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摘 要 山寨煤矿主要涌水水源来自顶板含水层，所以，搞清楚工作面回采后冒落带与裂隙带的发育高度，及其影响因素，是矿井防治水的重点工作。通过对冒裂带高度计算，证明煤层在回采过程中，导水裂隙带将会波及到上覆第四主要含水层，极易导致上覆第四主要含水层中的水分从裂隙通道进入井下，从而给矿井带来水害威胁。
关键词 导水裂隙带；发育高度；影响因素
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0156-02
1 概况
山寨煤矿位于华亭矿区山寨井田，现开采中下侏罗统延安组煤5层，矿井设计生产能力120万吨/年，核定生产能力240万吨/年。矿井主要涌水来自顶板含水层。对于顶板充水型矿床，防治水工作的重点之一就是搞清楚工作面回采后顶板冒落带与裂隙的发育高度。它关系到顶板冒落带与裂隙是否会导通顶板含水层水进而使其进入矿井。
2 影响导水裂隙带发育的主要因素
大量研究与观测资料证实顶板冒落带与裂隙的发育高度与采煤厚度、工作面大小、顶板岩性及其组合关系、顶板岩石的碎胀系数、顶板岩石的碎裂程度、煤层的倾角等有密切关系。
2.1 煤层开采厚度的影响
厚煤层分层初次开采时的“两带”高度情况和具体的采高为近似直线关系。对于水平到倾斜厚煤层分层开采方式或近距离煤层群重复开采条件下的“两带”高度，均会根据分层次数的逐渐增加而增长，前两者和分层次数呈分式函数的关系增长，并且，增长幅度会逐渐减小。
在厚煤层综合开采的前提下，尽管一次采全高的导水裂缝带最大高度和采厚之间的关系也类似分式函数，不过，二者间的关系曲线升高速度明显比分层开采快。这表示综放开采导水裂缝带的最大高度会随着采厚的不断增加而增加，且增速也更快。
2.2 开采面积产生的影响
导致覆岩破坏的关键原因是采出空间。不过，开采面积大小对其产生较大影响的条件是在还没有达到充分采动前。本矿使用的采煤方式为综合机械化壁式体系采煤，同时，使用全部垮落法管理顶板。通常冒落带达到最大高度应在采空区后方的冒落岩块堆积接顶的位置。而裂隙带发育高度达到最大值，一般要等到顶板垮落、周期来压及地表下沉达到最快速度时。由此可见，如果导水裂隙带高度上升到最高后，便不会继续随着开采面积的增加而向上发展。当岩层继续慢慢下沉时，以期的冒裂带会渐渐呈压缩状态。
2.3 覆岩岩性产生的影响
煤层采出后导水裂隙带的具体发言情况和上覆岩层的顶板岩性及它的相关组合关系有着密切的联系。在其他条件一致的情况下，如果岩层硬度越大，那么导水裂隙带高度也越大；如果顶板岩层越软，那么导水裂隙带高度也越低。
2.4 煤層倾角产生的影响
煤层倾角对覆岩破坏后的导水裂隙带的发育形态有所影响。如果为缓倾斜煤层，可看到顺着倾斜剖面的每点破坏高度大致相同；如果为倾斜煤层，可发现导水裂隙带高度的最高点位于倾斜剖面的开采上限点的四周。
2.5 断层产生的影响
如果在采面上半部有高角度张性断层或导水断层，极易导致导水裂隙带高度顺着断层破碎带往上冒裂；如果处于正常冒落带上面的断层，也可能让冒落带往上发展至该断层；如果处于正常冒落带区域中且倾角较小的断层，通常对冒落带高度不会产生大的影响。
山寨井田内尚未发现大的断层，构造活动微弱，因此不存在断层对导水裂隙带发育高度的影响。
2.6 采煤方法及顶板管理方式产生的影响
采煤方式也会对覆岩最大导水裂隙带高度产生较大影响。因此，不同的采煤方式对造成的地表变形及覆岩破坏度也各不相同。矿井对顶板管理采用全部垮落法，该方法对覆岩的破坏程度是最大的。如果顶板上覆岩层厚度较大，工作面覆岩破坏时能够形成完整的“三带”结构；根据野外观察，位于弯曲带上部的地表产生了下沉，产生了张性裂缝，这条裂缝延展较大。成为大气降水所产生的瞬时地表汇流水进入井下的可能通道。
3 导水裂隙带高度计算
确定导水裂隙带的方法有实际探测法、经验公式计算法等，其中实际探测法是确定导水裂隙带高度的准确途径；经验公式计算法是在没有实际探测的情况下，在分析判断矿区覆岩结构类型的基础上，利用相关规程中的经验公式计算得出导水裂隙带高度。
3.1 计算方法
我矿采用一次采全高、综合长壁采煤法开采煤5层，目前没有现场进行导水裂隙带高度探测，所以本次利用《矿井水文地质规程》中的计算方法和（北京开采所）厚煤层综放开采导水裂隙带高度经验值计算两种经验公式法来进行计算。根据煤5层顶板岩石物理力学性质试验结果（见表1），煤层顶板覆岩为中硬度岩层。
3.2 计算结果分析
我矿采用一次采全高、综合长壁采煤法开采煤5层，已开采的1101工作面采厚11.5 m，1102工作面采厚11.15 m，本次计算采高取11.5，计算结果：
冒落带和导水裂隙带发育高度Hl=167.1 m。
另外，我们根据煤田钻孔资料，作第四含水层底板标高和煤5顶板标高差值等值线图并用以上计算结果进行对比，可以得出：
导水裂隙带高度已波及到上覆第四主要含水层，范围主要在井田东部167.1 m等值线以东地区，近几年开采和规划开采的1101、1102、1103、1104都在影响范围之内。因而，煤5层在回采过程中，导水裂隙带将会波及到上覆第四主要含水层，因此，极易导致上覆第四主要含水层中的水顺着裂隙通道流入井下，给矿井带来严重的水害。从地面裂缝分布位置可以看出，地面裂缝主要出现在1101和1102采空区之上，由此也证明，厚煤层综采放顶煤一次采全厚对覆岩破坏是最严重的。山寨井田采空区上方形成完整的“三带”结构。
4 结束语
在开采煤5层时，导水裂隙带将会波及到上覆第四含水层，与上覆基岩裂隙相贯通，从而可能引起大气降水和承压含水层的水顺着裂隙通道流入井下，带给矿井严重的后果。因此，我们在开采前，一定要对上覆基岩含水层作相关防水措施，如疏放水或其他有效方法。
参考文献
[1]甘肃省煤田地质局一四六队.山寨煤矿改扩建勘探地质报告.2006.
[2]甘肃省煤田地质局一四六队.甘肃省华亭煤田山寨井田补充勘探报告.2010.
[3]煤炭科学研究总院西安研究院.山寨煤矿水文地质条件评价及五年（2009-2013）防治水规划.
[4]中华人民共和国煤炭工业部.矿井水文地质规程试行.煤炭工业出版社，1984.
关键词 导水裂隙带；发育高度；影响因素
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）19-0156-02
1 概况
山寨煤矿位于华亭矿区山寨井田，现开采中下侏罗统延安组煤5层，矿井设计生产能力120万吨/年，核定生产能力240万吨/年。矿井主要涌水来自顶板含水层。对于顶板充水型矿床，防治水工作的重点之一就是搞清楚工作面回采后顶板冒落带与裂隙的发育高度。它关系到顶板冒落带与裂隙是否会导通顶板含水层水进而使其进入矿井。
2 影响导水裂隙带发育的主要因素
大量研究与观测资料证实顶板冒落带与裂隙的发育高度与采煤厚度、工作面大小、顶板岩性及其组合关系、顶板岩石的碎胀系数、顶板岩石的碎裂程度、煤层的倾角等有密切关系。
2.1 煤层开采厚度的影响
厚煤层分层初次开采时的“两带”高度情况和具体的采高为近似直线关系。对于水平到倾斜厚煤层分层开采方式或近距离煤层群重复开采条件下的“两带”高度，均会根据分层次数的逐渐增加而增长，前两者和分层次数呈分式函数的关系增长，并且，增长幅度会逐渐减小。
在厚煤层综合开采的前提下，尽管一次采全高的导水裂缝带最大高度和采厚之间的关系也类似分式函数，不过，二者间的关系曲线升高速度明显比分层开采快。这表示综放开采导水裂缝带的最大高度会随着采厚的不断增加而增加，且增速也更快。
2.2 开采面积产生的影响
导致覆岩破坏的关键原因是采出空间。不过，开采面积大小对其产生较大影响的条件是在还没有达到充分采动前。本矿使用的采煤方式为综合机械化壁式体系采煤，同时，使用全部垮落法管理顶板。通常冒落带达到最大高度应在采空区后方的冒落岩块堆积接顶的位置。而裂隙带发育高度达到最大值，一般要等到顶板垮落、周期来压及地表下沉达到最快速度时。由此可见，如果导水裂隙带高度上升到最高后，便不会继续随着开采面积的增加而向上发展。当岩层继续慢慢下沉时，以期的冒裂带会渐渐呈压缩状态。
2.3 覆岩岩性产生的影响
煤层采出后导水裂隙带的具体发言情况和上覆岩层的顶板岩性及它的相关组合关系有着密切的联系。在其他条件一致的情况下，如果岩层硬度越大，那么导水裂隙带高度也越大；如果顶板岩层越软，那么导水裂隙带高度也越低。
2.4 煤層倾角产生的影响
煤层倾角对覆岩破坏后的导水裂隙带的发育形态有所影响。如果为缓倾斜煤层，可看到顺着倾斜剖面的每点破坏高度大致相同；如果为倾斜煤层，可发现导水裂隙带高度的最高点位于倾斜剖面的开采上限点的四周。
2.5 断层产生的影响
如果在采面上半部有高角度张性断层或导水断层，极易导致导水裂隙带高度顺着断层破碎带往上冒裂；如果处于正常冒落带上面的断层，也可能让冒落带往上发展至该断层；如果处于正常冒落带区域中且倾角较小的断层，通常对冒落带高度不会产生大的影响。
山寨井田内尚未发现大的断层，构造活动微弱，因此不存在断层对导水裂隙带发育高度的影响。
2.6 采煤方法及顶板管理方式产生的影响
采煤方式也会对覆岩最大导水裂隙带高度产生较大影响。因此，不同的采煤方式对造成的地表变形及覆岩破坏度也各不相同。矿井对顶板管理采用全部垮落法，该方法对覆岩的破坏程度是最大的。如果顶板上覆岩层厚度较大，工作面覆岩破坏时能够形成完整的“三带”结构；根据野外观察，位于弯曲带上部的地表产生了下沉，产生了张性裂缝，这条裂缝延展较大。成为大气降水所产生的瞬时地表汇流水进入井下的可能通道。
3 导水裂隙带高度计算
确定导水裂隙带的方法有实际探测法、经验公式计算法等，其中实际探测法是确定导水裂隙带高度的准确途径；经验公式计算法是在没有实际探测的情况下，在分析判断矿区覆岩结构类型的基础上，利用相关规程中的经验公式计算得出导水裂隙带高度。
3.1 计算方法
我矿采用一次采全高、综合长壁采煤法开采煤5层，目前没有现场进行导水裂隙带高度探测，所以本次利用《矿井水文地质规程》中的计算方法和（北京开采所）厚煤层综放开采导水裂隙带高度经验值计算两种经验公式法来进行计算。根据煤5层顶板岩石物理力学性质试验结果（见表1），煤层顶板覆岩为中硬度岩层。
3.2 计算结果分析
我矿采用一次采全高、综合长壁采煤法开采煤5层，已开采的1101工作面采厚11.5 m，1102工作面采厚11.15 m，本次计算采高取11.5，计算结果：
冒落带和导水裂隙带发育高度Hl=167.1 m。
另外，我们根据煤田钻孔资料，作第四含水层底板标高和煤5顶板标高差值等值线图并用以上计算结果进行对比，可以得出：
导水裂隙带高度已波及到上覆第四主要含水层，范围主要在井田东部167.1 m等值线以东地区，近几年开采和规划开采的1101、1102、1103、1104都在影响范围之内。因而，煤5层在回采过程中，导水裂隙带将会波及到上覆第四主要含水层，因此，极易导致上覆第四主要含水层中的水顺着裂隙通道流入井下，给矿井带来严重的水害。从地面裂缝分布位置可以看出，地面裂缝主要出现在1101和1102采空区之上，由此也证明，厚煤层综采放顶煤一次采全厚对覆岩破坏是最严重的。山寨井田采空区上方形成完整的“三带”结构。
4 结束语
在开采煤5层时，导水裂隙带将会波及到上覆第四含水层，与上覆基岩裂隙相贯通，从而可能引起大气降水和承压含水层的水顺着裂隙通道流入井下，带给矿井严重的后果。因此，我们在开采前，一定要对上覆基岩含水层作相关防水措施，如疏放水或其他有效方法。
参考文献
[1]甘肃省煤田地质局一四六队.山寨煤矿改扩建勘探地质报告.2006.
[2]甘肃省煤田地质局一四六队.甘肃省华亭煤田山寨井田补充勘探报告.2010.
[3]煤炭科学研究总院西安研究院.山寨煤矿水文地质条件评价及五年（2009-2013）防治水规划.
[4]中华人民共和国煤炭工业部.矿井水文地质规程试行.煤炭工业出版社，1984.