張文泉，王在勇，吳欣燾，邵建立，雷 煜，吳緒南

頂板離層水突涌模式及預(yù)防技術(shù)模擬研究

張文泉1,2，王在勇1,2，吳欣燾1,2，邵建立1,2，雷 煜1,2，吳緒南1,2

(1. 山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制重點實驗室，山東 青島 266590；2. 山東科技大學(xué) 礦業(yè)工程國家級實驗教學(xué)示范中心，山東 青島 266590)

為預(yù)防頂板離層水突涌產(chǎn)生的安全事故，提出了部分充填方案進(jìn)行模擬研究。首先通過現(xiàn)有資料總結(jié)分析全國發(fā)生的多種離層水害事故，深入研究離層積水致災(zāi)模式；然后以陜西某礦首采區(qū)1307工作面的離層水害事故為例，分析其水文地質(zhì)條件、上部含水層和離層水突涌的關(guān)系，利用3DEC數(shù)值軟件模擬工作面頂板離層空間發(fā)育特征；最后根據(jù)該礦的實際情況，提出部分充填開采方式預(yù)防離層水突涌的技術(shù)措施，并對該礦的部分充填方案進(jìn)行優(yōu)化模擬研究。研究結(jié)果表明：根據(jù)發(fā)生條件的不同將離層水突涌劃分為5種模式，離層積水過程分為初始積水期、積水至滿期和裂隙擴展期；在保持充填率不變的情況下，隨著走向采寬和充填寬度的同時同量增加，充填體對上覆巖層支撐作用逐漸增強，離層下部隔水層出現(xiàn)兩側(cè)應(yīng)力增大現(xiàn)象，最佳部分充填方案為采寬80 m，充填寬度80 m，為頂板離層水害的預(yù)防提供新的思路。

離層水突涌模式；數(shù)值模擬；部分充填；優(yōu)化；預(yù)防

近20 a來，頂板離層水害作為一種新的頂板水害類型給煤礦安全生產(chǎn)帶來了巨大威脅，離層水害具有突涌征兆不明顯、瞬時水量大、周期性突涌水且威脅大等特點，造成采區(qū)與工作面被淹[1-4]及礦工人身傷亡的嚴(yán)重事故，引起煤礦企業(yè)和許多專家的重視[5-7]。發(fā)生離層水突涌事故的煤礦廣泛存在于山東、安徽、陜西、遼寧、重慶等13個省(直轄市)。由于各地區(qū)巖層沉積環(huán)境不同，離層水發(fā)生突涌的機理也是復(fù)雜多變的。

為更好地預(yù)防這種水害的發(fā)生，許多學(xué)者對離層水突涌機理與突涌模式及防治措施進(jìn)行了深入研究。王啟慶等[8]、喬偉等[9-10]提出采場頂板離層水井下探放技術(shù)，基于現(xiàn)場情況設(shè)計多種實施方案，還提出以地面直通式導(dǎo)流孔技術(shù)為主、井下探放技術(shù)為輔的綜合治理措施，通過相關(guān)的數(shù)值模擬進(jìn)行驗證，并應(yīng)用于工程實踐。還有部分學(xué)者提出對離層水上方的砂巖富水區(qū)進(jìn)行鉆孔超前疏放，提前降低離層水突涌危害程度，對于防治離層水突涌產(chǎn)生積極的推動作用[11-13]。LI Hongjie等[14]、呂玉廣等[15]深入分析離層水突涌發(fā)生的條件，借此判斷離層水的危害程度，最后總結(jié)頂板離層水突涌的預(yù)防措施[16-18]。目前，頂板離層水突涌的防治都是通過鉆孔疏水來進(jìn)行，鮮少有從工作面開采方式上預(yù)防離層水突涌的工程實例和研究成果。

筆者從礦井工作面的區(qū)域地質(zhì)采礦條件及離層水突涌機理出發(fā)，綜合考慮煤炭采出率、工作面設(shè)備搬家引起的停產(chǎn)及充填開采成本與經(jīng)濟效益等因素，提出利用部分充填方式控制積水離層空間發(fā)育，通過設(shè)計合理的走向采寬和充填寬度預(yù)防頂板離層水害事故。

1 頂板離層水突涌機理與突涌模式

1.1 離層形成力學(xué)機制

離層產(chǎn)生的實質(zhì)是弱面的破壞，主要包含剪裂和拉裂兩部分。由應(yīng)力平衡拱理論可知，拱外上覆巖層的重力由平衡拱傳遞至拱腳處，下位巖層不再起支撐作用，在自重的作用下逐漸下沉。上下巖層分離產(chǎn)生離層，受力情況[19]如圖1所示。

設(shè)法線與最小主應(yīng)力3方向夾角為，1為最大主應(yīng)力，則離層層面上的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為：

圖1 離層形成力學(xué)機制

這里取拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)，可知法向應(yīng)力為拉應(yīng)力。由于巖層層面受拉剪破壞，故離層形成的臨界條件[20]為：

將式(2)—式(3)代入式(1)，可得出最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力為：

頂板上覆巖層的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力滿足式(4)和式(5)時，巖層間發(fā)育離層。

1.2 離層水突涌模式

1.2.1 動水壓突水

積水離層空間的上覆堅硬頂板發(fā)生下沉垮落，并觸及離層水體，其內(nèi)部積聚的應(yīng)變勢能作用于離層水體，使其產(chǎn)生動水壓力。該動水壓力又作用于下部軟巖層，使軟巖層內(nèi)的張拉裂隙向上擴展發(fā)育，快速連通上部離層水體，進(jìn)而導(dǎo)致離層水突涌[21]，如圖2a所示。

1.2.2 巖層軟化致災(zāi)

根據(jù)對已發(fā)生離層水突涌礦井進(jìn)行機理研究，這類可分為導(dǎo)水裂隙帶波及積水離層空間和未波及積水離層空間2種情況：①砂巖水在下滲過程中對下位軟巖層產(chǎn)生侵蝕作用，導(dǎo)致巖層表層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)強度削弱及崩解現(xiàn)象，崩解巖石顆粒填充到下位巖層的微小裂隙間，使其形成再生隔水層。離層水能夠在離層空間積聚，并產(chǎn)生靜水壓力，隨著進(jìn)一步的侵蝕及靜水壓作用下，之前被填充的部分裂隙擴展發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致離層水突涌；②由于導(dǎo)水裂隙帶未波及積水離層空間，在離層空間發(fā)育過程中，離層水一開始就逐漸積聚并對下位軟巖層產(chǎn)生侵蝕作用。長期的侵蝕和水壓作用下，下位軟巖層內(nèi)的裂縫逐漸向上擴展發(fā)育，連通上部離層水體，導(dǎo)致離層水突涌，如圖2b所示。

1.2.3 覆巖荷載及水壓協(xié)同致災(zāi)

上位砂巖層富水性較強，離層空間積水速度極速增加，在短時間內(nèi)充滿了整個離層空間。此時，下位巖層承受上部巖層荷載及離層水體壓力，導(dǎo)致內(nèi)部裂隙發(fā)生失穩(wěn)并產(chǎn)生二次起裂，逐步擴展至巖層頂部溝通離層水體，如圖2c所示。

1.2.4 多煤層疊加開采突水

多煤層開采過程中也可發(fā)生離層水突涌，數(shù)量相對較少，但產(chǎn)生的危害性很大。離層水發(fā)生突涌的具體過程為：當(dāng)開采上煤層時，上方的下沉彎曲帶內(nèi)產(chǎn)生了離層空間并開始逐漸積水；到開采下煤層時，導(dǎo)水裂隙帶向上擴展，逐漸發(fā)育至離層水體底部，導(dǎo)致離層水發(fā)生突涌，如圖2d所示。

1.2.5 斷層離層耦合突水

工作面上方存在多個斷層時，斷層間也可能出現(xiàn)積水離層空間。隨著工作面推進(jìn)，離層水逐漸積聚，其離層邊界也逐漸向四周擴展，直到觸及到斷層帶時，引發(fā)離層水突涌。初期，離層水在斷層內(nèi)部滲流，到達(dá)垮落帶區(qū)域時，一般順著較大的采動裂隙突涌到工作面，造成離層水突涌事故，如圖2e所示。

圖2 離層水突涌模式劃分

1.3 離層積水致災(zāi)分析

各巖層厚度、抗拉強度不同，其被采礦擾動時出現(xiàn)不同步下沉，巖層層面間發(fā)育離層，而離層位于導(dǎo)水裂隙帶之上，其上位巖層若為砂巖含水層，則具備形成離層水。離層積水過程可分為3個階段：初始積水期、積水至滿期和裂隙擴展期，具體如圖3所示。

圖3 離層積水致災(zāi)過程

初始積水期：形成穩(wěn)定的積水離層空間后，含水層水順孔隙、原生裂隙流入離層空間，離層開始積水。同時，由于工作面的繼續(xù)推進(jìn)，離層空間逐漸變大，故離層空間和離層水體積都呈動態(tài)增加趨勢。

積水至滿期：隨著離層空間的逐漸變大，含水層層面的可滲流區(qū)域也將變大，離層內(nèi)單位時間積水流量增加。當(dāng)離層空間發(fā)育至最大時，離層積水流量達(dá)到最大，快速充滿整個離層空間，上位含水層水位將達(dá)到最低點。

裂隙擴展期：離層空間積水完畢后，由于水的不可壓縮性，上位巖層的荷載作用于離層水體，使下位巖層的裂隙在荷載作用下開始逐漸向上擴展，并發(fā)育至離層水體下部邊界，導(dǎo)致離層水發(fā)生突涌。在這個期間，含水層不再向離層空間充水，在地下水水力作用下該區(qū)域水位逐漸恢復(fù)。當(dāng)離層水發(fā)生突涌時，水體短時間內(nèi)滲流而出，此時含水層繼續(xù)向離層空間充水，使含水層水位再次迅速降低，直到離層下方裂隙閉合為止。

2 頂板離層發(fā)育特征數(shù)值模擬分析

2.1 工程背景

2.1.1 礦井地層特征

陜西某煤礦首采區(qū)1307工作面位于采區(qū)的東南翼，工作面走向長1 307~1 382 m，傾向?qū)?55 m，主采煤層為3煤，平均厚度10.6 m，平均傾角6°，煤層底板高程為+760~+879 m。

研究區(qū)內(nèi)地層由老至新依次為：三疊系中統(tǒng)銅川組，侏羅系下統(tǒng)富縣組、中統(tǒng)延安組、直羅組、安定組，白堊系下統(tǒng)宜君組、洛河組，新近系及第四系中上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)。

2.1.2 水文地質(zhì)特征及突水

研究區(qū)主要含(隔)水層可劃分為新生界含(隔)水層、白堊系砂礫巖含水層、侏羅系安定組泥巖隔水層、侏羅系直羅組砂巖含水層、侏羅系延安組砂巖含水層(包含煤層)、侏羅系富縣組泥巖隔水層和三疊系銅川組砂巖含水層，綜合柱狀如圖4所示。

經(jīng)分析，白堊系下統(tǒng)宜君組礫巖裂隙含水層對工作面生產(chǎn)影響最大，其鉆孔單位涌水量為0.006 1~0.379 6 L/(s·m)，富水性為弱–中等，在開采過程中具有較大的頂板水害威脅。

工作面推進(jìn)過程中，出現(xiàn)兩次頂板離層水突涌事故，第1次涌水量相對較小，當(dāng)時認(rèn)為是頂板淋水；第2次涌水量較大，但未影響到工作面開采，后續(xù)相鄰的1304工作面則發(fā)生了3次較為嚴(yán)重的離層水突涌事故，最大涌水量分別達(dá)280、260、420 m3/h，工作面排水系統(tǒng)被淹，被迫停產(chǎn)。

后期發(fā)現(xiàn)工作面潰出物多以灰色、綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖為主，研究認(rèn)為宜君組含水層為主要充水含水層，安定組泥巖為隔水層，這兩巖層間產(chǎn)生離層積水空間。

2.1.3 含水層水位變化對離層水發(fā)育的影響

含水巖層內(nèi)孔隙、裂隙儲存大量地下水，對離層空間起到水源補給作用。離層積水過程導(dǎo)致含水層水位逐漸下降，離層水突涌更會導(dǎo)致含水層水位發(fā)生異常變化，故這里根據(jù)研究區(qū)鉆孔探測的水位變化情況來分析研究區(qū)的離層積水過程，具體如圖5所示。

由圖5可看出，A區(qū)域處工作面推進(jìn)距離350~400 m，A區(qū)域前含水層水位持續(xù)下降，說明在向離層空間補給水源；A區(qū)域后為水位恢復(fù)階段，未對離層空間充水，可能原因為離層空間已積滿離層水。B區(qū)域處工作面推進(jìn)距離650~700 m，B區(qū)域前，含水層水位一直保持緩慢升高狀態(tài)，至B區(qū)域后突然發(fā)生水位快速下降，隨后水位逐漸恢復(fù)，分析認(rèn)為離層水已發(fā)生突涌事故，造成離層空間和含水巖層接觸面增大，進(jìn)而含水層內(nèi)的地下水借助裂隙通道向離層空間快速滲流。

圖4 水文地質(zhì)綜合柱狀圖

圖5 研究區(qū)工作面推進(jìn)過程中鉆孔水位變化曲線

2.2 數(shù)值模擬模型

為研究1307工作面上覆巖層離層空間的發(fā)育規(guī)律，采用3DEC數(shù)值模擬軟件建立計算模型。根據(jù)該工作面地質(zhì)條件，模型尺寸設(shè)計為500 m× 2 m×275 m，前后和左右邊界施加水平約束，底部邊界固定，上部為自由邊界。模型中煤巖體變形破壞采用摩爾–庫倫準(zhǔn)則，設(shè)計采高為10 m，采出率為100%。工作面采深為600 m，模型頂部為泥巖，泥巖上方宜君組巨厚礫巖層、洛河組巖層、新近系和第四系通過均布荷載代替，其值為8.12 MPa。模型兩側(cè)留設(shè)80 m邊界煤柱，工作面每次推進(jìn)20 m。工作面為綜采工作面，離層空間發(fā)育于第9層泥巖和第10層粉砂巖間。為測量離層空間發(fā)育高度，在距底板巖層高度240 m的泥巖和260 m的砂巖處分別布置一組位移測線，各測線中布置位移測點，間隔30 m，如圖6所示。

圖6 數(shù)值模擬模型

2.3 頂板離層發(fā)育分析

根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)，當(dāng)工作面推進(jìn)到100 m時，第10層粉砂巖和第9層泥巖層面分離，積水離層空間開始形成，隔水層厚度為130.36 m，不會產(chǎn)生離層水突涌。當(dāng)工作面推進(jìn)到220 m時，積水離層空間高度達(dá)到最大，為7.141 m(圖7)。當(dāng)工作面推進(jìn)到320 m時，上覆堅硬頂板層面間發(fā)生節(jié)理，進(jìn)而發(fā)生連續(xù)破斷。當(dāng)上位堅硬巖層破斷后，左側(cè)部分較右側(cè)部分下沉值更大，這是因為左側(cè)巖層獨立承載上覆巖層時間更長，產(chǎn)生蠕變反應(yīng)。

隨著工作面的推進(jìn)，積水離層空間的上部砂巖和下部泥巖發(fā)生不同程度下沉。通過布置監(jiān)測點獲得巖層下沉值，獲得工作面推進(jìn)過程中積水離層空間發(fā)育規(guī)律，結(jié)果如圖7所示。

圖7 工作面推進(jìn)時積水離層空間發(fā)育特征

上部砂巖下沉過程中引發(fā)離層水突涌，造成工作面瞬時涌水量突然增大，危及工作面的正常推進(jìn)。為預(yù)防頂板離層水突涌事故，通過控制上覆巖層的垮落來抑制離層空間發(fā)育，使離層空間可積水量變小，從源頭上消除離層水積聚。在工作面開采技術(shù)方面，一般可采用條帶開采、全充填開采、部分充填開采和限制采高這些措施來控制離層空間發(fā)育，而考慮到煤炭采出率、工作面設(shè)備搬家引起的停產(chǎn)以及全充填開采的成本與經(jīng)濟效益問題，部分充填方式預(yù)防頂板離層水突涌更為適宜。

3 部分充填開采設(shè)計優(yōu)化模擬

3.1 充填材料巖石力學(xué)參數(shù)室內(nèi)實驗

為了使充填體更好地支撐上覆巖層重力，同時具有較好的阻水能力，需通過材料配比實驗控制，對充填體材料的力學(xué)性能參數(shù)和抗?jié)B性能進(jìn)行測試，室內(nèi)實驗分別以粉煤灰、水泥和黏土為原料，配以發(fā)泡劑(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0或2%)增強材料性能，共設(shè)計了24組材料配比方案。其中水灰比為1︰2。材料組分配比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1。

表1 試驗材料組分配比方案

注：A-0表示發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，A-1表示發(fā)泡劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，其余同。

將充填體配比完成后，放入養(yǎng)護(hù)箱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。再按照實驗要求，對充填體分別進(jìn)行抗壓強度、抗?jié)B性能、巴西劈裂等力學(xué)強度性能測試，得到各試件的物化性能。根據(jù)該煤礦工作面埋深及頂板滲水情況，選擇E-1，G-0，H-0，L-0四組充填體，進(jìn)一步考慮工作面充填開采的成本問題(水泥少用粉煤灰多用原則)，則充填體E-1為部分充填材料的最佳配比方案，其力學(xué)參數(shù)見表2。

表2 E-1組充填體的力學(xué)參數(shù)

3.2 部分充填開采方案優(yōu)化模擬

為了更有效地預(yù)防離層水突涌，結(jié)合上述2.3節(jié)數(shù)值模擬得出的結(jié)果，采用部分充填開采方式用于控制積水離層空間的發(fā)育。部分充填尺寸對部分充填的穩(wěn)定性影響很大，有研究表明，部分充填的寬高比小于0.8時，不利于充填體的自身穩(wěn)定[21]，故本文設(shè)計部分充填開采方案寬高比大于0.8，并考慮部分充填區(qū)域頂?shù)装逡平繛椴珊竦?0%(即充填率為80%)。根據(jù)2.3節(jié)模擬結(jié)果，煤層開采推進(jìn)100 m時出現(xiàn)離層空間，即砂巖水能夠在離層空間內(nèi)積聚，故設(shè)計工作面走向采寬和充填寬度不超過100 m。模擬設(shè)計方案見表3。

表3 部分充填的開采方案

通過分析各方案模擬獲得的隔水層厚度、積水離層空間發(fā)育情況、下部巖層的應(yīng)力、充填體穩(wěn)定性等監(jiān)測結(jié)果，可得到最優(yōu)的部分充填開采方案。

3.3 結(jié)果與討論

3.3.1 導(dǎo)水裂隙帶分析

各方案導(dǎo)水裂隙帶及離層發(fā)育情況見表4。由表4可知，隨著走向采寬和充填寬度的同量增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大。方案1和方案2中未發(fā)育離層，方案3和方案4彎曲下沉帶內(nèi)均發(fā)育2個積水離層空間。方案3和方案4左側(cè)離層空間發(fā)育高度均大于右側(cè)，同時，方案3和方案4中的2個離層空間比例系數(shù)(離層間距離和充填寬度的比值)均較大，說明2個離層獨立發(fā)育并積聚少量離層水，判斷不會對工作面生產(chǎn)造成危害。

表4 各方案導(dǎo)水裂隙帶及離層發(fā)育情況

注：0.692/0.301表示左側(cè)離層空間最大發(fā)育高度/右側(cè)離層空間最大發(fā)育高度。

3.3.2 不同方案的垂直應(yīng)力分布規(guī)律

通過分析，采空區(qū)巖層垮落下沉，應(yīng)力被釋放，最大垂直應(yīng)力集中于煤柱和充填體區(qū)域(表5)。

表5 各方案垂直應(yīng)力分布情況

隨著走向采寬和充填寬度的增加，煤柱區(qū)域最大垂直應(yīng)力變化不大，較穩(wěn)定；充填體最大垂直應(yīng)力呈增長趨勢，表明充填體對上覆巖層支撐作用逐漸增強，在控制上覆隔水層穩(wěn)定性中能夠發(fā)揮較大的作用。

3.3.3 充填體穩(wěn)定性分析

如圖8所示，充填率為80%，充填體上覆巖層將發(fā)生彎曲下沉，充填體上部存在塑性區(qū)。方案1中僅充填體上部出現(xiàn)少量塑性區(qū)，充填體底板塑性分布較多；方案2中充填體上部和中下部存在少量塑性區(qū)，充填體底板塑性分布比方案1少；方案3中僅充填體上部存在少量塑性區(qū)，充填體底板塑性分布比方案1和方案2都少；方案4中充填體上部存在少量塑性區(qū)，充填體下方底板塑性分布較少，但充填體兩側(cè)底板塑性破壞明顯增多，故綜合分析確定方案3穩(wěn)定性更好。

圖8 不同方案下的塑性區(qū)范圍

綜上所示，當(dāng)充填率不變時，隨著走向采寬和充填寬度的增加，導(dǎo)水裂隙帶高度逐漸增大，隔水層厚度逐漸減少，充填體對上覆巖層支撐作用更顯著，充填體塑性破壞范圍占充填體面積的比例相對降低，充填體下部底板塑性影響也有所降低。但方案3的塑性影響相對方案4更低，同時，方案3的隔水層厚度91.09 m對于控制離層水突涌具有更好的效果，故得出最佳部分充填開采方案為方案3，即采寬80 m，充填體寬80 m。鄂爾多斯盆地內(nèi)侏羅紀(jì)煤田離層水突涌頻發(fā)，主要原因是軟弱泥質(zhì)巖和弱膠結(jié)砂巖的沉積以及厚煤層的高強度采動。這一研究思路應(yīng)用于鄂爾多斯盆地高家梁煤礦20303工作面，煤層采用一次采全高走向長壁采煤法開采，為預(yù)防頂板出現(xiàn)離層水砂突涌，通過走向條帶煤柱與部分充填相結(jié)合的方式，控制頂板含水層向下滲水，工作面開采至今未發(fā)生突水事故，取得了良好的防治效果，說明部分充填方案有利于預(yù)防離層水突涌。

4 結(jié)論

a. 將頂板離層水突涌模式分為動水壓突水、巖層軟化致災(zāi)、覆巖荷載及水壓協(xié)同致災(zāi)、多煤層疊加開采突水和斷層離層耦合突水；頂板離層積水致災(zāi)過程劃分為初始積水期、積水至滿期和裂隙擴展期。

b. 利用數(shù)值模擬分析了陜西某煤礦首采區(qū)1307工作面離層空間形成到發(fā)育至最大的過程，提出對工作面采用部分充填的開采方式；依據(jù)充填方案的模擬優(yōu)化結(jié)果，提出采寬80 m、充填體寬80 m為最優(yōu)充填方案。

c. 在其他煤礦工作面應(yīng)用部分充填開采方式時，應(yīng)重新分析其地質(zhì)采礦條件及離層水突涌機理與突涌模式，并模擬計算最優(yōu)的部分充填開采方案。

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Investigation and simutation on the model and prevention technology of water inrush from roof bed separation

ZHANG Wenquan1,2, WANG Zaiyong1,2, WU Xintao1,2, SHAO Jianli1,2, LEI Yu1,2, WU Xunan1,2

(1. Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China; 2. National Experimental Teaching Demonstration Center for Mining Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China)

In order to prevent water inrush from roof separation, a partial backfill scheme is proposed for simulation study. First of all, based on the existing data, many kinds of separation water inrush accidents occurred in China were summarized and analyzed, and the disaster model of separation water accumulation was studied deeply. Then, taking the separation water accident of 1307 working face in the first mining area of a mine in Shaanxi Province as an example, the hydrogeological conditions and the relationship between upper aquifer and separation water inrush were analyzed, and the development characteristics of roof separation space of working face were simulated by 3DEC numerical software. Finally, according to the actual situation of the mine, the technical measures to prevent water inrush from bed separation by partial backfill mining method were put forward, and the partial backfill scheme of the mine was optimized and simulated. The results showed that according to the different occurrence conditions, water inrush from roof bed separation was divided into five models. The process of separation water accumulation could be divided into initial water accumulation period, full water period and crack propagation period. When the filling rate unchanged, with the increase of strike mining width and backfill width at the same time, the supporting effect of the backfill strip on the overlying strata increased gradually, and the stress in the lower aquifer of the bed separation increased on both sides. The best scheme of partial backing is 80 m mining width and 80 m backfill width, which provides a new idea for the prevention of water inrush from roof bed separation.

model of water inrush from bed separation; numerical simulation; partial backfill; optimization; prevention

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語音講解

TD745

A

1001-1986(2021)01-0217-08

2020-11-12；

2021-01-15

國家自然科學(xué)基金項目(51774199)

張文泉，1965年生，男，山東淮坊人，教授，博士生導(dǎo)師，從事特殊開采、礦井水害防治相關(guān)工作. E-mail：wenquanzhang@163.com

王在勇，1994年生，男，四川廣元人，碩士研究生，從事煤礦頂板水害研究工作. E-mail：zaiyongwang@163.com

張文泉，王在勇，吳欣燾，等. 頂板離層水突涌模式及預(yù)防技術(shù)模擬研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(1)：217–224. doi：10.3969/j.issn.1001-1986.2021.01.023

ZHANG Wenquan，WANG Zaiyong，WU Xintao，et al. Investigation and simutation on the model and prevention technology of water inrush from roof bed separation[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(1)：217–224. doi: 10.3969/j.issn.1001- 1986.2021.01.023

(責(zé)任編輯 周建軍)