[发明专利]水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度预计方法

说明书

水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度预计方法，包括以下步骤：（1）利用概率积分法计算覆岩不同埋深水平岩层的移动变形；（2）利用岩层面拉伸率ε_S来表征覆岩内岩层层面法向方向上裂隙发育程度；（3）绘制在不同埋深水平岩层的层面拉伸率分布图；（4）确定不同岩性岩层导水的临界层面拉伸率ε’_S；（5）对目标矿井的不同埋深水平岩层层面拉伸率分布图进行判断，得到水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度的预计值。本发明理论基础严谨，可操作性强，并且将影响导水裂隙的地质和采矿条件充分考虑，能够对导水裂隙带发育高度的计算定量化，摆脱了以往过度对经验公式的依赖，对于水体下采煤工作面发生溃水危险性的评价具有一定的优势。

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度预计方法。

背景技术

岩层的采动裂隙是水体渗流和瓦斯聚集运移的通道，其研究意义重大，无论是保护地表生态环境的保水开采技术，还是防治上覆含水岩土层的溃水溃沙等一系列煤矿安全隐患都与此相关。以陕西省铜川市照金煤矿为例，该矿工作面在2013年发生过一次涌水量约50000立方米的透水事故，2015年12月、2016年3月又相继发生两次小型突水事故，在2016年4月25日，202综采工作面由于顶板含水层导通井下工作面发生一起透水事故。目前我国煤矿生产以往对于煤层开采引起上覆岩层破坏高度的研究多是根据现场实测的结果，或者类比方法建立起来的经验公式，对于覆岩破坏的规律多依赖于相似模拟和数值模拟研究手段。上述研究尽管取得了较丰富的成果，但是对岩层产生断裂形成导水裂隙带的机理研究较少，没有能够对岩层导水裂隙进行定量化的计算和判断。因此以覆岩岩层的移动变形来研究岩层采动裂隙的发育，进而对采空区上部导水裂隙带发育高度进行预计，对于解决井下工作面顶板突水具有极其重要的理论指导意义和使用价值。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种满足我国煤炭工业可持续发展和安全生产的需求、从覆岩移动变形为基础、计算简便易于操作的水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度预计方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度预计方法，包括以下步骤：

（1）在覆岩概率积分法预计参数分析的基础上，利用概率积分法计算覆岩不同埋深水平岩层的移动变形；

（2）利用岩层层面拉伸率ε_S来表征覆岩内岩层层面法向方向上裂隙发育程度，从而衡量岩层裂隙通过水或气的能力；

（3）在覆岩移动变形计算的基础上，绘制在不同埋深水平岩层的层面拉伸率分布图；

（4）利用国内覆岩导水裂隙带发育高度实测值分析的基础上，确定不同岩性岩层导水的临界层面拉伸率ε’_S；

（5）利用岩层导水的临界层面拉伸率ε’_S对目标矿井的不同埋深水平岩层层面拉伸率分布图进行判断，得到水体下采煤覆岩导水裂隙带发育高度的预计值。

所述步骤（1）中覆岩概率积分法参数关于埋深z的函数包括下沉系数q(z)、拐点偏移距S(z)以及主要影响半径R(z)；

式中：n_q——下沉系数影响系数，主要与覆岩岩性有关；