赵玉海

【摘 要】对于开采的各种地质问题都是我们面临的重要问题及难题，合理科学的方法可以避免事故的发生。

【关键词】煤炭开采；煤层底板变形；渗透性

一、前言

煤炭的安全开采越来越升到国家的重视，每次煤炭开采坍塌事故都会造成大量人员伤亡，和严重的财产损失，加强对煤炭开采的地质研究是时代必然。

二、现状

矿井涌水是煤矿发生的五大灾害之一，严重威胁着工人的生命和财产安全。随着开采深度的增加，地质条件变得越来越復杂，深井涌水问题日益突出。河南煤矿工作面位于背斜轴线上，煤层底板开裂。工作面留下的保水煤柱引起底板应力集中，加剧了煤层底部的破坏，最终造成寒武系石灰岩海水泛滥。出。华北浅层煤炭资源日益枯竭，深部煤炭资源的安全开采受到煤层底板封闭水的威胁。现有的煤层底板突水评价方法主要是基于突水系数法。该方法只考虑了封闭水压力和地面保水层厚度的影响，该方法的基本数据主要来自浅层煤层地面涌水案件。

在“三高一扰动”（高地应力，高地温，高渗透水压力，强采动扰动）复杂应力环境下的深部岩体，增加了煤层底部开采破坏的深度，煤层。水的性能增加了煤层底板突水的风险。华北地区深部煤炭资源受高压水压影响较大，难以满足突水系数法规定的临界值。

深部煤层底板的变形破坏机理和涌水规律特别复杂。现有的突水系数法难以应用于深部煤层底板突水的风险评估。因此，深部煤层底板变形破坏机理及突水风险评估方法的研究是华北地区深部煤炭资源安全开采的主要安全生产任务。

三、对底板变形及渗透的研究

含水层条件和导水通道条件对采煤过程中发生的突水危害均有一定影响。对大量涌水案例的分析表明，通过制定突水系数的概念并建立其经验公式，并根据试验选取的含水层压力和水屏障厚度两个主要影响因素，该公式可以快速应用和推广在采矿过程中。随着研究过程的不断推进和深入，专家们考虑了压力和水压对地下室隔水层的破坏性影响。同时，他们从矿压和水压因素中选择了底板损坏的深度。

因此，通过确定采煤过程中底板岩石的变形程度和破坏深度，评估煤层底板突水危害是必要的和重要的。经过长期的实践研究和经验，许多专家逐渐开始研究地质和采矿因素对煤层底板破坏性突水的影响，取得了较好的效果。但由于地质条件复杂，仍然需要系统地研究开采因素对煤层底板的变形破坏。这不仅可以帮助煤矿工人有效预测采煤过程中煤层底板突水情况，而且对煤矿未来走向具有理论和现实意义。

1.底板岩体的渗透性随着破坏而呈现出规律性变化

综合以往的研究经验表明，不同岩石应变的应变应变曲线变化基本一致。随着不同岩性岩石在不同阶段的变化，分析各阶段岩性岩石的性能是非常重要的。一般来说，在小裂缝闭合阶段结束后，在弹性变形阶段发展较好，随后的成形阶段在达到峰值强度时软化应变力。通过剩余强度值，可以获得岩性岩石从残渣到完全破坏破坏的变化过程。在这个过程中，岩石体积逐渐减小，岩石渗透率随着应力的增加而变化很小。当岩石峰值达到软化阶段时，渗透率达到最大值，然后再次下降。在残余力量阶段，一切都趋于平和。岩石的渗透性是应变过程中的应变函数。在这个过程中，岩石孔隙和裂缝被挤压，岩石体积缩小，岩石穿透，应力极端加强，导致岩石岩石的渗透性。尽可能增加，但在这方面，不同的岩石有不同的变化。例如，测试了16个砂岩的全应力-应变过程。得出结论，岩石软化应变阶段是渗透率最频繁发生的阶段。岩石破坏与渗透率不同步，但只有在破坏达到一定水平时才达到峰值。因此，在采煤过程中，必须防止岩石的进一步破坏，并在破坏后使岩石软化。

2.煤炭开采后岩体底板变形破坏特征及规律

我们将通过模拟FLAC（近年来一种新的数值分析方法）来探讨煤矿开采对煤层底板破坏的影响。这种模拟方法是模拟不同煤层的长度。以矿区煤田为例，测量了煤层的深度，厚度和倾角，并对模型的长度，宽度和高度进行了测量。模拟结果出来后，很明显，有一个支撑应力区，煤层底受到前所未有的高压，地面岩石的应力减小。底板在前进压力的压缩区呈现横向弯曲的形式，岩体下部由于水平拉伸而开裂，并且随着张力的增加而不断变化。在工作过程中，随着工作表面的增加，底部的岩石体将增加位移。当工作面继续前进时，位移会明显增加水平应力，导致煤层底板总应力增大，导致煤层底部破坏深度增加。强度增加的重要原因之一。

因此，在考虑采煤地板的破坏深度时，我们必须全面了解地板的变形和破坏情况。卸岩区位于工作面和采空区。加载过程相对稳定后，卸载区可以长期存放在采矿工作面上，该区域是采矿过程中矿压的直接破坏区域。煤层底板的垂直应力随着岩体中工作面的长度而增加。在采煤工作中，煤层的垂直应力不断减小，但采矿工作后，其应力会逐渐增大。根据模拟结果与实际情况的结果，整个煤层开采过程中出现的规律是稳定不稳定然后稳定的过程。煤层自上而下的结构可分为三个区：弯曲下沉区，裂隙区和下降区。横向四个不同的区域是基于开采后的煤体底板的冲击特性。状态变化是从原始应力状态到压缩变形向膨胀破坏最后恢复的一个从完整到破碎岩石的过程。接近原始压力状态。工作表面的不断增加，岩体的各个部分都经历了一个循环变形过程。随着地板的变化，地板的湍流会逐渐减少。在采煤过程中，当底部岩体处于原始岩石状态时，渗透率普遍较低。当地层岩体处于高级轴压下时，应力逐渐增大，渗透率降低。当岩体发生膨胀破坏时，岩体渗透性增大，渗透率在此期间达到最大值。在采空区压力作用下，恢复到原来的状态，渗透率逐渐下降。

四、煤炭开采底板岩体变形破坏特征及渗透规律

为了了解煤炭开采对煤层底板变形破坏的影响，应用FLAC3D数值模拟软件，对不同回采工作面长度进行了开采模拟计算。地质模型12号煤层为对象（图1），12号煤层深280～510m，煤层厚度平均约为6m，倾角为8o～3o。取模型的长（Y方向）、宽（X方向）、高（Z方向）分别为600m、500m、300m。地质模型岩性由上至下依次为细砂岩、粉砂岩、12号煤层、泥岩、砂岩、粉砂岩和奥陶系石灰岩，模拟采用Coulomb-Mohr力学模型，模型计算中各层所采用的岩石力学参数根据试验获得，在模拟开采过程中，是在初始应力场的基础上采用全部垮落法采煤，在回采空间的覆岩重量作为附加应力分布在煤层和其两侧回采工作面边缘。

五、结束语

通过对煤炭开采煤层底板变形破坏的分析，提出具有针对性的措施，研究渗透性的影响，总结出相应的防护措施，预防重大事故的发生。

【参考文献】

[1]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，2017.