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本书是作者多年从事岩层采动裂隙演化规律及其应用研究工作的系统总结。本书从煤层开采过程中岩层采动裂隙的形成位置、发育形态、动态变化及其影响因素等方面对岩层采动演化规律进行了深入系统研究，建立了岩层采动导水裂隙发育高度与离层量的定量预计方法，有关研究成果指导了保水采煤、煤共采、注浆充填不与瓦斯迁村采煤等煤矿绿色开采技术的理论研究与工程实践，取得了显著的安全、经济和环境效益。

目 录 1 绪论………………………………………………………………………………………… 1 1.1 岩层采动裂隙的分类……………………………………………………………… 1 1.2 岩层采动裂隙研究综述…………………………………………………………… 2 1.3 本书的内容………………………………………………………………………… 4 2 岩层采动裂隙测定与描述方法…………………………………………………………… 12 2.1 岩层采动裂隙的实测方法………………………………………………………… 12 2.1.1 钻孔冲洗液法……………………………………………………………… 12 2.1.2 地球物理方法……………………………………………………………… 13 2.1.3 钻孔摄像法………………………………………………………………… 14 2.2 采动裂隙定量描述的图像处理技术……………………………………………… 17 2.2.1 采动裂隙图像处理方法及步骤…………………………………………… 18 2.2.2 采动裂隙图像处理程序设计……………………………………………… 19 2.2.3 FIMAGE程序的应用…………………………………………………… 21 2.3 本章小结…………………………………………………………………………… 23 3 采动覆岩导水裂隙演化规律……………………………………………………………… 24 3.1 覆岩导水裂隙发育高度…………………………………………………………… 24 3.1.1 覆岩导水裂隙发育高度的影响因素……………………………………… 24 3.1.2 覆岩关键层位置对导水裂隙发育高度的影响…………………………… 25 3.1.3 断层采动活化对导水裂隙发育高度的影响……………………………… 38 3.2 覆岩导水裂隙动态演化规律……………………………………………………… 42 3.2.1 关键层破断对导水裂隙动态演化的影响………………………………… 42 3.2.2 关键层结构稳定性对导水裂隙动态分布的影响………………………… 43 3.3 覆岩导水裂隙带边界分布规律…………………………………………………… 49 3.3.1 覆岩导水裂隙带空间形态的分布规律…………………………………… 49 3.3.2 覆岩导水裂隙带侧向边界的分布规律…………………………………… 51 3.4 基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法…………………………………… 59 3.4.1 传统导水裂隙带高度预计方法的局限性………………………………… 59 3.4.2 基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法…………………………… 59 3.4.3 新预计方法的适用范围与误差分析……………………………………… 70 3.4.4 新预计方法可靠性的实测验证…………………………………………… 70 3.5 本章小结…………………………………………………………………………… 72 4 覆岩采动离层演化规律…………………………………………………………………… 73 4.1 覆岩离层的产生位置……………………………………………………………… 73 4.1.1 案例1———沛城煤矿B煤层……………………………………………… 73 4.1.2 案例2———潞安矿区常村矿3煤层……………………………………… 75 4.1.3 案例3———阳泉一矿3煤层……………………………………………… 76 4.2 覆岩离层动态分布规律…………………………………………………………… 77 4.2.1 关键层破断对离层动态发育的影响……………………………………… 77 4.2.2 采高对覆岩离层“O形圈”分布特征影响……………………………… 79 4.3 覆岩离层量的影响因素…………………………………………………………… 85 4.3.1 影响因素概述……………………………………………………………… 85 4.3.2 覆岩离层量的现场探测研究……………………………………………… 85 4.3.3 覆岩离层量影响因素的模拟研究………………………………………… 87 4.4 基于覆岩卸荷膨胀累积效应的离层量估算方法………………………………… 92 4.4.1 采动覆岩卸荷膨胀累积效应的概念……………………………………… 92 4.4.2 采动覆岩卸荷膨胀累积效应的试验研究………………………………… 93 4.4.3 采动覆岩卸荷膨胀累积效应的理论模型………………………………… 97 4.4.4 基于覆岩卸荷膨胀累积效应的离层量估算…………………………… 101 4.5 本章小结………………………………………………………………………… 107 5 地表采动裂缝演化规律………………………………………………………………… 108 5.1 地表采动裂缝的类型与特征…………………………………………………… 108 5.1.1 地表采动裂缝的类型…………………………………………………… 108 5.1.2 贯通型地表采动裂缝的形成条件……………………………………… 109 5.1.3 地表采动裂缝的动态分布特征………………………………………… 113 5.2 地表采动裂缝特征的影响因素………………………………………………… 114 5.2.1 覆岩性质与层位的影响………………………………………………… 114 5.2.2 开采深度和采高的影响………………………………………………… 114 5.2.3 重复采动的影响………………………………………………………… 114 5.2.4 地形地貌的影响………………………………………………………… 115 5.3 浅埋煤层地表采动裂缝演化规律……………………………………………… 117 5.3.1 地表采动裂缝动态分布特征的实测…………………………………… 117 5.3.2 地表采动裂缝动态分布特征的模拟…………………………………… 146 5.4 坡体地表采动裂缝演化规律…………………………………………………… 161 5.4.1 坡体采动裂缝特征……………………………………………………… 161 5.4.2 开采方向对坡体采动裂缝的影响……………………………………… 167 5.4.3 坡角对坡体采动裂缝的影响…………………………………………… 169 5.4.4 防治坡体裂缝的合理开采边界研究与实践…………………………… 171 5.5 本章小结………………………………………………………………………… 173 6 基于采动裂隙演化规律的保水采煤理论与实践……………………………………… 175 6.1 保水采煤概述…………………………………………………………………… 175 6.2 基于导水裂隙带高度控制的保水采煤方法…………………………………… 176 6.2.1 留设安全煤岩柱隔离含水层…………………………………………… 177 6.2.2 调整开采工艺降低“导高”……………………………………………… 178 6.2.3 封堵导水裂隙修复含水层……………………………………………… 178 6.3 西部浅埋松散层含水层下采煤突水防治实践………………………………… 180 6.3.1 单一关键层结构顶板突水机理与防治………………………………… 180 6.3.2 浅埋多层关键层结构顶板突水机理与防治…………………………… 181 6.4 松散承压含水层下采煤突水防治实践………………………………………… 197 6.4.1 典型松散承压含水层赋存条件………………………………………… 198 6.4.2 松散承压含水层下采煤突水特征……………………………………… 198 6.4.3 松散承压含水层下采煤突水机理……………………………………… 200 6.4.4 松散承压含水层下采煤突水灾害防治对策与实践…………………… 202 6.5 基于导水裂隙边界的老采空区积水疏排实践………………………………… 206 6.5.1 试验工作面水文地质与开采条件……………………………………… 206 6.5.2 基于导水裂隙边界的疏水原则………………………………………… 208 6.5.3 采空区积水疏排方案与实施效果……………………………………… 209 6.6 基于采动裂隙演化的采空区储水技术………………………………………… 210 6.6.1 采空区储水工程案例…………………………………………………… 210 6.6.2 采空区储水技术的适用条件…………………………………………… 211 6.6.3 采空区水源补给性的增强对策………………………………………… 213 6.7 本章小结………………………………………………………………………… 214 7 基于采动裂隙演化规律的煤与瓦斯共采理论与实践………………………………… 216 7.1 煤与瓦斯共采概述……………………………………………………………… 216 7.2 基于采动裂隙演化规律的煤与瓦斯共采理论………………………………… 217 7.2.1 瓦斯卸压抽采的“三带”理论…………………………………………… 217 7.2.2 导气裂隙带的横向分区及瓦斯渗流规律……………………………… 223 7.2.3 基于“三带”理论的煤与瓦斯共采优化体系…………………………… 226 7.3 本煤层超前卸压瓦斯抽采试验………………………………………………… 234 7.3.1 本煤层瓦斯超前卸压增流效应及验证………………………………… 234 7.3.2 本煤层超前卸压瓦斯抽采技术原则…………………………………… 237 7.3.3 本煤层超前卸压瓦斯抽采实践………………………………………… 238 7.4 工作面初采期邻近层卸压瓦斯抽采试验……………………………………… 241 7.4.1 初采期导气裂隙演化对瓦斯涌出的影响……………………………… 241 7.4.2 局部高抽巷抽采初采期卸压瓦斯试验………………………………… 244 7.4.3 大直径暗立井抽采初采期卸压瓦斯试验……………………………… 250 7.5 穿层钻孔抽采导气裂隙带卸压瓦斯试验……………………………………… 258 7.5.1 穿层钻孔的优化布置研究……………………………………………… 259 7.5.2 穿层钻孔抽采导气裂隙带卸压瓦斯实践……………………………… 262 7.6 走向高抽巷抽采导气裂隙带卸压瓦斯试验…………………………………… 265 7.6.1 走向高抽巷的优化布置研究…………………………………………… 265 7.6.2 走向高抽巷抽采导气裂隙带卸压瓦斯实践…………………………… 268 7.7 地面钻井抽采卸压解吸带瓦斯试验…………………………………………… 270 7.7.1 试验工作面基本条件…………………………………………………… 270 7.7.2 上覆远距离煤层卸压特征研究………………………………………… 271 7.7.3 地面抽采钻井布置……………………………………………………… 275 7.7.4 抽采效果考察…………………………………………………………… 277 7.8 老采空区瓦斯地面钻井抽采试验……………………………………………… 279 7.8.1 基于“三带”理论的老采空区瓦斯储量评价…………………………… 279 7.8.2 老采空区瓦斯地面抽采钻井的井位选择……………………………… 281 7.8.3 阳泉矿区地面钻井抽采老采空区瓦斯试验…………………………… 290 7.9 本章小结………………………………………………………………………… 304 8 基于采动裂隙演化规律的覆岩隔离注浆充填采煤技术……………………………… 305 8.1 覆岩隔离注浆充填采煤技术背景……………………………………………… 305 8.2 覆岩隔离注浆充填技术原理…………………………………………………… 307 8.2.1 覆岩隔离注浆充填技术原理的试验研究……………………………… 308 8.2.2 覆岩隔离注浆充填技术原理的钻孔探测研究………………………… 318 8.3 覆岩隔离注浆充填技术设计方法……………………………………………… 327 8.3.1 覆岩隔离注浆充填隔离参数设计……………………………………… 327 8.3.2 覆岩隔离注浆充填钻孔布置方法……………………………………… 330 8.3.3 覆岩隔离注浆充填工艺系统设计……………………………………… 331 8.3.4 覆岩隔离注浆充填地表沉陷预计方法………………………………… 336 8.4 覆岩隔离注浆充填不迁村采煤技术实践……………………………………… 343 8.4.1 总体应用情况…………………………………………………………… 343 8.4.2 刘店煤矿104采区应用实践…………………………………………… 344 8.4.3 刘店煤矿103采区应用实践…………………………………………… 356 8.4.4 刘店煤矿101采区应用实践…………………………………………… 362 8.4.5 刘店煤矿76采区应用实践……………………………………………… 369 8.5 本章小结………………………………………………………………………… 376 9 巨厚火成岩下离层引发的灾害机理与防治实践……………………………………… 378 9.1 巨厚火成岩赋存条件…………………………………………………………… 378 9.1.1 矿井概况………………………………………………………………… 378 9.1.2 巨厚火成岩赋存特征…………………………………………………… 378 9.1.3 巨厚火成岩破断特征…………………………………………………… 382 9.2 巨厚火成岩下离层及周边应力分布规律……………………………………… 384 9.2.1 巨厚火成岩下离层分布规律…………………………………………… 384 9.2.2 巨厚火成岩下离层引发异常应力分布………………………………… 385 9.3 巨厚火成岩下离层引发的采场突水灾害……………………………………… 387 9.3.1 离层区积水引发的突水灾害工程案例………………………………… 387 9.3.2 离层区积水引发的采场突水灾害机理………………………………… 388 9.3.3 离层区积水引发的采场突水灾害防治对策…………………………… 389 9.4 巨厚火成岩下离层引发的动力灾害…………………………………………… 391 9.4.1 巨厚火成岩下离层引发的动力灾害工程案例………………………… 391 9.4.2 巨厚火成岩下离层引发的动力灾害机理……………………………… 391 9.5 隔离注浆充填控制巨厚火成岩下动力灾害…………………………………… 392 9.5.1 隔离注浆充填减灾的技术原理………………………………………… 392 9.5.2 隔离注浆充填减灾的技术方案………………………………………… 399 9.5.3 隔离注浆充填减灾的工程实施………………………………………… 400 9.5.4 隔离注浆充填减灾的效果评价………………………………………… 404 9.6 本章小结………………………………………………………………………… 407 索引…………………………………………………………………………………………… 409 参考文献……………………………………………………………………………………… 413