厚煤层覆岩破坏规律及突水致灾机制分析

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0033

中国安全科学学报 ›› 2025, Vol. 35 ›› Issue (S2): 110-117.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S2.0033

厚煤层覆岩破坏规律及突水致灾机制分析

郭维强¹(), 兰天伟²^,³, 路凯翔³, 李柱⁴, 姚新宇⁵, 冯伟⁴

¹ 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司, 宁夏银川 750001
² 辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院, 内蒙古鄂尔多斯 017010
³ 辽宁工程技术大学矿业学院, 辽宁阜新 123000
⁴ 国家能源集团乌海能源内蒙古利民煤焦有限责任公司利民煤矿, 内蒙古鄂尔多斯 016064
⁵ 鄂尔多斯市昊华红庆梁矿业有限公司, 内蒙古鄂尔多斯 014300

收稿日期:2025-08-20 出版日期:2026-02-04
作者简介:
郭维强 (1988—),男,宁夏西吉人,本科,工程师,主要从事矿井地质灾害防治、煤矿防治水技术、矿山开采沉陷等方面的工作。E-mail:15025570@ceic.com。
兰天伟教授
李柱高级工程师
姚新宇高级工程师
基金资助:
鄂尔多斯市标志性创新团队项目(TD20240005); 鄂尔多斯市重点研发计划项目(YF20250274); 鄂尔多斯市科技“突围”工程“揭榜挂帅”重大项目(JB20251447)

Mechanism analysis of overburden rock damage law and disaster caused by sudden water surge of thick coal seams

GUO Weiqiang¹(), LAN Tianwei²^,³, LU Kaixiang³, LI Zhu⁴, YAO Xinyu⁵, FENG Wei⁴

¹ CHN Energy Ningxia Coal Industry Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750001, China
² Ordos Research Institute, Liaoning Technical University, Ordos Inner Mongolia 017010, China
³ School of Mining, Liaoning Technical University, Fuxin Liaoning 123000, China
⁴ Limin Coal Mine in Limin Coal Coke Company of China Energy Wuhai Energy Group Co., Ltd., Ordos Inner Mongolia 016064, China
⁵ Ordos Haohua Hongqingliang Mining Co., Ltd., Ordos Inner Mongolia 014300, China

Received:2025-08-20 Published:2026-02-04

摘要/Abstract

摘要：

为准确掌握红柳煤矿I04采区2煤采动范围内突水致灾的可能性,以关键层理论为基础,分析该工作面覆岩的稳定性和破断规律,并利用钻孔窥视法、分段注水法和数值模拟法对I040201综采工作面“两带”高度进行探测。研究结果表明:红柳煤矿I040201综采工作面垮落带高度约为54.40 m,断裂带高度约为98.12 m;I04采区2煤垮采比为10.46,裂采比为18.87;工作面采动造成的覆岩破坏未贯通安定组含水层。测试结果可为红柳煤矿采空区顶板管理、防水煤柱的留设,以及采掘部署和巷道支护等提供理论支撑和参考依据。

关键词: 覆岩破坏, 突水致灾, 顶板“两带”, 分段注水, 数值模拟

Abstract:

In order to accurately grasp the possibility of disaster caused by sudden water surge within the 2-coal mining range of the I04 mining area of Hongliu Mine, the stability of the overburden rock and the breakage law of the working face were analyzed based on the key layer theory, and a probing study was conducted on the height of the ″two zones″ of the I040201 comprehensive mining face by using the borehole peeping method, the segmented water injection method, and the numerical simulation method. The results show that the height of the collapse zone of I040201 comprehensive mining face in Hongliu Mine is about 54.40 m, and the height of the fissure zone is about 98.12 m; the collapse ratio of 2-coal in I04 mining area is 10.46, and the fissure ratio of 2-coal in I04 mining area is 18.87; the destruction of overburden caused by the mining of the face has not penetrated the aquifer of Anding Formation. The test results provide theoretical support and scientific basis for the management of the roof plate in the open area of Hongliu Mine, the setting of waterproof coal pillars, as well as the deployment of mining and roadway support.

Key words: overburden rock damage, disaster caused by sudden water surge, ″two zones″ of roof plate, segmented water injection, numerical simulation

中图分类号:

X936

郭维强, 兰天伟, 路凯翔, 李柱, 姚新宇, 冯伟. 厚煤层覆岩破坏规律及突水致灾机制分析[J]. 中国安全科学学报, 2025, 35(S2): 110-117.

GUO Weiqiang, LAN Tianwei, LU Kaixiang, LI Zhu, YAO Xinyu, FENG Wei. Mechanism analysis of overburden rock damage law and disaster caused by sudden water surge of thick coal seams[J]. China Safety Science Journal, 2025, 35(S2): 110-117.

图/表 17

图1

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参考文献 12

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岩层	岩性	层厚h/m	关键层
1	粗粒砂岩	32.17	次关键层1
2	泥岩	14.00	—
3	中粒砂岩	23.80	次关键层2
4	泥岩	27.30	—
5	中粒砂岩	30.70	次关键层3

回采距离/ m	导水断裂带发育规律
回采距离/ m	发育特征	发育高度/m
10	直接顶垮落,基本顶稳定, 导水断裂带未发育	0
30	基本顶破断,导水断裂带向上发育至第2层(泥岩)	32.17
50	导水断裂带向上发育至第3层(中粒砂岩)	46.17
100	导水断裂带向上发育至第4层(泥岩)	69.97
200	导水断裂带向上发育至第5层 (中粒砂岩),并趋于稳定	97.27

孔号	名称	方位角/ (°)	仰角/ (°)	垂高/ m	平距/ m	孔深/ m
1号	对比测孔	330	55	100	70	122
2号	垮落带测孔	145	29	60	108	123
3号	垮落带测孔	150	35	60	86	105
3'号	裂隙延长孔	150	35	40	57	69
4号	垮落带测孔	155	32	60	88	114
5号	断裂带测孔	160	50	100	100	144
6号	断裂带测孔	170	50	100	100	144

钻孔编号	垮落带高度/m
钻孔编号	测试结果	修正结果
2号	>45	>48
3号	<57	<59
4号	>52	>57
平均值	54.5	58

煤岩层名称	密度/(kg·m^-3)	体积模量/GPa	剪切模量/GPa	黏聚力/MPa	内摩擦角/(°)	抗拉强度/MPa
煤	1 500.00	1.67	1.26	2.20	35	0.52
粗粒砂岩	2 138.65	8.06	6.30	1.24	32	3.43
泥岩	2 084.61	2.03	1.44	1.05	29	0.73
中粒砂岩	2 221.80	8.33	5.44	2.05	51	4.39
泥岩	2 046.90	1.94	1.52	1.04	30	0.69

厚煤层覆岩破坏规律及突水致灾机制分析

Mechanism analysis of overburden rock damage law and disaster caused by sudden water surge of thick coal seams

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方法	理论预测	现场实测	数值模拟	平均
垮落带/m		57.80	51.00	54.40
断裂带/m	97.27	100.10	97.00	98.12
弯曲下沉带/m	>97.27	>100.10	>97.00	>98.12

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