霍丙杰 ，黃宇軒 ，靳京爵 ，宋子奇 ，李天航 ，白迎旭

（遼寧工程技術(shù)大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院，遼寧 阜新 123000）

0 引 言

留設(shè)煤柱保護(hù)巷道是我國(guó)許多煤礦采取的主要護(hù)巷方法，但同時(shí)也損失了大量的煤炭資源，沿空掘巷留設(shè)小區(qū)段煤柱有效地緩解了這一問(wèn)題[1]。小煤柱護(hù)巷的特征是基于回采工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ姆植家?guī)律，科學(xué)布置回采巷道，將回采巷道布置在內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)影響范圍內(nèi)；縮小區(qū)段煤柱尺寸，提高特厚煤層資源采出率。特厚煤層開(kāi)采條件下小區(qū)段煤柱留設(shè)，不僅要考慮巷道穩(wěn)定性與資源采出率，還要考慮其隔離鄰近采空區(qū)氣?水災(zāi)害的性能。小煤柱對(duì)鄰近采空區(qū)災(zāi)害的隔離性能較弱，且受多重采動(dòng)影響小煤柱裂隙發(fā)育、甚至破壞，其滲透率大幅增加，其隔離鄰近采空區(qū)災(zāi)害的能力更弱。區(qū)段煤柱滲透率對(duì)同層位鄰近采空區(qū)氣?水災(zāi)害能否進(jìn)入采掘工作空間具有控制作用。所以，研究采動(dòng)條件下特厚煤層沿空掘巷小煤柱滲透率演化規(guī)律有重要的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

加卸載作用下煤樣滲透性試驗(yàn)研究方面，劉永茜[2]指出多次載荷作用下的煤體孔隙結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生復(fù)雜變化，滲透率也隨之改變。文獻(xiàn)[3-6]研究了循環(huán)加載過(guò)程試件裂隙演化規(guī)律、不同高度煤樣滲透率變化規(guī)律及試樣的聲發(fā)射參數(shù)特征等。尹光志等[7]研究了真三軸加卸載應(yīng)力路徑對(duì)原煤力學(xué)特性及滲透率影響。李銘輝[8]研究了真三軸應(yīng)力條件下儲(chǔ)層巖石的多物理場(chǎng)耦合響應(yīng)特性。孫光中等[9]進(jìn)行了軸向應(yīng)力循環(huán)加卸載作用下含瓦斯煤滲透性研究。彭蘇萍等[10]根據(jù)煤巖樣在應(yīng)力?應(yīng)變?nèi)糖€中的彈性、彈塑性和塑性階段的差異形成不同的滲透率軌跡曲線的特點(diǎn)，建立了應(yīng)力?應(yīng)變與滲透率的定量關(guān)系。彭永偉等[11]研究認(rèn)為不同尺寸煤樣滲透率對(duì)圍壓敏感性存在明顯差異。ZHANG 等[12]研究了不同顆粒煤樣在循環(huán)加卸載作用下滲透率的變化特征。王向宇等[13]分析煤礦開(kāi)采過(guò)程中煤體損傷的能量演化規(guī)律和滲透特性。余伊河[14]建立了采動(dòng)剪切與拉伸復(fù)合損傷巖石滲透率演化模型。劉正東[15]利用自主研制的高應(yīng)力煤體擴(kuò)散特性測(cè)試裝置分析了煤體孔隙擴(kuò)散和裂隙滲流系統(tǒng)。文獻(xiàn)[16-20]研究了層理裂隙、含水率、溫度、瓦斯等因素對(duì)煤樣滲透率的影響與演化模型。袁梅等[21]進(jìn)行了不同煤層深度情況下煤巖變形滲透率試驗(yàn)。孫維吉[22]系統(tǒng)開(kāi)展了吸附作用、加載方向、時(shí)間尺度和尺寸效應(yīng)等因素作用下的煤樣滲透性試驗(yàn)。這些研究對(duì)認(rèn)識(shí)煤巖樣（體）滲透率影響因素及各因素對(duì)滲透率影響機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義。但這些成果側(cè)重于理論研究，主要針對(duì)應(yīng)力、孔隙結(jié)構(gòu)演化、試件尺寸、含水率、溫度、瓦斯、等幅循環(huán)加卸載等對(duì)滲透率的影響或者與其定量關(guān)系，很少涉及特厚煤層沿空掘巷條件下小區(qū)段煤柱在不同采動(dòng)階段滲透率演化特征的研究。

在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，以大同礦區(qū)石炭系特厚煤層小煤柱開(kāi)采為工程背景，利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬等方法綜合確定沿空掘巷條件下不同采動(dòng)階段小煤柱應(yīng)力場(chǎng)分布特征，為試驗(yàn)研究加卸載力學(xué)路徑的確定提供依據(jù)；通過(guò)試驗(yàn)與理論研究，確定特厚煤層沿空掘巷在不同采動(dòng)階段小煤柱滲透率演化規(guī)律，為特厚煤層綜放工作面沿空掘巷開(kāi)采條件下鄰近采空區(qū)氣?水災(zāi)害的防控提供理論支撐。

1 沿空掘巷小煤柱采動(dòng)特征分析

近年來(lái)，大同礦區(qū)為提高資源采出率，開(kāi)始推行沿空掘巷小區(qū)段煤柱護(hù)巷技術(shù)。以大同礦區(qū)同忻礦3～5 號(hào)煤層8207 工作面與8208 工作面之間小區(qū)段煤柱為研究對(duì)象，主要研究沿空掘巷條件下6 m 小區(qū)段煤柱滲透率動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。8208 工作面平均煤層厚度為20 m，工作面埋深約450 m，采用綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝。采動(dòng)損傷對(duì)煤柱滲透率有重要的影響，在8207 工作面回采時(shí)，區(qū)段煤柱受到第一次采動(dòng)影響。5208 巷道為8208 工作面的回風(fēng)巷道，5208 巷道掘進(jìn)對(duì)區(qū)段煤柱造成第二次采動(dòng)影響。8208 工作面回采時(shí)，區(qū)段煤柱受到第三次采動(dòng)影響，如圖1 所示。區(qū)段煤柱總共經(jīng)歷3 次采動(dòng)影響，經(jīng)歷3 次采動(dòng)應(yīng)力循環(huán)加卸載作用，此過(guò)程必然導(dǎo)致小煤柱的原生裂隙、采動(dòng)裂隙經(jīng)歷多次發(fā)育與壓實(shí)，直接影響煤柱的滲透率。

圖1 區(qū)段煤柱受多重采動(dòng)影響示意Fig.1 Sketch of section coal pillar influenced by multiple mining

2 沿空掘巷小煤柱采動(dòng)應(yīng)力分布與試驗(yàn)路徑確定

2.1 數(shù)值建模與邊界條件

應(yīng)用數(shù)值模擬方法，模擬分析沿空掘巷小煤柱不同采動(dòng)階段采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)演化特征，為試驗(yàn)研究不同采動(dòng)階段小煤柱滲透性的應(yīng)力加載路徑的確定提供依據(jù)。

根據(jù)同忻煤礦8208 工作面開(kāi)采特征，應(yīng)用FLAC3D有限差分程序建立沿x軸方向長(zhǎng)200 m、y軸方向長(zhǎng)200 m、z軸方向高188 m 的數(shù)值計(jì)算模型，分析沿空掘巷開(kāi)采條件下6 m 小區(qū)段煤柱不同采動(dòng)階段應(yīng)力場(chǎng)分布特征。

1）模型邊界條件：①模型前后和左右邊界施加水平約束，即邊界水平位移為0。②模型底部邊界固定，即底部邊界水平、垂直位移均為0。③模型頂部為自由邊界。④根據(jù)大同礦區(qū)同忻煤礦地應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果確定模型初始應(yīng)力狀態(tài)，模型z方向施加軸向應(yīng)力為14 MPa、水平x、y方向施加水平應(yīng)力為21 MPa。

2）數(shù)值模型中主要巖層物理力學(xué)參數(shù)取值根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定報(bào)告及礦井地質(zhì)報(bào)告確定。煤與頂?shù)装宓奈锢砹W(xué)參數(shù)由實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，其他層位巖層的參數(shù)參考礦井地質(zhì)報(bào)告確定，取值見(jiàn)表1。模擬中巖體采用理想彈塑性本構(gòu)模型，其變形破壞特征符合莫爾?庫(kù)侖屈服準(zhǔn)則。

表1 8208 工作面覆巖力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of overburden in No.8208 working face

2.2 第一階段采動(dòng)應(yīng)力分布特征

為消除煤柱兩側(cè)受力發(fā)生塑性變形破壞，選擇煤柱中心位置作為煤柱應(yīng)力狀態(tài)代表。根據(jù)數(shù)值模擬研究結(jié)果，選取8207 工作面正?；夭善陂g周期來(lái)壓位置處采動(dòng)應(yīng)力特征，確定區(qū)段煤柱受到的最大軸向應(yīng)力為27 MPa，水平應(yīng)力為6 MPa，如圖2 所示。

圖2 8207 回采工作面前方峰值區(qū)應(yīng)力Fig.2 Stress nephogram of peak area in front of No.8207 working face

為了使研究過(guò)程更加符合工程實(shí)踐，考慮8207工作面開(kāi)采后覆巖下沉穩(wěn)定后，煤柱區(qū)域垂直方向采動(dòng)應(yīng)力分布接近原巖應(yīng)力特征；煤柱區(qū)域水平方向約束主要體現(xiàn)為巷道支護(hù)和垮落矸石不充分?jǐn)D壓，水平方向應(yīng)力卸載明顯。所以，第一階段采動(dòng)應(yīng)力卸載后，取煤柱垂直應(yīng)力為原巖應(yīng)力的110%，即垂直應(yīng)力15 MPa；水平應(yīng)力根據(jù)數(shù)值模擬確定，即水平應(yīng)力為6 MPa。

2.3 第二階段采動(dòng)應(yīng)力分布特征

5208 運(yùn)輸巷道掘進(jìn)階段，參數(shù)設(shè)定原理與第一階段類(lèi)似，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得知，煤柱受到最大軸向應(yīng)力為32 MPa，水平應(yīng)力為7 MPa，如圖3 所示。8208工作面應(yīng)力平衡后，煤柱垂直應(yīng)力恢復(fù)至原巖應(yīng)力的120%，垂直應(yīng)力為16.5 MPa，水平應(yīng)力維持7 MPa。

圖3 5208 運(yùn)輸巷道掘進(jìn)前方峰值區(qū)應(yīng)力Fig.3 Stress nephogram of peak area in front of No.5208 headentry excavation

2.4 第三階段采動(dòng)應(yīng)力分布特征

8208 工作面回采階段，參數(shù)設(shè)定原理與第一階段類(lèi)似，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果得知，煤柱受到的最大軸向應(yīng)力為40 MPa，水平應(yīng)力為8 MPa，如圖4 所示。8208 工作面應(yīng)力平衡之后，煤柱垂直應(yīng)力恢復(fù)至原巖應(yīng)力的100%，為14 MPa?？紤]到回采之后，煤柱受到采動(dòng)損傷影響，水平支撐力受到破壞，則水平應(yīng)力降至4 MPa。

圖4 8208 回采工作面前方峰值區(qū)應(yīng)力Fig.4 Stress nephogram of peak area in front of No.8208 mining

2.5 試驗(yàn)路徑確定

基于不同開(kāi)采階段小煤柱應(yīng)力場(chǎng)分布特征數(shù)值模擬結(jié)果，確定試驗(yàn)測(cè)試的力學(xué)路徑?？紤]試驗(yàn)設(shè)備實(shí)際情況與查閱相關(guān)文獻(xiàn)[21]，選擇驅(qū)替壓力為3 MPa。為避免試驗(yàn)應(yīng)力加載速度過(guò)快對(duì)試驗(yàn)試件裂隙發(fā)育產(chǎn)生影響，采用0.05 MPa/s 的應(yīng)力加卸載速度進(jìn)行試驗(yàn)[23]。具體加卸載路徑及時(shí)間如圖5 所示。

圖5 不同采動(dòng)階段應(yīng)力加卸載路徑Fig.5 Loading and unloading paths of stress in different mining stages

3 滲透率演化試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)設(shè)備與試件

本試驗(yàn)采用DJG-Ⅱ型三軸加載煤巖滲流裝置，該設(shè)備可以進(jìn)行不同軸壓、圍壓及不同驅(qū)替氣體壓力條件下煤巖滲流試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置主要由氣體注入系統(tǒng)、應(yīng)力加載系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)4 個(gè)部分組成，如圖6 所示。試驗(yàn)煤樣選自大同礦區(qū)同忻礦8207 工作面，井下取樣時(shí)選擇原生裂隙不明顯、完整的煤塊，井下取樣時(shí)采用保鮮膜、膠帶進(jìn)行密封包裝，再使用柔性編織袋進(jìn)行包裹，運(yùn)輸時(shí)避免產(chǎn)生碰撞，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后盡快進(jìn)行試驗(yàn)。沿煤樣垂直層理方向進(jìn)行加工切割，制取50 mm×100 mm 標(biāo)準(zhǔn)型圓柱煤樣試件準(zhǔn)備試驗(yàn)，如圖7 所示。

圖6 試驗(yàn)原理示意Fig.6 Diagram of experimental principle

圖7 試驗(yàn)煤樣試件Fig.7 Experimental coal sample

3.2 試驗(yàn)原理

對(duì)于煤層滲流，基于煤介質(zhì)連續(xù)性和不可壓縮的假設(shè)，采用Darcy 定律穩(wěn)態(tài)測(cè)量法來(lái)計(jì)算煤巖體的滲透率。

式中：K為滲透率，10?15m2；Q0為大氣壓力P0時(shí)試驗(yàn)氣體流量，cm3/s；P0為大氣壓力，Pa；μ為試驗(yàn)氣體動(dòng)力黏度，Pa·s；L為煤樣試件長(zhǎng)度，cm；A為煤試件滲透截面面積，cm2；P1，P2為夾持器入口、出口流體壓力，Pa。

3.3 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

考慮試驗(yàn)設(shè)備與人員安全，采用無(wú)毒無(wú)腐蝕性的氮?dú)庾鳛樵囼?yàn)氣體；樣品夾持器內(nèi)放置直徑為 50 mm，長(zhǎng)度為100 mm 的煤樣；為減少溫度對(duì)滲透率的影響，溫度控制為20 ℃[24]；進(jìn)口端氣體壓力設(shè)定為3.0 MPa。

應(yīng)力加載方式，以0.05 MPa/s 緩慢加載，軸壓、圍壓均手動(dòng)設(shè)置，逐步加載。初始：軸壓加載至14 MPa，圍壓加載至21 MPa。以后每個(gè)采動(dòng)階段應(yīng)力加卸載方式與初始應(yīng)力狀態(tài)加卸載方式相同。不同采動(dòng)階段應(yīng)力場(chǎng)加卸載特征如圖5 所示。待測(cè)試氣體流量穩(wěn)定，可以有效記錄滲透率特征后進(jìn)行卸載。卸載階段以相同的速率卸載。

3.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

1）不同采動(dòng)階段小煤柱滲透率演化特征。沿空掘巷條件下小區(qū)段煤柱分階段滲透率演化對(duì)比分析如圖8 所示。圖8a 為不同試件在第一采動(dòng)階段加卸載后滲透率演化特征，1 號(hào)試件初始滲透率為0.004 51×10?15m2，采動(dòng)后滲透率達(dá)到0.021 96×10?15m2，滲透率增大4.869 倍；2 號(hào)試件初始滲透率0.000 221×10?15m2，采動(dòng)后滲透率達(dá)到0.001 84×10?15m2，滲透率增大8.326 倍；3 號(hào)試件初始滲透率0.001 09×10?15m2，采動(dòng)后滲透率達(dá)到0.011 05×10?15m2，滲透率增大10.138 倍。

圖8 不同采動(dòng)階段煤樣滲透率演化規(guī)律Fig.8 Step-by-step permeability law of coal sample

圖8b 為不同試件在第二采動(dòng)階段加卸載后滲透率演化特征，1 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.018 43×10?15m2，較初始滲透率增大4.086 倍；2 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.001 9×10?15m2，較初始滲透率增大8.597 倍；3 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.010 029×10?15m2，較初始滲透率增大9.44 倍。

圖8c 為不同試件在第三采動(dòng)階段加卸載后滲透率演化特征，1 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.034 82×10?15m2，較初始滲透率增大7.721 倍；2 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.071 69×10?15m2，較初始滲透率增大324.389 倍；3 號(hào)試件加卸載后滲透率達(dá)到0.029 02×10?15m2，較初始滲透率增大26.624 倍。3 組試件第三階段的滲透率數(shù)量級(jí)是一致的，2 號(hào)試件第三階段滲透率增加的倍數(shù)大，主要是由于初始滲透率不同且2 號(hào)初始滲透率較低。

煤體具有非均質(zhì)性、各向異性，其裂隙(孔隙)之間結(jié)構(gòu)存在差異時(shí)，煤體滲透率對(duì)于試驗(yàn)應(yīng)力敏感性也存在差異，導(dǎo)致不同試件滲透率增大幅度存在差異。但是，3 組試件滲透率變化的數(shù)量級(jí)一致、變化的趨勢(shì)一致，表明試驗(yàn)結(jié)果具有科學(xué)性。同時(shí)，不同試件初始滲透率差異大也符合原始試件的選取規(guī)律，對(duì)于研究必然規(guī)律影響較小。

第1 階段主要是8207 工作面回采的影響階段，小煤柱采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)的演化特征為：垂直應(yīng)力逐漸升高，水平應(yīng)力逐漸降低至巷道支護(hù)所給的約束。試件在加載階段導(dǎo)致裂隙開(kāi)始發(fā)育，滲透率在此階段有緩慢上升趨勢(shì)；在軸壓卸載階段（圍壓穩(wěn)定在6 MPa不變），試件因軸壓的減小而裂隙逐漸張開(kāi)，滲透率上升趨勢(shì)加快。

第2 階段主要是沿空巷道掘進(jìn)的擾動(dòng)階段，對(duì)小煤柱的采動(dòng)影響較小。該階段水平應(yīng)力與第一階段卸載后的水平應(yīng)力幾乎一樣，垂直應(yīng)力的增幅也不大。所以，第二階段加卸載過(guò)程中煤樣滲透率在數(shù)值上與第一階段相近。

第3 階段主要是8208 工作面回采階段，采動(dòng)應(yīng)力對(duì)小煤柱的影響大，該階段煤樣裂隙損傷大幅增加。在軸壓加載時(shí)滲透率減小，軸壓卸載時(shí)滲透率增幅大，增幅速率也明顯大于前2 個(gè)采動(dòng)階段。

總體表明，滲透率隨軸壓的變化表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，滲透率隨著軸向應(yīng)力的增大而減小，卸載階段滲透率隨著軸壓的減小而增大。不同開(kāi)采階段試件滲透率變化規(guī)律趨勢(shì)相同、數(shù)據(jù)可靠。

2）滲透率與應(yīng)力?應(yīng)變的定量關(guān)系。為了揭示不同采動(dòng)階段小煤柱滲透率演化規(guī)律，對(duì)3 組試驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)變與滲透率數(shù)據(jù)采取平均值處理，進(jìn)行應(yīng)力?應(yīng)變?K相關(guān)性分析，如圖9 所示。

圖9 三階段應(yīng)力?應(yīng)變?K 曲線Fig.9 Three-stage Stress?strain?K diagram

第1 采動(dòng)階段（圖9a）：加載階段應(yīng)變隨著應(yīng)力的增大而線性增大，滲透率隨著應(yīng)變的增大緩慢增加；卸載階段應(yīng)變隨應(yīng)力的減小而減小，滲透率隨著應(yīng)變的減小而增大，體現(xiàn)出了采動(dòng)對(duì)煤體的損傷的影響。

第2 采動(dòng)階段（圖9b）：加載階段應(yīng)變隨著應(yīng)力的增大而增大，滲透率隨著應(yīng)變的減小而緩慢增加；卸載階段應(yīng)變隨應(yīng)力的減小而減小，滲透率隨著應(yīng)變的減小而增大；加卸載階段滲透率增加的幅度和趨勢(shì)基本一致。

第3 采動(dòng)階段（圖9c）：加載階段應(yīng)變隨著應(yīng)力的增大而增大，滲透率隨著應(yīng)變的減小緩慢增加；卸載階段應(yīng)變先隨應(yīng)力的減小而線性減小、后期應(yīng)力減小而應(yīng)變幾乎不變，表明煤樣發(fā)生不可逆的塑性破壞；卸載階段滲透率隨著應(yīng)變的減小先緩慢增大后突然大幅增加，發(fā)生突變，進(jìn)一步表明試件在該加載階段發(fā)生塑性破壞。

總體分析，第三次卸載后滲透率增幅最大，第二階段加卸載對(duì)滲透率影響較??；下一階段加卸載滲透率總體高于上一階段滲透率；在試件塑性破壞之前，滲透率增幅速率較低，第三階段試件出現(xiàn)屈服破壞后，滲透率急劇上升。

煤樣變形監(jiān)測(cè)表明，在第一、第二階段加卸載時(shí)，煤樣變形還處于彈性變形階段，在第三次采動(dòng)影響后，煤樣發(fā)生不可逆的塑性破壞，導(dǎo)致滲透率變化加劇，此時(shí)小區(qū)段煤柱的氣?水阻隔性能幾乎喪失。所以，工程實(shí)踐中，在8207 工作面的回采和5208 巷道掘進(jìn)完成后，此時(shí)小煤柱的滲透率并未因?yàn)檫@2 個(gè)采動(dòng)階段而發(fā)生大幅變化，其氣?水阻隔性能與煤層初始狀態(tài)差別不大。8208 工作面開(kāi)采前，正好處于第二階段結(jié)束與第三階段開(kāi)始的節(jié)點(diǎn)上。因此，在沿空掘巷條件下進(jìn)行8208 工作面回采時(shí)，需要提前對(duì)8207 工作面采空區(qū)氣?水災(zāi)害進(jìn)行治理，防止8207 工作面采空區(qū)有害氣體與積水對(duì)8208 工作面安全生產(chǎn)造成影響。

應(yīng)用Origin 軟件中的多元變量函數(shù)line3 對(duì)分階段K與軸壓、圍壓的關(guān)系進(jìn)行擬合，得出軸壓?圍壓?K擬合曲線，見(jiàn)圖10，R2依次達(dá)到0.992 9、0.999 99、0.996 41、0.999 99、0.997 95、0.970 35。

圖10 多重采動(dòng)條件下滲透率演化規(guī)律擬合Fig.10 Permeability evolution law under multiple mining conditions

擬合后得到3 個(gè)采動(dòng)階段煤柱滲透率隨軸壓、圍壓變化的定量關(guān)系，見(jiàn)式（2）?式（7）：

式中，X為軸壓，MPa；Y為圍壓，MPa；K為滲透率，m2；t為擬合方程組的一個(gè)參量，無(wú)物理意義。

式（2）和式（3）、式（4）和式（5）、式（6）和式（7）分別為小煤柱處于第一次、第二次、第三次采動(dòng)影響過(guò)程中，其滲透率與應(yīng)力的定量關(guān)系。該定量關(guān)系可為特厚煤層沿空掘巷條件下小煤柱滲透率演化特征、小煤柱氣?水阻隔性能分析等提供理論基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

1）根據(jù)沿空掘巷開(kāi)采特征，設(shè)計(jì)了小區(qū)段煤柱循環(huán)加卸載滲透率測(cè)試試驗(yàn)的研究方案。基于數(shù)值模擬結(jié)果與地應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，確定了試驗(yàn)研究沿空掘巷條件下小區(qū)段煤柱不同采動(dòng)階段應(yīng)力場(chǎng)加卸載特征值。

2）試驗(yàn)揭示了不同采動(dòng)階段小區(qū)段煤柱應(yīng)力?應(yīng)變?K的變化規(guī)律，在第三采動(dòng)階段滲透率最多增大324.389 倍。擬合了沿空掘巷條件下小區(qū)段煤柱不同采動(dòng)階段滲透率演化的趨勢(shì)關(guān)系式。

3）試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在第三次采動(dòng)影響階段試件出現(xiàn)不可逆的塑性破壞，滲透率急劇增加，此階段小區(qū)段煤柱失去氣?水阻隔性能。該發(fā)現(xiàn)明確了特厚煤層沿空掘巷工程中前2 個(gè)采動(dòng)階段寬6 m 小煤柱沒(méi)有破壞的特征，為開(kāi)采實(shí)踐中不同采動(dòng)階段鄰近采空區(qū)災(zāi)害的防控指明了思路。

4）確定的特厚煤層沿空掘巷條件下小區(qū)段煤柱滲透率演化特征的研究思路、研究結(jié)果具有普適性，可為類(lèi)似工程問(wèn)題的研究和解決策略提供參考和理論支撐。