趙兵朝 ，馮 杰 ，趙 陽 ，侯恩科 ，馬云祥 ，馮欣怡

（1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué) 西部礦井開采及災(zāi)害防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；3.西安科技大學(xué) 地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；4.國(guó)能寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 紅柳煤礦，寧夏 銀川 751400）

采動(dòng)誘發(fā)覆巖裂隙貫穿覆巖隔水層，極易造成生態(tài)水資源破壞和礦井水害，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞尤為明顯。錢鳴高[1]提出了煤礦綠色開采的理念，認(rèn)為保水開采是綠色開采中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前相關(guān)學(xué)者對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行了大量的研究，提出了隔水層隔水性不受破壞是保水開采的關(guān)鍵[2-5]，揭示了煤層賦存條件、開采方法、開采參數(shù)及關(guān)鍵層位置對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的影響[6-18]，通過理論分析、數(shù)學(xué)軟件模擬及對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)了多種導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度理論預(yù)計(jì)方法，構(gòu)建了導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)測(cè)模型[15-21]。覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度與覆巖移動(dòng)變形息息相關(guān)，雖然前人已對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度進(jìn)行了大量研究，但將覆巖移動(dòng)變形與覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度有機(jī)結(jié)合方面研究相對(duì)較少。為此，基于前人研究成果，以小保當(dāng)?shù)V區(qū)2-2號(hào)煤層為研究對(duì)象，通過理論分析、相似模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)例驗(yàn)證的方法研究導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度，借助概率積分法預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層的曲率變形，給出1 種導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度的理論預(yù)計(jì)方法，為進(jìn)一步分析采動(dòng)過程中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度動(dòng)態(tài)演化規(guī)律和預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度提供理論依據(jù)。

1 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度動(dòng)態(tài)演化理論

1.1 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度與曲率變形的關(guān)系

采動(dòng)誘發(fā)的覆巖移動(dòng)破壞具有明顯分帶性，根據(jù)移動(dòng)破壞特征將覆巖分為“三帶”，其中垮落帶和裂隙帶共同組成導(dǎo)水裂隙帶，導(dǎo)水裂隙帶上部至地表范圍內(nèi)的巖層為彎曲下沉帶。導(dǎo)水裂隙帶上部巖層作為導(dǎo)水裂隙帶與彎曲下沉帶分界巖層，其是否破斷對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度有重要影響，因此對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的研究以分析導(dǎo)水裂隙帶上部巖層變形破壞為主。

采動(dòng)后覆巖發(fā)生彎曲，其彎曲程度隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大逐漸加劇，當(dāng)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層彎曲程度超過自身極限時(shí)，裂縫沿其法線方向向上發(fā)育，發(fā)育高度取決于導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形Ki大小[22]。地表與導(dǎo)水裂隙帶上部巖層分別為彎曲下沉帶上部與下部邊界，其移動(dòng)變形屬于同一問題的2 方面，移動(dòng)變形規(guī)律相似，采用概率積分法可對(duì)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層移動(dòng)變形進(jìn)行分析[23]。導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度形態(tài)如圖1。

圖1 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度示意圖Fig.1 Development height diagram of water conducting fractured zone

圖1 中：hs為導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，m；δ為移動(dòng)角，（°）；φ為采動(dòng)角，（°）；Ki為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形，10-3/m；H為開采煤層埋藏深度，m；z為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層埋深，m；ri為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層主要影響半徑，m；li為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層平底點(diǎn)距開采邊界距離，m。

導(dǎo)水裂隙帶上部巖層各點(diǎn)曲率變形值Ki表達(dá)式為：

式中：ηi為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)；m為煤層開采高度，m；α為煤層傾角，（°）；x為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層任一點(diǎn)位置。

煤層開采后覆巖發(fā)生破斷，破斷巖層在采空區(qū)發(fā)生堆積，由于巖石具有碎脹性，導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉值一般小于煤層開采高度m，其下沉系數(shù)ηi表達(dá)式為：

式中：wi為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉值，m。

導(dǎo)水裂隙帶上部巖層最大曲率變形值相應(yīng)點(diǎn)位置x的表達(dá)式為：

將式（3）代入式（1）中，可得導(dǎo)水裂隙帶上部巖層最大曲率變形值Kimax表達(dá)式為：

采動(dòng)誘發(fā)覆巖移動(dòng)破壞是1 個(gè)隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度改變動(dòng)態(tài)變化的過程，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大，覆巖破壞發(fā)育高度、導(dǎo)水裂隙帶上部巖層層位及曲率變形均發(fā)生變化，分析采動(dòng)過程中覆巖動(dòng)態(tài)破斷規(guī)律，確定導(dǎo)水裂隙帶上部巖層層位及曲率變形大小是預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度的關(guān)鍵。

1.2 采動(dòng)覆巖動(dòng)態(tài)破斷規(guī)律

煤層采出后采空區(qū)上覆巖層失去支撐出現(xiàn)懸露，懸露長(zhǎng)度lxi隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度L增大而增大，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度L與巖層懸露長(zhǎng)度lxi的關(guān)系如圖2。

圖2 覆巖破斷示意圖Fig.2 Overburden rock fracture diagram

圖2 中：lxi為巖層懸露長(zhǎng)度，m；θ1、θ2分別為開切眼與工作面?zhèn)雀矌r破斷角，（°）；L為工作面推進(jìn)長(zhǎng)度，m。由圖2 可知，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度L與巖層懸露長(zhǎng)度lxi存在如下關(guān)系：

由式（5）可知：當(dāng)巖層埋深一定時(shí)，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度L越長(zhǎng)，第i層巖層懸露長(zhǎng)度lxi越大；當(dāng)?shù)趇層巖層破斷時(shí)懸露長(zhǎng)度為其破斷距l(xiāng)pi，此時(shí)工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為第i層巖層破斷時(shí)的推進(jìn)長(zhǎng)度Lpi。

由于破斷巖層具有碎脹性，第i層巖層下部自由空間高度Δi隨破斷巖體垮落堆積逐漸減小，當(dāng)下部自由空間高度Δi小于第i層巖層撓度fimax時(shí)，下部自由空間高度Δi不足以誘發(fā)第i層巖層破斷，覆巖破斷到一定高度后停止，此后即使工作面推進(jìn)長(zhǎng)度進(jìn)一步增大至L≥Lpi時(shí)，第i層巖層及其上覆巖層不再發(fā)生破斷[24]。第i層巖層下部自由空間高度Δi關(guān)系式為：

式中：Δi為下部自由空間高度，m；kc為巖石殘余碎脹系數(shù)。

綜上所述，結(jié)合工作面推進(jìn)長(zhǎng)度L、撓度fimax以及下部自由空間高度Δi給出1 種采動(dòng)中覆巖破斷的判據(jù)，覆巖動(dòng)態(tài)破斷判據(jù)見表1。

表1 覆巖動(dòng)態(tài)破斷判據(jù)Table 1 Dynamic fracture criterion of overburden rock

根據(jù)表1 判斷覆巖各巖層破斷情況，可對(duì)采動(dòng)中導(dǎo)水裂隙帶上部巖層層位進(jìn)行確定。若第i層巖層不破斷，導(dǎo)水裂隙帶于第i層巖層下部停止發(fā)育，第i層巖層為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層；反之則轉(zhuǎn)入對(duì)第i+1 層巖層破斷情況進(jìn)行判斷。

1.3 導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)

同一煤層上覆不同層位巖層物理力學(xué)性質(zhì)不同，各巖層性質(zhì)及厚度存在明顯差異，因此采動(dòng)中相鄰巖層會(huì)出現(xiàn)不均勻下沉現(xiàn)象。覆巖不均勻下沉示意圖如圖3。

圖3 覆巖不均勻下沉示意圖Fig.3 Uneven subsidence diagrams of overburden rock

由圖3 可知，當(dāng)覆巖出現(xiàn)不均勻下沉?xí)r，若導(dǎo)水裂隙帶上部巖層撓度小于下部自由空間高度即fimax<Δi，其下沉值為撓度fimax；若導(dǎo)水裂隙帶上部巖層撓度不小于下部自由空間高度即fimax≥Δi，導(dǎo)水裂隙帶上部巖層與下方巖層接觸，其下沉值為下部自由空間高度Δi。綜上所述，采動(dòng)中導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)ηi是1 個(gè)與其下部自由空間Δi及撓度fimax有關(guān)的分段函數(shù)，表達(dá)式為：

導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)與其曲率變形值直接相關(guān)，基于概率積分法，結(jié)合導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)分段函數(shù)分析，可得導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形值。

1.4 導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度

蘇聯(lián)學(xué)者Б·я·гвeльцмaн[22]通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出全部垮落法開采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度hs與導(dǎo)水裂隙帶上部巖層極限曲率Kt存在如下關(guān)系表達(dá)式：

式中：Kt為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層極限曲率，10-3/m。

由圖1 可知，覆巖采動(dòng)角φ與移動(dòng)角δ反切值表達(dá)式為：

采動(dòng)后裂縫沿彎曲巖層法線方向向上發(fā)育，發(fā)育高度取決于導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形的大小，將式（4）、式（9）、式（10）代入式（8）中即可得到基于導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)計(jì)公式：

導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度預(yù)計(jì)流程如圖4。

圖4 導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度預(yù)計(jì)流程圖Fig.4 Prediction flow chart of dynamic development height of water conducting fractured zone

結(jié)合煤層賦存條件，判斷采動(dòng)中覆巖各巖層破斷情況，確定不同工作面推進(jìn)長(zhǎng)度下導(dǎo)水裂隙帶上部巖層層位、下沉系數(shù)和曲率變形，分析計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度。

2 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度相似模擬

2.1 工程概況

小保當(dāng)?shù)V區(qū)2-2號(hào)煤層傾角為0°～1°，屬于近水平煤層，平均埋深為369.41 m，上覆基巖厚度為294.54 m，松散層厚度為68.87 m，平均采高6 m。各巖層相似模擬配比見表2。

表2 相似模擬實(shí)驗(yàn)配比表Table 2 Similar simulation experiment ratio table

根據(jù)2-2號(hào)煤層賦存條件選取幾何相似常數(shù)αi=200、密度相似常數(shù)αρ=1.56、應(yīng)力相似常數(shù)ασ=αiαρ=312，搭建尺寸為3 000 mm×1 700 mm×200 mm的相似模型。

2.2 相似模擬結(jié)果

為減小邊界效應(yīng)，開切眼開掘位置距模型左邊界40 cm（80 m），由開切眼處開始向右側(cè)模擬開挖煤層，在距模型邊界40 cm（80 m）處停止開采，煤層開采過程中采用PENTAXR-322NX 型光學(xué)全站儀對(duì)模型測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)。工作面推進(jìn)不同距離時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度如圖5～圖7。

圖5 工作面推進(jìn)至119 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度Fig.5 Development height of water conducting fractured zone with working face advancing 119 m

由圖5 可知：當(dāng)工作面推進(jìn)至119 m 時(shí)，覆巖10 號(hào)巖層未發(fā)生破斷，為工作面推進(jìn)至119 m時(shí)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至10 號(hào)巖層下部，發(fā)育高度為63.6 m，為2-2號(hào)煤層采高（6 m）的10.6 倍。

由圖6 可知：當(dāng)工作面推進(jìn)至278 m 時(shí)，覆巖破壞發(fā)育高度隨工作面推進(jìn)而增大，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至16 號(hào)巖層中部，16 號(hào)巖層未破斷，為工作面推進(jìn)至278 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度155 m，為采高的25.8 倍。

圖6 工作面推進(jìn)至278 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度Fig.6 Development height of water conducting fractured zone with working face advancing 278 m

由圖7 可知：當(dāng)工作面推進(jìn)至428 m 時(shí)開采完畢，覆巖垮落穩(wěn)定后煤層開采達(dá)到充分采動(dòng)，受下部自由空間高度限制，覆巖破壞發(fā)育高度不再隨工作面推進(jìn)而增大，導(dǎo)水裂隙帶在16 號(hào)巖層中部停止發(fā)育，發(fā)育高度不再隨工作面推進(jìn)而發(fā)生明顯變化，覆巖16 號(hào)巖層為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層，導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度155 m，為采高的25.8 倍。

3 導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度動(dòng)態(tài)演化驗(yàn)證

3.1 導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度理論預(yù)計(jì)

根據(jù)覆巖破斷判據(jù)，結(jié)合相似模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)采動(dòng)過程中各巖層破斷情況進(jìn)行判定，覆巖破斷情況判別表見表3。

由表3 可知：當(dāng)工作面推進(jìn)至41.6 m 時(shí)，煤層頂板發(fā)生破斷，覆巖破壞開始向上發(fā)育；當(dāng)推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到53.0 m 覆巖2 號(hào)巖層發(fā)生破斷，隨著工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大，導(dǎo)水裂隙帶逐步向上發(fā)育；在推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到76.0 m 時(shí)上覆3、4 號(hào)巖層均發(fā)生破斷，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至5 號(hào)巖層下部；當(dāng)推進(jìn)至90.0 m 時(shí)5 號(hào)巖層發(fā)生破斷，導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)一步發(fā)育，其上覆6 號(hào)～8 號(hào)巖層在推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到99.0 m時(shí)均發(fā)生破斷；推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到119 m 時(shí)9 號(hào)巖層破斷，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至10 號(hào)巖層下部；當(dāng)推進(jìn)至126.0 m 時(shí)10 號(hào)巖層與11 號(hào)巖層發(fā)生同步破斷，推進(jìn)至155.0 m 時(shí)12 號(hào)巖層破斷，導(dǎo)水裂隙帶隨覆巖破斷向上發(fā)育；當(dāng)推進(jìn)長(zhǎng)度達(dá)到168.0 m 時(shí)13 號(hào)、14 號(hào)巖層同步破斷，推進(jìn)至212.0 m 時(shí)覆巖15 號(hào)巖層發(fā)生破斷，由于f16max=6.61 m>Δ16，16號(hào)巖層不破斷，導(dǎo)水裂隙帶于16 號(hào)巖層下部停止發(fā)育，此后隨著工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度不再發(fā)生明顯變化。

為了進(jìn)一步分析采動(dòng)過程中的導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度，結(jié)合相似模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及觀測(cè)數(shù)據(jù)，以工作面推進(jìn)長(zhǎng)度119、278、428 m（在該推進(jìn)長(zhǎng)度下導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)分別對(duì)應(yīng)其下沉系數(shù)的2 個(gè)分段函數(shù)）為例預(yù)計(jì)2-2煤層開采過程中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，理論預(yù)計(jì)結(jié)果如下：

1）當(dāng)工作面推進(jìn)至119 m 時(shí)10 號(hào)巖層未破斷，為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層。相似模擬實(shí)驗(yàn)觀測(cè)得10號(hào)巖層l10=37.8 m，r10=38.2 m，下沉值w10=0.72 m，下沉系數(shù)η10=0.12，極限曲率Kt=1.30×10-3/m，推進(jìn)至119 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層最大曲率變形值K10max=0.75×10-3/m，將上述數(shù)據(jù)代入式（11）中計(jì)算可得。工作面推進(jìn)至119 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度hs為62.4 m。

2）當(dāng)工作面推進(jìn)至278 m 時(shí)，16 號(hào)巖層未破斷，為導(dǎo)水裂隙帶上部巖層，相似模擬實(shí)驗(yàn)觀測(cè)可得16 號(hào)巖層l16=72.3 m，r16=72.9 m，下沉值w16=4.52 m，下沉系數(shù)η16=0.75，推進(jìn)至278 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層最大曲率變形值K16max=1.29×10-3/m，將上述參數(shù)代入式（11）中計(jì)算可得工作面推進(jìn)至278 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度hs為160.8 m。

3）當(dāng)工作面推進(jìn)至428 m 時(shí)，16 號(hào)巖層仍未破斷，下沉系數(shù)η16=0.75，曲率變形值K16 max=1.29×10-3/m，計(jì)算得當(dāng)工作面推進(jìn)至428 m 時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度仍為160.8 m，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度不再隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大發(fā)生明顯變化，導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度hs為160.8 m。

3.2 相似模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

當(dāng)工作面推進(jìn)至119 m 時(shí)，相似模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為63.6 m，理論預(yù)計(jì)結(jié)果為62.4 m，誤差為1.9%；推進(jìn)至278 m 時(shí)，實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為155 m，理論預(yù)計(jì)結(jié)果為160.8 m，誤差為3.6%；當(dāng)2-2號(hào)煤層開采完成后，實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度為155 m，理論預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度為160.8 m，誤差為3.6%。

基于相似模擬實(shí)驗(yàn)及理論預(yù)計(jì)結(jié)果繪制的2-2煤層開采過程中導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度曲線圖如圖8。

圖8 覆巖導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育曲線Fig.8 Dynamic development curves of overburden water conducting fractured zone

由圖8 可知，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度理論預(yù)計(jì)曲線與相似模擬實(shí)驗(yàn)曲線基本一致，誤差為1.9 %～3.6%，兩段曲線均表明采動(dòng)中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大發(fā)生變化，其發(fā)育形態(tài)大致可分為以下4 個(gè)階段。

1）緩慢發(fā)育階段。煤層開采初期，采空區(qū)尺寸相對(duì)較小，受采空區(qū)大小限制導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育相對(duì)緩慢。

2）迅速發(fā)育階段。工作面進(jìn)一步推進(jìn)，覆巖受采動(dòng)影響程度增大，導(dǎo)水裂隙帶隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大快速發(fā)育。

3）發(fā)育變緩階段。導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至一定高度后，采動(dòng)對(duì)導(dǎo)水裂隙帶上部巖層影響程度逐漸降低，此時(shí)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度隨工作面推進(jìn)增速逐漸減緩。

4）發(fā)育平穩(wěn)階段。當(dāng)工作面推進(jìn)至一定長(zhǎng)度后，由于巖石具有碎脹性，破斷巖層將覆巖下部自由空間填滿，導(dǎo)水裂隙帶上部巖層不再發(fā)生破斷，導(dǎo)水裂隙帶達(dá)到最大發(fā)育高度，不再隨工作面推進(jìn)長(zhǎng)度增大發(fā)生明顯變化。

3.3 實(shí)例驗(yàn)證

小保當(dāng)一號(hào)井2-2號(hào)煤層平均埋深356.5 m，上覆基巖厚度為202.65～288.89 m，平均254.14 m，松散層厚度為70.26 m，煤層平均厚度為5.8 m。為驗(yàn)證覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度預(yù)計(jì)理論的可靠性，以小保當(dāng)一號(hào)井2-2號(hào)煤層為研究對(duì)象，對(duì)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)6 個(gè)鉆孔進(jìn)行探查，探查結(jié)果表明覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為152.01～175.57 m，為采高的26.21～30.27 倍，切眼附近導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度最大，工作面內(nèi)部發(fā)育高度較小。理論預(yù)計(jì)小保當(dāng)?shù)V區(qū)2-2號(hào)煤層覆巖導(dǎo)水裂隙帶最大發(fā)育高度為160.8 m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度基本一致。

4 結(jié) 語

1）基于工作面推進(jìn)長(zhǎng)度、撓度及下部自由空間高度給出了覆巖動(dòng)態(tài)破斷判據(jù)和導(dǎo)水裂隙帶上部巖層下沉系數(shù)分段函數(shù)，在此基礎(chǔ)上給出了1 種基于導(dǎo)水裂隙帶上部巖層曲率變形的導(dǎo)水裂隙帶動(dòng)態(tài)發(fā)育高度預(yù)計(jì)方法。

2）通過相似模擬實(shí)驗(yàn)和理論預(yù)計(jì)方法，揭示了采動(dòng)中導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度動(dòng)態(tài)演化的4 個(gè)階段：緩慢發(fā)育階段、迅速發(fā)育階段、發(fā)育變緩階段、發(fā)育平穩(wěn)階段。

3）以小保當(dāng)?shù)V區(qū)2-2號(hào)煤層為研究對(duì)象對(duì)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度進(jìn)行理論預(yù)計(jì)、相似模擬實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，理論預(yù)計(jì)結(jié)果與相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差為1.9 %～3.6%，理論預(yù)計(jì)發(fā)育高度為160.8 m，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)2-2號(hào)煤層開采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度152.01～175.57 m 基本吻合。