移动阅读
冯国瑞1,2,3，白锦文1,2,3,4，杨文博1,2，王善勇4，康立勋1,2
(1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024; 2.山西省绿色采矿工程技术研究中心，山西 太原 030024; 3.山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266590; 4.The University of Newcastle，Priority Research Centre for Geotechnical Science & Engineering，Callaghan NSW 2308,Australia)
摘 要:近距离煤层群复合采动影响下，层间岩层中隔水层的稳定性至关重要。若层间岩层中隔水层的稳定性遭受破坏，则上覆采空区中的积水会向下方渗流扩逸，甚至瞬间涌出，威胁下部煤层的安全开采。提出了复合采动影响下层间隔水控制层的基本概念，运用损伤力学的基础理论构建了复合采动影响下层间岩体损伤参量D的计算模型，分别研究了损伤参量D与层间岩体抗压强度及破坏范围之间的关系，分析了不同条件下复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响。研究结果表明:① 层间隔水控制层是指复合采动影响下层间岩体中不发生破断失稳且能起到阻隔上方采空区积水向下渗流扩逸的控制岩层。② 损伤参量D可以用来衡量复合采动影响下层间岩体的损伤破坏程度。③ 层间岩体抗压强度RD与损伤参量D的关系为:随着损伤参量D的增大，层间岩体的抗压强度RD表现出线性递减的变化趋势，其折减系数为1-D。④ 层间岩体破坏范围与损伤参量D的关系为:层间岩体的最大破坏深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax均随着损伤参量D的增大而增加;D越大，Hmax和Lmax的增幅也越大。⑤ 层间隔水控制层的稳定性与复合采动产生的叠加损伤密切相关;通过综合考量上下煤层多重开采后层间岩体的损伤破坏范围与隔水控制层的层位关系，全面分析了6种不同条件下层间隔水控制层的稳定性，并给出了合理有效的控制措施，来减轻上覆采空区积水对下部煤层开采的威胁，并保障安全生产。复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响研究可以为积水采空区下伏煤层的安全开采提供理论指导。
关键词:复合采动;隔水控制层;损伤参量;破坏范围;安全开采;保水采煤
移动阅读
冯国瑞，白锦文，杨文博，等.复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响[J].煤炭学报,2019,44(3):777-785.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.6042
FENG Guorui，BAI Jinwen，YANG Wenbo，et al.Influence of multiple mining damage on the stability of water-resisting control strata[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3):777-785.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.6042
中图分类号:TD823
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2019)03-0777-09
收稿日期:2018
1130
修回日期:20190102
责任编辑:韩晋平
基金项目:国家自然科学基金联合基金重点资助项目(U1710258);国家自然科学基金面上基金资助项目(51574172);山西省研究生教育创新基金资助项目(2018BY042)
作者简介:冯国瑞(1976—)，男，山西阳城人，教授，博士生导师。Tel:0351-6010177,E-mail:fguorui@163.com
通讯作者:白锦文(1990—)，男，山西柳林人，博士研究生。E-mail:baijinwen629@sina.com
FENG Guorui1,2,3，BAI Jinwen1,2,3,4，YANG Wenbo1,2，WANG Shanyong4，KANG Lixun1,2
(1.College of Mining Technology,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China; 2.Research Center of Green Mining Engineering Technology in Shanxi Province,Taiyuan 030024,China; 3.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590,China; 4.Priority Research Centre for Geotechnical Science & Engineering,The University of Newcastle,Callaghan 2308,Australia)
Abstract:The stability of sandwiched water-resisting strata plays a significant role in the closed multiple-seam mining.The upper accumulated water in the upper gobs can seeped and flow into the lower mining space once the stability of sandwiched water-resisting strata is destroyed.In some situations,a sudden release of upper accumulated water is occurred,which brings serious threats for the safe mining of lower coal seam.The basic concept of water-resisting control strata under the influence of multiple mining was proposed in this paper.The damage parameter (D) calculation model of interburden was established based on theories of damage mechanics.The relationships between the damage parameters (D) and the compressive strength/the damage range of interburden were analyzed,respectively.Then,the influence of multiple mining damage on the stability of water-resisting control strata was investigated.The results showed that ① The water-resisting control strata referred to the strata which did not broken under the multiple mining influences and played a significant role in preventing the downward seepage and expansion of accumulated water in the upper gobs.② The damage parameter (D) could be used to measure the damage range of interburden under multiple mining influences.③ The relationship between the compressive strength (RD) of the interburden and the damage parameter (D) was: RD of the interburden showed a linear decreasing trend with the increasing of D.The reduction factor was 1-D.④ The maximum failure depth/height (Hmax) and the maximum distance to the working face (Lmax) increased with the increase of damage parameter (D).The larger the damage parameter (D),the greater the increase of Hmax and Lmax.⑤ The stability of water-resisting control strata was closely related with the superimposed damage induced by the multiple mining.It was necessary to comprehensively evaluate the damage range of interburden under the multiple mining of upper and lower coal seams.The stability of water-resisting control strata under six different conditions were determined and the reasonable control measures were then complemented to ensure the safety of lower coal seam mining.The study on the influence of multiple mining damage on the stability of water-resisting control strata can provide a theoretical guidance for the safe mining of lower coal seam under the water accumulation area.
Key words:multiple mining;water-resisting control strata;damage parameter;damage range;safety mining;water-preserved coal mining
保水开采是我国绿色开采的重要组成部分[1-2]。保水开采是指通过控制岩层移动维持含水层(岩组)结构稳定或水位变化在合理范围内，寻求煤炭开采量与水资源承载力之间最优解的煤炭开采技术[3]。保水开采不仅可以优化煤炭资源开采和水资源供需平衡之间的矛盾，还能实现资源开发与水环境保护的协调统一[4-5]。
隔水层的稳定性控制是实现保水开采的关键。王双明等[6]分析了隔水岩组厚度和采高对隔水层稳定性的影响，发现当上覆隔水岩组厚度≤18倍采高时，煤层开采会引发隔水层的破坏;黄庆享等[7-10]研究了浅埋煤层开采覆岩隔水层的变形破坏特征，揭示了隔水层“上行裂隙”和“下行裂隙”的发育规律，提出了隔水层稳定性的判据，分析了基岩运动对隔水层稳定性的影响机理;缪协兴等[11-13]提出了保水开采隔水关键层的基本概念，确定了隔水关键层位置的判别流程，建立了隔水关键层的力学模型，分析了隔水关键层的受力与变形特征，得到了隔水关键层结构失稳和渗流失稳的临界判别条件;张东升等[14]分析了我国西北煤炭开采时阻隔岩层变形破坏过程中裂隙的分布特征，构建了“上位隔水层-中位阻隔层-下位基本顶结构”协同变化模型和渐序变化模型，揭示了采动覆岩结构与隔水层稳定性的时空演变规律;刘建功等[15]构建了充填开采隔水层采动沉降结构的力学模型，推导了隔水层稳定的边界条件，分析了充填密实率和充填率等因素对隔水层稳定性的影响规律;郭文兵等[16]揭示了薄基岩厚松散层下充填开采覆岩裂隙的发育规律，分析了隔水关键层的稳定性;李文平等[17]分析了采动破裂前后和采后应力恢复蠕变等条件下隔水关键层N2红土的隔水性能与稳定性;姚邦华等[18]研究了破碎岩体支撑作用下四边固支隔水薄板的应力分布特征和临界载荷变化规律，并分析了覆岩隔水层的稳定性;刘伟韬等[19]建立了底板隔水层的薄板力学模型，分析了隔水层的最大挠曲位置和最大主应力方向，得到了底板隔水层突水机理的力学判据;吕广罗等[20]分析了巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层开采隔水层的破坏特征;孙建等[21]建立了条带充填覆岩结构隔水层的力学模型，推导了隔水层稳定性的力学判据和影响因素;师本强等[22]分析了浅埋煤层砂土基型矿区开采隔水土层中裂隙的破坏深度和导水裂隙带的发育高度，计算了隔水保护层的厚度;徐智敏等[23]采用类比法估算了哈密煤田生态脆弱区采动条件下导水裂隙带的发育高度，分析了隔水关键层的稳定性;黄存捍等[24]应用尖点突变理论建立了组合隔水层的突变模型，探讨了其失稳非线性特征和力学充要条件。
现有研究成果针对不同赋存状况和不同采动条件下隔水层的应力分布、变形破坏、渗流特性和失稳机理等开展了较为系统地分析，极大地促进了保水开采理论与技术的发展。然而，前述研究涉及的采动影响主要来源于单一煤层开采或分层开采，关注的对象多集中于覆岩隔水层或底板隔水层。
近距离煤层群下行开采在我国多个矿区应用实践[25]。上部煤层开采后，形成的大面积采空区中可能会赋存有大量的积水[25]。下部煤层开采时，上部采空区积水是否会向下方渗流扩逸是制约安全开采的主要问题之一。此时，层间岩体中隔水层的稳定性至关重要。上下煤层复合采动影响下，若层间隔水层的稳定性遭受破坏，会形成大量的积水渗流通道，进而诱导上方积水的瞬时涌出;若层间隔水层的稳定性良好，则下部煤层开采受上方积水水患的威胁较小，安全性较好。因此，亟需开展复合采动影响下层间隔水层的稳定性研究。
笔者提出了复合采动影响下层间隔水控制层的基本概念，构建了复合采动影响下层间岩体损伤参量的计算模型，确定了损伤参量与层间岩体抗压强度及破坏范围之间的关系，分析了复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响，从而为积水采空区下部煤层安全开采提供理论指导。
隔水层是指隔水性能较高、能够阻隔含水层水源渗流扩逸的岩层或土层[3-4,8-9]。控制层是指近距离煤层群开采时层间岩体中对局部或全部岩体的运动起主要承载作用的厚硬岩层[26-27]。借鉴了隔水层和控制层的基本定义，笔者提出了复合采动影响下层间隔水控制层的概念:复合采动影响下，层间岩体中不发生破断失稳，且能起到阻隔上方采空区中积水向下渗流扩逸的控制岩层，如图1所示。图1中上部煤层与隔水控制层之间的岩体称为上位层间岩体，隔水控制层与下部煤层之间的岩体称为下位层间岩体。
图1 隔水控制层结构示意
Fig.1 Schematic diagram of water-resisting control strata
层间隔水控制层的稳定性对于积水采空区下方煤层的安全开采至关重要。如果层间隔水控制层在复合采动损伤影响下不发生破断，则其结构稳定性良好，能够起到阻隔上覆采空区积水的作用;如果层间隔水控制层在单一或复合采动影响下发生破断，则其结构稳定性较差，会诱导上覆采空区积水的渗流扩逸，进而对下部煤层的安全开采形成威胁。因此，层间隔水控制层的稳定性与上下煤层复合采动的叠加损伤密切相关。
随着上下煤层的逐渐开采，层间岩体内的应力重新分布，进而诱导微裂纹的形成、扩展与传递，使其逐渐经历体积元的破裂、宏观裂纹形成、裂纹的稳定扩展和失稳扩展等变化过程[28-29]，并最终引发层间岩体不同程度的损伤与破坏。
多重采动影响下，层间岩体的损伤破坏主要包括[30]:① 上部煤层开采对层间岩体的损伤破坏;② 下部煤层开采对层间岩体的损伤破坏。图2为复合采动影响下层间岩体的损伤模型。图2(a)为复合采动影响前层间岩体示意，其总体积为V;图2(b)为复合采动影响后层间岩体的损伤示意，图中阴影部分区域表示层间岩体发生了损伤破坏，其总体积为VD:
VD=V1+V2
(1)
式中，V1为上部煤层开采后层间岩体的损伤体积;V2为下部煤层开采后层间岩体的损伤体积。
图2 复合采动影响下层间岩体的损伤模型
Fig.2 Damage model of interburden under multiple mining influences
根据应变等效假设[31]易知:复合采动影响下，发生损伤破坏的层间岩体已经丧失了承载能力。因此，覆岩自重与采动支承压力产生的叠加载荷主要由层间岩体中未发生损伤破坏的岩体来承载，其有效体积为V′:
V′=V-VD
(2)
此时，可以用损伤参量D来衡量复合采动影响下层间岩体的损伤破坏程度。它表示单轴应力状态下材料单元体积内存在的微裂纹(微孔隙、微缺陷)的比率[32]，即
(3)
一般地，煤岩材料损伤参量D的变化范围为:0≤D≤1。通常认为:① 当D=0时，复合采动影响下层间岩体完全没有受到损伤;② 当0<D<1时，复合采动影响下层间岩体发生了局部损伤与破坏;③ 当D=1时，复合采动影响下层间岩体内部的损伤发展到极限程度，其承载能力完全丧失。
笔者在分析复合采动影响下层间岩体的损伤破坏时，对层间岩体进行了假设[33-34]:① 连续介质;② 各向同性;③ 应变等效。基于此，建立了复合采动影响下层间岩体的损伤破坏的本构关系[32]:
(4)
式中，[σ*]为有效应力矩阵;[σ]为名义应力矩阵;D为复合采动影响下层间岩体的损伤参量。
由此可知，复合采动影响下层间岩体的抗压强度RD与其原始强度R之间的关系[33]可表示为
RD=(1-D)R
(5)
根据式(5)，分别取层间岩体的原始强度R为1.5,2.0,2.5,3.0,3.5和4.0 MPa六种情况，损伤参量D为0～1，可以得到复合采动影响下层间岩体的抗压强度RD与其损伤参量D之间的关系，如图3所示。
图3 层间岩体的抗压强度与损伤参量D的关系
Fig.3 Relationship between the damage parameter (D) and the compressive strength
由图3可以看出:① 当损伤参量D一定时，复合采动影响下层间岩体的抗压强度RD随着原始强度R的增大而增强;② 当原始抗压强度R为定值时，复合采动影响下层间岩体的抗压强度RD随着损伤参量D的增大表现出线性递减的变化趋势;此时，层间岩体强度RD的折减系数为1-D。综上，损伤参量D越大，复合采动影响下层间岩体内部能够起到承载作用的完整材料的体积V′越小，即其受到的损伤破坏越大，也更容易发生破断失稳。
笔者通过分析计算上部/下部煤层开采对层间岩体的最大损伤深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax来表征采动影响下层间岩体的破坏范围[34-35]，如图4所示。多重采动影响下，层间岩体的破坏范围与其损伤参量D密切相关。
图4 上部/下部煤层开采层间岩体的损伤破坏范围示意
Fig.4 Damage schematic diagram of interburden in upper/lower coal seam
一般地，采动应力场是控制层间岩体损伤破坏的核心[36-37]。因此，非常有必要深入剖析采动影响下层间岩体的应力分布状况。运用弹性力学基础理论[33]易知，平面应变条件下层间岩体的主应力为
(6)
将式(6)代入Mohr-Coulomb准则[37]，可以求得层间岩体损伤破坏的边界方程:
(7)
此时，令θ=0且
可以得到采动影响下层间岩体的破坏范围:
(8)
式中，γ为层间岩体的平均容重;H为煤层的开采深度;a为遗留煤柱的宽度;b为工作面的长度。
根据式(8)，分别取层间岩体的原始强度R为1.5,2.0,2.5,3.0,3.5和4.0 MPa六种情况，损伤参量D为0.2～0.8，平均容重γ=25 kN/m3，开采深度H为100 m，遗留煤柱宽度a=8 m，工作面的长度b=24 m，可以得到采动影响下层间岩体的破坏范围与其损伤参量D之间的关系，如图5所示。
图5 层间岩体破坏范围与损伤参量D的关系
Fig.5 Relationship between the damage parameter (D) and failure range of interburden
由图5可以看出:
(1)损伤参量D一定时，采动影响下层间岩体的最大破坏深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax均随着原始强度R的增大而逐渐减小。
(2)原始抗压强度R一定时，采动影响下层间岩体的最大破坏深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax均随着损伤参量D的增大而增大，说明损伤参量越大，层间岩体受上下煤层开采的损伤影响越大;同时，原始强度R一定时，D越大，Hmax和Lmax的增幅也越大。
笔者分别用DU和DB表示上位层间岩体和下位层间岩体的厚度，用HUmax和HBmax分别表示上部/下部煤层开采对层间岩体的最大破坏深度/高度，用LUmax和LBmax分别表示层间岩体最大破坏深度/高度的位置距工作面端部的距离，用M表示层间隔水控制层的厚度。根据采场煤岩体损伤破坏空间的分布形态和范围[34-35]，笔者从以下6个方面来探讨复合采动损伤对层间隔水控制层的影响，如图6所示。
(1)当
时，上部煤层和下部煤层开采产生的叠加采动损伤影响较小，上位层间岩体和下位层间岩体均发生局部微弱的损伤与破坏;上位层间岩体的最大损伤破坏深度在隔水控制层的上方，下位层间岩体的最大损伤破坏高度在隔水控制层的下方。因此，层间隔水控制层的稳定性良好，能够保持宏观整体性和连续性，如图6(a)所示。此时，层间隔水控制层能够起到阻隔上方采空区积水的作用，下部煤层开采时的突水危险性较小。
(2)当
时，上部煤层开采产生的最大损伤破坏深度会扩展延伸到层间隔水控制层的浅部区域;上位层间岩体会发生破断，形成相互咬合的损伤块体和上下贯通的导水裂隙通道;然而，下部煤层开采的最大损伤破坏高度未贯通整个下位层间岩体，更未波及扩展至层间隔水控制层。如图6(b)所示，复合采动影响下隔水控制层的只发生了局部区域的损伤破坏，即隔水控制层存在一定的残余厚度。若隔水控制层的残余厚度大于隔水控制层的安全厚度，则其结构稳定性良好;下部煤层开采时，隔水控制层能够发挥阻隔上覆采空区积水渗流扩逸的功能，进而保障安全生产。若隔水控制层的残余厚度小于隔水控制层的安全厚度，则其结构会发生失稳;下部煤层开采时，隔水控制层会诱导上覆采空区积水的渗流扩逸，进而形成水患威胁;此时，通过注浆改造上位层间岩体及隔水控制层的裂隙空间，可以增强其隔水性能[4-5]，进而减轻上方采空区积水对下部煤层的安全威胁。
图6 复合采动损伤对层间隔水控制层稳定性的影响
Fig.6 Influence of multiple mining on stability of water-resisting control strata
(3)当
时，上部煤层开采产生的最大损伤破坏深度在隔水控制层的上方。上位层间岩体中只有浅部区域发生损伤破坏，其与隔水控制层之间未形成相互贯通的导水裂隙通道。然而，下部煤层开采产生的损伤破坏会贯通整个下位层间岩体，甚至会波及扩展至隔水控制层的底端区域，其发生了局部的微弱损伤破坏。如图6(c)所示，复合采动影响下隔水控制层位于下部煤层开采形成的损伤破坏带内，其稳定性与其残余厚度密切相关。若隔水控制层的残余厚度大于隔水控制层的安全厚度，则其结构稳定性良好，下部煤层开采受上方采空区积水水患的威胁较小;若隔水控制层的残余厚度小于隔水控制层的安全厚度，则其结构会发生破断失稳，下部煤层开采的水患威胁较大;此时，通过限高开采、分层开采[6]或局部充填开采[37,39]等抑制下位层间岩体损伤破坏高度的技术措施，可以减轻下部煤层开采的水患威胁。
(4)当
时，下部煤层开采的损伤破坏仅在下位层间岩体的局部区域中扩展，不会贯通整个下位层间岩体。然而，上部煤层开采的损伤破坏不仅穿透了整个上位层间岩体，还贯通了隔水控制层，甚至会波及扩展到下位层间岩体中。这种情形下，隔水控制层处于上部煤层开采的损伤破坏范围内，内部裂隙明显发育且相互贯通，隔水性明显减弱，连续性和完整性遭受破坏，稳定性也遭受严重破坏，如图6(d)所示。由于上部煤层开采产生的最大损伤破坏深度与下部煤层开采产生的最大损伤破坏高度的总和小于层间岩体的总厚度，上部煤层的采动损伤范围与下部煤层的采动损伤范围会有所贯通，即整个层间岩体中形成了上下贯通的导水裂隙通道，会形成水患威胁。此时，下部煤层开采时，预先通过注浆加固等隔水控制层的再生技术可以实现隔水功能的恢复[3-5]，进而保障安全开采。
(5)当
时，上部煤层开采产生的最大损伤破坏不会扩展至层间隔水控制层中，即上位层间岩体与层间隔水控制层之间不会形成相互贯通的导水裂隙通道。然而，下部煤层开采的损伤破坏影响较大，其不仅贯通了下位层间岩体和隔水控制层，还波及扩展到上位层间岩体中，甚至与上部煤层采动形成的损伤破坏区域相互连通，进而形成了贯通整个层间岩体的导水裂隙通道，如图6(e)所示。此时，隔水控制层中的裂隙发育明显，其对上方采空区积水的阻隔功能受损，连续性和完整性遭受破坏，稳定性也明显破坏。此时，下部煤层开采会明显受到上覆采空区积水水患的威胁，进而影响安全生产。在下部煤层开采时，通过采取限制采高[3-5]或充填开采[38-39]等措施来减小下部煤层开采的损伤破坏高度，可以使得下方导水裂隙通道降低至隔水控制层的下方，充分发挥其阻隔上覆采空区积水的功能。
(6)当
时，上部煤层开采的损伤破坏不仅会贯通整个上位层间岩体和隔水控制层，还会扩展到下位层间岩体中;同样地，下部煤层开采的损伤破坏不仅会贯通整个下位层间岩体和隔水控制层，还会延伸到上位层间岩体中，如图6(f)所示。隔水控制层经历了多重采动的叠加损伤影响，其内部的裂隙明显发育且相互贯通，甚至会破断形成松散分布的块体，连续性和完整性明显受损，稳定性显著变弱。此时，上部采空区积水严重影响下部煤层的安全开采。下部煤层开采前需要首先实施隔水控制层的加固与再造技术，然后采取进一步削减下部煤层开采损伤破坏影响的开采技术[38-39]，从而保障下部煤层的安全开采。
综上，煤层群开采时，层间隔水控制层的稳定性与复合采动影响产生的叠加损伤密切相关。在开展积水采空区下部煤层开采实践之前，非常有必要综合考量上下煤层多重开采后层间岩体损伤破坏范围，进而全面了解不同条件下层间隔水控制层的稳定性，并采取合理有效的控制措施来保障下部煤层的安全开采。
(1)提出了层间隔水控制层的基本概念:复合采动影响下，层间岩体中不发生破断失稳，且能够起到阻隔上方采空区中积水向下渗流扩逸的控制岩层。
(2)损伤参量D可以衡量复合采动影响下层间岩体的损伤破坏程度。层间岩体抗压强度RD与损伤参量D的关系为:当原始抗压强度R为定值时，损伤参量D越大，层间岩体内部能够起到承载作用的完整材料的体积V′越小，抗压强度RD也越小，进而表现出线性递减的变化趋势，其强度的折减系数为1-D。
(3)层间岩体破坏范围与损伤参量D的关系为:当原始抗压强度R一定时，层间岩体的最大破坏深度/高度Hmax及其距工作面端部的距离Lmax均随着损伤参量D的增大而增大;同时，原始强抗压强度R一定时，D越大，Hmax和Lmax的增幅也越大。
(4)层间隔水控制层的稳定性与复合采动影响产生的叠加损伤密切相关。在开展积水采空区下部煤层开采实践之前，非常有必要综合考量上下煤层多重开采后层间岩体损伤破坏范围，进而全面了解不同条件下层间隔水控制层的稳定性，并采取合理有效的控制措施来保障下部煤层的安全开采。
参考文献
[1] 钱鸣高,缪协兴,许家林,等.论科学采矿[J].采矿与安全工程学报,2008,25(1):1-10.
QIAN Minggao,MIAO Xiexing,XU Jialin,et al.On scientized mining[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2008,25(1):1-10.
[2] 钱鸣高,缪协兴,许家林.资源与环境协调(绿色)开采[J].煤炭学报,2007,32(1):1-7.
QIAN Minggao,MIAO Xiexing,XU Jialin.Green mining of coal resources harmonizing with environment[J].Journal of China Coal Society,2007,32(1):1-7.
[3] 范立民.保水采煤的科学内涵[J].煤炭学报,2017,42(1):27-35.
FAN Limin.Scientific connotation of water-preserved mining[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):27-35.
[4] 范立民,马雄德,冀瑞君.西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展[J].煤炭学报,2015,40(8):1711-1717.
FAN Limin,MA Xiongde,JI Ruijun.Progress in engineering practice of water-preserved coal mining inwestern eco-environment frangible area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8):1711-1717.
[5] FAN Limin,MA Xiongde.A review on investigation of water-preserved coal mining in western China[J].International Journal of Coal Science & Technology,2018,5(4):411-416.
[6] 王双明,黄庆享,范立民,等.生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究[J].煤炭学报,2010,35(1):7-14.
WANG Shuangming,HUANG Qingxiang,FAN Limin,et al.Study on overburden aquclude and water protection mining regionazation in the ecological fragile mining area[J].Journal of China Coal Society,2010,35(1):7-14.
[7] 黄庆享.浅埋煤层保水开采隔水层稳定性的模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(5):987-992.
HUANG Qingxiang.Simulation of clay aquifuge stability of water conservation mining in shallow-buried coal seam[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(5):987-992.
[8] 黄庆享,刘腾飞.浅埋煤层开采隔水层位移规律相似模拟研究[J].煤田地质与勘探,2006(5):34-37.
HUANG Qingxiang,LIU Tengfei.Simulating test on the subsidence law of subsurface water resisting layer upon shallow coalbed mining[J].Coal Geology & Exploration,2006(5):34-37.
[9] 黄庆享.浅埋煤层覆岩隔水性与保水开采分类[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S2):3622-3627.
HUANG Qingxiang.Impermeability of overburden rock in shallow buried coal seam and classification of water conservation mining[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2010,29(S2):3622-3627.
[10] 黄庆享.浅埋煤层保水开采岩层控制研究[J].煤炭学报,2017,42(1):50-55.
HUANG Qingxiang.Research on roof control of water conservation mining in shallow seam[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):50-55.
[11] 缪协兴,陈荣华,白海波.保水开采隔水关键层的基本概念及力学分析[J].煤炭学报,2007(6):561-564.
MIU Xiexing,CHEN Ronghua,BAI Haibo.Fundamental concepts and mechanical analysis of water-resisting key strata in water-preserved mining[J].Journal of China Coal Society,2007(6):561-564.
[12] 缪协兴,王安,孙亚军,等.干旱半干旱矿区水资源保护性采煤基础与应用研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(2):217-227.
MIU Xiexing,WANG An,SUN Yajun,et al.Research on basic theory of mining with water resources protection and its application to arid and semi-arid mining areas[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(2):217-227.
[13] 缪协兴,浦海,白海波.隔水关键层原理及其在保水采煤中的应用研究[J].中国矿业大学学报,2008，37(1):1-4.
MIAO Xiexing,PU Hai,BAI Haibo.Principle of water-resisting key strata and its application in water-preserved mining[J].Journal of China University of Mining & Technology,2008,37(1):1-4.
[14] 张东升,李文平,来兴平,等.我国西北煤炭开采中的水资源保护基础理论研究进展[J].煤炭学报,2017,42(1):36-43
ZHANG Dongsheng,LI Wenping,LAI Xingping,et al.Development on basic theory of water protection during coal mining in northwest of China[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):36-43.
[15] 刘建功,赵利涛.基于充填采煤的保水开采理论与实践应用[J].煤炭学报,2014,39(8):1545-1551.
LIU Jiangong,ZHAO Litao.Theory of water protection and practice application in mining based on the backfilling mining technology[J].Journal of China Coal Society,2014,39(8):1545-1551.
[16] 郭文兵,杨达明,谭毅,等.薄基岩厚松散层下充填保水开采安全性分析[J].煤炭学报,2017,42(1):106-111.
GUO Wenbing,YANG Daming,TAN Yi,et al.Study on safety of overlying strata by backfilling in water-preserved mining under thick alluvium and thin bedrock[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):106-111.
[17] 李文平,王启庆,李小琴.隔水层再造——西北保水采煤关键隔水层 N2 红土工程地质研究[J].煤炭学报,2017,42(1):88-97.
LI Wenping,WANG Qiqing,LI Xiaoqin.Reconstruction of aquifuge:The engineering geological study of N2 laterite located in key aquifuge concerning coal mining with water protection in northwest China[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):88-97.
[18] 姚邦华,白海波,黄汉富,等.采动覆岩隔水层稳定性力学模型及应用研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29(3):307-311.
YAO Banghua,BAI Haibo,HUANG Hanfu,et al.Mechanical model of stability of water-resistant strata under mining and its application[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2012,29(3):307-311.
[19] 刘伟韬,刘士亮,宋文成,等.基于薄板理论的工作面底板隔水层稳定性研究[J].煤炭科学技术,2015,43(9):144-148.
LIU Weitao,LIU Shiliang,SONG Wencheng,et al.Study on stability of mining face floor aquiclude based on Thin Plate Theory[J].Coal Science and Technology,2015,43(9):144-148.
[20] 吕广罗,田刚军,张勇,等.巨厚砂砾岩含水层下特厚煤层保水开采分区及实践[J].煤炭学报,2017,42(1):189-196.
LÜ Guangluo,TIAN Gangjun,ZHANG Yong,et al.Division and practice of water-preserved mining in ultra-thick coal seam under ultra thick sandy conglomerate aquifer[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):189-196.
[21] 孙建,王连国,赵光明.神东特殊保水开采煤层条带充填覆岩隔水层稳定性判据[J].中国矿业大学学报,2018,47(5):957-968.
SUN Jian,WANG Lianguo,ZHAO Guangming.Stability criterion of overburden water-resistant strata supported by filling strip in Shendong special water-preserved mining area[J].Journal of China University of Mining & Technology,2018,47(5):957-968.
[22] 师本强.陕北浅埋煤层砂土基型矿区保水开采方法研究[J].采矿与安全工程学报,2011,28(4):548-552.
SHI Benqiang.Research on water-preserved-mining in shallow seam covered with rock soil andsand in northern Shaanxi[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2011,28(4):548-552.
[23] 徐智敏,高尚,崔思源,等.哈密煤田生态脆弱区保水采煤的水文地质基础与实践[J].煤炭学报,2017,42(1):80-87.
XU Zhimin,GAO Shang,CUI Siyuan,et al.Hydro-geological basic and practice for water-preserved mining in ecologically vulnerable area:A case study in Hami coalfield[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1):80-87.
[24] 黄存捍,何毓俊,陈魁奎.组合隔水层非线性失稳特征研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2014,33(5):595-603.
HUANG Cunhan,HE Yujun,CHEN Kuikui.Nonlinear unstable characteristic of composed water-resisting strata[J].Journal of Henan Polytechnic Unicersity(Natural Science),2014,33(5):595-603.
[25] 蒋泽泉,范立民.神府矿区上覆采空区积水突水危险性分析[J].中国矿业,2014,23(9):102-106.
JIANG Zequan,FAN Limin.Evaluation of up-goaf water inrush possibility in Shenfu mining area[J].China Mining Magazine,2014,23(9):102-106.
[26] 冯国瑞,张绪言,李建军,等.刀柱采空区上方遗弃煤层上行开采可行性判定[J].煤炭学报,2009,34(6):726-730.
FENG Guorui,ZHANG Xuyan,LI Jianjun,et al.Feasibility on the upward mining of the left-over coal above goaf with pillar supporting mthod[J].Journal of China Coal Society,2009,34(6):726-730.
[27] 白锦文.复合刀柱式残采区中部整层弃煤开采岩层控制基础理论研究[D].太原:太原理工大学,2016.
BAI Jinwen.The basic theoretical research of rock strata’s control in mining middle abandoned coal seam with composite pillar residual areas[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2016.
[28] 陈忠辉,谢和平.综放采场支承压力分布的损伤力学分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(4):436-439.
CHEN Zhonghui,XIE Heping.Damage mechanics analysis of bearing pressure distribution in fully-mechanized sublevel caving[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2000,19(4):436-439.
[29] 陈忠辉,谢和平,林忠明.综放开采顶煤冒放性的损伤力学分析[J].岩石力学与工程学报,2002,21(8):1136-1140.
CHEN Zhonghui,XIE Heping,LIN Zhongming.Damage mechanics analysis of top coal caving in fully-mechanized top-coal caving face[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2002,21(8):1136-1140.
[30] 李铁,王维,谢俊文,等.基于采动顶,底板岩层损伤的冲击地压预测[J].岩石力学与工程学报,2012,31(12):2438-2444.
LI Tie,WANG Wei,XIE Junwen,et al.Rockbursts prediction based on rock damage of roof and floor induced by mining[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(12):2438-2444.
[31] 何尚森,谢生荣,宋宝华,等.近距离下煤层损伤基本顶破断规律及稳定性分析[J].煤炭学报,2016,41(10):2596-2605.
HE Shangsen,XIE Shengrong,SONG Baohua,et al.Breaking laws and stability analysis of damage main roof in close distance hypogynous seams[J].Journal of China Coal Society,2016,41(10):2596-2605.
[32] 唐春安.岩石破裂过程中的灾变[M].煤炭工业出版社,1993.
[33] 徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京:高等教育出版社,2002.
[34] 冯国瑞,闫永敢,杨双锁,等.长壁开采上覆岩层损伤范围及上行开采的层间距分析[J].煤炭学报,2009,34(8):1032-1036.
FENG Guorui,YAN Yonggan,YANG Shuangsuo,et al.Analysis on the damage zone of overlying strata and safety layer distance on the upward mining above the long wall goaf[J].Journal of China Coal Society,2009,34(8):1032-1036.
[35] 张金才,张玉卓,刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水[M].北京:地质出版社,1997.
[36] 张百胜.极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究[D].太原:太原理工大学,2008:19-33.
ZHANG Baisheng.Study on the supporting rock control theory and the technology of ultra-close multiple seams mining[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2008:19-33.
[37] 钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003:176-196.
[38] XU Jialin,XUAN Dayang,HE Changchun.Innovative backfilling longwall panel layout for better subsidence control effect-separating adjacent subcritical panels with pillars[J].International Journal of Coal Science & Technology,2014,1(3):297-305.
[39] 冯国瑞,杜献杰,郭育霞,等.构造充填开采基础理论与地下空间利用构想[J].煤炭学报,2019,44(1):74-84.
FENG Guorui,DU Xianjie,GUO Yuxia,et al.Basic theory of constructional backfill mining and the underground space utilization concept[J].Journal of China Coal Society,2019,44(1):74-84.