黃 歡，劉其聲，姬亞?wèn)|

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710077；3.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710077）

煤層底板破壞深度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與數(shù)值模擬對(duì)比研究

黃 歡1，2，3，劉其聲2，3，姬亞?wèn)|2，3

（1.煤炭科學(xué)研究總院，北京 100013；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710077；3.陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710077）

以鉆孔分段注水試驗(yàn)的原理，設(shè)計(jì)CS-4、CS-5、CS-6共3個(gè)測(cè)試鉆孔，采用鉆孔雙端堵水設(shè)備對(duì)準(zhǔn)格爾煤田黃玉川礦6上01工作面進(jìn)行底板破壞深度測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)其破壞深度為34.9 m。同時(shí)，利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件，模擬工作面開(kāi)采過(guò)程中的采動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律、塑性區(qū)分布、底板巖層位移特征以及不同采寬條件下底板破壞深度。研究結(jié)果表明：數(shù)值模擬的底板破壞深度為36 m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)深度相吻合；底板破壞深度隨工作面采寬的增加而增大，當(dāng)采寬達(dá)到250 m時(shí)，底板破壞深度增幅變得緩慢，據(jù)此認(rèn)為大采寬工作面采礦擾動(dòng)加劇了底板破壞程度。

底板破壞深度；注水試驗(yàn)；數(shù)值模擬；大采寬

近年來(lái)，隨著煤層開(kāi)采水平的向下延伸，許多礦井已開(kāi)始開(kāi)采下組煤，尤其是華北地區(qū)深受奧陶系灰?guī)r承壓含水層的威脅。而煤層底板采動(dòng)破壞減小了底板隔水層厚度，使得底板阻水能力降低，增大了底板突水的危險(xiǎn)性，嚴(yán)重影響著工作面的安全回采。因此，煤層底板破壞深度是承壓含水層上煤層開(kāi)采安全性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，合理確定煤層底板破壞深度具有重要指導(dǎo)意義。

煤層底板破壞是由于在采動(dòng)礦壓作用下，底板巖層至頂界面開(kāi)始自上而下遭到破壞產(chǎn)生裂隙或裂隙擴(kuò)展相互溝通而形成的。目前，科研人員基于底板突水機(jī)理的“下三帶”理論[1]、“關(guān)鍵層”理論[2]、“原位張裂與零位破壞”理論[3]等，已經(jīng)研究出多種針對(duì)煤層底板破壞深度的確定方法，主要有鉆孔雙端堵水測(cè)漏法[4]、觀測(cè)鉆孔鉆井液漏失量法[5]、理論計(jì)算法[6]、應(yīng)變測(cè)量法[7-8]、微震監(jiān)測(cè)技術(shù)法[9]、數(shù)值模擬法[10-11]、相似模擬法[12]等。如蔣勤明[13]采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)法測(cè)定邢東礦大采深條件下底板破壞深度達(dá)到32.5～35 m；吳雙宏[14]利用ANSYS對(duì)多因素影響下的底板突水破壞進(jìn)行數(shù)值模擬分析：隨著開(kāi)采的進(jìn)行，煤層底板采空區(qū)中部出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)，開(kāi)采區(qū)域兩側(cè)的底板巖體距離巖壁10～15 m是應(yīng)力峰值區(qū)，底板巖層內(nèi)部應(yīng)力分布隨著開(kāi)采的進(jìn)行而不斷變化，底板塑性區(qū)隨著開(kāi)采向深部發(fā)展；張蕊、姜振泉、岳尊彩等[15]結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變測(cè)試和數(shù)值模擬相互驗(yàn)證的方法，得出某礦大采深厚煤層開(kāi)采下最大底板破壞深度為16 m。

準(zhǔn)格爾煤田屬石炭-二疊系煤層，井田范圍內(nèi)大多數(shù)礦井承受著底板下伏奧陶系巖溶灰?guī)r含水層水壓，且距離黃河較近，與其有一定的水力聯(lián)系，嚴(yán)重影響著下組煤炭資源的安全回采。

本文以準(zhǔn)格爾煤田黃玉川礦6上煤01綜采工作面為研究對(duì)象，結(jié)合鉆孔注水試驗(yàn)法和FLAC3D數(shù)值模擬相互驗(yàn)證的方法，研究煤層底板破壞規(guī)律，為礦井安全生產(chǎn)及底板防治水工作提供依據(jù)。

1 工作面地質(zhì)概況

礦井位于準(zhǔn)格爾煤田中西部，主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，目前主采4、6上煤，據(jù)鉆孔實(shí)際揭露顯示，6上煤底板至下伏奧灰含水層頂界面間隔水層平均厚度為75.2 m，6上煤底板承受奧灰水壓為0～4.49 MPa，屬于帶壓開(kāi)采，受底板奧灰水突水威脅。

為查清6上煤層回采后底板破壞發(fā)育深度，以6上煤01工作面作為試驗(yàn)點(diǎn)，對(duì)工作面回采過(guò)程中及切眼位置底板裂隙發(fā)育情況進(jìn)行測(cè)試，確定工作面底板破壞深度。工作面埋深約300 m，走向長(zhǎng)2 480 m，傾向長(zhǎng)250 m，煤層平均厚度為10 m，傾角為12°，采用一次采全高的綜合長(zhǎng)壁采煤法。鉆場(chǎng)選定在6上01工作面輔運(yùn)巷距離切眼90 m位置（圖1），設(shè)計(jì)CS-4、CS-5、CS-6共3個(gè)測(cè)試鉆孔，垂深均為40 m，測(cè)試區(qū)段分別為29～55 m、25～81 m、24～94 m。

圖1 測(cè)試鉆孔設(shè)計(jì)示意圖Figure1 A schematic diagram of test borehole configuration design

2 底板破壞深度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 測(cè)試方法

現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)就是通過(guò)鉆孔壓水，觀察水量變化來(lái)確定裂隙發(fā)育的方法。具體試驗(yàn)過(guò)程為：首先在需要試驗(yàn)的地段施工鉆孔；采用雙塞封孔器進(jìn)行分段注水，給止水塞加壓膨脹，分離測(cè)試段，測(cè)試過(guò)程中止水塞壓力保持在2～3 MPa，確保止水塞安全有效；注水段以2 m為一段，對(duì)鉆孔設(shè)計(jì)測(cè)試區(qū)段依次進(jìn)行分段測(cè)試；最后利用水泵進(jìn)行壓水測(cè)試，流量觀測(cè)工作應(yīng)每隔5 min進(jìn)行1次，當(dāng)流量無(wú)持續(xù)增大趨勢(shì)，且3次流量讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1 L/min時(shí)，本階段試驗(yàn)即可結(jié)束，取最終值作為計(jì)算值。采用現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn)法測(cè)定鉆孔各段的漏失流量，以此了解巖石的破壞松動(dòng)情況，分析確定煤層底板的破壞深度。

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)比分析圖2中的CS4鉆孔距工作面不同距離的漏失量曲線，可以得出第一次測(cè)試時(shí)，工作面距離鉆孔44 m，此時(shí)鉆孔在垂深24.5～26 m出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，漏失流量最大為7.1 L/min，漏失量較大；鉆孔在垂深26～27.5 m，漏失量迅速增加，最大值為10.76 L/min；鉆孔在垂深32～33.4 m，漏失量為3.2L/min，說(shuō)明此時(shí)巖層僅存在微裂隙。當(dāng)工作面回采至距鉆場(chǎng)時(shí)，鉆孔垂深24.5～27.5 m漏失流量增大，最大值為24.14 L/min；工作面回采過(guò)鉆場(chǎng)后，鉆孔主要漏失段始終為垂深24.5～27.5 m和32～34.9 m。截止最后一次測(cè)試，工作面回采過(guò)鉆場(chǎng)距離73.8 m，鉆孔漏失位置沒(méi)有明顯變化，漏水量沒(méi)有較大變化，終止測(cè)試。因此據(jù)CS-4號(hào)鉆孔測(cè)試結(jié)果顯示，6上煤01工作面底板最大破壞深度為34.9 m。

CS-5號(hào)鉆孔漏失段主要在15.7～16.7 m和 32.9～33.8 m，最大漏失量達(dá)12.3 L/min，由于該孔在成孔時(shí)即存在孔底漏水現(xiàn)象，且漏水流量較大，根據(jù)礦井地質(zhì)資料顯示，該工作面范圍內(nèi)存在陷落柱，因此判斷圖中顯示的孔底位置漏水屬于鉆孔所處地層原有裂隙影響所至。CS6鉆孔在回采至工作面4.5m時(shí)，在垂深13.7～16.9 m漏水量顯著增大，在27.3 m時(shí)，最大值增大到64.48 L/min。因此根據(jù)CS-5號(hào)、CS-6號(hào)鉆孔測(cè)試結(jié)果顯示，6上煤01工作面底板最大破壞深度分別為33.8 m、27.3 m。

綜合分析以上三個(gè)鉆孔的測(cè)試數(shù)據(jù)可得：受工作面回采影響，煤層底板遭到破壞，6上煤01工作面底板最大破壞深度發(fā)生在CS-4號(hào)孔測(cè)試段，最大值為34.9 m；煤層底板破壞表現(xiàn)有明顯的超前與滯后特點(diǎn)，6上煤01工作面前方距離4.5 m時(shí)，工作面底板破壞程度已經(jīng)受回采影響較大，漏失范圍、漏失流量明顯增大。

3 FLAC3D數(shù)值模擬

3.1 模型建立

在數(shù)值模擬過(guò)程中，通常用應(yīng)力區(qū)和塑性區(qū)作為底板破壞的依據(jù)，在FLAC3D中有4種巖體的狀態(tài)，即shear-n、shear-p、tension-n、tension-p，表現(xiàn)了模型單元所經(jīng)歷的狀態(tài)，以此來(lái)界定巖體的破裂范圍。模擬時(shí)，材料的力學(xué)性質(zhì)對(duì)模擬結(jié)果至關(guān)重要，對(duì)鉆孔所取巖心進(jìn)行物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，按Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)公式，參照國(guó)內(nèi)外專家提出的各種巖體強(qiáng)度破壞參數(shù)折減方法[16]，結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行折減修正，在參考2014年黃玉川煤礦回采巷道支護(hù)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上[17]，得到能夠在數(shù)值模擬計(jì)算中直接應(yīng)用的參數(shù)（表1）。

圖2 距工作面不同距離鉆孔漏失量曲線Figure 2 Leakage curves of borehole with different distances apart from working face

依據(jù)工作面實(shí)際情況，將研究區(qū)分為砂質(zhì)泥巖、粗粒砂巖、含礫粗砂巖、中砂巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、泥巖、煤共8個(gè)巖體類型，模型自上而下劃分出17個(gè)工程地質(zhì)單元。模型尺寸確定為800 m×500 m×240 m，即巖體走向X取值800 m，傾向Y取值500 m，鉛直方向Z取值240 m，共255 000個(gè)單元，267546個(gè)節(jié)點(diǎn)。開(kāi)挖時(shí)，工作面寬250 m，兩邊各留125 m煤柱，工作面開(kāi)挖600 m，兩邊各留100 m煤柱，開(kāi)挖60步，每步10 m?？紤]到模型范圍，在模型頂部按覆巖厚度施加等效壓力4.5 MPa。垂直X軸、垂直Y軸和Z軸的下底界面均設(shè)置為位移邊界，頂界面設(shè)置為自由邊界，其中垂直界面、底界面設(shè)置為滾動(dòng)界面。本次計(jì)算進(jìn)行應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬時(shí)采用三維應(yīng)變，模型采用Mohr-Coulomb塑性本構(gòu)模型和Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則來(lái)判斷巖體的破壞。

表1 巖層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters of strata

3.2 模擬分析與討論

3.2.1 垂向應(yīng)力特征分析

由圖1及各階段應(yīng)力分布情況可知：分析Y= 250 m沿走向方向的剖面，隨著開(kāi)采的進(jìn)行，采空區(qū)頂?shù)装鍛?yīng)力大幅度釋放，而在采空區(qū)兩側(cè)局部有應(yīng)力陡增且集中現(xiàn)象。初始階段應(yīng)力顯著變化區(qū)域主要集中在開(kāi)采區(qū)附近，之后隨開(kāi)采步的增加應(yīng)力變化區(qū)域逐漸擴(kuò)大，這是由于開(kāi)采過(guò)程中煤體釋放儲(chǔ)存的應(yīng)變能較緩慢，造成應(yīng)變能的積累而出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中，采空區(qū)兩側(cè)最大壓應(yīng)力初始狀態(tài)約為7.45 MPa，隨開(kāi)采步1～18步（開(kāi)采長(zhǎng)度沿走向方向180 m）的開(kāi)采，該采空區(qū)兩側(cè)12～15 m的最大壓應(yīng)力緩慢增大至22 MPa左右，隨后基本上趨于平穩(wěn)。同時(shí)采空區(qū)頂?shù)装遄畲髩簯?yīng)力隨著回采范圍的擴(kuò)大，其應(yīng)力釋放的效果顯著，使得此區(qū)域的最大壓應(yīng)力在開(kāi)挖的同時(shí)由最初的7.45 MPa左右銳減至2.3 MPa以下，且自第18開(kāi)采步后應(yīng)力分布趨于均勻。第18開(kāi)采步后采空區(qū)頂?shù)装彘_(kāi)始出現(xiàn)一定范圍的拉應(yīng)力，并且隨著開(kāi)采步的增加拉應(yīng)力范圍不斷擴(kuò)大；其中底板下最大拉應(yīng)力略小于1 MPa，超過(guò)了下伏巖體泥巖的抗拉強(qiáng)度，可以判斷底板下一定區(qū)域產(chǎn)生了拉裂破壞，這與計(jì)算所得張拉塑性屈服區(qū)的分布范圍較一致，具體表現(xiàn)為在底板以下約15 m范圍內(nèi)出現(xiàn)了拉應(yīng)力，從塑性屈服區(qū)分布圖上可看出，采空區(qū)底板附近約17 m范圍表現(xiàn)為張拉塑性屈服，兩者范圍在空間上較吻合。

圖3 不同階段垂向應(yīng)力分布Figure 3 Different phases vertical stress distribution

圖3中的e圖為X=300 m的傾向方向切片垂向應(yīng)力分布，可以看出具有與走向切片垂向應(yīng)力相似的分布規(guī)律，區(qū)別在于由于煤層有近12°的傾角，在采空區(qū)兩側(cè)的垂向應(yīng)力分布上，傾向上的下行垂向應(yīng)力較上行垂向應(yīng)力集中，且下行最大垂向應(yīng)力為25 MPa，而上行最大垂向應(yīng)力為21 MPa，下行底板破壞深度也高于上行。

3.2.2 底板破壞深度分析

FLAC3D中的Mohr-Coulomb本構(gòu)模型為理想彈塑性本構(gòu)關(guān)系，當(dāng)巖體進(jìn)入塑性應(yīng)變階段后，將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形，若應(yīng)力繼續(xù)保持，則塑性變形也將繼續(xù)發(fā)展，此狀態(tài)模型計(jì)算后判定為：剪切破壞（shear-n）或拉伸破壞（tension-n）等；若在巖體進(jìn)入塑性變形后，加載的應(yīng)力變化為低于巖體發(fā)生塑性屈服的極限應(yīng)力，此時(shí)巖體仍能恢復(fù)為彈性狀態(tài)，只是之前產(chǎn)生的塑性變形保留了下來(lái)，此狀態(tài)模型計(jì)算后判定為：曾剪切破壞（shear-p）或曾拉伸破壞（tension-p）等。實(shí)際上，巖體在進(jìn)入塑性屈服后，開(kāi)始階段并未立即出現(xiàn)裂隙，可以近似地看成理想彈塑性狀態(tài)，但當(dāng)塑性應(yīng)變發(fā)展到一定程度時(shí)，就會(huì)在巖體中形成潛在的破裂面，巖體達(dá)到破裂狀態(tài)。因此，應(yīng)該根據(jù)模型計(jì)算中力和位移的收斂情況、塑性區(qū)分布以及應(yīng)力位移變化來(lái)綜合考察巖體發(fā)生塑性屈服的程度，由此來(lái)確定煤層開(kāi)采后的底板破壞深度。

圖4 不同開(kāi)挖步距塑性區(qū)分布與位移云圖Figure 4 Plastic zone distribution and displacement nephogram of different excavation paces

現(xiàn)針對(duì)采空區(qū)及附近區(qū)域進(jìn)行分析：由Y=250 m走向切片及X=280 m、700 m傾向切片的各階段塑性區(qū)分布情況可知（圖4），塑性區(qū)基本分布于采空區(qū)頂?shù)装逑戮墸?～5開(kāi)采步塑性區(qū)分布較少，說(shuō)明煤層開(kāi)采初期，周圍巖體基本能夠保持穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r體不會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的變形或破碎現(xiàn)象，而第18開(kāi)采步以后，隨著開(kāi)采的繼續(xù)推進(jìn)，塑性區(qū)面積穩(wěn)步增加，垂向上基本不再繼續(xù)向下發(fā)展，說(shuō)明底板下巖體開(kāi)始產(chǎn)生穩(wěn)定的塑性變形區(qū)，巖體有失穩(wěn)傾向，此時(shí)走向上、傾向上塑性區(qū)分布最大發(fā)育深度約為36 m。底板破壞類型主要為剪切屈服，最大塑性區(qū)深度出現(xiàn)在采空區(qū)兩端的支撐煤壁下部，隨開(kāi)采步的發(fā)展，最大塑性區(qū)在模型塑性區(qū)分布圖中狀態(tài)一直為“now”，即說(shuō)明該區(qū)域一直處于塑性形變階段；結(jié)合巖體本身存在局部發(fā)育的節(jié)理、裂隙，在卸荷擾動(dòng)的過(guò)程中很可能增多或擴(kuò)展，在應(yīng)力作用下必會(huì)易于巖體中節(jié)理的進(jìn)一步發(fā)育，最終形成貫通的破裂帶，與下部含水層溝通，造成突水事故。最后通過(guò)觀察這些區(qū)域的應(yīng)力分布情況，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域上基本都分布有拉應(yīng)力，區(qū)域的邊緣應(yīng)力及位移均有較大的突變，且計(jì)算時(shí)已經(jīng)不能達(dá)到平衡。位移表現(xiàn)為在采空區(qū)中央最大，向兩側(cè)逐漸減小，呈盆狀分布。圖4中可以看出在煤層底板附近，位移值達(dá)到最大，并隨著深度的增加，位移逐漸減小，說(shuō)明離采空區(qū)越遠(yuǎn)，巖層變形和破壞的程度越低；同時(shí)，在同一位置同一深度處，隨著工作面的推進(jìn)位移值逐漸增大。底板位移值為負(fù)，說(shuō)明煤層開(kāi)采卸壓導(dǎo)致底板產(chǎn)生底鼓。

不同開(kāi)挖步距的應(yīng)力特征、塑性區(qū)分布及位移變化，具有相似的變化規(guī)律，數(shù)值模擬說(shuō)明了底板破壞深度最大為36 m，與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試的底板破壞深度相差不大，表明了所建FLAC3D模型的合理性。

3.2.3 不同采寬下底板破壞深度分析

在FLAC3D模型中，分別設(shè)置工作面采寬為100m、150 m、200 m、250 m、300 m、350 m，模擬不同采寬條件下的底板破壞深度（圖5），為合理布設(shè)工作面及安全生產(chǎn)提供依據(jù)。

圖5 不同采寬工作面的底板破壞深度Figure 5 Coal floor failure depths of different cut width working faces

從圖5可以看出，煤層底板破壞深度隨著工作面采寬的增加而呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)工作面采寬達(dá)到一定范圍時(shí)，底板破壞深度的增幅變得緩慢，尤其是當(dāng)采寬達(dá)到250 m后，底板破壞深度的增幅明顯變小。因此大采寬工作面加劇了煤層底板破壞程度。

4 結(jié)論

(1)煤層開(kāi)采后，在礦壓擾動(dòng)影響下底板發(fā)生破壞。通過(guò)井下鉆孔注水試驗(yàn)法，對(duì)比分析離工作面不同距離不同底板深度測(cè)試段的漏失量，得出底板最大破壞深度為34.9 m，且底板破壞表現(xiàn)有明顯的超前與滯后特點(diǎn)。FLAC3D數(shù)值模擬底板破壞深度為36 m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果較吻合，說(shuō)明FLAC3D對(duì)于開(kāi)采煤層底板防突水能力的模擬評(píng)價(jià)非常有效，能夠?yàn)轭愃乒ぷ髅娴牡装迤茐纳疃忍峁╊A(yù)測(cè)。

(2)工作面開(kāi)挖至180 m時(shí)，應(yīng)力分布特征、塑性區(qū)范圍、位移變化均趨于穩(wěn)定。采空區(qū)兩側(cè)應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，最大壓應(yīng)力為22 MPa，此后塑性區(qū)橫向范圍隨工作面推進(jìn)而擴(kuò)大，縱向范圍不再增加。

(3)不同采寬工作面的底板破壞深度，隨著采寬增加而增長(zhǎng)，當(dāng)采寬達(dá)到250 m后，底板破壞深度的增幅變得緩慢。因此大采寬工作面采礦擾動(dòng)加劇了煤層底板破壞程度。

[1]李白英.預(yù)防礦井底板突水的“下三帶”理論及其發(fā)展與應(yīng)用[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999，18(4).

[2]孫建，王連國(guó).采場(chǎng)底板傾斜隔水關(guān)鍵層的失穩(wěn)力學(xué)判據(jù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39(11).

[3]王作宇，劉鴻泉.承壓水上采煤學(xué)科理論與實(shí)踐[J].煤炭學(xué)報(bào)，1994，19(1).

[4]邢延團(tuán)，鄭綱，馬培智.井下仰孔注水測(cè)漏法探測(cè)導(dǎo)水裂隙帶高度的研究[J].煤田地質(zhì)與勘探，2004，（z1）:186-190.

[5]孫慶先，牟義，楊新亮.紅柳煤礦大采高綜采覆巖“兩帶”高度的綜合探測(cè)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013，38，增刊2.

[6]張金才，張玉卓，劉天泉.巖體滲流與煤層底板突水[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1997.

[7]朱術(shù)云，鞠遠(yuǎn)江，趙振中，等.超化煤礦“三軟”煤層采動(dòng)底板變形破壞的實(shí)測(cè)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2009，31(4):639-642.

[8]張蕊，姜振泉，李秀晗，等.大采深厚煤層底板采動(dòng)破壞深度[J].煤炭學(xué)報(bào)，2013，38(1).

[9]程愛(ài)平.底板采動(dòng)破壞深度微震實(shí)時(shí)獲取與動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)及應(yīng)用研究[D].北京科技大學(xué)，2014.

[10]臧思茂，張德輝，李剛.煤層開(kāi)采對(duì)底板的破壞規(guī)律及其水害防治技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011，30(3):341-344.

[11]關(guān)英斌，李海梅，路軍臣.顯德汪煤礦9號(hào)煤層底板破壞規(guī)律的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2003，28(2):121-125.

[12]朱第植，王成緒，許庭教，等.突水預(yù)測(cè)的采動(dòng)煤層底板相似模擬方法研究[J].煤田地質(zhì)與勘探，1999，27(2).

[13]蔣勤明.大采深工作面煤層底板采動(dòng)破壞深度測(cè)試[J].煤田地質(zhì)與勘探，2009，37(4).

[14]吳雙宏，張淵.帶壓開(kāi)采底板破壞的數(shù)值實(shí)驗(yàn)[J].資源環(huán)境與工程，2006，20(3).

[15]張蕊，姜振泉，岳尊彩，等.采動(dòng)條件下厚煤層底板破壞規(guī)律動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及數(shù)值模擬研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012，29(5).

[16]Hock E，Brown E T.Practical estimates of rock mass strength[J].In?ternational Journal of Rock Mechanics of Mining Science，1997，34(8): 1165-1186.

[17]雷明.黃玉川煤礦回采巷道支護(hù)技術(shù)研究[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2014.

Comparative Study of Coal Floor Failure Depth On-site Test and Numerical Simulation

Huang Huan1,2,3,Liu Qisheng2,3and Ji Yadong2,3
(1.China Coal Research Institute,Beijing 100013;2.Xi'an Research Institute,China Coal Technology&Engineering Group Corp,Xi' an,Shaanxi 710077;3.Shaanxi Key Laboratory of Coalmine Water Hazard Prevention and Control Technology,Xi'an,Shaanxi 710077)

On the basis of borehole sectional water injection test principle,designed CS-4,CS-5 and CS-6 three boreholes,using bore?hole double ended water plugging equipment carried out coal floor failure depth test for coal 6U No.01 working face in Huangyuchuan coalmine,Jungar coalfield;the site measured failure depth is 34.9m.Meanwhile,using FLAC3Dnumerical simulation software,simulat?ed working face mining stress distribution pattern,plastic zone distribution,floor rock displacement features and floor failure depth un?der different cut widths during mining process.The result has shown that the floor failure depth is 36m from numerical simulation,kept accord with site measured.Floor failure depth increasing with increasing of working face cut width;until the width increased to 250m the increasing amplitude will be lowered.So that the working face large cut width will intensify floor failure extent.

coal floor failure depth;water injection test;numerical simulation;large cut width

TU745

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.12.09

1674-1803(2016)12-0049-06

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAK04B04)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金(41402220)；陜西省自然基金項(xiàng)目(2011JQ5015)

黃歡（1988—），男，碩士，主要從事礦井水文地質(zhì)工作。

2016-06-27

責(zé)任編輯：樊小舟