本書是作者多年從事巖層采動(dòng)裂隙演化規(guī)律及其應(yīng)用研究工作的系統(tǒng)總結(jié)。本書從煤層開采過程中巖層采動(dòng)裂隙的形成位置、發(fā)育形態(tài)、動(dòng)態(tài)變化及其影響因素等方面對(duì)巖層采動(dòng)演化規(guī)律進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，建立了巖層采動(dòng)導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度與離層量的定量預(yù)計(jì)方法，有關(guān)研究成果指導(dǎo)了保水采煤、煤共采、注漿充填不與瓦斯遷村采煤等煤礦綠色開采技術(shù)的理論研究與工程實(shí)踐，取得了顯著的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………………… 1 1.1 巖層采動(dòng)裂隙的分類……………………………………………………………… 1 1.2 巖層采動(dòng)裂隙研究綜述…………………………………………………………… 2 1.3 本書的內(nèi)容………………………………………………………………………… 4 2 巖層采動(dòng)裂隙測(cè)定與描述方法…………………………………………………………… 12 2.1 巖層采動(dòng)裂隙的實(shí)測(cè)方法………………………………………………………… 12 2.1.1 鉆孔沖洗液法……………………………………………………………… 12 2.1.2 地球物理方法……………………………………………………………… 13 2.1.3 鉆孔攝像法………………………………………………………………… 14 2.2 采動(dòng)裂隙定量描述的圖像處理技術(shù)……………………………………………… 17 2.2.1 采動(dòng)裂隙圖像處理方法及步驟…………………………………………… 18 2.2.2 采動(dòng)裂隙圖像處理程序設(shè)計(jì)……………………………………………… 19 2.2.3 FIMAGE程序的應(yīng)用…………………………………………………… 21 2.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 23 3 采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙演化規(guī)律……………………………………………………………… 24 3.1 覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度…………………………………………………………… 24 3.1.1 覆巖導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度的影響因素……………………………………… 24 3.1.2 覆巖關(guān)鍵層位置對(duì)導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度的影響…………………………… 25 3.1.3 斷層采動(dòng)活化對(duì)導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度的影響……………………………… 38 3.2 覆巖導(dǎo)水裂隙動(dòng)態(tài)演化規(guī)律……………………………………………………… 42 3.2.1 關(guān)鍵層破斷對(duì)導(dǎo)水裂隙動(dòng)態(tài)演化的影響………………………………… 42 3.2.2 關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)導(dǎo)水裂隙動(dòng)態(tài)分布的影響………………………… 43 3.3 覆巖導(dǎo)水裂隙帶邊界分布規(guī)律…………………………………………………… 49 3.3.1 覆巖導(dǎo)水裂隙帶空間形態(tài)的分布規(guī)律…………………………………… 49 3.3.2 覆巖導(dǎo)水裂隙帶側(cè)向邊界的分布規(guī)律…………………………………… 51 3.4 基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)方法…………………………………… 59 3.4.1 傳統(tǒng)導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)方法的局限性………………………………… 59 3.4.2 基于關(guān)鍵層位置的導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)計(jì)方法…………………………… 59 3.4.3 新預(yù)計(jì)方法的適用范圍與誤差分析……………………………………… 70 3.4.4 新預(yù)計(jì)方法可靠性的實(shí)測(cè)驗(yàn)證…………………………………………… 70 3.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………… 72 4 覆巖采動(dòng)離層演化規(guī)律…………………………………………………………………… 73 4.1 覆巖離層的產(chǎn)生位置……………………………………………………………… 73 4.1.1 案例1———沛城煤礦B煤層……………………………………………… 73 4.1.2 案例2———潞安礦區(qū)常村礦3煤層……………………………………… 75 4.1.3 案例3———陽(yáng)泉一礦3煤層……………………………………………… 76 4.2 覆巖離層動(dòng)態(tài)分布規(guī)律…………………………………………………………… 77 4.2.1 關(guān)鍵層破斷對(duì)離層動(dòng)態(tài)發(fā)育的影響……………………………………… 77 4.2.2 采高對(duì)覆巖離層“O形圈”分布特征影響……………………………… 79 4.3 覆巖離層量的影響因素…………………………………………………………… 85 4.3.1 影響因素概述……………………………………………………………… 85 4.3.2 覆巖離層量的現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)研究……………………………………………… 85 4.3.3 覆巖離層量影響因素的模擬研究………………………………………… 87 4.4 基于覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)的離層量估算方法………………………………… 92 4.4.1 采動(dòng)覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)的概念……………………………………… 92 4.4.2 采動(dòng)覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)的試驗(yàn)研究………………………………… 93 4.4.3 采動(dòng)覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)的理論模型………………………………… 97 4.4.4 基于覆巖卸荷膨脹累積效應(yīng)的離層量估算…………………………… 101 4.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 107 5 地表采動(dòng)裂縫演化規(guī)律………………………………………………………………… 108 5.1 地表采動(dòng)裂縫的類型與特征…………………………………………………… 108 5.1.1 地表采動(dòng)裂縫的類型…………………………………………………… 108 5.1.2 貫通型地表采動(dòng)裂縫的形成條件……………………………………… 109 5.1.3 地表采動(dòng)裂縫的動(dòng)態(tài)分布特征………………………………………… 113 5.2 地表采動(dòng)裂縫特征的影響因素………………………………………………… 114 5.2.1 覆巖性質(zhì)與層位的影響………………………………………………… 114 5.2.2 開采深度和采高的影響………………………………………………… 114 5.2.3 重復(fù)采動(dòng)的影響………………………………………………………… 114 5.2.4 地形地貌的影響………………………………………………………… 115 5.3 淺埋煤層地表采動(dòng)裂縫演化規(guī)律……………………………………………… 117 5.3.1 地表采動(dòng)裂縫動(dòng)態(tài)分布特征的實(shí)測(cè)…………………………………… 117 5.3.2 地表采動(dòng)裂縫動(dòng)態(tài)分布特征的模擬…………………………………… 146 5.4 坡體地表采動(dòng)裂縫演化規(guī)律…………………………………………………… 161 5.4.1 坡體采動(dòng)裂縫特征……………………………………………………… 161 5.4.2 開采方向?qū)ζ麦w采動(dòng)裂縫的影響……………………………………… 167 5.4.3 坡角對(duì)坡體采動(dòng)裂縫的影響…………………………………………… 169 5.4.4 防治坡體裂縫的合理開采邊界研究與實(shí)踐…………………………… 171 5.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 173 6 基于采動(dòng)裂隙演化規(guī)律的保水采煤理論與實(shí)踐……………………………………… 175 6.1 保水采煤概述…………………………………………………………………… 175 6.2 基于導(dǎo)水裂隙帶高度控制的保水采煤方法…………………………………… 176 6.2.1 留設(shè)安全煤巖柱隔離含水層…………………………………………… 177 6.2.2 調(diào)整開采工藝降低“導(dǎo)高”……………………………………………… 178 6.2.3 封堵導(dǎo)水裂隙修復(fù)含水層……………………………………………… 178 6.3 西部淺埋松散層含水層下采煤突水防治實(shí)踐………………………………… 180 6.3.1 單一關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)頂板突水機(jī)理與防治………………………………… 180 6.3.2 淺埋多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)頂板突水機(jī)理與防治…………………………… 181 6.4 松散承壓含水層下采煤突水防治實(shí)踐………………………………………… 197 6.4.1 典型松散承壓含水層賦存條件………………………………………… 198 6.4.2 松散承壓含水層下采煤突水特征……………………………………… 198 6.4.3 松散承壓含水層下采煤突水機(jī)理……………………………………… 200 6.4.4 松散承壓含水層下采煤突水災(zāi)害防治對(duì)策與實(shí)踐…………………… 202 6.5 基于導(dǎo)水裂隙邊界的老采空區(qū)積水疏排實(shí)踐………………………………… 206 6.5.1 試驗(yàn)工作面水文地質(zhì)與開采條件……………………………………… 206 6.5.2 基于導(dǎo)水裂隙邊界的疏水原則………………………………………… 208 6.5.3 采空區(qū)積水疏排方案與實(shí)施效果……………………………………… 209 6.6 基于采動(dòng)裂隙演化的采空區(qū)儲(chǔ)水技術(shù)………………………………………… 210 6.6.1 采空區(qū)儲(chǔ)水工程案例…………………………………………………… 210 6.6.2 采空區(qū)儲(chǔ)水技術(shù)的適用條件…………………………………………… 211 6.6.3 采空區(qū)水源補(bǔ)給性的增強(qiáng)對(duì)策………………………………………… 213 6.7 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 214 7 基于采動(dòng)裂隙演化規(guī)律的煤與瓦斯共采理論與實(shí)踐………………………………… 216 7.1 煤與瓦斯共采概述……………………………………………………………… 216 7.2 基于采動(dòng)裂隙演化規(guī)律的煤與瓦斯共采理論………………………………… 217 7.2.1 瓦斯卸壓抽采的“三帶”理論…………………………………………… 217 7.2.2 導(dǎo)氣裂隙帶的橫向分區(qū)及瓦斯?jié)B流規(guī)律……………………………… 223 7.2.3 基于“三帶”理論的煤與瓦斯共采優(yōu)化體系…………………………… 226 7.3 本煤層超前卸壓瓦斯抽采試驗(yàn)………………………………………………… 234 7.3.1 本煤層瓦斯超前卸壓增流效應(yīng)及驗(yàn)證………………………………… 234 7.3.2 本煤層超前卸壓瓦斯抽采技術(shù)原則…………………………………… 237 7.3.3 本煤層超前卸壓瓦斯抽采實(shí)踐………………………………………… 238 7.4 工作面初采期鄰近層卸壓瓦斯抽采試驗(yàn)……………………………………… 241 7.4.1 初采期導(dǎo)氣裂隙演化對(duì)瓦斯涌出的影響……………………………… 241 7.4.2 局部高抽巷抽采初采期卸壓瓦斯試驗(yàn)………………………………… 244 7.4.3 大直徑暗立井抽采初采期卸壓瓦斯試驗(yàn)……………………………… 250 7.5 穿層鉆孔抽采導(dǎo)氣裂隙帶卸壓瓦斯試驗(yàn)……………………………………… 258 7.5.1 穿層鉆孔的優(yōu)化布置研究……………………………………………… 259 7.5.2 穿層鉆孔抽采導(dǎo)氣裂隙帶卸壓瓦斯實(shí)踐……………………………… 262 7.6 走向高抽巷抽采導(dǎo)氣裂隙帶卸壓瓦斯試驗(yàn)…………………………………… 265 7.6.1 走向高抽巷的優(yōu)化布置研究…………………………………………… 265 7.6.2 走向高抽巷抽采導(dǎo)氣裂隙帶卸壓瓦斯實(shí)踐…………………………… 268 7.7 地面鉆井抽采卸壓解吸帶瓦斯試驗(yàn)…………………………………………… 270 7.7.1 試驗(yàn)工作面基本條件…………………………………………………… 270 7.7.2 上覆遠(yuǎn)距離煤層卸壓特征研究………………………………………… 271 7.7.3 地面抽采鉆井布置……………………………………………………… 275 7.7.4 抽采效果考察…………………………………………………………… 277 7.8 老采空區(qū)瓦斯地面鉆井抽采試驗(yàn)……………………………………………… 279 7.8.1 基于“三帶”理論的老采空區(qū)瓦斯儲(chǔ)量評(píng)價(jià)…………………………… 279 7.8.2 老采空區(qū)瓦斯地面抽采鉆井的井位選擇……………………………… 281 7.8.3 陽(yáng)泉礦區(qū)地面鉆井抽采老采空區(qū)瓦斯試驗(yàn)…………………………… 290 7.9 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 304 8 基于采動(dòng)裂隙演化規(guī)律的覆巖隔離注漿充填采煤技術(shù)……………………………… 305 8.1 覆巖隔離注漿充填采煤技術(shù)背景……………………………………………… 305 8.2 覆巖隔離注漿充填技術(shù)原理…………………………………………………… 307 8.2.1 覆巖隔離注漿充填技術(shù)原理的試驗(yàn)研究……………………………… 308 8.2.2 覆巖隔離注漿充填技術(shù)原理的鉆孔探測(cè)研究………………………… 318 8.3 覆巖隔離注漿充填技術(shù)設(shè)計(jì)方法……………………………………………… 327 8.3.1 覆巖隔離注漿充填隔離參數(shù)設(shè)計(jì)……………………………………… 327 8.3.2 覆巖隔離注漿充填鉆孔布置方法……………………………………… 330 8.3.3 覆巖隔離注漿充填工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………… 331 8.3.4 覆巖隔離注漿充填地表沉陷預(yù)計(jì)方法………………………………… 336 8.4 覆巖隔離注漿充填不遷村采煤技術(shù)實(shí)踐……………………………………… 343 8.4.1 總體應(yīng)用情況…………………………………………………………… 343 8.4.2 劉店煤礦104采區(qū)應(yīng)用實(shí)踐…………………………………………… 344 8.4.3 劉店煤礦103采區(qū)應(yīng)用實(shí)踐…………………………………………… 356 8.4.4 劉店煤礦101采區(qū)應(yīng)用實(shí)踐…………………………………………… 362 8.4.5 劉店煤礦76采區(qū)應(yīng)用實(shí)踐……………………………………………… 369 8.5 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 376 9 巨厚火成巖下離層引發(fā)的災(zāi)害機(jī)理與防治實(shí)踐……………………………………… 378 9.1 巨厚火成巖賦存條件…………………………………………………………… 378 9.1.1 礦井概況………………………………………………………………… 378 9.1.2 巨厚火成巖賦存特征…………………………………………………… 378 9.1.3 巨厚火成巖破斷特征…………………………………………………… 382 9.2 巨厚火成巖下離層及周邊應(yīng)力分布規(guī)律……………………………………… 384 9.2.1 巨厚火成巖下離層分布規(guī)律…………………………………………… 384 9.2.2 巨厚火成巖下離層引發(fā)異常應(yīng)力分布………………………………… 385 9.3 巨厚火成巖下離層引發(fā)的采場(chǎng)突水災(zāi)害……………………………………… 387 9.3.1 離層區(qū)積水引發(fā)的突水災(zāi)害工程案例………………………………… 387 9.3.2 離層區(qū)積水引發(fā)的采場(chǎng)突水災(zāi)害機(jī)理………………………………… 388 9.3.3 離層區(qū)積水引發(fā)的采場(chǎng)突水災(zāi)害防治對(duì)策…………………………… 389 9.4 巨厚火成巖下離層引發(fā)的動(dòng)力災(zāi)害…………………………………………… 391 9.4.1 巨厚火成巖下離層引發(fā)的動(dòng)力災(zāi)害工程案例………………………… 391 9.4.2 巨厚火成巖下離層引發(fā)的動(dòng)力災(zāi)害機(jī)理……………………………… 391 9.5 隔離注漿充填控制巨厚火成巖下動(dòng)力災(zāi)害…………………………………… 392 9.5.1 隔離注漿充填減災(zāi)的技術(shù)原理………………………………………… 392 9.5.2 隔離注漿充填減災(zāi)的技術(shù)方案………………………………………… 399 9.5.3 隔離注漿充填減災(zāi)的工程實(shí)施………………………………………… 400 9.5.4 隔離注漿充填減災(zāi)的效果評(píng)價(jià)………………………………………… 404 9.6 本章小結(jié)………………………………………………………………………… 407 索引…………………………………………………………………………………………… 409 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 413