微构造对煤层气的控藏机理（基于地表点下沉阶段特征的覆岩裂隙带高度演化）

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作者:

王泓博¹，张勇¹，庞义辉^2，3，张春雷⁴

作者单位：

1.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院

2.天地科技股份有限公司

3.煤炭科学研究总院开采研究分院

4.淮阴工学院建筑工程学院

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摘要

煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程,因地表下沉滞后于煤炭开采,采空区封闭后,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低.基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化全程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程,针对不同阶段裂隙带高度演化开展了试验研究和理论推导,揭示了不同阶段裂隙带高度的演化特征及影响机制,并结合同忻煤矿和太平煤矿实测结果进行了验证。研究结果表明,关键层的控制作用使得裂隙带高度阶段性增长,关键层最终破断层位及其上方部分岩层的岩性特征决定了第1阶段裂隙带发育高度,第2阶段裂隙带高度由第1阶段结束时裂隙带高度及垮落带高度、不同状态下的垮落带碎胀系数及地表动态下沉结束后的下沉量决定。研究可为废弃采空区卸压瓦斯地面抽采钻井结构设计及煤矿地下水库极限库容计算提供参考。

创新点

基于采空区裂隙带发育和地表下沉的联动效应，由地表点下沉速度的阶段特征和空间守恒定律逆向分析了裂隙带高度的演化过程，针对不同阶段裂隙带高度演化开展了试验研究和理论推导，揭示了不同阶段裂隙带高度的演化特征及影响机制。

部分图表

地表下沉阶段特征

第2阶段“两带”高度演化

第2阶段裂隙带高度演化规律

覆岩破坏传递过程

固支梁水平应力分布

关键层的固支梁力学模型

关键层弯曲变形形态

关键层最大下沉量影响因素分析

裂隙带初期形成过程

裂隙带高度实测结果

作者介绍

张勇

1968年1月生，中国矿业大学（北京）能源与矿业学院矿业工程系副主任、教授、博士生导师，任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会第七届理事会理事。长期从事矿井开拓及优化设计、采煤方法、矿山压力及岩层控制、矿山安全与灾害防治的研究和教学工作，作为项目负责人或主要研究人员，参与国家自然基金重点项目2项、973项目2项、国家重点研发项目2项、工程院重大咨询项目1项、省部级重大科技攻关项目4项、企业联合等科研项目40余项。曾获国家教学成果二等奖、国家科技进步二等奖、省部级科学技术进步一等奖等。在中国矿业大学学报、煤炭学报、International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences等国内外学术刊物上发表论文70余篇,其中SCI/EI检索30余篇。

本文引用格式：

王泓博，张勇，庞义辉，等．基于地表点下沉阶段特征的覆岩裂隙带高度演化［J］．中国矿业大学学报，2022,51（1）：24-34．

WANG Hongbo,ZHANG Yong,PANG Yihui,et al.Evolution of the height of overburden fractured zone based on stage characteristics of surface subsidence[J].Journal of China University of Mining &Technology,2022,51(1):24-34.

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