吳緒南，張文泉，王永潔，高 龍，張 劍，顧士超，李 壯

（1.天地（榆林）開(kāi)采工程技術(shù)有限公司，陜西 榆林 719000；2.山東科技大學(xué)能源與礦業(yè)工程學(xué)院，山東 青島 266590；3.陜西省榆林市大梁灣煤礦有限公司，陜西 榆林 719000；4.陜西益東礦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 神木 719300）

0 引言

煤炭資源在我國(guó)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。近十年來(lái)，全國(guó)煤礦發(fā)生多起突水潰砂事故，東部地區(qū)普遍存在新近系松散含水覆蓋層，在進(jìn)行近松散層煤層開(kāi)采時(shí)，面臨突水潰砂災(zāi)害的威脅；而我國(guó)的西部地區(qū)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，埋藏較淺，煤層上覆基巖較薄，多為厚松散層覆蓋，部分厚松散層含水量較大，因此在開(kāi)采過(guò)程中存在上覆基巖被破壞形成通道貫通松散層從而引發(fā)突水潰砂災(zāi)害[1-2]。

針對(duì)薄基巖工作面開(kāi)采突水潰砂問(wèn)題，眾多學(xué)者展開(kāi)了深入的研究[3-8]。隋旺華等[9-11]通過(guò)采動(dòng)裂縫水砂突涌試驗(yàn)得出上覆松散土層發(fā)生從上往下滲透變形破壞的臨界水力坡度與土層粒度成分、物理力學(xué)性質(zhì)和裂縫尺寸的關(guān)系。許延春等[12-13]從覆巖裂隙破壞發(fā)展規(guī)律及松散層砂土顆粒性質(zhì)入手，研究了工作面突水潰砂機(jī)制并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。李鋒等[14]利用自主研發(fā)的頂板動(dòng)壓與突水潰砂試驗(yàn)平臺(tái)模擬突水潰砂和頂板大面積切落并發(fā)災(zāi)害的發(fā)生過(guò)程、發(fā)生條件、頂板破斷特征、支架載荷特點(diǎn)、裂隙發(fā)育特征。張杰等[15-16]通過(guò)巖塊端角接觸面不同高度濾砂試驗(yàn)，獲得了不發(fā)生潰砂的臨界接觸面高度。杜峰等[17-18]通過(guò)統(tǒng)計(jì)法對(duì)西部礦區(qū)突水潰沙類(lèi)型進(jìn)行了分類(lèi)，利用自制裝置分析了災(zāi)害中粒徑、孔隙度等因素對(duì)壓力梯度和突沙量的影響。肖成[19]通過(guò)格子方法和多相流理論對(duì)裂隙巖體水沙兩相流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了理論分析。梁艷坤等[20-21]利用離散元方法建立了垮落帶破碎巖體潰砂數(shù)值模型。浦海等[22-23]借助LBM-DEM 耦合模擬方法模擬砂粒在單裂隙開(kāi)口通道流場(chǎng)中的流動(dòng)情況，深入分析了水砂兩相流動(dòng)運(yùn)移規(guī)律。

目前，對(duì)于近松散層薄基巖工作面開(kāi)采突水潰砂問(wèn)題的研究有了一定的理論基礎(chǔ)，但很少有學(xué)者將受采動(dòng)影響和水的滲透侵蝕作用條件下工作面頂板破斷與突水潰砂并發(fā)災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)一研究，并且關(guān)于黏土隔水層（本文以紅土層為主）的研究以定性研究居多，定量分析還存在不足。在物理相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中，由于一定的封閉性和不可觀測(cè)性，裂隙中水沙流動(dòng)、裂隙網(wǎng)絡(luò)分布等因素難以觀測(cè)。PFC 是基于顆粒流離散元原理的數(shù)值模擬方法，能夠較好地處理非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問(wèn)題，有效地模擬介質(zhì)的開(kāi)裂、移動(dòng)等非連續(xù)現(xiàn)象。因此，采用PFC 顆粒流模擬方法可以清晰地觀察到水砂在裂隙通道中的突涌過(guò)程，對(duì)預(yù)防礦井突水潰砂災(zāi)害事故有重要意義。

1 工作面突水潰砂概況

1.1 工作面地質(zhì)概況

陜西郝家梁煤礦位于榆神礦區(qū)一期規(guī)劃區(qū)的東南部，井田范圍內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，3 號(hào)主采煤層厚度最大，平均7.5 m，埋深一般為130～180 m，煤層平均傾角0.6°，具有較好的開(kāi)采技術(shù)條件，應(yīng)用大采高綜采工藝回采。30108 工作面被第四系松散沉積物覆蓋，堆積物主要有全新統(tǒng)風(fēng)積沙沖洪積層、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組、中更新統(tǒng)離石組、新近系上新統(tǒng)靜樂(lè)組、侏羅系中統(tǒng)延安組、下統(tǒng)富縣組等。第四系更新統(tǒng)黃土孔隙裂隙含水層是30108 工作面的直接充水水源，地表河流和第四系沖洪積層孔隙潛水、上更新統(tǒng)薩拉烏蘇組含水層通過(guò)補(bǔ)給第四系黃土含水層對(duì)工作面產(chǎn)生充水影響，是工作面的間接充水水源，預(yù)計(jì)該工作面的正常涌水量為112 m3/h，事故區(qū)地層綜合柱狀圖如圖1 所示。

圖1 事故區(qū)地層綜合柱狀圖Fig.1 Comprehensive histogram of the stratigraphy of the accident area

1.2 突水潰砂災(zāi)害分析

30108 工作面相鄰的30105 工作面、30106 工作面、30107 工作面已完成7 m 大采高開(kāi)采，30108 工作面為礦井第四個(gè)回采工作面，基本位置分布如圖2所示。30108 工作面屬于復(fù)雜條件下的厚煤層大采高綜采，且工作面切眼位于河床正下方，相比于以往回采的工作面，單次開(kāi)采設(shè)計(jì)高度增加至8.3 m，但初采期采煤高度未大于6.5 m，30108 工作面開(kāi)采過(guò)程中自切眼推進(jìn)20 m 左右后發(fā)生突水潰砂事故。

圖2 工作面位置示意圖Fig.2 Location schematic diagram of working face

隨著工作面不斷開(kāi)采，頂板巖層受到采動(dòng)應(yīng)力和自身及上覆巖層重力的影響，當(dāng)采空區(qū)懸空面積增大到一定程度，超過(guò)巖層的極限破壞強(qiáng)度時(shí)，巖層發(fā)生斷裂、垮落，形成的裂縫貫通至上覆松散層。采動(dòng)裂縫成為涌水通道，水體流失會(huì)形成較大的水力坡度，在通道達(dá)到一定寬度，砂體顆粒所受到的外力超過(guò)顆粒運(yùn)移的阻力時(shí)，涌水口的砂體會(huì)在自重應(yīng)力、圍巖壓力及水壓力的作用下發(fā)生運(yùn)移，砂體會(huì)在通道中相互擠壓、摩擦，當(dāng)砂體顆粒所受到的外力大于砂體運(yùn)動(dòng)阻力，砂體便會(huì)穿過(guò)通道潰入采空區(qū)或工作面，從而形成礦井突水潰砂災(zāi)害。圖3 為郝家梁煤礦30108 工作面突水潰砂示意圖。

圖3 工作面突水潰砂示意圖Fig.3 Schematic diagram of water and sand inrush in the working face

2 數(shù)值模型構(gòu)建

PFC 離散元模擬軟件的計(jì)算原理是運(yùn)用時(shí)步迭代的方式，使得顆粒與顆粒接觸重復(fù)使用牛頓第二定律和廣義胡克定律，離散元方法能夠較好地處理非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問(wèn)題，有效地模擬介質(zhì)的開(kāi)裂、擴(kuò)展、延伸、移動(dòng)等非連續(xù)現(xiàn)象。

根據(jù)郝家梁煤礦30108 工作面附近的鉆孔數(shù)據(jù)平均厚度構(gòu)建顆粒流數(shù)值模型，模型長(zhǎng)250 m，高140 m，左右兩側(cè)和底部為固定邊界，模型上界面為自由界面。整個(gè)模型巖層結(jié)構(gòu)按照實(shí)際覆巖地層層序和巖性設(shè)置，為保證計(jì)算的效率和精度，顆粒半徑按照一定的比例進(jìn)行放大，顆粒半徑范圍為0.4～0.6 m。

本文中巖層內(nèi)部顆粒之間的接觸模型均選取線性平行黏結(jié)模型（Linearpbond），平行鍵可以在顆粒之間傳遞力和力矩，此模型常被廣泛用于模擬密實(shí)材料。模型中的紅土、黃土兩種材料選取的接觸模型為線性接觸黏結(jié)模型（Linearcbond），線性接觸黏結(jié)強(qiáng)度的大小受抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度的影響。不同巖石之間或土層之間選取光滑接觸模型（smooth-joint）。參考其他研究文獻(xiàn)參數(shù)設(shè)置及現(xiàn)場(chǎng)取樣所測(cè)得的巖石及土體的物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)模型賦參見(jiàn)表1 和表2。PFC 模型中巖石的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)主要由平行黏結(jié)模型中因素（有效模量、剛度比、抗拉強(qiáng)度、內(nèi)聚力、密度、摩擦因數(shù)等）決定；土體的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)主要由接觸黏結(jié)模型中因素（有效模量、剛度比、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、密度、摩擦因數(shù)等）決定。當(dāng)巖土體的各項(xiàng)宏觀力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)的模擬值與實(shí)際值的誤差小于5%，此時(shí)該模型使用的強(qiáng)度參數(shù)科學(xué)合理，數(shù)值模擬模型如圖4 所示。

表1 工作面上覆巖層力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of rock layers overlying the working face

表2 工作面上覆土層力學(xué)參數(shù)Table 2 Mechanical parameters of the overburden layer of working surface

圖4 數(shù)值模擬模型Fig.4 Numerical simulation model

3 結(jié)果分析

3.1 突水潰砂過(guò)程分析

30108 工作面自左向右推進(jìn)，每次開(kāi)挖5 m，推進(jìn)至10 m 時(shí)，直接頂發(fā)育23 條微裂隙，最高發(fā)育高度距煤層頂板9 m，如圖5（a）所示；推進(jìn)至20 m 時(shí)，直接頂初次垮落，煤層頂板至亞沙土層底部均含有微裂隙，此時(shí)共發(fā)育有微裂隙260 條，如圖5（b）所示；推進(jìn)至25 m 時(shí)，由于基巖厚度薄、紅土層強(qiáng)度低、自承載能力弱，難以形成穩(wěn)定的承載結(jié)構(gòu)，上覆巖層整體活動(dòng)劇烈，頂板發(fā)生切落，裂隙直接發(fā)育至砂土層，直接形成工作面與含水砂層貫穿裂隙，但松散顆粒物未沿著貫穿裂隙運(yùn)動(dòng)，此時(shí)發(fā)育的微裂隙數(shù)激增，累計(jì)2 978 條，如圖5（c）所示。

圖5 初采期間覆巖裂隙發(fā)育特征Fig.5 Development characteristics of overlying rock fractures during initial mining

對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，只考慮水壓力沿著已產(chǎn)生的貫穿裂隙作用，為工作面突水潰砂提供動(dòng)力源，在沿著貫穿裂隙施加0.1 MPa 水壓力，并且不斷清除工作面淤積的顆粒，提供可以?xún)?chǔ)存的空間后，可見(jiàn)大量的松散顆粒受力后沿著貫穿裂隙向下運(yùn)動(dòng)，紅土顆粒潰入工作面內(nèi)，工作面發(fā)生突水潰砂災(zāi)害。圖6（a）～圖6（d）為砂礫沿著貫穿裂隙運(yùn)動(dòng)過(guò)程，前期受貫穿裂隙通道寬度影響，潰砂速率較低，在水壓力的逐漸沖蝕下貫穿裂隙通道逐漸擴(kuò)大，上覆顆粒物大量潰入工作面。

綜上分析，煤層開(kāi)挖過(guò)程中，伴隨著上覆巖層的應(yīng)力釋放與傳遞，覆巖中微裂隙不斷發(fā)育，由于基巖厚度薄，難以形成承載能力較強(qiáng)的鉸接結(jié)構(gòu)，覆巖呈現(xiàn)整體的切落式破壞，此時(shí)上覆巖層無(wú)“三帶”結(jié)構(gòu)特征，只有垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶，切落破壞產(chǎn)生的貫穿裂隙為礦井發(fā)生突水潰砂提供通道，在水壓力的作用下最終導(dǎo)致災(zāi)害事故。

3.2 突水潰砂機(jī)制分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)資料，30108 工作面的導(dǎo)水裂縫帶高度可按裂采比7.78、垮采比3.31 計(jì)算，正常情況下工作面上覆地層裂隙發(fā)育特征如圖7（b）所示，事故發(fā)生時(shí)裂隙特征如圖7（e）所示?？紤]紅土層強(qiáng)度（以抗剪強(qiáng)度為主）變化影響，當(dāng)紅土層強(qiáng)度為23 kN 時(shí)，由于抗剪強(qiáng)度較大，紅土層對(duì)裂隙發(fā)育的抑制作用十分明顯，工作面推進(jìn)至150 m 后，基巖全部垮落，裂隙發(fā)育至紅土層與基巖的交界面處不再向上發(fā)育，紅土層彎曲下沉但相對(duì)完整（圖7（a））；當(dāng)紅土層強(qiáng)度為17 kN，工作面推進(jìn)至150 m 后，裂隙帶發(fā)育高度升高，裂隙受紅土層抑制作用發(fā)育至紅土層內(nèi)部但未穿過(guò)紅土層（圖7（b））；當(dāng)紅土層強(qiáng)度為15 kN，工作面推進(jìn)至150 m 后，上覆巖層從兩側(cè)煤壁破斷，裂隙貫通至松散含水層，由于基巖較薄、紅土層強(qiáng)度弱，煤層開(kāi)采后覆巖難以形成穩(wěn)定的鉸接結(jié)構(gòu)，頂板切落，故此時(shí)上覆巖層無(wú)完整的“三帶”特征，僅有垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶（圖7（c））；圖7（d）為紅土層強(qiáng)度為12 kN 時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶貫通松散層；當(dāng)紅土層強(qiáng)度繼續(xù)降低為9 kN 時(shí)，工作面推進(jìn)25 m 裂隙就已經(jīng)貫通松散含水層，此時(shí)紅土層強(qiáng)度相較于正常紅土強(qiáng)度降低了約47%。

紅土層強(qiáng)度降低對(duì)覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育影響十分明顯，隨紅土層強(qiáng)度降低覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度逐漸升高，到完全貫通松散層后引發(fā)突水潰砂，如圖8 所示。第一階段，隨著紅土層強(qiáng)度的降低，覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度逐漸升高；第二階段，當(dāng)紅土層強(qiáng)度降低到完全貫通松散層后，隨著紅土層強(qiáng)度的降低，貫通松散層時(shí)，工作面的推進(jìn)距離逐漸縮短。紅土層強(qiáng)度對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育影響可近似擬合為兩個(gè)方程，其中，未貫通松散層時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度h隨紅土層強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)式（1）；貫通松散層時(shí)工作面推進(jìn)距離d與紅土層強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)式（2）。

圖8 不同紅土層強(qiáng)度下導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育趨勢(shì)Fig.8 Development trend of water conducting fracture zone under different laterite layer strengths

3.3 突水潰砂影響因素分析

在30108 工作面開(kāi)采過(guò)程中，紅土層受到采動(dòng)影響產(chǎn)生裂隙，在水的滲透侵蝕作用下紅土層強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，導(dǎo)致條件類(lèi)似的工作面中，先采的工作面可以安全開(kāi)采，后采的工作面發(fā)生突水潰砂災(zāi)害。通過(guò)進(jìn)一步模擬分別研究了基巖厚度、紅土層厚度和開(kāi)采高度三個(gè)因素對(duì)覆巖破壞裂隙發(fā)育規(guī)律的影響，設(shè)計(jì)的模擬方案見(jiàn)表3。

表3 數(shù)值模型設(shè)計(jì)方案Table 3 Design scheme of numerical model單位：m

圖9 為不同工況下覆巖破壞裂隙發(fā)育情況。由圖9（a）～圖9（c）可知，保持紅土層厚度和開(kāi)采高度不變，當(dāng)基巖厚度為20 m 時(shí)，工作面推進(jìn)至150 m 后，上覆巖層由兩側(cè)煤壁和采空區(qū)中部破斷貫通至地表，呈現(xiàn)臺(tái)階下沉，由于基巖較薄，覆巖難以形成穩(wěn)定鉸接承載結(jié)構(gòu)，頂板切落，故上覆巖層無(wú)完整的“三帶”特征，僅有垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶。當(dāng)基巖厚度增加至40 m 時(shí)，頂板破斷后有一定的自承能力，上覆巖層活動(dòng)能力減弱，覆巖呈現(xiàn)完整的“三帶”特征，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至黏土層與砂土層的交界面處停止，發(fā)育高度降低，地表臺(tái)階下沉現(xiàn)象消失，分布形態(tài)與前者相比發(fā)生明顯變化。當(dāng)基巖厚度繼續(xù)增加至60 m 時(shí)，上覆巖層的穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)，地表下沉也明顯減少，裂隙發(fā)育特征與基巖厚度40 m 時(shí)類(lèi)似，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至紅土層內(nèi)，但受到黏土層的抑制作用，而未能穿過(guò)黏土層。

圖9 不同工況下覆巖破壞裂隙發(fā)育特征Fig.9 Development characteristics of overlying rock fracture cracks under different working conditions

由圖9（d）～圖9（f）可知，保持基巖厚度和開(kāi)采高度不變，當(dāng)紅土層厚度發(fā)生改變時(shí)，覆巖破斷后，覆巖下部垮落帶發(fā)育情況基本不受影響，上部導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度和分布形態(tài)隨紅土層厚度改變而變化。當(dāng)紅土層厚度為30 m 時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶突破黏土層與上部砂土層界面，向上發(fā)育進(jìn)入上部砂土層內(nèi)，最終裂隙帶發(fā)育高度達(dá)90 m；隨著紅土層的厚度增加至45 m 時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶突破基巖面，發(fā)育至黏土層與上部砂土層交界面處，最終裂隙帶發(fā)育高度82 m；當(dāng)紅土層厚度再增加至60 m 時(shí)，裂隙帶突破基巖界面，進(jìn)入黏土層范圍內(nèi)，受到黏土層的抑制作用，阻止了導(dǎo)水裂縫繼續(xù)向上發(fā)展，終止于黏土層內(nèi)，最終發(fā)育高度可達(dá)81 m。

由圖9（g）～圖9（i）可知，保持基巖厚度和紅土層厚度不變，隨著開(kāi)采高度的增加，受采動(dòng)影響上覆巖層裂隙帶的高度不斷增加，當(dāng)開(kāi)采高度為2.0 m 時(shí)，裂隙帶發(fā)育到基巖與黏土層交界面處，未發(fā)育到黏土層內(nèi)，裂隙帶發(fā)育高度為38 m；開(kāi)采高度增加至4.0 m 時(shí)，裂隙帶發(fā)育突破基巖面，發(fā)育到黏土層內(nèi)部，裂隙帶發(fā)育高度為68 m；當(dāng)開(kāi)采高度增加到6.5 m 時(shí)，裂隙帶發(fā)育至黏土層與上部砂土層交界面處停止，未發(fā)育到上部砂土層內(nèi)部，裂隙帶發(fā)育高度為82 m。

圖10 展示了不同因素影響下覆巖微裂隙發(fā)育數(shù)量情況。隨著基巖厚度增加，覆巖容易形成穩(wěn)定鉸接承載結(jié)構(gòu)，上覆巖層活動(dòng)減弱，微裂隙數(shù)量逐漸降低；隨著紅土層厚度增加，覆巖下部垮落帶位于巖層內(nèi)部，發(fā)育基本不受紅土層影響，裂隙帶高度相差不到10 m，三種工況微裂隙發(fā)育數(shù)量相差不大；隨著開(kāi)采高度增加，覆巖破壞高度增加，微裂隙數(shù)逐漸增多。

圖10 不同因素影響下覆巖微裂隙發(fā)育數(shù)量Fig.10 Number of microcracks developed in overlying rocks under different factors

由圖10 可知，覆巖微裂隙的總體變化趨勢(shì)為覆巖發(fā)生第一次周期來(lái)壓后微裂隙數(shù)開(kāi)始激增。在控制其他因素不變的情況下，隨著基巖厚度的增加，覆巖容易形成穩(wěn)定的鉸接結(jié)構(gòu)，上覆巖層活動(dòng)減弱，微裂隙的數(shù)量逐漸降低；隨著紅土層厚度增加，覆巖下部垮落帶位于巖層內(nèi)部，發(fā)育基本不受紅土層影響，裂隙帶的高度相差不到10 m，所以此種條件下的三種工況微裂隙發(fā)育數(shù)量相差不大；控制其他條件不變，隨著開(kāi)采高度的增加，覆巖破壞的高度增加，微裂隙數(shù)逐漸增多。

結(jié)合圖11 分析可知，基巖厚度、紅土層厚度和開(kāi)采高度等因素都影響著工作面上覆地層受采動(dòng)影響裂隙發(fā)育特征，對(duì)預(yù)測(cè)和防治工作面突水潰砂災(zāi)害有著十分重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)隨著基巖厚度的增加，覆巖在不發(fā)生切落時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶較覆巖切落時(shí)有明顯的下降趨勢(shì)，覆巖在不發(fā)生切落后裂隙帶發(fā)育高度隨基巖厚度的增加而逐漸增大，但當(dāng)基巖厚度增加到一定程度時(shí)，裂隙帶完全處于基巖范圍內(nèi)，此時(shí)裂隙帶發(fā)育高度不再隨基巖厚度的增加而變化；隨著紅土層厚度的增大，導(dǎo)水裂隙帶由于紅土層的抑制作用發(fā)育不完整、不充分，裂隙帶發(fā)育高度有減小的趨勢(shì)，在裂隙帶發(fā)育到紅土層內(nèi)不再往上發(fā)育時(shí)，裂隙帶發(fā)育高度不再隨紅土層厚度增加而變化；隨著開(kāi)采高度的增加導(dǎo)水裂隙帶的高度隨之增加，但裂采比逐漸降低。

4 結(jié)論

1）通過(guò)離散元模擬方法再現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生過(guò)程，裂隙帶貫通松散含水層是引發(fā)突水潰砂災(zāi)害的直接原因，砂礫初始沿著貫通裂隙運(yùn)動(dòng)，受裂隙通道寬度影響，潰砂速率較低，直至在水壓力的沖蝕下裂隙通道逐漸擴(kuò)大，上覆顆粒物大量潰入工作面。

2）紅土層對(duì)裂隙發(fā)育起著很好的抑制作用，但受到前面工作面的采動(dòng)影響和地下水的滲透侵蝕作用，紅土層強(qiáng)度逐漸降低導(dǎo)致導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育升高，紅土層強(qiáng)度降低約47%時(shí)，導(dǎo)水裂隙帶貫通至含水層，導(dǎo)致工作面發(fā)生突水潰砂。

3）基巖厚度增加，覆巖形成穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，導(dǎo)水裂隙帶明顯下降直至完全分布于基巖內(nèi)部；紅土層厚度增大，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度減小到紅土層內(nèi)而穩(wěn)定不再增長(zhǎng)；開(kāi)采高度增加使工作面導(dǎo)水裂隙帶高度升高，增加突水潰砂災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，故在適宜條件下限制開(kāi)采高度，可降低災(zāi)害發(fā)生幾率。