煤巖采動應(yīng)力-裂隙帶發(fā)育規(guī)律研究

馬建全 吳鈳橋 彭昊 夏玉成 李識博 肖樂樂

摘 要：為研究煤層開采過程中上覆巖土體內(nèi)采動應(yīng)力-裂隙帶發(fā)育規(guī)律，提出局部穩(wěn)定指數(shù)的概念，定量勾繪煤層上覆巖體內(nèi)破壞和未破壞的區(qū)域，并以榆樹灣井田某綜采工作面為例，探討采動裂隙場及導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律。研究表明：隨著工作面的推進(jìn)，煤層上覆巖土體內(nèi)先后產(chǎn)生煤層頂板破壞區(qū)、淺表層破壞區(qū)、基巖-松散層接觸破壞區(qū)3個破壞區(qū)域;采動裂隙帶高度隨開采工作面呈現(xiàn)“上升—下降—上升—穩(wěn)定”發(fā)育規(guī)律，而采動裂隙帶寬度則呈現(xiàn)“線性上升”發(fā)育規(guī)律;提出裂高采比和裂寬采比的概念，得出榆樹灣井田某綜采工作面的裂高采比為19，基巖-松散層接觸破壞區(qū)的裂寬采比為23.5，淺表層破壞區(qū)的裂寬采比為31。經(jīng)對比分析，文中所提出的計算方法具有一定的驗證性和適用性，可為保水采煤技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：局部穩(wěn)定指數(shù)法;采動應(yīng)力-裂隙場;導(dǎo)水裂隙帶;莫爾-庫倫強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則

中圖分類號：TD 745??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-9315（2022）01-0107-09

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0115開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Development law of mining-induced stress-fracture field

in coal seam overburden

——Taking Yushuwan coal mine as an example

MA Jianquan1，2，WU Keqiao1，PENG Hao1，XIA Yucheng1，2，LI Shibo1，2，XIAO Lele1，2

（1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China;

2.Shaanxi Provincial Key Laboratory of Geological Support for Coal Green Exploitation，Xi’an 710054，China）

Abstract：In order to study the development law of mining-induced fracture field（MFF）in coal seam overburden，a new calculation method is proposed.Taking a working face of YuShuwan coal mine as the research object，the damaged and undamaged areas in the overlying rock body of the coal seam are outlined to examine the development law of the mining-induced fracture field and the water-conducting fissure zone based on the concept of local stability index（LSI）.The results show that there are three main damage areas in the overlying strata of coal seam with the advance of working face（in sequence）：the failure zone of coal seam roof，the failure zone of superficial layer，the failure zone of bedrock-loose interface.In failure zone of coal seam overburden，as the working face advances，the curve trend of the height of MFF is “rising-down-rising-stable”，while the curve trend of the width of MFF is “straight rising”.The concept of the ratio of the height of MFF to mining thickness（RHM）and the ratio of the width of MSF to mining thickness（RWM）were proposed.In YuShuwan mine，RHM was 19;RWM in failure zone of bedrock-loose interface was 23.5;RWM in failure zone of superficial layer was 31.The comparative analysis shows that the calculation method proposed in this paper has verification

and applicability，providing a certain theoretical basis for water-preserving coal mining technology.

Key words：local stability index;mining-induced stress-fracture field;conducting-water fractured zone;Mohr-Coulomb failure criterion

0 引 言

煤巖采動應(yīng)力-裂隙發(fā)育規(guī)律研究是生態(tài)脆弱礦區(qū)煤炭資源開采和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中“保水采煤”研究的熱點與難點之一[1-3]，也是煤炭開采資源保護(hù)和礦井水災(zāi)害預(yù)測中的重點[4]。

目前對于采動裂隙帶（導(dǎo)水裂隙帶）預(yù)計高度的主要方法包括經(jīng)驗公式、理論分析、數(shù)值模擬、物理模擬和鉆探驗證等。應(yīng)用最為廣泛的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》[5]和《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB 12719—9

1）[6]中推薦的經(jīng)驗公式;基于錢鳴高院士提出關(guān)鍵層理論[7]的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計[8]等理論分析;采用有限元[9]、離散元[10-11]、有限差分[12]、RFPA[13]等數(shù)值模擬軟件對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律的分析;采用相似材料物理模擬實驗方法的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度探討[14];運用鉆孔沖洗液漏失量觀測、鉆孔彩色電視觀測等觀測法對導(dǎo)水裂隙帶的分析[15]。綜合應(yīng)用這幾種方法對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育進(jìn)行研究的，通過相似模擬試驗結(jié)果、理論分析和經(jīng)驗公式的對比，采用回歸分析法對經(jīng)驗公式進(jìn)行修正等[16]。

隨著數(shù)值模擬方法在導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律研究中的廣泛應(yīng)用，越來越多的學(xué)者在研究如何將開采圍巖應(yīng)力場與導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度相結(jié)合。王遺南基于采動前后應(yīng)力場分布，提出主應(yīng)力比值分析法探討導(dǎo)水裂隙帶預(yù)計[17];鄒海等根據(jù)采厚覆巖應(yīng)力的拉張區(qū)估算導(dǎo)水裂隙帶高度[18];劉增輝等根據(jù)塑性條件、應(yīng)力判別和塑性區(qū)域預(yù)測導(dǎo)水裂隙帶[19];程香港等基于采動裂隙應(yīng)力場-滲流場耦合作用下的塑性區(qū)得到導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度[20];夏玉成從構(gòu)造應(yīng)力角度探討了煤礦采動損害的影響探討[21]。

眾多學(xué)者從應(yīng)力角度對導(dǎo)水裂隙帶高度進(jìn)行了研究，但都是從主應(yīng)力比和塑性區(qū)域估算煤層頂板破壞區(qū)的導(dǎo)水裂隙帶高度，對基巖-松散層接觸破壞區(qū)和淺表層破壞區(qū)的應(yīng)力場、裂隙場探討較少，且也未能精確勾繪出破壞區(qū)域等。OKUBO等建立了應(yīng)力場與圍巖破壞準(zhǔn)則之間的關(guān)系[22]，可以定量描述圍巖局部穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在莫爾-庫倫強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則下，以簡明的幾何關(guān)系推導(dǎo)局部穩(wěn)定指數(shù)計算公式，界定局部穩(wěn)定指數(shù)概念，從煤層開采導(dǎo)致的圍巖應(yīng)力場變化這一角度出發(fā)，建立數(shù)值分析模型，定量地勾繪開采覆巖破壞的區(qū)域，與已有常用方法進(jìn)行對比分析，以期為預(yù)測導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律研究提供一定的理論指導(dǎo)。

1 局部穩(wěn)定指數(shù)

1.1 基本理論

局部穩(wěn)定指數(shù)是指可以衡量巖土體內(nèi)單個質(zhì)點或局部區(qū)域穩(wěn)定程度的尺度，揭露巖土體內(nèi)隨著應(yīng)力改變而產(chǎn)生破壞的區(qū)域。它的大小與該點處巖土體的黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ、重度γ、彈性模量E和泊松比μ等定參量條件下所對應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)（最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力）有關(guān)[23]。

在莫爾-庫倫強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則下，假設(shè)巖土體內(nèi)某一質(zhì)點或區(qū)域所受應(yīng)力如圖1中實線圓所示，該點的局部穩(wěn)定指數(shù)可定義為抗剪強(qiáng)度與其當(dāng)前狀態(tài)所受剪應(yīng)力的比值[24]，即

LSI=τfτ*

=CEBD

=CECF

（

1）

式中 LSI為局部穩(wěn)定指數(shù);τf為局部潛在抗剪強(qiáng)度值，kPa;τ*為局部當(dāng)前狀態(tài)下剪應(yīng)力，kPa。

實線圓與莫爾-庫倫破壞包絡(luò)線的位置關(guān)系決定了該點應(yīng)力狀態(tài)是否穩(wěn)定。若該點巖（土）體發(fā)生破壞，其極限應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)與破壞包絡(luò)線相交于E點，E點在縱坐標(biāo)上的投影代表該點潛在抗剪強(qiáng)度值τf;F點在縱坐標(biāo)上的投影代表該點當(dāng)前狀態(tài)下的剪應(yīng)力τ*。將實線圓向左平移至與莫爾-庫倫包絡(luò)線相切與點D，根據(jù)幾何知識和莫爾應(yīng)力圓原理，可知

在巖土體內(nèi)二維空間內(nèi)任意一點的局部穩(wěn)定指數(shù)均可用式（5）計算求得。由圖1可知當(dāng)巖土體內(nèi)剪應(yīng)力低于莫爾-庫倫破壞包絡(luò)線時，局部

穩(wěn)定指數(shù)LSI>1，巖土體處于穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)巖土體

內(nèi)剪應(yīng)力與莫爾-庫倫破壞包絡(luò)線相切時，局部穩(wěn)定指數(shù)LSI=1，巖土體處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)巖土體內(nèi)剪應(yīng)力高于莫爾-庫倫破壞包絡(luò)線時，局部穩(wěn)定指數(shù)LSI<1，巖土體處于失穩(wěn)狀態(tài)。因此，局部穩(wěn)定指數(shù)可以定量勾繪出巖土體內(nèi)不穩(wěn)定的區(qū)域。

1.2 采動裂隙帶計算方法

煤層開采前煤巖體處于穩(wěn)定的原巖應(yīng)力狀態(tài)，隨著開采工作面的推進(jìn)，煤巖體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，為了重新達(dá)到應(yīng)力平衡狀態(tài)，采出空間圍巖會產(chǎn)生變形破壞向采空區(qū)內(nèi)移動，圍巖體內(nèi)產(chǎn)生采動裂隙。局部穩(wěn)定指數(shù)法就是在分析煤層采動

過程中巖土體內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)基礎(chǔ)上，按式（5）計算各點的局部穩(wěn)定指數(shù)，勾繪煤層上覆巖土體內(nèi)破壞區(qū)域（LSI<

1）和未破壞區(qū)域（LSI≥

1），以此來研究采動裂隙發(fā)育的方法。

首先建立計算模型，設(shè)置煤巖土層物理力學(xué)參數(shù)（巖土層厚、彈性模量、內(nèi)摩擦角、重度、泊松比和黏聚力），設(shè)定邊界條件，進(jìn)入初始平衡狀態(tài)后，依據(jù)工作面推進(jìn)實際情況，分步計算模型應(yīng)力場并提取各步計算的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力場，然后按式（5）計算各點的局部穩(wěn)定指數(shù)，得到覆巖土體內(nèi)局部穩(wěn)定指數(shù)等值線圖，對局部穩(wěn)定指數(shù)小于1等值線進(jìn)行填充，得到具體的覆巖破壞區(qū)域，分析評價采動裂隙帶的發(fā)育規(guī)律（圖2）。

2 模型建立

基于局部穩(wěn)定指數(shù)計算方法，以文獻(xiàn)[13，25]中榆樹灣井田某綜采工作面為例，進(jìn)行采動應(yīng)力-裂隙發(fā)育規(guī)律研究。工作面位于榆神礦區(qū)南部的201盤區(qū)，工作面內(nèi)地層平緩，傾角0°～3°，開采2-2煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡單，賦存穩(wěn)定，平均厚度11.62 m，分2層開采，上分層采高5 m。井田內(nèi)2-2煤層埋深110～300 m，平均埋深230 m，上覆基巖平均厚度120 m，松散層平均厚度110 m。采用綜合機(jī)械化開采，全部垮落法管理頂板。井田內(nèi)主要含水層為第四系上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組潛水含水層，隔水層是第四系中更新統(tǒng)離石黃土和新近系上新統(tǒng)三趾馬紅土，部分地段有上更新統(tǒng)馬蘭黃土，厚度83.75～175.0 m。

依據(jù)工作面實際地質(zhì)條件和煤層賦存條件，在FLAC3D中建立數(shù)值計算模型（圖3）。計算模型沿x方向1 400 m，z方向263 m，共13層煤巖層，煤層厚12 m，開采上分層，采高5 m，模型兩側(cè)施加水平約束，底部固定，頂部為自由邊界。工作面總推進(jìn)距離600 m，采用分步開采方式，每步開挖10 m，總共60步（表

1）。

3 計算結(jié)果

3.1 地表下沉量

為研究地表最大下沉量隨著工作面推進(jìn)的變化規(guī)律，通過FLAC3D中的Fish編程，提取不同工作面推進(jìn)距離時的地表最大下沉值，繪制地表最大下沉量和工作面推進(jìn)距離的關(guān)系變化曲線（圖4）。

由圖4可知工作面推進(jìn)距離在100 m以內(nèi)時，開采對覆巖的擾動影響較弱，當(dāng)工作面推進(jìn)距離在100～220 m時，地表最大下沉值的變化曲率逐漸增大，呈現(xiàn)“緩慢下沉”。當(dāng)工作面推進(jìn)距離在220～340 m時，地表最大下沉值近乎呈直線式快速增大，呈現(xiàn)“快速下沉”。當(dāng)工作面推進(jìn)距離在340～420 m時，地表最大下沉值的上升速度明顯減慢，又呈現(xiàn)“緩慢下沉”。當(dāng)工作面繼續(xù)推進(jìn)時，地表最大下沉值趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)

“基本穩(wěn)定”。因此，地表下沉總體變化過程可以概括為“緩慢下沉-快速下沉-緩慢下沉-基本穩(wěn)定”的過程。采

高5 m的地表最大下沉值基本穩(wěn)定在3 020 mm左右。

3.2 局部穩(wěn)定指數(shù)

為研究覆巖破壞規(guī)律，通過FLAC3D中的Fish編程，提取不同工作面推進(jìn)距離時覆巖單元的應(yīng)力數(shù)據(jù)，代入式（5）計算局部穩(wěn)定指數(shù)，繪制覆巖局部穩(wěn)定指數(shù)小于1的分布圖（圖5）。

由圖5可知，隨著工作面的推進(jìn)煤層上覆巖土體內(nèi)產(chǎn)生3個主要的破壞區(qū)域，由下至上分別為：煤層采空區(qū)直接頂板破壞區(qū)域，稱為煤層頂板破壞區(qū)（下層破壞區(qū)）;基巖層與松散層紅土層底部接觸部位破壞區(qū)域，稱為基巖-松散層接觸破壞區(qū)（中層破壞區(qū)）;近地表松散層破壞區(qū)域，稱為淺表層破壞區(qū)（上層破壞區(qū)）。

由圖5（a）～5（j）可知3個主要的破壞區(qū)域并不是同時發(fā)育的，隨著工作面推進(jìn)，先在煤層采空區(qū)頂板區(qū)域發(fā)生破壞，發(fā)生整體變形時，在淺表層拉張區(qū)域發(fā)生破壞。當(dāng)上覆巖層距離煤層較近的巖層會發(fā)生垮落與斷裂時，在基巖層與上部松散層中間會產(chǎn)生離層破壞區(qū)域，這一結(jié)果與朱慶偉等基于離層發(fā)展數(shù)學(xué)模型得到結(jié)果相一致[26]。因此，3個破壞區(qū)域發(fā)育先后順序為煤層頂板破壞區(qū)、淺表層破壞區(qū)、基巖-松散層接觸破壞區(qū)。

這3個破壞區(qū)域并不是獨立發(fā)育，相互之間可導(dǎo)通。如工作面推進(jìn)300 m左右時，煤層頂板破壞區(qū)和基巖-松散層接觸破壞區(qū)在局部導(dǎo)通。

3.3 采動裂隙帶發(fā)育規(guī)律

假定局部穩(wěn)定指數(shù)小于1的范圍為采動裂隙帶發(fā)育區(qū)域，由于局部穩(wěn)定指數(shù)法可定量地勾繪出采動裂隙帶發(fā)育范圍，因此在分析采動裂隙帶發(fā)育規(guī)律時，按照采動裂隙帶高度和寬度分別進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3.3.1 煤層頂板破壞區(qū)

采動裂隙帶發(fā)育高度：采動裂隙帶發(fā)育高度為從產(chǎn)生到向上發(fā)展，穩(wěn)定后回落再向上發(fā)展到最大高度，最終趨于穩(wěn)定的過程（圖6）。在工作面推進(jìn)60 m后，采動裂隙帶逐漸產(chǎn)生，發(fā)育高度為14.9 m;工作面推進(jìn)到80～180 m之間，采動裂隙帶高度呈直線式快速增大，由19.8 m上升至64.3 m，煤層上覆基巖破壞嚴(yán)重，頂板不斷垮落，裂隙不斷向上延伸;當(dāng)工作面推進(jìn)到260～350 m時，破壞的覆巖受開采擾動發(fā)生切落現(xiàn)象[27]，部分裂隙被壓實而閉合，致使采動裂隙帶發(fā)育高度降低;但隨著工作面推進(jìn)，采動裂隙帶發(fā)育高度又逐漸升高，當(dāng)工作面推進(jìn)到480 m后，采動裂隙高度基本達(dá)到最大值75.0 m，并穩(wěn)定在該值左右。

采動裂隙帶發(fā)育寬度：采動裂隙帶發(fā)育寬度與工作面推進(jìn)距離呈線性關(guān)系，隨著工作面推進(jìn)距離的增加而增加（圖7）。

綜上所述，煤層頂板破壞區(qū)采動裂隙帶高度隨開采工作面呈現(xiàn)“上升—下降—上升—穩(wěn)定”發(fā)育規(guī)律，采動裂隙帶寬度則呈現(xiàn)“線性增大”發(fā)育規(guī)律。

3.3.2 淺表層破壞區(qū)

采動裂隙帶發(fā)育高度：采動裂隙帶發(fā)育高度具有一定的滯后性（圖6）。在工作面推進(jìn)100 m后出現(xiàn)，工作面推進(jìn)100～160 m間，在地表移動盆地外邊緣區(qū)，可能發(fā)生平行于工作面的拉張裂隙致使采動裂隙帶高度直線快速向上延伸，由5.8 m上升至33.9 m;工作面推進(jìn)160 m后，在地表移動盆地中心部位拉張裂隙逐漸被壓實而閉合，導(dǎo)致采動裂隙帶發(fā)育高度降低，最終隨著工作面的推進(jìn)穩(wěn)定在19.5 m左右。

采動裂隙帶發(fā)育寬度：采動裂隙帶發(fā)育寬度隨著工作面推進(jìn)距離的增加先增加后降低再持續(xù)增加過程（圖7）。在工作面推進(jìn)100 m后出現(xiàn)，工作面推進(jìn)到100～190 m間，受開采擾動影響，開切眼后方和停采線前方的近地表松散層產(chǎn)生裂隙，并迅速地橫向延展，地表總跨度由569.7 m（破壞寬度200.1 m）上升至816.4 m（破壞寬度589.4 m）;工作面推進(jìn)到200～330 m間，在地表移動盆地中心部位拉張裂隙逐漸被壓實而閉合，導(dǎo)致采動裂隙帶發(fā)育寬度降低，地表總跨度由805.9 m（破壞寬度585.8 m）下降至604.1 m（破壞寬度371.5 m）;隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，近地表松散層內(nèi)產(chǎn)生新的裂隙，采動裂隙帶繼續(xù)橫向延展。

綜上所述，淺表層破壞區(qū)采動裂隙帶高度隨開采工作面呈現(xiàn)“上升—下降—上升”發(fā)育規(guī)律，而采動裂隙帶寬度也呈現(xiàn)同樣的發(fā)育規(guī)律。

3.3.3 基巖-松散層接觸破壞區(qū)

采動裂隙帶發(fā)育高度：采動裂隙帶發(fā)育高度也具有一定的滯后性，晚出現(xiàn)于煤層頂板破壞區(qū)和淺表層破壞區(qū)的采動裂隙帶高度發(fā)育，采動裂隙帶高度從產(chǎn)生向上發(fā)展到最大高度后基本穩(wěn)定（圖6）。工作面推進(jìn)到160～180 m之間，采動裂隙逐漸發(fā)生并呈直線快速向上延伸，由3.8 m上升至16.5 m，之后采動裂隙發(fā)育速率明顯減小，開采220 m后，上升至20.1 m左右并穩(wěn)定。

采動裂隙帶發(fā)育寬度：采動裂隙帶發(fā)育寬度具有一定的滯后性（圖7），晚出現(xiàn)于煤層頂板破壞區(qū)和淺表層破壞區(qū)的采動裂隙帶寬度發(fā)育，但與工作面推進(jìn)距離呈線性關(guān)系，隨著工作面推進(jìn)距離的增加而增加。

綜上所述，基巖-松散層接觸破壞區(qū)出現(xiàn)具有一定滯后性，采動裂隙帶高度呈現(xiàn)“上升—穩(wěn)定”發(fā)育規(guī)律，而采動裂隙帶寬度呈現(xiàn)“直線上升”發(fā)育規(guī)律。

3.4 裂采比

“裂采比”的概念在眾多導(dǎo)水裂隙帶研究文獻(xiàn)中均有論述，一般為“導(dǎo)水裂隙帶高度與煤層開采厚度之比”。從采動裂隙帶高度發(fā)育規(guī)律中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水裂隙帶高度一般為煤層頂板破壞區(qū)采動裂隙帶高度，當(dāng)煤層頂板破壞區(qū)采動裂隙帶高度與基巖-松散層接觸破壞區(qū)采動裂隙帶高度導(dǎo)通后，導(dǎo)水裂隙帶高度為其兩者之和。采動裂隙帶寬度的發(fā)育規(guī)律也揭示了采動引起的裂隙水平發(fā)育范圍也具有一定的規(guī)律。

3.4.1 裂高采比

由導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度和煤層開采厚度5 m，得到了裂高采比RHM與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系（圖8）。

由圖8可知裂高采比與工作面推進(jìn)距離并不是呈線性關(guān)系，工作面推進(jìn)距離180 m之前，裂高采比呈線性增加;工作面推進(jìn)距離在180～470 m間，裂高采比曲線下降后又上升;工作面推進(jìn)距離470 m之后，裂高采比基本穩(wěn)定在19左右。

與其他裂高采比計算方法進(jìn)行對比（表2），局部穩(wěn)定指數(shù)法計算得到的裂高采比比《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》的經(jīng)驗公式值要大，比RFPA和FLAC數(shù)值模擬軟件的預(yù)計結(jié)果要小，與鉆孔實測值較接近。與文獻(xiàn)[28]中榆樹灣物理模擬結(jié)果（裂采比為18）對比，文中計算稍微偏高，計算結(jié)果是基本可信的。

3.4.2 裂寬采比

由前文采動裂隙帶發(fā)育寬度可知煤層頂板破壞區(qū)導(dǎo)水裂隙帶寬度與工作面推進(jìn)距離相一致?；跍\表層破壞區(qū)和基巖-松散層接觸破壞區(qū)的采動裂隙帶總寬度（總跨度）和工作面推進(jìn)距離，即（采動裂隙帶發(fā)育總寬度（跨度）-工作面推進(jìn)距離）/（2×煤層開采厚度），就得到了裂寬采比RWM（圖9）。

由圖9可知基巖-松散層接觸破壞區(qū)的裂寬采比隨著工作面推進(jìn)距離變化范圍較小，裂寬采比在23.5左右。淺表層破壞區(qū)的裂寬采比隨著工作面推進(jìn)距離變化范圍較大，工作面推進(jìn)到180 m，裂寬采比由47上升至63.5，此后裂寬采比下降到31左右并穩(wěn)定。

4 結(jié) 論

1）局部穩(wěn)定指數(shù)法可定量及動態(tài)地勾繪煤層覆巖隨開采工作面推進(jìn)距離的破壞和未破壞區(qū)域分布區(qū)，以此來探討采動裂隙發(fā)育規(guī)律。

2）基于局部穩(wěn)定指數(shù)法，以榆樹灣井田某綜采工作面為例，得到了煤層上覆巖土體隨著工作面的推進(jìn)，先后出現(xiàn)煤層頂板破壞區(qū)、淺表層破壞區(qū)、基巖-松散層接觸破壞區(qū)3個主要的破壞區(qū)域，且3個破壞區(qū)域并不是獨立發(fā)育，相互之間可形成連通通道。

3）依據(jù)3個破壞區(qū)域的采動裂隙帶高度和寬度發(fā)育規(guī)律統(tǒng)計分析，提出裂高采比和裂寬采比的概念，并與其他方法進(jìn)行對比，與鉆孔實測值較為接近。

4）實踐證明局部穩(wěn)定指數(shù)法對采動裂隙帶發(fā)育規(guī)律研究較符合煤礦實際情況，可為煤炭開采資源保護(hù)和礦井水災(zāi)害預(yù)測，為保水采煤技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

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