底板承壓水導(dǎo)高帶

在采、掘工作面附近存在有應(yīng)力集中區(qū)和免壓區(qū)。由于受到集中應(yīng)力引起的剪應(yīng)力作用以及在免壓區(qū)中受到由集中應(yīng)力衍生的水平應(yīng)力和剪應(yīng)力的共同作用，在開采煤層底板中也會形成一定深度的裂隙帶，即底板裂隙帶。在該裂隙帶中，巖層富含裂隙且應(yīng)力低于原巖應(yīng)力，裂隙呈張開狀態(tài)，巖層已基本上喪失了隔水性能，成為導(dǎo)水層。若底板裂隙帶直接與承壓水的原始導(dǎo)升帶溝通，則承壓水也能迅速涌入采、掘工作空間，形成突水事故。

工作面底板裂隙帶的深度與開采煤層的強度、厚度，煤層頂、底板巖層的力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)以及頂板管理方法，開采參數(shù)（如工作面長度、巷道寬度等等）等因素有關(guān)。底板巖層的巖性愈軟，工作面前方的峰值集中應(yīng)力愈高，承壓含水層的水壓愈高，免壓區(qū)中作用于底板的壓力愈低，則所形成的底板裂隙帶深度也愈深。相似材料模擬實驗的結(jié)果表明：底板裂隙帶的分布狀況大體上和底板中塑性滑移線的分布相吻合。

采動產(chǎn)生的巖層裂隙主要是由工作面前方的集中應(yīng)力和免壓區(qū)中的水平應(yīng)力形成的。由開切眼至老頂初次來壓期間，底板裂隙帶的深度隨著工作面的推進、開采范圍的擴大而加深，并且在初次來壓時達到最大值。初次來壓后，隨著工作面的推進，裂隙帶的范圍繼續(xù)擴大而深度在初期較初次來壓時有所減少，以后又逐漸增大，直到周期來壓時又達到第二個峰值深度（該深度仍小于初次來壓時底板破裂帶的深度）。所以，一般可以用來壓時的破裂最大深度作為底板破裂帶的深度。

煤礦底板突水是重要的煤礦水害類型。數(shù)十年來，人們對底板突水機理和水害防治技術(shù)進行了大量的研究和實踐，取得了豐富的成果。隨著煤礦開采深度的加大，底板承壓水威脅也越來越大。以往研究多集中在中淺部開采的礦井，對深礦井底板特殊破壞規(guī)律認識不足。本項目擬通過現(xiàn)場實測、理論分析、室內(nèi)實驗、相似材料模擬和計算機模擬等，研究深礦井開采條件下采場覆巖運動與底板破壞之間的關(guān)系，探索煤層底板異常破壞的機理；通過監(jiān)測底板應(yīng)力分布、底板動態(tài)破壞狀態(tài)特征、現(xiàn)場實測工作面底板破壞深度，結(jié)合覆壓變化規(guī)律，尋求底板異常破壞的發(fā)生機理、異常破壞帶發(fā)育規(guī)律；通過對高承壓水滲流對裂隙巖體損傷斷裂分析，探究突水通道的形成機制；結(jié)合含水層的富水性、水頭壓力等因素，對底板突水危險性進行空間定位預(yù)測。本項目研究成果將補充以往對底板破壞發(fā)育特征和規(guī)律的認識，對豐富底板突水理論，對指導(dǎo)深礦井底板水防治具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

隨著煤礦開采水平的延伸，越來越多的礦井進入深部開采，煤層開采受到底板承壓水的威脅越來越嚴重。深礦井煤層底板突水機理及預(yù)測成為亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。本項目以魯西煤田部分大采深礦井為例，將煤層開采上覆巖層運動、覆巖壓力、采場底板應(yīng)力分布、煤層底板巖體破壞以及底板突水定位預(yù)測等內(nèi)容系統(tǒng)地聯(lián)系起來進行綜合研究。提出采場覆巖壓力拱邊界力學(xué)判據(jù)，系統(tǒng)研究了工作面寬度、工作面推進距離、埋深、開采煤層厚度及側(cè)壓系數(shù)對壓力拱形態(tài)的影響機制，揭示了煤層開采過程中覆巖壓力拱拱體動態(tài)演化過程。探討了壓力拱與裂斷拱之間的關(guān)系，揭示了兩者的同步性發(fā)展過程。采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的手段研究了典型工作面底板采動應(yīng)力分布特征及底板異常破壞規(guī)律，獲得煤層底板破壞是隨工作面開采而呈波浪式發(fā)展、具有一定的階段性和周期性的科學(xué)認識；構(gòu)建了底板破壞帶發(fā)育的分階段模式，提出了覆巖最大裂隙拱、應(yīng)力拱和底板異常破壞帶的初始步距約為工作面寬度，周期步距近似為工作面寬度一半的觀點。將煤層底板巖體異常破壞帶與煤層底板突水定位預(yù)測聯(lián)系在一起，指出了當工作面掘進至底板異常破壞帶發(fā)育的初始步距或周期步距時是底板突水危險地段，并通過新汶煤田良莊煤礦51302工作面的井下電阻率動態(tài)監(jiān)測結(jié)果和突水實例驗證了本項目研究結(jié)論。研究成果是對以往淺部開采時底板突水研究成果的補充，豐富、發(fā)展了礦井底板突水理論，對預(yù)測大采深礦井底板突水，預(yù)防水害發(fā)生具有重要的理論和現(xiàn)實意義。