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【能源人都在看，點擊右上角加關注】

本文創新點

（1）研究了不同影響因素下的綜采工作面采動覆巖壓實區裂隙演化規律，得到了“三帶”高度、覆巖貫通度、覆巖離層率在不同采高、推進速度和煤層傾角條件下的演化規律；

（2）建立了綜采工作面覆巖壓實區邊界判定準則，得到不同影響因素下覆巖壓實區整體發育形態，發現不同因素對壓實區形態演化的影響側重點不同；

（3）構建了采動裂隙橢拋帶壓實區演化綜合效應模型，并結合工程實踐，有效提高了現場瓦斯治理效果，保證了工作面的安全回采。

作者簡介

李樹剛 教 授李樹剛，博士，二級教授，博士生導師。第七屆國務院學位委員會安全科學與工程學科評議組成員，國家重點學科安全技術及工程博士點學科帶頭人，中國職業安全健康協會常務理事，教育部高等學校安全工程教學指導委員會委員，《西安科技大學學報》副主編，《采礦與安全工程學報》等雜志編委。主要從事礦井瓦斯災害防治理論和技術的教學與科研工作。獲百千萬人才工程國家級人選，國家有突出貢獻中青年專家，享受國務院政府特殊津貼。主持和參加國家級、省部級項目10余項，獲國家科技進步二等獎1項，國家教學成果二等獎2項，省部級獎近20項，發表科技學術論文300余篇，被SCI、EI等收錄60余篇，獲國家發明專利、實用新型專利、軟件著作權等60余項。出版著作5部，主編教材11部。

作 者

李樹剛^１,２，劉李東^１，趙鵬翔^１,２，林海飛^１,２，徐培耘^１，卓日升^１

單 位

１．西安科技大學 安全科學與工程學院；２．西安科技大學 西部礦井開采及災害防治教育部重點試驗室

摘 要

為研究綜采工作面采動覆巖壓實區演化綜合因素影響效應，運用物理相似模擬試驗及理論分析相結合的研究方法，開展不同采高（2m

研究背景

受采動影響，采空區上覆巖層原巖應力發生改變，圍巖出現垮落、破斷和彎曲下沉等現象，形成了采空區采動覆巖裂隙網絡，并且隨著開采進程持續演化，為采動卸壓瓦斯的儲集與運移提供了適宜的空間。

采動覆巖裂隙網絡演化規律對辨識卸壓瓦斯儲運區域，建立卸壓瓦斯精準抽采系統具有重要影響。對于采動覆巖裂隙形態，錢鳴高、許家林提出了“Ｏ”型圈模型；袁亮等提出了高位裂隙環形體模型；伍永平等建立了區段間圍巖失穩模型；汪峰

等建立了松散層拱結構模型?；陉P鍵層理論，筆者等運用物理模擬與數值模擬的方法，提出了采動裂隙橢拋帶理論， 并進一步研究了不同采高、推進速度、煤層傾角、開采方式對裂隙演化規律的影響。楊科等通過理論分析與模擬實驗相結合的方法，研究了多關鍵層運移對采動裂隙演化規律的影響，發現采動裂隙隨關鍵層的破斷呈“跳躍式”向上擴展。何富連等研究了特厚煤層采用長壁機械化放頂煤開采時，關鍵層垮落后會形成低懸臂梁和高鉸梁結構?；诓蓜恿严稒E拋帶理論，文獻[16-20]對不同傾角、推進速度、采高、緩傾斜條件下的卸壓瓦斯運移優勢通道形態演化規律進行研究，建立了采動卸壓瓦斯優勢通道演化模型。文獻[21-24]運用物理模擬與理論分析相結合的方法，研究了急傾斜條件下的采動覆巖失穩機理，獲得了急傾斜煤巖體動力失穩災害的治理方法。文獻[25-28]研究了保護層巖性、保護層層間距、保護層層位等不同條件下采動覆巖裂隙發育規律，得到了相應的煤層瓦斯卸壓效果。通過物理模擬、數值模擬與理論分析相結合的方法，文獻[２29-30]研究了巨厚煤層開采條件下的覆巖裂隙運移規律，獲得了圍巖應力演化和來壓規律，有效預防了巨厚煤層開采導致的頂板事故。

文章部分圖表

表 １ 上覆巖層物理力學參數

圖1 位移測點及傳感器布置示意

表 ２ 模擬試驗材料配比

圖 ２ 不同影響因素下覆巖“三帶”高度

圖 ３ 覆巖貫通度變化規律

圖 ４ 覆巖離層率變化規律

圖 ５ 不同影響因素下覆巖壓實區形態變化

圖 ６ 不同影響因素下覆巖壓實區形態特征

圖 ７ 高位鉆孔布置俯視圖

圖 ８ 高位鉆孔布置側視圖

表3 10號、11號高位鉆場鉆孔布置參數

圖 ９ 瓦斯抽采純量占比

圖10 瓦斯濃度分布

結 論

１）覆巖“三帶”高度隨著采高、煤層傾角的增大呈線性增大趨勢，隨著推進速度的增大呈線性減小趨勢。

２）覆巖貫通度離煤層頂板越遠，數值越小，并達到一定高度后，出現迅速減小的現象，且該突變點高度與采高增大、煤層傾角增大以及推進速度減小呈正相關關系。

３）構建了以覆巖貫通度突減、覆巖離層率突增以及斷裂帶發育高度為依據的覆巖壓實區邊界判定準則。

４）壓實區形態發育受多種因素影響，采高增加主要導致壓實區高度增大，達到23.7ｍ；推進速度增大對壓實區高度與寬度影響程度較為一致，分別達到11.1ｍ 和11.5ｍ；煤層傾角增大對壓實區寬度影響明顯，使其增加14ｍ，并導致壓實區從對稱橢圓拋物面，逐漸向工作面側偏移。

５）構建了多因素影響下的采動裂隙橢拋帶壓實區演化綜合效應模型，并結合工程實踐，有效提高綜采工作面覆巖壓實區裂隙動態演化規律影響因素分析 了現場瓦斯治理效果，保證了工作面的安全回采。

引用格式

李樹剛，劉李東，趙鵬翔,等.綜采工作面覆巖壓實區裂隙動態演化規律影響因素分析［J］.煤炭科學技術,2022,50（1）：95-104.LI Shugang, LIU Lidong,ZHAO Pengxiang，et al.Analysis and application of fracture evolution law of overburden compacted area on fully-mechanized mining face under multiple factors［J］.Coal Science and Technology，2022，50（1）：95-104.

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