摘要
安全开采和保水开采是绿色开采技术的重要组成部分，研究水体下采煤时采空区覆岩破断机理和导水裂隙带发育高度对矿井防治水及水资源保护工作具有重要意义。山西高平市掌石沟煤矿15#煤层平均厚度4.1m，为研究该煤矿厚煤层开采覆岩“两带”发育规律，确保掌石沟煤矿15#煤层安全回采，以15102工作面为工程背景，采用数值模拟、理论分析和现场观测等研究方法，对厚煤层开采覆岩破断特征及“两带”高度演化机理进行研究，研究成果可为该矿后续开采工作提供参考。研究得到的主要成果如下： （1）根据掌石沟煤矿生产地质及水文地质条件，得到了15102工作面地层及含、隔水层分布情况：15#煤层以上含水层均为弱富水性含水层，层间泥岩隔水层隔水能力一般；通过计算覆岩岩性评价系数确定15102工作面15#煤层覆岩岩性为软弱偏中硬。 （2）对煤层采空引起的覆岩破断过程进行数值模拟分析，结果表明：15102工作面15#煤层采动覆岩垮落带高度为18.2m，垮采比为4.44，导水裂隙带高度为53.8m，裂采比为13.12，初次垮落步距为50m；导水裂隙带范围内离层发育一般经历“迅速发育”、“缓慢闭合”和“保持稳定”3个阶段，导水裂隙往往在离层发育至一定程度后出现，导水裂隙带高度演化可分为“快速发育”、“暂时稳定”、“再次发育”、“保持稳定”4个时期。 （3）采用双端封堵测漏失量和钻孔电视图像2种方法对15102工作面15#煤层覆岩“两带”高度进行探测，得到导水裂隙带实测高度为48.34m，裂采比为11.79。实测结果与数值模拟得到的导水裂隙带发育高度基本吻合。 （4）对“两带”高度经验公式进行对比分析，结果表明《煤矿防治水细则（解读）》中给出的经验公式最适用于类似采矿地质条件的煤矿，计算得到垮落带高度22.07m，垮采比为5.38，导水裂隙带高度50.34m，裂采比为12.28；以“关键层”及“砌体梁”理论为基础，提出了一种通过分别判断软、硬岩层破断状态得到导水裂隙带发育高度的计算方法，计算得到导水裂隙带发育高度48.99m，裂采比为11.95；不同方法得到的导水裂隙带高度对比表明：通过判断岩层破断状态得到的导水裂隙带高度与实测结果误差最小（2.1%）。
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