[0001] 本发明属于采矿技术领域，具体涉及一种急倾斜顶板富水工作面导水裂隙发育高度测定方法。

[0002] 急倾斜厚煤层综放工作面按相应比例采、放煤后，工作面后方会形成大尺度空域，能够为覆岩运移提供充足空间，使得覆岩运移、破坏受扰动层位高，随回采距增加至极限后逐步趋于定值，此过程中伴随着采动裂隙发育演化，由于急倾斜煤层不单局限于倾角效应作用，贵州、四川、甘肃等地此类煤层工作面大都还面临水、瓦斯等致灾元素，表现出倾角效应下固液、固气、固液气等多相介质不同作用耦合，造成覆岩采动裂隙致灾机制异化，引发覆岩结构破断模式、衍生灾害类型变化。顶板富水煤层工作面开采过程中水作为致灾体，其不仅本身会直接威胁工作面设备稳定性、人员安全，且矿井水对岩石具有侵蚀、软化等破坏作用，造成围岩力学性质一定程度改变，承受矿压能力弱化，进而大幅运移、破坏增加工作面生产风险，同时，对于生态脆弱区煤炭开发来说，水对于维护当地生态极其重要，保水采煤对覆岩破坏控制要求更为严格，可见，顶板富水煤层工作面无论是针对顶板水灾害防治，还是生态保护，顶板水疏漏控制均十分必要，此外，顶板富水煤层在缓倾斜等小角度工作面开采时亦会大量涉及，因此，顶板水灾害具有普遍性，科学、有效化防控技术需求迫切，而其前提是要弄清工作面采动裂隙发育演变规律，明确导水裂隙发育高度及其分布位置。

[0003] 急倾斜工作面顶板水灾害防治是此类煤层安全、高效化开采的关键，但目前，急倾斜煤层综合机械化开采实践与理论研究仍具有局限性，主要针对顶板无水条件下机械化工作面，且顶板水致灾机理及控制技术相关研究对象也多为缓倾斜等角度较小煤层，富水顶板急倾斜工作面开采覆岩破坏研究较为欠缺，而对于顶板富水且倾角大的煤层开采而言，倾角效应下设备稳定性差，围岩采动力学行为复杂，同时，顶板水由于工作面开采引发的覆岩内原、次生裂隙充分发育贯通含水层后演变为导水裂隙威胁安全生产，加剧工作面支架与围岩系统失衡，为有效控制急倾斜工作面顶板水灾害，亟需一种方法来确定工作面导水裂隙发育高度，以此达到科学有效性顶板水害防控目的。

[0027] 下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

[0028] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0029] 急倾斜综放工作面覆岩破坏具有非对称、时序性，即倾向不同区域导水裂隙不均匀性发育分布，现场实测是真实反应裂隙发育分布的重要手段，但鉴于此类煤层开采特点，关键就要确定实测钻孔分布位置，而这有赖于对采动影响下裂隙时空演变及工作面周期来压规律的充分把握，因此，需要综合采用岩石力学实验、数值计算及现场实测法来针对性研究，并以岩石力学实验与数值计算结果为现场实测提供技术支撑。

[0030] 如图1‑2所示，本发明提供一种急倾斜顶板富水工作面导水裂隙发育高度测定方法，包括：

[0031] 步骤一、针对拟研究工作面制作岩石力学实验测试样件，获取煤岩力学性能参数；

[0032] 具体的，由于煤岩材料力学参数是赋予数值计算模型真实、具体化的基础，因此，对拟研究急倾斜工作面煤层、顶(底)板岩层取样后经钻芯、切割等过程制作岩石力学实验测试样件，基于相关实验原理与方法通过压力试验机进行岩石力学测试，对于易碎或强度小等难制样的复杂煤岩采用点荷载仪进行补充实验，获取煤岩压、拉、剪等参数，采用压力试验机和点荷载仪进行岩石力学试验的相关实验原理与方法为本行业领域所公知的技术。

[0033] 步骤二、基于工作面开采技术条件和所述煤岩属性参数，建立计算模型并模拟计算，根据模拟计算数值研究回采期间覆岩破坏规律，确定现场实测参数；

[0034] 具体的，由于顶板水主要赋存于砂岩等含水层中，基本顶通常为厚度大、强度大的岩层，具有控制含水层破断的关键层属性，其破坏会诱发裂隙介于隔水、含水层间大幅扩展，故数值计算需重点监测基本顶初次、周期性垮落步距，采动裂隙最先贯穿含水层位置，导水裂隙沿倾向在覆岩内极值层位分布，明晰导水裂隙发育层位最大、最小处在工作面倾向位置。因此，所述步骤二具体为基于工作面开采技术条件和所述步骤一中获取的煤岩力学性能参数，采用莫尔‑库伦模型构建急倾斜长壁综放工作面数值计算模型，同时，对于建模时未模拟岩层可根据应力计算公式得出重力载荷，以施加外部载荷形式来模拟工作面原岩应力状态，并根据工作面作业规程设定实验时回采、放顶煤工艺参数进行实验，研究覆岩垮落及裂隙发育演变规律，确定出基本顶初次、周期性来压步距，导水裂隙发育高度最值倾向分布位置。

[0035] 步骤三、根据所述覆岩破坏规律和所述现场实测参数，用钻孔窥视现场实验法进行裂隙高度实测。

[0036] 具体的，所述步骤三中的钻孔窥视现场实验法包括以下步骤：

[0037] 步骤31、布置地面窥视钻孔，所述地面窥视钻孔即实测钻孔；

[0038] 步骤32、对所述地面窥视钻孔的孔壁围岩初始状况进行探查，并将所述窥视钻孔的孔壁围岩初始状况作为覆岩裂隙发育研究的基准裂隙；

[0039] 步骤33、在基本顶初次垮落后对所述地面窥视钻孔进行持续性窥视观测，并与所述步骤32中的基准裂隙分布情况进行对比，测定导水裂隙发育高度演变；

[0040] 步骤34、在裂隙高度处于稳定后，确定急倾斜顶板富水工作面不同区域处导水裂隙发育高度。

[0041] 具体的，采用钻孔窥视现场实验法进行裂隙高度实测，裂隙窥视实验需要大范围探查，这就要求钻孔施工深度足够长，可采用地面窥视孔布置方式，钻孔数量可根据倾角变化等实际情况设置为1个或2个，钻孔空间(超前工作面(走向)、距工作面上下平巷(倾向))位置可根据基本顶周期性来压规律与导水裂隙高度极值分布来确定，钻孔深度由地表延伸至基本顶与其上覆岩层界面处，窥视实验需对比、分多次进行，其中，钻孔施工完后对孔壁围岩初始状况探查，以此作为覆岩裂隙发育研究基准，并在基本顶初次垮落后持续性窥视观测，对比基准裂隙分布情况测定导水裂隙发育高度演变。

[0042] 对于急倾斜工作面而言，顶板非对称性破坏特征凸显，裂隙发育演变不同区域处具有不均匀、非同步性，钻孔数量宜布置为2个，如图2所示，其中，第一地面窥视钻孔1位于工作面倾向中上部区域内(与回风平巷间距)，第二地面窥视钻孔2位于工作面倾向下部区域内(与运输平巷间距)，第一地面窥视钻孔1距回风平巷的倾斜距离(第一倾向距离3)，即第一地面窥视钻孔1的倾向位置依据导水裂隙发育最高处位置坐标为准，第二地面窥视钻孔2距运输平巷的倾斜距离(第二倾向距离5)，即第二地面窥视钻孔2倾向位置依据导水裂隙发育最小处坐标确定；随角度减小顶板非对称性破坏弱化且近似为对称状破坏时，可布置1个地面窥视钻孔，钻孔位置选取导水裂隙发育高度最大处。钻孔走向位置选取时由于急倾斜工作面矸石充填效应基本顶会非同步破断，而基本顶断裂失稳是诱发导水裂隙大幅发育的重要因素，为便于全过程监测回采过程中(采前、采中、采后)覆岩裂隙状况，且需避免采动作用对于孔内围岩初始态影响，钻孔走向位置应视工作面围岩开采条件，可选取基本顶初次来压步距+2‑3次周期来压步距为钻孔超前工作面距离，因此，第一地面窥视钻孔1距工作面的距离(第一走向距离4)，和第二地面窥视钻孔2距工作面的距离(第二走向距离6)，即第一地面窥视钻孔1的走向位置和第二地面窥视钻孔2的走向位置根据不同区域基本顶初次来压步距加上2‑3次周期来压步距确定。所述步骤31中地面窥视钻孔的深度为地表延伸至基本顶上部界面。此后，在工作面推至钻孔邻域内或基本顶初、周期垮落时，对孔壁裂隙进行持续监测，直至裂隙高度处于稳定后，即可确定急倾斜顶板富水工作面不同区域处导水裂隙发育高度。

[0043] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。