巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征及发育高度预测方法
作者
李怀展, 孙兢超, 郭广礼, 唐超, 郑辉, 张连贵, 孟凡贞
单位
1. 中国矿业大学 矿山生态修复教育部工程研究中心；
2. 中国矿业大学 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心；
3. 兖矿能源集团股份有限公司
摘 要
巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度对陕蒙弱胶结矿区煤炭生产安全与地下水资源保护具有十分重要的意义。研究发现该矿区上覆白垩系岩层具有厚度大、强度低、结胶性差且节理不发育等特点，然而该地区煤炭开采时覆岩破坏剧烈导水裂隙带发育较高，裂采比达到30左右，严重威胁矿井生产安全。如何精准预测巨厚弱胶结覆岩导水裂隙发育高度，已成为巨厚弱胶结矿区煤炭安全高效开采的关键之一。基于此，以石拉乌素矿区某工作面为研究背景，利用UDEC数值模拟软件结合实测数据，探究了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征，得出了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带整体形态呈“△”特征，与东部呈“马鞍形”特征具有显著差异，且其形态及发育高度受采高、弱胶结岩层厚度和位置等因素影响，巨厚弱胶结覆岩对导水裂隙带发育形态及高度有较显著的控制作用。在此基础上，采用板理论建立了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度预测模型，并在石拉乌素矿区进行了应用，验证了构建模型的有效性和准确性。
文章目录
0 引 言
1 研究区概况及实测数据分析
1.1 矿区位置及工作面状况
1.2 矿区水文地质概况
1.3 导水裂隙带高度实测分析
2 数值模型的建立及结果验证
2.1 数值模型建立
2.2 力学参数选取及初始状态
2.3 模型验证
3 巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育特征及演化规律
3.1 工作面开采导水裂隙带演化特征
3.2 巨厚弱胶结岩层对导水裂隙带发育形态及高度的控制作用
4 巨厚弱胶结砂岩深部开采导水裂隙带发育高度预测方法
4.1 导水裂隙高度预测方法
4.2 计算结果验证
5 结论
阅读原文：巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征及发育高度预测方法
部分附图
图1 采煤工作面数值模型建立路线示意
图2 不同采厚下覆岩裂隙发育特征示意
图3 巨厚弱胶结岩层对覆岩导水裂隙发育影响研究示意
作者简介
李怀展，1990年生，河南济源人，博士生导师。江苏省优秀青年基金获得者，中国矿业大学优秀青年学者，江苏省科技副总，中国测绘学会矿山测量专业委员会委员、中国测绘学会工程测量专业委员会委员。现任《中国矿业大学学报》、《煤炭科学技术》等EI期刊青年编委，Rock Mechanics and Rock Engineering、《煤炭学报》、Journal of Cleaner Production 等高水平期刊审稿人。
研究方向
主要从事矿山开采沉陷、变形监测与沉陷控制、煤炭地下气化等方面研究
主要成果
揭示了多场耦合作用下煤炭地下气化和充填开采岩层及地表变形机理与演化特征，首创了煤炭地下气化覆岩裂隙发育高度和地表变形预测模型，原创性提出了面向地表区域沉陷控制的低碳绿色开采智能优化设计方法，为输油气管线、各类建筑物、矿用铁路及耕地等变形敏感区域的地表变形控制设计和实施提供了有力技术支撑。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金区域重点项目课题2项、国家重点研发计划子课题、江苏省优秀青年基金项目、国家自然科学青年基金等省部级以上项目8项及企业项目15项。发表SCI/EI论文87篇，第一/通讯作者发表SCI /EI论文42篇。获省部级/行业协会科研奖励7项，授权发明专利18件。
引用格式
李怀展，孙兢超，郭广礼，等.巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征及发育高度预测方法[J].煤炭科学技术，2025，53（2）：287−298.
LI Huaizhan，SUN Jingchao，GUO Guangli，et al. Evolution characteristics and development height prediction method of water-conducting crack zone in thick weak cemented overlying strata[J]. Coal Science and Technology，2025，53（2）：287−298.