采后10 a垮裂岩体自修复特征的钻孔探测研究——以神东矿区万利一矿为例

李全生，鞠金峰，曹志国，许家林，赵富强，王晓振

(1.煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室，北京 100011; 2.国家能源投资集团有限责任公司，北京 100011; 3.中国矿业大学 矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室，江苏 徐州 221008; 4.中国矿业大学 物联网(感知矿山)研究中心，江苏 徐州 221008;5.中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116;6.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116)

神东矿区位于西部干旱半干旱的毛乌素沙漠地区，生态环境脆弱，但煤炭资源十分丰富。近年来，随着矿区煤炭开发强度的不断加大，生态环境保护与高效采煤之间的矛盾日益凸显;如何实现生态保护与资源开发的协调进行是矿区目前亟待解决的重大技术难题[1-2]。

矿区环境损伤与生态破坏源自采动覆岩的移动变形与垮落破裂、及其引起的地下水流失[1-4]，采动垮裂岩体的导水状态(或其引起的失水程度)直接影响着区域生态环境受扰动程度，也决定了后期生态治理与修复的实施难度及其对策选择。目前已有不少研究发现，采空区垮裂岩体在采后长时间的残余沉降、压实[5-6]以及水-气-岩相互作用[7-9]等过程影响下，会发生导水能力逐步降低的“自修复”现象，部分裂隙会出现闭合、甚至消失，一些破碎岩块还会发生自胶结成岩现象，由此促使覆岩导水裂隙范围不断减小、失水程度逐步降低、地下水位缓慢回升。可见，这种自修复现象对于促进矿区采动损伤环境的恢复意义重大(尤其是类似神东的生态脆弱矿区)。文献[9]中提及的亭南煤矿204工作面的工程案例即是对上述自修复现象的最好验证。该工作面曾在回采完毕(2012年)和采后5 a时(2017年)分别进行了覆岩导水裂隙发育的钻孔工程探测，对比2者钻孔冲洗液漏失量变化曲线发现(详见第3节)，曾经处于裂隙发育范围的破坏岩体，其引起的钻孔冲洗液漏失量显著降低(埋深210～390 m段);说明历经5 a时间的演变，采动覆岩已发生明显自修复。

“自修复”本是自然界万物变迁的客观规律，目前虽主要集中在自然生态、水土保持等领域研究[10-11]，但可以推断，它在采煤破坏地层中也应普遍存在;研究揭示采后垮裂岩体在长时间演变过程中的自修复特性和规律，必然能对矿区生态恢复与环境治理实践起到积极的指导作用。文献[7-9,12]采用室内实验手段对裂隙岩样的自修复机理和过程开展了研究，然而对于现场垮裂岩体在采后多年实际呈现的自修复状态或特征如何，缺乏专门研究。笔者以神东矿区万利一矿为工程试验点，选取单一煤层开采和近距离煤层重复开采这2种典型条件，在工作面采后10 a左右时间，开展了垮裂岩体自修复特性的钻孔探测，以期为区域生态修复研究与实践提供依据。

1 万利一矿试验区地质开采条件

1.1 试验区概况

万利一矿位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区，属典型的干旱半干旱矿区，生态环境脆弱。矿井设计生产能力10.0 Mt/a，主采3-1上煤、3-1煤和4-2煤，采用综采一次采全高采煤工艺。本次研究试验区位于该矿东翼已采的一盘区，如图1所示。该盘区工作面自2007年陆续开采，至2012年回采完毕，距今已近10 a(各工作面回采时间详见图1中的标注)。受煤层赋存变异等因素的影响，一盘区全区主采煤层为4-2煤，而3-1煤仅为局部区域可采(仅1个工作面)。区内3-1煤采高平均5.0 m，4-2煤采高平均4.8 m，两煤层间距约50 m。

1.2 钻探试验区选取

综合考虑煤层开采地质赋存与地表布钻施工条件，选取42104工作面ZK1717钻孔附近作为单一煤层开采条件的钻探试验区，即T1钻场;选取31101和42112工作面叠加区W4钻孔附近作为近距离煤层重复开采条件的钻探试验区，即T2钻场。相比T1钻场所处的整个一盘区中部的相对压实区，T2钻场处于盘区边界保护煤柱附近;考虑到盘区边界采动覆岩破坏及裂隙发育程度相对充分，在T2钻场专门设置2个探测钻孔，T2-1，T2-2钻孔距离31101工作面胶运巷分别25和35 m，如图1所示。T1，T2两个钻探区域对应岩层赋存情况如图2所示。

现场钻探工作于2020年6月开展，即T1钻场在4-2煤开采12 a后实施探测，T2钻场在3-1煤开采9 a、4-2煤开采8 a后实施探测;历时多年，根据已有研究推断[6-9]，上覆垮裂岩体应已发生明显自修复。

1.3 钻探区采后导水裂隙初始发育情况

由于万利一矿试验区工作面回采当年未曾开展覆岩导水裂隙初始发育情况的探测，因而采用理论判别方法对2个钻探区对应42104工作面单煤层开采和31101，42112工作面重复开采的导水裂隙带高度进行了判断。

选取目前较为可靠的“基于关键层位置的导水裂隙带高度预计新方法”进行了判别，该方法的可靠性已得到多个工程实践的验证[3,13]。即，通过计算煤层上覆7～10倍采高之外是否存在关键层来判断导水裂隙带的发育高度;若存在，则“导高”为7～10倍采高范围外第1层关键层底界面至煤层间的距离;若不存在，则“导高”将大于或等于基岩厚度。对于T1钻探区，根据图2所示的ZK1717钻孔柱状及其关键层位置，取10倍采高进行计算，该范围之外仅存在1层关键层(主关键层)，所以工作面开采4-2煤引起的导水裂隙带将发育至主关键层底界面，对应“导高”66.9 m;对于T2钻探区，类似地，根据W4钻孔柱状，可判断首先开采3-1煤时其导水裂隙即已发育至基岩顶界面(即松散层中)，而后再开采4-2煤导水裂隙发育高度将保持不变，对应“导高”168.1 m。

2 钻孔探测结果与分析

钻孔施工过程中，对冲洗液漏失量和孔内水位进行监测和记录，终孔后利用钻孔电视对孔内围岩进行摄像测量，以直观反映其破坏状态。

2.1 T1钻场——单一煤层采动覆岩探测

T1钻孔钻进过程中的冲洗液漏失量及孔内水位变化曲线如图3所示。在初始钻进的13 m范围内，孔口一直能正常返浆，对应冲洗液漏失量普遍低于0.15 L/(m·s)，而后至孔深15 m左右时，开始出现孔口不返浆现象，冲洗液漏失量升高至0.55 L/(m·s)，孔内水位也开始出现缓慢下降;说明这一位置开始发育有采动导水裂隙，这与前述的理论判别结果基本相符。后续钻进直至孔深58 m范围，冲洗液漏失量始终保持在0.3～0.7 L/(m·s)，孔内水位变化也不明显，基本维持在孔口以下6～10 m。直至钻进至孔深59 m位置，冲洗液漏失量开始快速增高，在孔深60.3 m位置达到3.42 L/(m·s)的峰值，但孔内水位并未即刻出现下降;当继续钻进至孔深63 m后，冲洗液漏失量有所回落，基本稳定在1.0～1.5 L/(m·s)直至钻进终孔深度82.2 m，在此期间孔内水位则持续快速下降，终孔时水位处于孔口以下69.7 m(即距4-2煤底板12.5 m，水位并未降至孔底)。

钻孔施工完毕后，采用钻孔电视进行了探测，部分位置的拍摄截图如图3所示。由图3可知，虽然在钻孔不同深度均观测得到了孔壁明显的裂隙发育痕迹，但其引起的冲洗液漏失量及孔内水位变化并不显著，尤其是在孔深15～58 m;由此反映出采动垮裂岩体较弱的水渗流能力，其裂隙通道应已发生一定程度的封堵或弥合。而从钻孔施工完毕后孔内积水水位的变化情况也能佐证这一点。钻孔电视观测显示，施工完毕后孔内水位降低缓慢，孔内积水在3 d后才完全漏干。这显然与垮裂岩体在采后长时间内的自修复过程有关，具体将在下文详细讨论。

综合钻孔冲洗液漏失量、孔内水位变化曲线以及钻孔电视观测结果，可判断该区域42104工作面单一煤层开采引起的覆岩导水裂隙应发育至孔深15 m左右位置，对应“导高”即为理论判别的67 m;根据钻孔电视在孔深65 m左右拍摄得到的孔壁显著破坏和裂隙发育情况、以及在该位置出现的水位突降现象，可判断该位置应为垮落带顶界面，对应垮落带高度约为17 m，如图3所示。而在孔深60.3 m位置出现的冲洗液漏失量峰值，则应是由于覆岩导水裂隙带向垮落带过渡引起。

2.2 T2钻场——多煤层重复采动覆岩探测

T2钻场2个钻孔的探测结果如图4所示，2个钻孔的探测结果分述如下。

2.2.1T2-1钻孔

如图4(a)所示，在初始钻进的45 m左右范围内，冲洗液漏失量普遍偏低，仅在孔深8和21 m位置出现短暂的漏失量峰值(2.53 L/(m·s)左右)，期间孔内水位基本处于孔口以下6 m。直至孔深46 m位置，冲洗液漏失量快速增大，并一直持续至孔深59 m，对应漏失量峰值3.48 L/(m·s)，但孔内水位降幅并不显著。后续钻进过程冲洗液漏失量出现降低，在孔深66～93 m，其值仅为0.09～0.18 L/(m·s)，孔内水位则持续缓慢降低。当钻进至孔深93.4 m时，冲洗液漏失量显著增大，并持续至孔深106 m，对应漏失量峰值4.4 L/(m·s)，期间孔内水位曾在孔深102.9 m处降至孔底。后续钻进过程中，在孔深110～150 m，冲洗液漏失量普遍不高，孔内水位也未见明显降低;直至钻进至孔深152 m，冲洗液漏失量及水位降幅均明显增大，并一直持续至终孔170.3 m;期间漏失量峰值4.4 L/(m·s)，终孔后的孔内水位为孔口以下149 m(即距孔底21.3 m)。

通过钻孔电视观测，拍摄得到了不同孔深位置对应孔壁围岩的破坏情况。在孔深118 m左右位置拍摄得到了孔壁破碎煤体(图4(a))，根据图2(b)所示的W4钻孔柱状推断，该位置应为当年3-1煤31101工作面开采时遗留的底煤。同时，根据拍摄得到的孔壁显著破坏位置，并结合冲洗液漏失量和孔内水位变化曲线，可判断两煤层开采引起的垮落带范围分别为孔深99～118 m和孔深152～170 m，如图4所示。

图4 T2钻场两钻孔探测结果(采后8～9 a探测)Fig.4 Detection results of boreholes No.T2-1 and No.T2-2 (tested 8 to 9 years after coal mining)

2.2.2T2-2钻孔

相比而言，T2-2钻孔钻进过程的冲洗液漏失量和孔内水位变化曲线与T2-1钻孔有所不同，尤其体现在初始钻进的45 m孔深范围内，如图4(a)所示。

从T2-2钻孔开始钻进，即出现孔口不返浆现象，冲洗液漏失量相比T2-1钻孔也要偏大;一直持续至孔深53.3 m，期间冲洗液漏失量峰值4.47 L/(m·s)，孔内水位持续下降至孔口以下43 m。在孔深54～94 m钻进范围，冲洗液漏失量普遍较低，仅在孔深78.5 m位置出现4.12 L/(m·s)的漏失量峰值，期间水位变化也不明显。而后与T2-1钻孔类似，在孔深94～103 m，冲洗液漏失量显著增大，峰值为4.43 L/(m·s)，孔内水位则略有降低。继续向下钻进至104～130 m时，冲洗液漏失量又衰减至较低水平，孔内水位变化也不明显;此后直至终孔，冲洗液漏失量逐步由1.80 L/(m·s)增大至4.26 L/(m·s)的峰值，孔内水位也由孔口以下32.1 m降低为孔口以下155.4 m。

而钻孔电视的观测除了揭露了孔壁显著破坏的采动垮落带范围(与T2-1钻孔揭露的基本相同)，还得到了浅部45 m孔深范围钻进冲洗液漏失量相对T2-1孔明显偏大的原因，如图4(c)所示。由截图可知，在抓取的孔深23，24，32 m几个典型位置，2个钻孔揭露的孔壁围岩状况截然不同，T2-2钻孔孔壁破坏显著，“空洞”、裂隙等采动破坏痕迹发育明显[3]，这显然是由两钻孔位置对应的覆岩破断结构差异性造成的，具体将在第3节详细讨论。

2.2.3两孔探测的垮裂高度

综合T2钻场2个钻孔的探测结果，可判断该区域3-1煤和4-2煤重复开采后的覆岩导水裂隙已发育至地表，对应导水裂隙带高度约为170 m，这与前述理论判别结果也基本相同;两煤层开采引起的垮落带高度分别为孔深21和18 m(T2-2孔揭露的3-1煤开采垮落带范围稍大些，孔深97～118 m);3-1煤覆岩垮落带高度相对偏大，这可能与4-2煤开采对3-1煤采动覆岩的二次扰动有关。

值得说明的是，与T1钻孔类似，在T2钻场2个钻孔内均拍摄得到了孔壁明显的裂隙发育等破坏痕迹，但其引起的冲洗液漏失量及孔内水位变化并不显著，尤其是在孔深54～94，104～130 m等范围;同时，2个钻场的钻进冲洗液漏失量绝对值也有所不同，T2钻场2个钻孔的漏失量值相对偏高些。这些差异显然与2个区域煤层采后持续的自修复累积时间密切相关。

3 采后10 a垮裂岩体的自修复特征讨论

自万利一矿一盘区煤层开采完毕，距现场钻探实施已有10 a左右时间，从前述第2节的观测结果可以看出，无论是位于盘区中部的T1钻孔探测区，还是位于盘区边界附近的T2-1，T2-2钻孔探测区，上覆垮裂岩体均表现出明显的自修复现象，且探测位置处于不同地质开采条件时，对应垮裂岩体的自修复效果(或程度)也有所差异;具体讨论如下:

(1)钻孔揭露覆岩导水裂隙时呈现的冲洗液漏失量水平整体偏低，体现出垮裂岩体较弱的水渗流能力及较好的自修复效果。冲洗液漏失量大小直接表征着钻孔揭露岩体的裂隙通道发育程度，覆岩采动导水裂隙的发育将引起钻孔冲洗液漏失量的显著增大。根据神东或周边类似矿区导水裂隙的钻探经验[14-18]，钻孔揭露导水裂隙区引起的冲洗液漏失量绝对值普遍会超过5～6 L/(m·s)，且峰值甚至能达到10～-30 L/(m·s)。因此，由图2所示的导水裂隙带高度判别结果推断，T1和T2区域分别在钻进深度12 m左右以及地表附近就会因揭露导水裂隙而表现出较大的冲洗液漏失现象，然而事实却与此相反。T1钻孔虽在钻深15 m位置出现不返浆现象，但其漏失量却保持低于1 L/(m·s)的水平，且在后续钻进中出现的峰值也仅为3.48 L/(m·s);而T2钻场2个钻孔也与其类似，虽然出现冲洗液漏失量峰值的区域相对多些，但其峰值也仅为4.46 L/(m·s)，其他钻进阶段漏失量也普遍低于1 L/(m·s)。由此可见，原先在覆岩中受采动影响而发育的裂隙/空隙等导水通道，在历经多年的自修复作用后，已发生一定程度的封堵或闭合，从而使得钻孔冲洗液漏失量值出现明显降低。虽然万利一矿试验探测区在煤层开采当年未曾实施覆岩垮裂状况的钻探工作，导致本次钻探的冲洗液漏失量曲线无法像亭南煤矿案例那样进行不同时期的纵向对比，但其较低的漏失量已能一定程度证实这种自修复现象。

(2)远离开采边界的垮裂岩体，自修复效果相对更好。通过将T1钻孔以及T2钻场的2个钻孔进行冲洗液漏失量变化曲线的对比发现，无论是漏失量的具体数值大小还是较大漏失量出现的区域范围，T1钻孔都是最小的，其次为T2-1钻孔，最大为T2-2钻孔;这显然是由钻孔探测的不同区域覆岩的垮裂状态差异引起的。根据采动岩层破断运移及裂隙发育的一般规律[3,19]，处于开采边界附近的岩层，由于其仅经历1次单向破断回转运动，破断块体回转角始终存在，因而产生的破断裂隙也始终处于张开状态;而对于采区中部岩层，其破断将经历双向回转运动，相邻块体间已无回转角差异，因而破断裂隙表现为闭合状态。因此，相比而言，采区边界附近的采动裂隙发育密度更高、通道尺寸更大，其所能获得的自修复效果自然偏低。也就是说，远离开采边界的垮裂岩体，自修复效果相对更好。

进一步地，可用图5所示的物理模拟实验结果图对上述差异作更直观的解释。参照试验区地质开采条件，并对岩层赋存作一定简化，构建相似材料模拟模型。上下煤层开采完毕后，覆岩垮裂形态如图5所示。若将现场施工的3个探测钻孔的位置类比投放到该模拟图上，则A孔位置相当于T1钻孔，B，C孔位置相当于T2-1和T2-2钻孔。受不同层位岩层破断步距以及岩层破断角的影响，开采边界附近采动覆岩的裂隙显著发育区呈现下窄上宽的类似“斜梯形”状分布(图5中的阴影区)[19]。处于上述区域之外的垮裂岩体，受充分采动的压实作用，裂隙/空隙等导水通道趋于闭合，发育程度相对偏低。正因为覆岩垮裂在采后初始发育形成时就存在这种导水通道分布的差异，才造成多年后不同区域钻孔探测结果的不同。所以，远离开采边界、靠近中部压实区的垮裂岩体，采后初始发育的导水通道本身偏小，裂隙自修复效果更好。而对于开采边界附近的B，C孔，受裂隙显著发育区这种斜向上扩展分布特征的影响，钻孔浅部区域揭露的导水通道更为发育，且距离边界越近，揭露显著发育裂隙的范围越大，裂隙自修复效果相应变差。这就合理解释了T2-1和T2-2钻孔在初始钻进45 m范围内出现的冲洗液漏失差异。

图5 试验区采动覆岩垮裂形态的模拟结果Fig.5 Simulation results of the mining-damaged form in the overlying strata of the test area

由此可见，在实际实施采动岩体人工修复的生态治理等措施时，应重点对开采边界附近难以发生自修复的垮裂岩体进行干预修复，以提高工程治理效率及实施效果。

(3)处于垮落带中下部和导水裂隙带中上部的垮裂岩体，自修复效果相对更好;垮落带向导水裂隙带过渡的交界区域，自修复效果相对偏差。从3个探测钻孔在进入垮落带前后的冲洗液漏失量及孔内水位变化可以看出，垮落带中下部破碎岩体渗透性明显低于垮落带上部及其向导水裂隙带过渡的交界区域。T1钻孔进入4-2煤垮落带前出现冲洗液漏失量峰值，而进入垮落带后漏失量明显降低，且当钻进终孔至煤层底板时，距孔底12.5 m的水位在历时3 d后才缓慢消失。类似地，T2-1和T2-2钻孔在进入3-1煤垮落带过程中除了有冲洗液漏失量衰减的同样现象外，在钻进至3-1煤底煤位置附近时，距孔底50.1 m(T2-1孔)和33 m(T2-2孔)的水位在暂停施工12 h后也未见明显降低。钻孔电视照片虽显示垮落带孔壁岩体明显破坏痕迹，但岩块间裂隙/空隙等通道受封堵、弥合的现象也很显著，如图3，4(b)所示。由此可见，上部规则垮落带岩体的自修复效果反而低于中下部的不规则垮落带，推断这可能与不同位置岩层的破碎块度及其岩性有关。岩层破碎块度越小、所含泥质矿物占比越多，岩块的受压实程度越好、自由空隙越易被水解泥化物、化学衍生物等充填[9]，从而其自修复效果越好。图2所示的柱状也说明了这一点。T1探测区对应ZK1717钻孔位置，4-2开采煤层垮落带范围均为砂岩赋存，且上部岩层厚、下部岩层薄，T2探测区W4钻孔位置3-1开采煤层垮落带岩层赋存与此类似，且其下部还赋存有薄层泥岩，由此才造成了垮落带中下部的低渗现象。而对于W4钻孔4-2开采煤层的垮落带，由于其岩层赋存恰与上述相反，所以未出现类似的低渗现象。

对于导水裂隙带，除了它与垮落带交界处的过渡区，其他区域岩体的裂隙发育相对规则、分布密度相对稀疏(主要是岩层周期性破断产生的张拉裂隙)，且竖向上所处层位越高、横向上越靠近采区中部，受采煤扰动程度越低、裂隙通道尺寸越小，因而能达到相对较好的自修复效果。如，T1钻孔由探测的导水裂隙带顶界面(孔深15 m)直至孔深60 m之间范围，以及T2-1钻孔由孔口直至孔深93 m、由3-1煤底板(孔深118 m)直至孔深150 m范围，均表现出较低的冲洗液漏失量以及较稳定的水位变化曲线。

(4)煤层埋深越大、采后历时年限越长，垮裂岩体自修复效果越好。反观亭南煤矿204工作面的工程案例(图6)[9]，工作面采高6 m，同样属于大采高开采条件;尽管其探测钻孔也布置于工作面和整个采区的边界附近(距边界35 m)，但在历时5 a左右时间后，却获得了相比万利一矿T2钻场探测覆岩更好的自修复效果;在原先导水裂隙发育的210～390 m埋深段，冲洗液漏失量普遍小于0.3 L/(m·s)，也未出现因开采边界附近覆岩显著裂隙发育区而引起的较大漏失现象。这种差异与204工作面明显偏大的埋深密切相关(埋深增大约400 m)。显然，埋深越大，垮裂岩体在采后受到的采动应力压实作用越强，处于其中的裂隙/空隙通道自然更易实现闭合、修复;尤其是在开采边界附近，较大的埋深和采动支承压力会迫使开采边界外侧的超前煤岩体发生大范围塑性压缩，从而使得边界破断岩层发生反向回转，促使张拉裂隙开度减小或趋于闭合[20](图7)。这势必能促进裂隙的自修复进程、提高自修复效果。

图6 亭南煤矿204工作面采动覆岩钻探案例[9]Fig.6 A case of borehole detection in the mining-damaged overlying strata of 204 working face,Tingnan Coal Mine[9]

图7 超前煤岩体压缩引起张拉裂隙开度减小示意Fig.7 Aperture decrease of the opening fracture due to the failure and compression of anterior rock mass

当然，岩性的软硬差异也会对裂隙的自修复进程产生影响，软岩在采动应力作用下更易发生塑性变形而“压密”裂隙。对比亭南煤矿[18]与万利一矿探测区的覆岩柱状，两者均主要以砂岩、泥岩等岩性赋存，但亭南矿覆岩还存在多层厚度偏大的砾岩层(埋深270～415 m)，砾石颗粒达2～5 mm;显然，松散砾石的存在会显著增加岩层孔隙度，从而大大提高其自修复难度。但即便在这种条件下，其自修复效果仍优于万利一矿。由此更证实了大埋深条件对于确保自修复效果的优势。

同样，采后历时年限越长，垮裂岩体受采动应力的压实作用越充分，裂隙/空隙通道受水解泥化物或化学衍生物充填封堵的程度越高，最终的自修复效果越好。万利一矿钻孔探测结果显示，历经时间多出3～4 a，T1钻场区域垮裂覆岩的自修复效果明显好于T2钻场;同时，T2钻场区域3-1煤早于4-2煤1 a时间开采，其垮裂覆岩的自修复效果相比煤层间的岩层也要好些。

(5)下煤层重复开采的扰动作用，会一定程度影响上煤层垮裂岩体的自修复效果。受下煤层重复开采扰动的影响，上煤层上覆已垮裂岩体会发生二次活化运动;在此过程中，垮落岩块会重新堆积，导水裂隙带岩层会再次破断回转，这一方面会改变垮裂岩体中裂隙/空隙的分布特征及其通道尺寸，另一方面还会对其中已形成的自修复进程产生破坏，从而影响到垮裂岩体最终的自修复效果;这种影响既可能有正面的也可能有负面的。也就是说，下煤层开采后上煤层垮裂覆岩最终所能达到的自修复状态有可能会比单独只开采上煤层后的效果要好，也有可能会变差。当下煤层重复开采的扰动作用使得上煤层垮落岩块堆积更密实、使得边界张拉裂隙的开度更小，那么这种扰动将能促进上煤层垮裂岩体的自修复进程，取得较好的自修复效果;反之则可能产生阻滞作用。而若上下煤层的采煤间隔时间较长，在下煤层实施回采前，上煤层垮裂岩体已产生一定的自修复，那么下煤层的重复采动必然会对上煤层已有自修复产生破坏，最终影响覆岩整体的自修复进程。

当然，本文T2钻场的重复采动探测区上下煤层开采间隔时间仅1 a左右，并未出现上述重复采动对已修复岩层扰动的不利现象。可见，在实际实施多煤层开采的接替规划时，为了利于采动垮裂岩体的自修复，应尽量缩短上下煤层回采的时间间隔。

(6)由探测结果可见，受采动垮裂岩体长时间自修复过程的影响，在采煤当年发育形成的导水裂隙带范围内，已有较大范围垮裂岩体呈现出弱导水性，这无疑能对减轻地下水流失、促进区域生态恢复产生积极作用。利用上述自修复规律，能很好指导矿区生态治理与修复措施的制定与实施，因地制宜对自修复缓慢或困难区域重点进行治理，势必能取得事半功倍的效果。

4 结 论

(1)万利一矿一盘区煤层开采结束已近10 a，推测上覆采动垮裂岩体应已发生一定程度的自修复;选取该盘区4-2煤单一煤层开采以及3-1煤、4-2煤重复开采这2种典型条件，采用钻孔原位探测方法开展了钻进冲洗液漏失量、孔内水位、以及孔壁围岩窥视等实测工作，揭示了盘区中部及边界附近垮裂覆岩的自修复特征。

(2)受采后多年垮裂岩体逐步自修复演变的影响，无论是盘区中部还是边界附近探测钻孔，钻进揭露垮裂岩体表现出的冲洗液漏失量较采后即刻探测时的常规漏失程度明显偏低，垮裂岩体呈现的导水渗透能力显著下降;甚至在垮落带中，孔内仍可见能维持数日的水位。

(3)讨论了煤层开采地质条件、采后历时年限、采动岩体初始垮裂程度等关键因素对垮裂岩体自修复程度(或效果)的影响规律。煤层埋深越大、采后年限越长，越有利于垮裂岩体的自修复;但多煤层的重复采动会二次活化上部已采煤层垮裂岩体，从而可能改变裂隙发育及碎岩堆积状态，也可能破坏上煤层垮裂岩体的已有自修复进程，最终影响覆岩整体的自修复效果。采动岩体裂隙初始发育的宏观尺寸及其分布密度越低、垮落碎岩的块度越小，自修复效果越好。因而，处于采区边界附近的破断张开裂隙相比中部压实区的闭合裂隙其自修复难度更大，是采后人为干预修复的重点区域。

(4)采动垮裂岩体的自修复虽是自然演变的客观规律，但受地质、开采等条件影响其结果必然变化不一;万利一矿采后10 a垮裂岩体的自修复特征仅是其中的1个案例，后续仍有待对其他条件开展更为广泛的研究。

致谢感谢神华包头能源有限责任公司万利一矿智国军、朱涛、刘润、杨瑞刚等领导和技术人员在现场实测工作中提供的帮助与支持。