤柱所承受的壓力，隨著工作面的推進(jìn)逐漸應(yīng)力不斷升高，在采場(chǎng)兩側(cè)形成了應(yīng)力集中分布。從圖可以看出，采場(chǎng)兩側(cè)支承壓力呈“拱”型結(jié)構(gòu)形態(tài)作用在上覆巖層中，稱其為采場(chǎng)支承壓力拱[13-15]，由于采場(chǎng)支承壓力拱的存在，并其將壓力拱上覆巖層的壓力傳遞采場(chǎng)工作面兩側(cè)的煤柱，位于支承壓力拱范圍下方的巖層處于卸壓狀態(tài)，該范圍內(nèi)的巖層所受壓力比未采動(dòng)前小的多。在采動(dòng)應(yīng)力和自重作用下，該范圍內(nèi)低位巖梁發(fā)生運(yùn)動(dòng)損傷、破壞和斷裂，向已采空區(qū)方向運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生彎曲變形。由于采場(chǎng)上覆巖層各巖層的巖性、強(qiáng)度、厚度以及所處不同力學(xué)環(huán)境，致使上下各巖層在時(shí)間和空間上的運(yùn)動(dòng)不同步，當(dāng)下位巖層繞度大于上位巖層的時(shí)，上下位巖層便產(chǎn)生了離層[16-18]。

2）煤層開(kāi)采后，在采動(dòng)應(yīng)力的作用下導(dǎo)致上覆巖層發(fā)生破裂和移動(dòng)。隨工作面從開(kāi)切眼位置開(kāi)始不斷推進(jìn)，上覆各巖層自下而上逐一經(jīng)歷逐漸沉降→離層→端部（或中部）斷裂→冒落（或鉸接）。采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)的破壞程度受開(kāi)采范圍和強(qiáng)度的影響，最終形態(tài)可以分為非充分采動(dòng)和充分采動(dòng)2種形態(tài)[1]。在非充分采動(dòng)條件下，上覆巖層在采動(dòng)影響下最終形成垮落帶、裂隙帶、離層帶、彎曲下沉帶;在充分采動(dòng)條件下，上覆巖層最終形成垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶如圖1所示。

3）當(dāng)工作面推進(jìn)15 m時(shí)，如圖3所示在距離煤層最近上覆巖層在垂直方向的位移為2.75 m，隨著工作面的不斷推進(jìn)，采場(chǎng)覆巖在縱向上總的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)是自下而上逐步發(fā)展的，裂斷拱中覆巖運(yùn)動(dòng)的發(fā)展過(guò)程具體包括以下2個(gè)階段：①第1次裂斷運(yùn)動(dòng)階段。該階段是從工作面切眼開(kāi)始推進(jìn)，至到采場(chǎng)上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶中最上部的一個(gè)“傳遞巖梁”完成第1次斷裂運(yùn)動(dòng)為止，如圖10所示。在該運(yùn)動(dòng)階段，隨著工作面的不斷推進(jìn)，采場(chǎng)上覆各巖層的運(yùn)動(dòng)損傷和破裂范圍不斷變大，采場(chǎng)上方的裂斷拱的范圍在橫向和縱向上由小到大不斷向工作面上方和前方巖層擴(kuò)展[13-14];②正常運(yùn)動(dòng)階段。該階段是從裂斷拱中導(dǎo)水裂隙帶最上部的一個(gè)傳遞巖梁完成第一次斷裂運(yùn)動(dòng)（即工作面推進(jìn)至接近工作面長(zhǎng)度位置時(shí)）到回采工作面推進(jìn)結(jié)束的全部過(guò)程（圖11）。依據(jù)宋振騏院士相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)工作面推采距離達(dá)到工作面長(zhǎng)度時(shí)，即工作面采空區(qū)“見(jiàn)方”，此時(shí)裂斷拱在工作面縱向上擴(kuò)展到最高處，裂斷拱內(nèi)破斷巖層的厚度總合也就是導(dǎo)水裂隙帶的高度，大約為工作面長(zhǎng)度的1/4-1/2.如圖7所示，當(dāng)工作面推進(jìn)距離達(dá)到120 m時(shí)，裂斷拱向上擴(kuò)展到最高處，破斷巖層的高度達(dá)到最大值25 m，如圖8所示，當(dāng)工作面推采到150 m時(shí)，裂斷拱不再向上方巖層擴(kuò)展[13，15]。在此過(guò)程中，裂隙帶（砌體梁帶）中下位多個(gè)傳遞巖梁已完成了初次斷裂運(yùn)動(dòng)和數(shù)個(gè)周期斷裂運(yùn)動(dòng)，隨著工作面的不斷推進(jìn)而向前方擴(kuò)展，拱高基本保持不變，即裂隙帶的高度不再發(fā)生變化。

裂斷拱內(nèi)部巖層包括工作面采場(chǎng)縱向分帶發(fā)育中的冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶，它們隨著工作面煤層開(kāi)采后，不斷在運(yùn)動(dòng)中彎曲、斷裂，失去了承載上部巖層重量的能力;裂斷拱外部是“三帶”中的彎曲下沉帶，從彎曲下沉帶以上的巖層裂隙損傷破壞程度低，具有較好的完整性，能夠形成支托層，承擔(dān)自身和上部巖層重量，而使裂斷拱內(nèi)巖層不必承擔(dān)上部巖層的重量[17-19]。因此，斷裂拱也可以稱為下部巖層的免壓拱。拱內(nèi)部的巖層重量是由采空區(qū)的矸石和兩側(cè)煤柱來(lái)共同支承，此范圍內(nèi)巖層處于卸壓狀態(tài)，巖層裂隙發(fā)育充分，該范圍巖層是采場(chǎng)頂板控制、礦井頂板水防治和瓦斯抽放關(guān)鍵研究對(duì)象。

綜上研究分析，趙官煤礦綜采工作面采場(chǎng)上覆巖層縱向分帶發(fā)育規(guī)律和其結(jié)構(gòu)形態(tài)即在采動(dòng)應(yīng)力作用下，采場(chǎng)上覆巖層開(kāi)始呈現(xiàn)較平的“枕型”，隨著采場(chǎng)支承壓力不斷增加，采動(dòng)破壞巖層逐漸演化為的呈“拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài)，當(dāng)工作面推采距離達(dá)到工作面長(zhǎng)度時(shí)，采場(chǎng)上覆破壞巖層在工作面縱向上擴(kuò)展到最高處，此后隨著工作面的不斷推進(jìn)，斷裂拱高保持不變，而拱腳不斷向前方擴(kuò)展，呈現(xiàn)出“平頂拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài)。為工作面采場(chǎng)頂板控制、支架選型和瓦斯高位鉆場(chǎng)抽放設(shè)計(jì)提供理論設(shè)計(jì)依據(jù)。

3 “兩帶”高度理論計(jì)算

根據(jù)本井田勘探資料和實(shí)際開(kāi)采情況，依據(jù)《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》在緩傾斜煤層（傾角≤35°）長(zhǎng)壁垮落法開(kāi)采條件下，當(dāng)煤層頂板覆巖為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時(shí)，煤層開(kāi)采后的垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶最大高度計(jì)算公式分別見(jiàn)表2和表3，“兩帶”高度計(jì)算如圖12所示。

方法二：本次利用巖層質(zhì)量指數(shù)計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行冒落帶高度的計(jì)算。煤系地層屬于沉積巖，煤層采出后，頂板將由下而上運(yùn)動(dòng)。就單一巖層而言，影響其運(yùn)動(dòng)的因素有：厚度、強(qiáng)度、分層厚度、節(jié)理裂隙間距、組分的均勻性、水的作用程度等。在這些因素中起主要作用的是巖石的強(qiáng)度、分層厚度和節(jié)理裂隙間距，稱之為“三因子”，要想確定上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞范圍，首先需確定工作面巖層巖石的強(qiáng)度、分層厚度和節(jié)理裂隙間距，進(jìn)而計(jì)算巖層質(zhì)量指數(shù)，由此來(lái)確定采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞范圍[12]。

趙官煤礦7#層煤1705西工作面的生產(chǎn)技術(shù)條件見(jiàn)表4，該工作面煤層上方直接頂測(cè)試的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表5.

1）采前孔觀測(cè)數(shù)據(jù)分析。從表8和圖14可知，采前鉆孔未受任何采動(dòng)影響，數(shù)據(jù)有所起伏，主要是因?yàn)橼w官煤礦7煤層上覆巖體中含有碳質(zhì)泥巖層、泥巖、粉砂巖細(xì)粒砂巖層等，從探測(cè)結(jié)果來(lái)看，泥巖段注水漏失量較小，并且各段泥巖漏失量基本一致;而在砂巖段，注水漏失量比泥巖段略大。從上面的注水漏失量變化曲線可以看出，在鉆孔淺部6 m以內(nèi)的區(qū)段沒(méi)有測(cè)試，考慮到測(cè)試的目的，觀測(cè)主要集中在鉆孔中部與深部，以便探測(cè)出裂隙帶發(fā)育的高度，因此實(shí)際測(cè)試是從6.3 m處開(kāi)始的（垂高為4.83 m）。由觀測(cè)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，在觀測(cè)范圍內(nèi)不同的巖層漏水量不同，測(cè)得漏水量二維曲線也是高低起伏，規(guī)律性較強(qiáng)，沒(méi)有異常現(xiàn)象發(fā)生。即整個(gè)孔段均有大小不等的漏失量，同時(shí)也表明采前鉆孔揭露到的上部巖層具有相對(duì)完整性，裂隙不發(fā)育。

2）采后孔觀測(cè)數(shù)據(jù)分析。本次兩帶高度探測(cè)在趙官煤礦1705西工作面停采線位置，雖然該面已停采，但工作面支架還沒(méi)撤出，鉆孔施工點(diǎn)前方一段距離，由于支架支撐上覆巖層尚未垮落，鉆孔穿過(guò)該段區(qū)域時(shí)漏失量是較小的，這表現(xiàn)在圖15與圖16曲線凸點(diǎn)之前，從淺部到中部（垂高5.16～10.08 m）孔段的注水漏失量比采前孔的注水漏失量略大;凸點(diǎn)處漏失量最大，說(shuō)明該點(diǎn)位于采空區(qū)上覆巖層中，從凸點(diǎn)往后漏失量的遞減是趨勢(shì)是符合導(dǎo)水裂隙帶分帶特征的，由巖層破壞較嚴(yán)重的部位，往深部發(fā)展，直至進(jìn)入裂隙發(fā)育不充分位置，孔段的注水漏失量增加變緩，直至其漏失量與采前孔基本一致。

通過(guò)采后孔的注水漏失量與采前孔的注水漏失量的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，如圖17，18所示，從圖17中可以看出采后2#孔漏失量曲線與采前孔在14.99 m位置處相交，這就說(shuō)明采后2#鉆孔的垂直深度14.99 m位置為導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育位置，再往鉆孔深部，上部巖層與采前孔相對(duì)比，其漏失量基本一致;從圖18中可以看出采后3#孔漏失量曲線與采前孔在16.63 m位置處相交，這就說(shuō)明采后3#鉆孔的垂直深度16.63 m位置為導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育位置，再往鉆孔深部，其余位置鉆孔漏失量與采前孔觀測(cè)的漏失量基本上一致。由于本次兩帶高度探測(cè)在趙官煤礦1705西工作面停采線位置，附近有一傾斜正斷層，斷層落差2.5～3 m，因此考慮到斷層影響必須對(duì)以上確定的采前孔與采后孔漏失量基本吻合的位置進(jìn)行修正，修正后采后2#孔導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育位置為17.5 m，采后3#孔導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育位置為19.1 m.

5 結(jié) 論

1）通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬對(duì)黃河北煤田厚沖積層薄基巖綜采工作面采場(chǎng)上覆巖層縱向分帶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了研究，得到了采場(chǎng)上覆巖層縱向運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律及其結(jié)構(gòu)形態(tài)，即在采動(dòng)應(yīng)力作用下，采場(chǎng)上覆巖層開(kāi)始呈現(xiàn)較平的“枕型”，隨著采場(chǎng)支承壓力不斷增加，采動(dòng)破壞巖層逐漸演化為呈“拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài)，當(dāng)工作面推采距離達(dá)到工作面長(zhǎng)度時(shí)，采場(chǎng)上覆破壞巖層在工作面縱向上擴(kuò)展到最高處，此后隨著工作面的不斷推進(jìn)，斷裂拱高保持不變，而拱腳不斷向前方擴(kuò)展，呈現(xiàn)出“平頂拱型”結(jié)構(gòu)形態(tài)。

2）通過(guò)采用“鉆孔雙端封堵測(cè)漏裝置”進(jìn)行導(dǎo)水裂隙帶高度現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，得到了黃河北煤田7層煤導(dǎo)水裂隙帶高度為19.1 m，預(yù)測(cè)公式為H裂=15.3M;冒落帶（垮落帶）高度約為2.4 m，為礦井合理開(kāi)采程序和采掘布局、采場(chǎng)圍巖控制、沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害防治、“三下”特殊開(kāi)采、瓦斯抽采參數(shù)確定及地表沉陷控制等提供了科學(xué)依據(jù)。

3）該研究成果已在趙官煤礦成功應(yīng)用，根據(jù)采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)律和分帶范圍，確定了采場(chǎng)頂板控制模型，進(jìn)行了綜采液壓支架選型，確定了薄煤層綜采ZY3200/7.5/16支架，實(shí)現(xiàn)了大水高瓦斯采高1.2 m薄煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采;結(jié)合趙官煤礦采場(chǎng)上覆巖層運(yùn)動(dòng)破壞規(guī)分帶范圍發(fā)育規(guī)律和采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律，瓦斯鉆孔抽放高度確定為12～19.1 m，現(xiàn)場(chǎng)抽放效果良好，為實(shí)現(xiàn)工作面安全高產(chǎn)高效奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 宋振騏.實(shí)用礦山壓力控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.

SONG Zhen-qi.Practical mine pressure control[M].Xuzhou： China University of Mining and Technology Press，1988.

[2]宋振騏.煤礦重大事故預(yù)測(cè)和控制的巖層動(dòng)力信息基礎(chǔ)的研究[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.

SONG Zhen-qi.Study on the basic information of stratum movement and mechanics on predicting and controlling heavy accidents in coal mine[M].Beijing：China Coal Industry Publishing House，2003.

[3]錢(qián)鳴高，石平五，許家林.礦山壓力與巖層控制[M].徐州： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

QIAN Ming-gao，SHI Ping-wu，XU Jia-lin.Underground pressure and strata control[M].Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2010.

[4]錢(qián)鳴高，許家林.煤炭開(kāi)采與巖層運(yùn)動(dòng)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2019，44（4）：973-983.

QIAN Ming-gao，XU Jia-lin.Behaviors of strata movement in coal mining[J].Journal of China Coal Society，2019，44（4）：973-983.

[5]蔣金泉，孫春江，尹增德，等.深井高應(yīng)力難采煤層上行卸壓開(kāi)采的研究與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004，29（1）：1-6.

JIANG Jin-quan，SUN Chun-jiang，YIN Zeng-de，et al.Study and practice of bottom slicing relieving mining in condition of trouble coal seams with high ground stress under deep coal mine[J].Journal of China Coal Society，2004，29（1）：1-6.

[6]尹增德.緩傾斜采場(chǎng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶形態(tài)發(fā)育規(guī)律研究[D].泰安：山東科技大學(xué)，1998.

YIN Zeng-de.Study on morphological development of water-conducting fracture zone in overlying rock in gently inclined stope[D].Taian：Shandong University of Science and Technology，1998.

[7]高延法，張慶松.礦山巖體力學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

GAO Yan-fa，ZHANG Qing-song.Mine rock mechanics[M].Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2000.

[8]朱 魯，郭建斌，程久龍，等.反程序開(kāi)采的導(dǎo)水裂隙帶高度研究[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，1999（4）：16-20.

ZHU Lu，GUO Jian-bin，CHENG Jiu-long，et al.Study on the height of water-conducting fracture zone in reverse program mining[J].Mining Safety & Environmental Protection，1999（4）：16-20.

[9]張興民，于克君，席景德，等.微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)在兩帶監(jiān)測(cè)中的研究與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000，25（4）：335-339.

ZHANG Xing-min，YU Ke-jun，XI Jing-de，et al.Research and application of microseismic monitoring used in deciding fracturing zone[J].Journal of China Coal Society，2000，25（4）：335-339.

[10]孔令海，姜福興，楊淑華，等.基于高精度微震監(jiān)測(cè)的特厚煤層綜放工作面頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（5）：552-558.

KONG Ling-hai，JIANG Fu-xing，YANG Shu-hua，et al.Movement of roof strata in extra-thick coal seams in caving mining based on high pre-cision micro-seismic monitoring system[J].Journal of University of Science and Technology Beijing，2010，32（5）：552-558.

[11]涂 敏.潘謝礦區(qū)采動(dòng)巖體裂隙發(fā)育高度的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004，29（6）：641-645.

TU Min.Study on the growth height of separation fracture of miningrock in Panxie area[J].Journal of China Coal Society，2004，29（6）：641-645.

[12]姜福興.采場(chǎng)覆巖空間結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)及其應(yīng)用研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23（1）：31-33.

JIANG Fu-xing.Viewpoint of spatial structures of overlying strata and its application in coal mine[J].Journal of Mining & Safety Engineering，2006，23（1）：31-33.

[13]姜福興，楊淑華，XUN L.微地震監(jiān)測(cè)揭示的采場(chǎng)圍巖空間破裂形態(tài)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2003，28（4）：357-360.

JIANG Fu-xing，YANG Shu-hua，Xun L.Spatial fracturing progresses of surrounding rock masses in long wall face monitored by microseismic monitoring techniques[J].Journal of China Coal Society，2003，28（4）：357-360.

[14]史 紅，姜福興.采場(chǎng)上覆巖層結(jié)構(gòu)理論及其新進(jìn)展[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，24（1）：21-25.

SHI Hong，JIANG Fu-xing.Structural theories of overlying strata in long wall faces and their new development[J].Journal of Shandong University of Science and Technology（Natural Science），2005，24（1）：21-25.

[15]史 紅，姜福興.基于微地震監(jiān)測(cè)的覆巖多層空間結(jié)構(gòu)傾向支承壓力研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27（S1）：3274-3280.

SHI Hong，JIANG Fu-xing.Study on abutment pressure rule of overlying strata spatial structures based on microseismic monitoring[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27（S1）：3274-3280.

[16]Syd S Peng.Coal mine ground control（Third Edition）[M].New York：Wiley，2008.

[17]楊 科，謝廣祥.深部長(zhǎng)壁開(kāi)采采動(dòng)應(yīng)力殼演化模型構(gòu)建與分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（7）：1066-1070.

YANG Ke，XIE Guang-xiang.Modeling and analyzing on the development of mining induced stress shell in deep longwall mining[J].Journal of China Coal Society，2010，35（7）：1066-1070.

[18]謝廣祥，楊 科，劉全明.綜放面傾向煤柱支承壓力分布規(guī)律研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25（3）：545-549.

XIE Guang-xiang，YANG Ke，LIU Quan-ming.Study on distribution laws of stress in inclined coal pillar for fully-mechanized top-coal caving face[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25（3）：545-549.

[19]姜福興，馬其華.深部長(zhǎng)壁工作面動(dòng)態(tài)支承壓力極值點(diǎn)的求解[J].煤炭學(xué)報(bào)，2002，27（3）：273-275.

JIANG Fu-xing，MA Qi-hua.Mechanical solution of the maximum point of dynamic abutment pressure under deep longwall working face[J].Journal of China Coal Society，2002，27（3）：273-275.