基于隔水土层失稳模型的顶板突水致灾预测研究

张杰^1,2，杨涛^1,2，索永录^1,2，刘东^1,2，周府伟^1,2

1. 西安科技大学能源学院2. 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室

摘 要：为了分析隔水土层在应力场与渗流场共同作用下的失稳规律,采用有效应力原理及椭圆弧拟合下沉曲线对隔水土层稳定性进行了理论分析,求得判别公式;基于平面固液耦合试验平台,采用高精度水量监测和红外成像监测技术,进行浅埋煤层顶板突水致灾演化试验,对理论判别结果进行验证,同时揭示了开采扰动及渗流作用下隔水土层的两种破坏失稳规律。研究表明:在薄基岩情况下,隔水土层失稳与开采参数存在密切联系,导致顶板突水事故发生在两个开采时期,即工作面开切眼时期和工作面经过数次周期来压时期。前者土采比(Tc)较小,隔水土层发生"铆钉式剪切破坏";后者土采比(Tc)较大,隔水土层发生"椭圆弧拉伸破坏"。两种破坏形式的揭示可为进一步研究浅埋煤层顶板突水预测提供参考。

关键词：浅埋煤层;隔水层;固液耦合;突水预测;突水溃沙;保水开采;