采煤导水裂隙带发育高度计算公式概述

韩新哲

摘要： 导水裂隙带发育高度是采煤安全的主要影响因素之一，对水体下采煤的矿井水害防治有重要影响，需要对导高进行预测。通过查阅文献，对导高计算经验公式进行了总结，分析了常用的公式形式，为今后导高预测公式研究提供参考。

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.

關键词： 导水裂隙带；高度预测；经验公式

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

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）20-0235-02

0 引言

煤层开采会造成上覆岩层的破坏，形成冒落带、裂隙带和弯曲带，冒落带和裂隙带合称导水裂隙带。导水裂隙带的高度对采煤安全极其重要，尤其对矿井水害防治有极大影响，为了保证矿井采煤安全，需对导水裂隙带发育高度进行预测。

目前导高的预测方法包括：理论分析、现场实测、经验公式、物理模拟和数值模拟，但导水裂隙带发育高度的影响因素很多，主要包括顶板结构、采高、采深、煤层倾角、采煤工艺、工作面尺寸及推进速度等。经验公式预测导水裂隙带发育高度是在掌握覆岩结构类型及其变形破坏规律基础上，选用相对应的公式预测导水裂隙带的发育高度。基于传统采煤工艺建立的导水裂隙带发育高度预测公式具有较大局限性，其较适用于分层综采或普采条件下，薄煤层或中厚煤层开采导水裂隙带带发育高度的预测。随着生产工艺的改变（如综放开采成为主要开采方法、煤层采高最大超过10m），需要获得适用于现代采煤导水裂隙带发育高度的预测公式。本文通过查阅文献，对常用的导水裂隙带发育高度预测公式及其形式进行了总结，为今后相关研究提供参考。

1 规范性经验公式

国家煤炭工业局颁发的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设及压煤开采规程》（以下简称《三下采煤规程》）和国家技术监督局颁发的《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB12719-1991）（以下简称《矿区勘探规范》）推荐的导水裂隙带发育高度预测公式是目前实际生产通常采用预测公式。《三下采煤规程》和《矿区勘探规范》经验公式是通过归纳总结当时国内常规采煤条件下导水裂隙带发育规律得出，适用于薄煤层及中厚煤层分层综采或普采工艺下“两带”发育高度的预测。规范推荐的经验公式为水体下采煤安全提供了规范性依据，对导水裂隙带发育高度的预测发挥了重要作用。

《三下采煤规程》推荐的分层开采缓倾斜、中倾斜煤层时导水裂隙带发育高度的预测公式如表1所示，式中Hf表示导水裂隙带的发育高度，M表示采煤厚度。

《矿区勘探规范》推荐的分层开采缓倾斜、中倾斜煤层时导水裂隙带发育高度预测公式如表2所示，其中n为分层数。

《三下采煤规程》和《矿区勘探规范》导水裂隙带高度计算公式是根据当时典型工作面实测数据分析得出。当时国内煤矿主要采煤工艺为传统采煤方式（普采或分层开采），多数工作面宽度小于200m、长度小于1000m，采高小于3m。规范推荐的计算公式适用于上述开采条件导水裂隙带发育高度的预测，且精度较好，对当时开采强度规划和煤炭安全生产有重要参考价值。

随着工作面采煤机械化水平提高，采煤工艺发生了根本性变化，现代煤矿多采用放顶煤、一次采全高等高效的采煤方法；采高、工作面尺寸同样发生了巨大改变。一些矿区煤层采高最大已超过10m，工作面宽度已达到200～300m，最大长度超过6000m。采煤强度的改变，导致传统经验公式预测精度大大降低。当代众多学者研究发现《三下采煤规程》和《矿区勘探规范》计算公式预测现代化开采条件下导水裂隙带发育的高度与实测结果之间有较大差异，且难以保证水体下采煤的安全。众多研究表明规范推荐经验公式已不适应现代采煤导水裂隙带发育高度预测精度要求，需要建立适用于综放开采条件下不同顶板结构类型采煤导水裂隙带发育高度的计算公式，应对规范或规程中经验公式进行修订。

2 导水裂隙带高度预测公式常用形式

广泛用于预测导水裂隙带发育高度的规范性经验公式已不适应现代化采煤要求。《三下采煤规程》和《矿区勘探规范》经验公式在适应条件下预测精度较好，即厚度小于3.5m煤层的分层开采或普采。随着开采工艺和采煤条件改变，规范性经验公式预测结果往往偏小，给水体下采煤安全带来隐患。学者研究发现规范推荐公式的形式具有其经典性和普遍适用性。

《三下采煤规程》计算公式之一的公式形式极为经典，且具有极强的适用性，为后来众多研究者所采用，见（1）式：

Hf=±m（1）

式中a、b是系数，m为中误差。实践研究表明（1）式公式形式对于较多矿区导水裂隙带发育规律的预测具有普遍性，通过对（1）式的回归分析，可得到不同地区和开采工艺导水裂隙带发育高度的计算公式。许延春等分析了综放开采“两带”发育规律，指出目前归纳总结综放开采条件“两带”发育高度计算公式的条件已成熟；并指出（1）式在预测“两带”发育高度方面具普遍性，采用实测数据得到了导高的计算公式。

同样，《矿区勘探规范》计算公式的公式形式也多为研究者所采用，见（2）式：

Hf=+d（2）

其中c、p、q、d均为参数，n是分层数。当n为1时可将（2）式化简为：

Hf=c′∑M+d′（3）

其中c′、d′均为参数，可通过（2）式计算得到。众学者研究表明（3）式公式形式同样对于计算导水裂隙带高度具有普遍性，通过回归分析，得出采煤导水裂隙带发育高度计算公式。胡弋、李文平等分析淮南矿区导水裂隙带发育规律时，指出综采导水裂隙带发育高度较分层开采大，表明规范性经验公式无法满足矿井水害防治的需求。文章通过（3）式经实测数据的回归分析，得到了预测公式；并指出得出公式适用于类似开采条件下4～6m煤层开采导水裂隙带发育高度的预测。

滕永海分析不同矿区综放开采条件导高发育规律，指出综放开采导水裂隙带高度较分层开采和普采时大。利用实测资料进行分析得出各矿区不同开采条件下导水裂隙带发育高度计算公式。文章指出导水裂隙带高度预测应当选用本矿区实测资料或经验公式进行预测。

3 结语

通過文献查阅，归纳总结了导水裂隙带发育高度预测的计算公式及其形式。通过本文分析、总结，对导水裂隙带发育高度预测公式研究有以下结论和建议：

①规范推荐的预测导水裂隙带发育高度经验公式已经无法适应现代化采煤要求；

②建立相应开采条件导高计算公式的时机已经成熟，应对相关规范进行修订，准确预测采煤导水裂隙带发育高度；

③规范推荐导水裂隙带预测计算公式形式极为经典，具有普遍适用性；

④经验公式计算结果存在一定误差，可能影响煤矿生产安全。应将多种预测手段结合，提高预测精度。

参考文献：

[1]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].北京：煤炭工业出版社，2000.

[2]GB/T 12719-1991，矿区水文地质工程地质勘探规范[S].

[3]许延春，李俊成，刘世奇，等.综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析[J].煤矿开采，2011，16（02）：4-7，11.

[4]胡戈，李文平，程伟，等.淮南煤田综放开采导水裂隙带发育规律研究[J].煤炭工程，2008（05）：74-76.

[5]滕永海.综放开采导水裂缝带的发育特征与最大高度计算[J].煤炭科学技术，2011，39（04）：118-120.