浅埋厚煤层高强度开采覆岩导气裂缝的时空演化机理及控制研究

According to specific occurrence conditions that the bedrock of shallow thick coal seam is thin and production characteristic that advancing speed is high in western mining area.Based on the safety issues that ventilation disorder in mining face, CO concentration overrun and coal spontaneous combustion risks in goaf which is caused by mining fracture cracks connected to ground surface and air leakage in working face.The following researches will be performed in this project.Firstly,the space-time law of overburden breaking cracks’ evolution and influence law of overburden breaking movement on breaking cracks’ evolution should be researched.Secondly, the influencing factors of overburden breaking cracks’ evolution should be studied,such as bedrock thickness, loose overburden thickness, Face advancing speed, the relative positional relationship between the valley topography and layout of mining face, etc. Thirdly, dynamic and space-time development characteristics, types and distributions of overburden breaking cracks will be determined.Fourthly，generation conditions, mechanism and gas guide variation of overburden gas guiding cracks should be analysised. Finally, evolution model of overburden gas guiding cracks will be established , controlling factors of gas channel in overlying strata will be determined and the relevant technologies of reducing air guide cracks will be proposed.All above researches will provide theoretical basis for safe and efficient mining of shallow thick coal seam with thin bedrock in western mining area.

本项目针对西部矿区浅埋深、薄基岩和厚煤层的赋存条件以及工作面推进速度快的特点，基于煤炭开采中采动断裂裂缝贯通地表，工作面生产中普遍存在的漏风问题以及由此引起的通风紊乱、采空区CO浓度超限、存在煤炭自燃隐患等影响安全生产的问题，研究采场覆岩断裂裂缝发展演化的时空规律，以及覆岩结构失稳运动对断裂裂缝发展演化的影响规律；研究基岩厚度、松散覆盖层厚度、工作面推进速度和沟谷地形与工作面布局的相对位置关系等对覆岩断裂裂缝时空演化的影响规律；分析确定覆岩断裂裂缝的动态时空演化特征、类型和分布范围；研究采场覆岩导气裂缝的产生条件、机理及导气性变化规律，建立覆岩导气裂缝演化模型，确定覆岩导气通道产生的控制因素，提出减少导气裂缝产生的有关技术，为西部浅埋深薄基岩矿区厚煤层的安全高效开采提供理论依据。

针对西部矿区浅埋深、薄基岩和厚煤层的赋存特点以及煤层开采过程中覆岩断裂裂缝贯通地表并导致地表漏风，并由此引起工作面通风紊乱、采空区一氧化碳浓度超限、存在遗煤自燃隐患等影响安全生产的问题。本项目系统深入地研究了浅埋厚煤层高强度开采条件下覆岩失稳运动特征及断裂裂缝的分布演化规律、覆岩导气裂缝产生机理及其时空演化规律以及基于覆岩导气裂缝控制的浅埋厚煤层开采安全保障技术等。取得如下重要成果：.（1）建立了覆岩承载关键层深梁结构受力模型，研究了浅埋厚煤层开采覆岩承载关键层的破断特征、失稳运动形式。揭示了浅埋深厚煤层高强度开采覆岩破断失稳与断裂裂缝发展演化的时空变化规律及覆岩贯通型地裂缝的形成机理。.（2）建立了浅埋厚煤层开采覆岩导气裂缝空气流动力学分析模型，分析了浅埋厚煤层开采覆岩导气裂缝的导气机理及导气特征，确定了覆岩导气裂缝的分布特征、导气条件。建立了基于覆岩导气裂缝等效缝宽的浅埋厚煤层开采覆岩导气裂缝漏风流量及平均漏风流速的计算公式，并分析了影响导气性能的因素。.（3）建立了浅埋厚煤层开采覆岩导气裂缝导气能力时空分布理论预测公式，得出了浅埋厚煤层开采覆岩导气裂缝的时空分布特征。建立了浅埋厚煤层采空区漏风流场的数值计算模型，分析了覆岩导气裂缝影响下采空区内漏风特征、漏风流场与流速及其影响因素，揭示了导气裂缝影响下采空区内漏风流场的时空分布规律。.（4）建立了基于导气裂缝控制的工作面安全生产保障体系，提出了保障工作面安全生产的技术途径。.项目研究成果初步建立了西部矿区浅埋深、薄基岩和厚煤层开采覆岩导气裂缝产生、时空演化和控制的理论体系，不仅为现场生产中面临的采空区一氧化碳浓度超限、遗煤自燃等安全问题的有效解决提供了保障，也为西部浅埋煤层工作面顶板控制、地表采动损害控制以及水资源保护性开采等提供了理论依据。