高瓦斯煤层开采过程中,采动覆岩裂隙与渗透演化规律对卸压瓦斯运移及分区富集具有控制作用,因此如何定量化精准描述采动覆岩裂隙发育及渗透率分布特征是提高采空区及裂隙带瓦斯抽采效率的关键.本文以阳泉矿区平舒煤矿为工程背景,模拟工作面开采过程中覆岩移动变形与裂隙动态演化规律,引入分形几何理论定量描述采动覆岩裂隙产生和发育过程,进而推导裂隙岩体的分形渗透率模型,实现了覆岩裂隙瓦斯运移优势通道及渗透率非均匀分布规律的精细表征.研究表明:随着工作面的不断推进,采动覆岩裂隙不断向前向上发育,覆岩裂隙发育总体表现为采空区两侧高度发育,中部压实的"双峰"状分布规律;采空区两侧的竖向破断裂隙区分形维数分别达到1.143,1.151,明显大于其他区域,是采动裂隙充分发育区和卸压瓦斯运移优势通道;根据裂隙岩体的分形渗透率模型,计算得到垮落带渗透率为1×10-5～4×10-5m2,裂隙带渗透率为8.9×10-9～9.8×10-7m2;覆岩裂隙带内渗透率分布存在明显分区现象,总体呈现两侧高、中间低的"马鞍形"特征,高渗透区域主要集中于近工作面侧采空区(沿走向长度0～30m)以及近开切眼侧采空区(沿走向长度110～150m)的范围内,高渗透率区域的垂向上限可以达到煤层以上35m;基于此提出试验工作面高、低位抽采巷道的技术参数并进行应用,取得了良好的采空区及裂隙带卸压瓦斯抽采效果.该研究对推动采动覆岩裂隙与渗流演化规律从理论到实践的应用具有重要的参考价值.

采矿工程;采动覆岩;裂隙发育;渗流演化;分形特征;渗透率模型

徐超;王凯;郭琳;袁亮;李晓敏;赵春雨;郭海军;舒龙勇

中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083;安徽理工大学煤炭安全精准开采国家地方联合工程研究中心,安徽淮南 232001;煤炭科学技术研究院有限公司,北京 100013

岩石力学与工程学报

[1]徐超;王凯;郭琳;袁亮;李晓敏;赵春雨;郭海军;舒龙勇-.采动覆岩裂隙与渗流分形演化规律及工程应用)[J].岩石力学与工程学报,2022(12):2389-2403

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