王晓振副教授：煤矿采动导水裂缝带高度的预测及探测方法进展

创新点

导水裂缝带高度的确定是煤矿进行防水煤岩柱留设、顶板水害防治措施制定基础，同时也是实施保水采煤、瓦斯抽采、覆岩隔离注浆充填等绿色开采方案设计和技术实践的重要参数。论文分析了导高预测的不同方法，提出导高确定应结合覆岩关键层的结构特征，重视关键层作用下导高随采高的台阶式变化规律及其对工程实践的影响。介绍了导高直接探测和间接探测方法及主要原理，对比并分析了不同探测方法的优势。

提出了在采动导水裂缝带高度探测和确定方面的发展趋势，如基于煤系富含水地层探测数据新特征的导高准确判别、岩层破裂与位移-形变-振动之间关联分析、适用于煤系地层大变形和超前移动特征的光纤监测、一孔多用的综合探测和信息协同分析方法等，为导高的准确测定提供了思路。

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煤矿采动导水裂缝带高度的预测及探测方法进展

作者：王晓振, 沙海洋, 于思源, 谢建林^{1, 2}, 邓光亚, 郝熙梧, 张雨晴

单位：1. 中国矿业大学 矿业工程学院；2. 中国矿业大学 煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室

引用格式：

王晓振，沙海洋，于思源，等.煤矿采动导水裂缝带高度的预测及探测方法进展[J].绿色矿山，2025，3(1)：1−13.WANG Xiaozhen，SHA Haiyang，YU Siyuan，et al. Progress of prediction and detection methods for the heightof fractured water-conducting zone in coal mines[J]. Journal of Green Mine，2025，3(1)：1−13.

摘要

煤层开采后会引起上覆岩层移动变形和破坏，形成不同形态的裂隙。竖向贯通裂隙发育高度的确定是煤矿进行防水煤岩柱留设、顶板水害防治措施制定等保障安全开采的基础，同时也是进行保水采煤、瓦斯抽采、覆岩隔离注浆充填等绿色开采技术应用实践所需获取的重要参数。总结了导水裂缝带高度预测的主要理论方法，通过对比不同开采条件的预测方法，证实了导高的确定需要考虑岩层结构差异。覆岩关键层结构会对导高发育特征产生影响，基于关键层位置进行导高的判别，可以避免对岩性均化处理的不足，体现工程条件的差异性，在理论和工程中得到了广泛应用。理论的预测方法可为采前安全开采设计和工程探测方案设计提供参考和指导，但由于我国煤矿开采条件的差异性和采后工程状况的复杂性，需要采用不同的探测方法更加准确地获取导高数据并指导工程实践。介绍了导高直接探测和间接探测的不同方法及其主要原理，并分析了优势和不足。基于目前的导高确定的理论计算方法和常用的工程探测手段，提出了在采动导水裂缝带高度确定方面需要解决的问题和预期发展的方向，如基于煤系富含水地层探测数据新特征进行导高的准确判断、大埋深特厚煤层采动导高探测关键技术、岩层破裂与位移形变震动之间关联研究、适用于煤系地层大变形和超前移动的光纤监测方法、一孔多用探测和信息协同分析处理等。可为同行了解导水裂缝带高度确定方法以及未来的探测研究方向提供一定的参考和借鉴。

引言

煤系地层以沉积岩为主，沉积岩是在沉积过程中形成强度与厚度不同的层状岩体的叠加，抗拉强度相对较低，煤层开采必然破坏岩层的原始平衡状态而引起岩层运动甚至破裂。岩层运动引起覆岩产生横向裂隙(离层)和纵向裂隙(破断裂隙)，这些裂隙是地下水、瓦斯和进行充填时浆体的流动通道，其演化规律与地下水流失、卸压瓦斯运移和注浆充填减沉等一系列问题紧密相关。可见，岩层采动裂隙演化规律是煤矿绿色开采的重要理论基础，也是采动岩层控制研究的重要内容，具有重要的理论和实践意义。

纵向裂隙可以引起流体(煤矿开采中主要是水以及瓦斯等气体)在垂直方向流动运移，在防治水方面视为导水裂隙，根据煤层开采尺寸的差异，在空间上具有一定范围，形成导水裂缝带。相较于水平方向的范围，煤炭行业更加关注其在高度方向的分布范围。导水裂缝带高度(以下简称“导高”)的确定，对顶板防水煤岩柱留设、瓦斯抽采、覆岩隔离注浆充填，甚至高位厚硬岩层破断影响研究，均具有非常重要的理论意义与工程实践价值。如在分析生态脆弱矿区保水采煤效果时，需要对覆岩裂隙破坏高度进行实际探测，作为其治理效果评价的重要依据；覆岩隔离注浆充填设计，需要掌握覆岩“三带”发育范围，来设计合适注浆层位和注浆量，以保障注浆的安全性；覆岩离层突水防范中，也需要依靠覆岩“三带”发育高度结果，来对泄水孔位置及其钻孔结构和泄水时机进行设计。笔者将在以往研究的基础上，重点对煤矿采动导水裂缝带高度的预测及探测方法及其进展进行分析，以期为同行了解导水裂缝带高度确定方法以及未来的探测研究方向提供参考和借鉴。

部分图片

图 1 关键层运动对覆岩裂隙的控制作用

图 2 基于关键层位置的导高判别流程

图 3 巨厚洛河组地层钻孔冲洗液和孔内水位变化

图 4 同孔多源数据的协同监测关键技术

作者简介

王晓振，男，中国矿业大学矿业工程学院，副教授，硕士生导师。主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、国家科技支撑计划课题任务等项目5项，承担企业委托科研项目30余项。在《煤炭学报》、《中国矿业大学学报》、《岩石力学与工程学报》、International Journal of Mining Science and Technology等期刊上发表论文多篇，1篇论文获中国精品科技期刊顶尖学术论文（领跑者F5000）、1篇合作论文两度入选“中国百篇最具影响学术论文”。公开和授权发明专利14项（其中美国专利1项、委托许可专利技术1项）、国家软件著作权7项。获省部级及协会科技进步奖9项。

研究方向

主要从事岩层移动与绿色开采方向的研究，重点在煤矿压架突水灾害机理及防治、巨厚含水岩层破断规律及致灾机理、岩层内部运移智能监测等方面开展深入研究。

主要成果

基于岩层控制的关键层理论和全柱状思想，系统开展了岩层运动一体化原位监测工作，完善并形成了采动岩层内部移动、形变与地面沉陷GNSS相协同的实时监测方法，实现了采动岩层移动精细化监测，为研究采动岩层移动全过程及其影响规律奠定了基础，已在安徽、陕西、山西、内蒙古、新疆等多个矿区得到了应用。同时在煤矿绿色开采方面，长期致力于压架突水灾害机理及防治技术的研究，揭示了承压含水层下采煤覆岩破断规律、压架突水机理及发生条件，形成了压架突水危险区域的预测方法，建立了“危险预测-采前预防-采动预警-实时调控”的灾害防治技术体系，成功指导了多起压架突水灾害防治实践。

策划丨郭晓炜

责编丨李雅楠

编辑丨李莎

审核丨常明然

煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录7种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

期刊简介

为深入贯彻习近平生态文明思想，践行“绿水青山就是金山银山”理念，搭建绿色矿山建设领域高端学术交流平台，2023年5月，经国家新闻出版署批准，由中国煤炭科工集团主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的中文科技期刊——《绿色矿山》（Journal of Green Mine）应运而生。《绿色矿山》为季刊，国内统一连续出版物号为：CN10-1912/TD，ISSN号：2097-3357，由《绿色矿山》编辑部负责策划、出版、发行。

刊登范围

绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等。

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