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深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理
陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层，工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降，巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应。为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理，开展了流固耦合数值模拟，分析了不同孔隙水压岩体力学行为及巨厚覆岩承压含水层采动疏水条件下围岩应力−能量场演化特征，揭示了覆岩承压含水砂岩层采动疏水对围岩应力场作用机制；并考虑巨厚覆岩对围岩动静载应力作用效应，提出了覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理。
研究结果表明：覆岩巨厚承压含水砂岩层下动力显现均发生在覆岩承压水位快速下降期间，覆岩承压水的采动疏放对围岩产生应力扰动；采动疏水条件下覆岩承压含水岩层孔隙水压降低，岩层强度和承载能力增大，覆岩载荷向采场两侧转移，导致围岩应力升高、能量进一步积聚，其对围岩应力场−能量场作用程度与采场尺度和疏放程度正相关，与煤层-承压含水层距离、承压含水层岩层厚度及强度负相关；巨厚覆岩承压含水层下顶板大尺度悬臂−铰接结构导致采场围岩高静载及强动载，在覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场作用下，煤岩体中叠加应力超过其临界载荷且释放的总能量超过其破坏所消耗能量，诱发冲击地压，其中高静载是冲击地压发生的应力基础，矿震动载和覆岩承压含水层采动疏水导致的应力扰动是重要诱因。针对覆岩承压含水层采动疏水及巨厚承压含水层覆岩结构对冲击风险的影响特征，提出了巨厚承压水含水层注浆堵水和优化盘区尺寸的防冲措施，通过地面注浆和降低采场尺寸能够降低覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场的作用效应、避免巨厚覆岩形成大尺度悬臂−铰接结构，从而降低巨厚承压含水层下冲击地压风险。
图 1 巨厚覆岩承压含水层分布及矿井采掘布置
图 2 不同开采尺度下覆岩运动破坏特征
图 3 205 工作面地面钻孔光纤监测断点演化特征
图 4 煤层大巷区域矿震活动与覆岩承压水运动特征
图 5 矿井冲击显现与覆岩承压水疏放相关关系
图 6 不同孔隙水压岩体力学参数演化特征
图 7 渗透压作用下岩石裂纹的双向应力状态
图 8 采动条件下顶板巨厚含水层岩层受力分析模型
图 9 顶板承压水未疏放与疏放条件下围岩多场变化特征
图 10 覆岩承压含水层不同疏放程度下围岩应力-能量变化特征
图 11 不同煤层−承压含水层间距承压水疏放围岩应力−能量变化特征
图 12 不同采空区尺度条件下围岩应力−能量变化特征
图 13 不同承压含水层厚度条件下围岩应力−能量变化
图 14 不同覆岩承压含水层岩层强度围岩应力−能量变化
图 15 二盘区工作面过程中垂向采动影响范围及侧向支承压力峰值演化
图 16 大尺度悬臂−铰接结构失稳前后围岩能量场分布
图 17 巨厚覆岩承压含水层采动疏水诱冲原理
图 18 巨厚砂岩承压含水层下冲击地压防治体系
图 19 巨厚承压含水层地面注浆堵水
图 20 矿井盘区尺寸优化
窦林名，男，1963年2月生，青海平安人，中国矿业大学教授、博导、博士后，中国矿业大学-安徽理工大学冲击地压防治工程研究中心主任，江苏省矿业协会副会长，曾任煤炭资源与安全开采国家重点实验室主任、深部煤炭资源开采教育部重点实验室主任、ISM国际测量协会第四届专业委员会委员、国际采矿教授团成员。
研究方向
冲击地压、采矿地球物理学、矿震、顶板灾害防治等
主要成果
获国务院政府特殊津贴、全国煤炭行业“653工程”首席专家、江苏省“333”“六大人才高峰”“青蓝工程”青年带头人等称号。主持国家重点研发计划、国家“973”、科技支撑计划、国家自然基金重大科研仪器研制项目（部门推荐）等课题，国家自然科学基金项目，中波政府合作项目、波兰国家科学基金等国内外合作项目20余项，企业创新课题200余项。是《煤矿安全规程》《防治煤矿冲击地压细则》《冲击地压测定、监测与防治方法》《煤矿冲击地压防治监管监察指导手册》等规章与国标编制专家成员。获国家科技进步二等奖2项、波兰经济部来矿奖（荣誉剑）、省部级一、二等奖等以上奖励18项；出版著作12部，发表论文260余篇，专利、软著50余项。
周坤友，男，1990年2月生，河南商丘人，安徽理工大学矿业工程学院，讲师，博士。
研究方向
冲击地压、矿山压力与岩层控制
主要成果
主持国家自然科学基金项目1项、国家重点研发计划项目子任务1项、煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室开放基金项目1项、安徽省煤炭安全精准开采工程实验室开放基金项目1项，参与国家自然科学基金重点项目及面上项目3项，发表SCI/EI等论文13篇，授权发明专利9项，研究成果获中国煤炭工业协会科技进步奖、山东省煤炭工业科学技术奖各1项。
来源：
窦林名，周坤友，曹安业，等. 深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理[J]. 煤炭学报，2024，49(1):351−366.
