采煤導水裂隙帶發育高度計算公式概述

韓新哲

摘要： 導水裂隙帶發育高度是采煤安全的主要影響因素之一，對水體下采煤的礦井水害防治有重要影響，需要對導高進行預測。通過查閱文獻，對導高計算經驗公式進行了總結，分析了常用的公式形式，為今后導高預測公式研究提供參考。

Abstract： The height of water-flowing fracture zone is one of the main factors that affect the safety of coal production， especially for the prevention and control of mine water hazards under water body. Therefore， engineering applications need to predict the height of water-flowing fracture zone. By literature， this paper summarizes the empirical formulas and analyzes the commonly used formula forms， which will provide reference for the future study of the height of water-flowing fracture zone prediction formula.

關鍵詞： 導水裂隙帶；高度預測；經驗公式

Key words： water-flowing fracture zone；height prediction；empirical formula

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0235-02

0 引言

煤層開采會造成上覆巖層的破壞，形成冒落帶、裂隙帶和彎曲帶，冒落帶和裂隙帶合稱導水裂隙帶。導水裂隙帶的高度對采煤安全極其重要，尤其對礦井水害防治有極大影響，為了保證礦井采煤安全，需對導水裂隙帶發育高度進行預測。

目前導高的預測方法包括：理論分析、現場實測、經驗公式、物理模擬和數值模擬，但導水裂隙帶發育高度的影響因素很多，主要包括頂板結構、采高、采深、煤層傾角、采煤工藝、工作面尺寸及推進速度等。經驗公式預測導水裂隙帶發育高度是在掌握覆巖結構類型及其變形破壞規律基礎上，選用相對應的公式預測導水裂隙帶的發育高度。基于傳統采煤工藝建立的導水裂隙帶發育高度預測公式具有較大局限性，其較適用于分層綜采或普采條件下，薄煤層或中厚煤層開采導水裂隙帶帶發育高度的預測。隨著生產工藝的改變（如綜放開采成為主要開采方法、煤層采高最大超過10m），需要獲得適用于現代采煤導水裂隙帶發育高度的預測公式。本文通過查閱文獻，對常用的導水裂隙帶發育高度預測公式及其形式進行了總結，為今后相關研究提供參考。

1 規范性經驗公式

國家煤炭工業局頒發的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設及壓煤開采規程》（以下簡稱《三下采煤規程》）和國家技術監督局頒發的《礦區水文地質工程地質勘探規范》（GB12719-1991）（以下簡稱《礦區勘探規范》）推薦的導水裂隙帶發育高度預測公式是目前實際生產通常采用預測公式。《三下采煤規程》和《礦區勘探規范》經驗公式是通過歸納總結當時國內常規采煤條件下導水裂隙帶發育規律得出，適用于薄煤層及中厚煤層分層綜采或普采工藝下“兩帶”發育高度的預測。規范推薦的經驗公式為水體下采煤安全提供了規范性依據，對導水裂隙帶發育高度的預測發揮了重要作用。

《三下采煤規程》推薦的分層開采緩傾斜、中傾斜煤層時導水裂隙帶發育高度的預測公式如表1所示，式中Hf表示導水裂隙帶的發育高度，M表示采煤厚度。

《礦區勘探規范》推薦的分層開采緩傾斜、中傾斜煤層時導水裂隙帶發育高度預測公式如表2所示，其中n為分層數。

《三下采煤規程》和《礦區勘探規范》導水裂隙帶高度計算公式是根據當時典型工作面實測數據分析得出。當時國內煤礦主要采煤工藝為傳統采煤方式（普采或分層開采），多數工作面寬度小于200m、長度小于1000m，采高小于3m。規范推薦的計算公式適用于上述開采條件導水裂隙帶發育高度的預測，且精度較好，對當時開采強度規劃和煤炭安全生產有重要參考價值。

隨著工作面采煤機械化水平提高，采煤工藝發生了根本性變化，現代煤礦多采用放頂煤、一次采全高等高效的采煤方法；采高、工作面尺寸同樣發生了巨大改變。一些礦區煤層采高最大已超過10m，工作面寬度已達到200～300m，最大長度超過6000m。采煤強度的改變，導致傳統經驗公式預測精度大大降低。當代眾多學者研究發現《三下采煤規程》和《礦區勘探規范》計算公式預測現代化開采條件下導水裂隙帶發育的高度與實測結果之間有較大差異，且難以保證水體下采煤的安全。眾多研究表明規范推薦經驗公式已不適應現代采煤導水裂隙帶發育高度預測精度要求，需要建立適用于綜放開采條件下不同頂板結構類型采煤導水裂隙帶發育高度的計算公式，應對規范或規程中經驗公式進行修訂。

2 導水裂隙帶高度預測公式常用形式

廣泛用于預測導水裂隙帶發育高度的規范性經驗公式已不適應現代化采煤要求。《三下采煤規程》和《礦區勘探規范》經驗公式在適應條件下預測精度較好，即厚度小于3.5m煤層的分層開采或普采。隨著開采工藝和采煤條件改變，規范性經驗公式預測結果往往偏小，給水體下采煤安全帶來隱患。學者研究發現規范推薦公式的形式具有其經典性和普遍適用性。

《三下采煤規程》計算公式之一的公式形式極為經典，且具有極強的適用性，為后來眾多研究者所采用，見（1）式：

Hf=±m（1）

式中a、b是系數，m為中誤差。實踐研究表明（1）式公式形式對于較多礦區導水裂隙帶發育規律的預測具有普遍性，通過對（1）式的回歸分析，可得到不同地區和開采工藝導水裂隙帶發育高度的計算公式。許延春等分析了綜放開采“兩帶”發育規律，指出目前歸納總結綜放開采條件“兩帶”發育高度計算公式的條件已成熟；并指出（1）式在預測“兩帶”發育高度方面具普遍性，采用實測數據得到了導高的計算公式。

同樣，《礦區勘探規范》計算公式的公式形式也多為研究者所采用，見（2）式：

Hf=+d（2）

其中c、p、q、d均為參數，n是分層數。當n為1時可將（2）式化簡為：

Hf=c′∑M+d′（3）

其中c′、d′均為參數，可通過（2）式計算得到。眾學者研究表明（3）式公式形式同樣對于計算導水裂隙帶高度具有普遍性，通過回歸分析，得出采煤導水裂隙帶發育高度計算公式。胡弋、李文平等分析淮南礦區導水裂隙帶發育規律時，指出綜采導水裂隙帶發育高度較分層開采大，表明規范性經驗公式無法滿足礦井水害防治的需求。文章通過（3）式經實測數據的回歸分析，得到了預測公式；并指出得出公式適用于類似開采條件下4～6m煤層開采導水裂隙帶發育高度的預測。

滕永海分析不同礦區綜放開采條件導高發育規律，指出綜放開采導水裂隙帶高度較分層開采和普采時大。利用實測資料進行分析得出各礦區不同開采條件下導水裂隙帶發育高度計算公式。文章指出導水裂隙帶高度預測應當選用本礦區實測資料或經驗公式進行預測。

3 結語

通過文獻查閱，歸納總結了導水裂隙帶發育高度預測的計算公式及其形式。通過本文分析、總結，對導水裂隙帶發育高度預測公式研究有以下結論和建議：

①規范推薦的預測導水裂隙帶發育高度經驗公式已經無法適應現代化采煤要求；

②建立相應開采條件導高計算公式的時機已經成熟，應對相關規范進行修訂，準確預測采煤導水裂隙帶發育高度；

③規范推薦導水裂隙帶預測計算公式形式極為經典，具有普遍適用性；

④經驗公式計算結果存在一定誤差，可能影響煤礦生產安全。應將多種預測手段結合，提高預測精度。

參考文獻：

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