煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2023年第7期

• 我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策

  曾一凡, 武强, 赵苏启, 苗耀武, 张晔, 梅傲霜, 孟世豪, 刘晓秀,

  水害作为煤矿“五大灾害”之一，在威胁煤矿安全生产和职工生命安全方面，已成为仅次于瓦斯事故的第二大“杀手”。2000—2022年，全国煤矿共发生水害事故1206起、死亡5018人，其中较大以上水害事故103起，死亡2039人。为总结事故教训，探寻事故规律，用事故教训推动水害防治工作，从地理区域、年代、季节、水文地质类型、突水水源和煤矿企业所有制等对水害事故特征进行了不同维度的统计和分析。结果表明，在事故特征方面，矿井水文地质类型复杂程度与水害事故发生频率高度一致；华南地区事故起数和伤亡人数位居首位，且全年内水害事故高发期主要集中在3—5月和7—8月；老空水是水害事故的主要充水水源，具有极强的隐蔽性和危害性，并且主要发生在技术探查及管理能力更弱的乡镇所有制煤矿中。在事故致因方面，客观上开采环境复杂，主观上重视不够，即管理不当和违法违规开采，是事故发生的主要原因；点状的陷落柱和线状断层构造等隐蔽导水内边界以及老空水等未按规定探放，是事故发生的主要技术原因。最后，采用文献计量学可视化分析发现，当前煤矿水害方面聚焦的研究主题可以很好地对应“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤矿防治水原则。从破解煤矿水害“风险查不清”“有险断不准”“出险治不了”等困境出发，相应从矿井充水因素和隐蔽致灾地质因素普查、立体充水水文地质条件分析以及分类源头精准防治等3大方面提出相应的对策；并顺应水害防控信息化和智能化发展趋势，提出透明矿山、水害灾变监测预警和应急救援等保障技术措施。

• 煤层底板导水通道钻孔超前探查与多元信息识别技术

  董书宁, 李智, 郑士田, 郭小铭, 王宇航,

  煤层底板多发育有各类导水通道，严重威胁着矿井的安全生产。为更加科学地建立底板导水通道多元信息识别技术体系，预防底板突水，首先根据导水通道类型多样、位置不明、突水危害大等特征和地面定向钻进区域探查技术的优点，提出了轨迹合理、目标层合理和探查区域最大化的探查原则。其次总结分析了淮北矿区、淮南矿区、邢台矿区、黄河北煤田等区域导水通道探查过程，发现在揭露导水通道时，岩屑、钻时、钻井液漏失量等直观指标和压水试验透水率、注浆参数等验证性指标均与正常地层有明显差别。为此将钻探过程中多源信息判识指标分为定性和定量两大类。根据钻遇导水通道时，岩屑和钻时2项定性指标的变化幅度，给出了对应的标准曲线，进而确定了导水通道类型分类体系；接着综合分析钻井液漏失量和压水试验透水率2项定量指标在钻孔揭露导水通道时的变化，提出了钻井液漏失量30 m3/h、压水试验透水率10 Lu作为导水性分级的界限，据此建立了通道导水性能双因素综合分级体系，将导水性划分为4个等级。最后以华北型煤田某典型矿井为例，根据探查原则实施4个孔组对导水通道进行了超前探查，应用多元信息识别技术成功判识出探查区域内的4条断层、2处岩溶裂隙带和1个陷落柱，并确定了导水通道的导水性等级。研究成果对提升煤层底板导水通道识别和治理具有指导作用和重要意义。

• 矿井水防治学科基本架构及内涵

  尹尚先, 徐斌, 尹慧超, 曹敏, 丁莹莹, 梁满玉,

  我国矿井水防治学科整体经历了20世纪的起步发展期和21世纪的成长成熟期2个大的发展历程，其基本架构及内涵已然成熟。按照系统论，拓展了矿井水广义内涵，规范了矿井水防治术语及科学范畴，提出了矿井水系统，即从水源补给到涌水排泄所涉及范围为边界且内部介质结构时变的高度复杂系统，水源输入和涌水输出齐备，采矿扰动激发而系统及时响应；构建了矿井水防治基本架构，即理论技术体系及技术管理体系等两大核心体系；理论技术体系涵盖理论基础、技术依托及工程支撑，致灾机理、条件评价、预测预报为理论基础，条件探查、预防治理、地质保障为技术依托，探水、防水、堵水、疏水、排水、截水、监水等七类为工程支撑；技术管理体系包括先进理念、总体思路和工作体系，按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字总体思路，以源头预防区域治理井上下结合工程治理治保结合先进理念为引导，建设理念先进，基础扎实，勘探清楚，科技攻关，综合治理，效果评价及应急救援“七位一体”水害防治工作体系，实现减少矿井水影响、防止水害事故、减轻环境影响的总体目标。展望未来，水灾变物理机制，数据驱动的灾变规律，或者二者融合，是基础理论突破的重点方向，将带动技术及工程全面突围。

• 矿山采掘岩体渗透变形灾变机理及防控Ⅲ：防水闸墙围岩

  隋旺华,

  分析了我国矿山防水闸墙（门）发生的渗漏失稳典型案例，划分了渗透失稳类型；综述了防水闸墙围岩渗透失稳判据，推荐了防水闸墙围岩抗渗临界水力坡度的表达式；探讨了需进一步研究的关键科学技术问题。研究表明：防水闸墙渗透失稳可以分为3类，即水压致围岩裂隙和界面渗透失稳、水压致防水闸墙围岩变形破坏失稳、水浸泡致围岩劣化失稳。针对考虑防水闸墙围岩渗流失稳的防水闸墙围岩渗透安全系数进行了参数敏感性分析，发现围岩的岩体完整性系数、导水通道贯穿系数是主要影响因素，在设计和施工中通过增强围岩岩体完整性以及降低围岩导水通道贯穿性是保障其抗渗稳定性的关键。初步建立了防水闸墙和围岩抗渗临界水力坡度的表达式，考虑了岩体完整性、围岩与墙体之间的黏结强度、断层破碎带、赋存的地应力和水压环境、围岩浸水劣化性能等主控因素。参数敏感性分析表明：主控因素均为高敏感性因素，关键参数是岩体遇水浸泡损伤因子和导水通道贯穿系数。因此在确定抗渗临界水力坡度时要着重查明围岩的水理性质、结构面强度和水压等重要的基础资料。防水闸墙围岩组合体多场耦合条件下渗流场演变机理、防水闸墙−围岩交界面及围岩结构面渗流失稳机理及判据是亟待解决的2个关键科学问题。下一步应主要研究防水闸墙−围岩组合体地质模型及其赋存的地质环境演化、高压防水闸墙−围岩组合体渗透机理及失稳判据、全寿命周期安全性及稳定控制方法等。

• 煤层采动底板变形破坏过程多参数精细感知方法研究

  姚多喜, 刘畅,

  煤层采动过程中，通过测试参数感知底板变形破坏过程是采场地质保障的有效方式。利用有限差分法构建煤层采动底板破坏数值模型，获取塑性区的分布和演化特征，结果显示底板破坏深度为21 m。在煤层底板钻孔中植入电缆和分布式光纤，通过对电极电流值和光纤应变的连续采集，获得采动效应下的特征参数图谱，进一步分析底板的变形破坏程度。结果表明：电极电流的初始值在40 mA以上。随着工作面的推进电流值轻微升高，当工作面推进到孔口附近时，电流降到1 mA以下，岩层破坏；光纤测试方面，随着工作面的推进光纤应变不断增大，当工作面靠近孔口时，光纤应变峰值为8.589×10−3，之后岩层破裂，能量释放，光纤应变回弹。电极电流和光纤应变参数图谱显示底板的变形破坏过程分为4个阶段，分别为无影响阶段、微影响阶段、显著影响阶段和破坏阶段。监测数据对底板变形破坏过程起到了良好表征作用，但存在一定差异，具体表现在超前应力和破裂伊始的感知上，电极电流的响应要略早于光纤应变。电极电流的结果显示底板破坏深度为20.8 m，光纤应变的结果显示底板破坏深度为21.0 m。构建电极电流值和应变值的核密度图，对于底板浅部的监测点，数据点离散程度较大；而埋深较大的监测点受动效应影响较小，回采过程中数据点分布较为集中，离散程度较小。通过多测试参数联合感知，实现煤层采动底板变形破坏过程的精细表征和评价。

• 煤层底板复合岩层微观缝隙结构复杂程度定量辨识

  王心义, 陈博, 田世元, 邹宇, 张波,

  采动条件下煤层底板复合岩层微观缝隙结构影响着下伏高水压含水层地下水的导升和渗流，其复杂程度对于煤层底板水害预测预警具有重要意义。以平顶山煤田东部3个相邻矿井提取的57组岩样为对象，基于SEM图像采集和N2吸附试验的综合信息，选取岩层面积缝隙率、等效缝隙直径、缝隙面积分维值、比表面积、缝隙体积及其分维值为主控因子，利用熵权-TOPSIS数学模型定量评价了己16-17煤层至寒武灰岩顶界面之间复合岩层微观缝隙结构的复杂程度。结果表明：己16～17煤层底板复合岩层微观缝隙结构极简单、简单、中等、复杂、极复杂等级占比分别为25.00%、21.43%、39.29%、7.14%、7.14%，研究地段复合岩层的微观缝隙结构相对不复杂；4个岩段相比，岩层微观缝隙结构复杂程度量化均值排序为L1～L2灰岩段>L5～L7灰岩段>砂岩段>铝土质泥岩段，岩层微观缝隙结构复杂程度较好地反映了岩层缝隙发育程度。研究考虑了多因素对复合岩层的耦合影响，实现了复合岩层垂直段微观缝隙结构的定量分级分区判别，对精准刻画煤层底板复合岩层的含隔水层性能和科学指导煤层底板水害防治具有重要的意义。

• 基岩风化带性质对顶板突水溃砂的影响研究 以赵固一矿为例

  许延春, 马子民, 李小二, 苗葳, 张二蒙, 姜文浩, 卓运亮, 田雨果,

  基于赵固一矿上覆巨厚冲积层多含水层（组）薄基岩的特点，冲积层下部砂砾含水层水压达到4.0 MPa，为高水压含水层。为确定基岩性质对顶板突水溃砂的影响，保证多含水层（组）薄基岩区的正常回采，对水文勘察孔所取基岩岩样进行点荷载、干燥饱和吸水率和室内崩解试验，通过分析岩样各项试验指标随深度的变化曲线，确定基岩性质及其对留设防砂煤柱的影响。试验表明：基岩风化深度超过20 m；距离冲积层底界面0～6.5 m垂深范围内的泥类岩干燥饱和吸水率大于15%，遇水崩解多呈泥状、碎岩片和碎块泥，隔水性能良好，可以有效弥合采动裂缝，可以作为防水煤柱的保护层；冲积层底界面下部0～11.4 m的风化泥岩强度低于4.0 MPa的冲积层下部细砾含水层水压力，防砂煤柱的保护层不能全部由风化泥岩构成，提出防砂煤柱保护层厚度需要大于11.4 m；砂岩耐崩解性强，干燥饱和吸水率远小于泥类岩，阻隔水性能较差，防水煤柱保护层不可以全部由风化砂岩构成。风化砂岩强度大于4.0 MPa的冲积层下部砂砾含水层水压，可以有效抵御上覆水头压力。

• 基于PSO-XGBoost的矿井突水水源快速判识模型

  董东林, 张陇强, 张恩雨, 傅培祺, 陈宇祺, 林新栋, 李慧哲,

  矿井突水是煤矿安全生产面临的主要威胁之一，快速分析突水成因和准确判别突水水源是矿井突水灾害治理的关键步骤。为有效防治矿井突水灾害，准确快速地判识矿井突水水源，提出一种基于粒子群优化算法（PSO）结合极限梯度提升回归树（XGBoost）的矿井突水水源识别模型（PSO-XGBoost），通过高效的参数全局搜索模式进一步提高突水水源识别效率与精度，并将该模型成功应用于辽宁抚顺煤田老虎台矿区以验证模型的实用性。基于老虎台矿40组水样光谱数据，首先利用多元散射校正、平滑去噪、标准化及主成分分析对原始光谱数据预处理，依据分层随机抽样按照7∶3比例进行训练集和测试集划分。其次，初始化粒子个体最优值和全局最优值，利用PSO对XGBoost算法的learning_rate、n_estimatiors、max_depth等7项参数进行迭代寻优，构建最优参数组合下的分类识别模型。为进一步研究该模型的优越性，选取平均判识准确率和对数损失值作为评价指标，对比PSO-XGBoost模型与PSO-SVM、PSO-RF模型的分类识别结果，同时通过100次重复交叉验证评价各模型的泛化能力。对比结果表明，XGBoost、PSO-SVM、PSO-RF和PSO-XGBoost模型对测试集数据的平均判识准确率分别为87.76%、87.56%、91.67%和91.67%。对于重复交叉验证，XGBoost、PSO-SVM、PSO-RF和PSO-XGBoost模型的平均准确度分别为87.76%、87.56%、90.63%和93.18%，相应的对数损失平均值分别为0.5453、0.5460、0.5623和0.4534。综合分析评价指标结果得出，PSO-XGBoost模型在矿井突水水源识别方面具有更高的判别精度和更好的泛化能力。

• 蒙陕接壤区典型煤层开采地下水系统扰动的定量表征

  王皓, 周振方, 杨建, 赵春虎, 曹煜, 冯龙飞, 尚宏波, 王甜甜, 王昱同, 薛建坤,

  生态脆弱区煤矿高强度开采扰动地下水系统，造成水资源损失。选取黄河流域中段蒙陕接壤区东南—西北走向剖面典型浅部开采和深部开采矿井为研究对象，利用覆岩破坏理论分析、数值模拟、井下实测3种方法，并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比，综合确定了浅埋复合煤层开采和深埋单一煤层开采导水裂隙带发育高度，根据导水裂隙带与顶板主要含/隔水层空间位置关系，划分出浅埋煤层开采直罗组−志丹群含水层充水模式和深埋煤层开采直罗组含水层充水模式；通过概化不同含水层充水模式地下水流系统，构建了典型煤层开采地下水三维非稳定流数学模型，并利用Visual Modflow软件建立了2种工况地下水流数值模型，对接续期2023—2024年工作面开采地下水流场和水资源损失量进行了定量预测，并利用涌水量实测数据验证了模型可靠性。结果显示：受扰动的浅埋区志丹群、直罗组含水层，以及深埋区直罗组含水层地下水呈现向采空区汇集现象的同时，流场也伴随采后煤层顶板二次稳定结构的形成而逐步恢复，但围绕采空区附近，充水含水层地下水流场表现出局部高水力梯度现象；另外，2种采煤工况接续期水资源损失量年均分别达到200万m3和730万m3以上。研究结果为区域水资源损失超前精细控制和矿井水资源化利用提供了参考。

• 不同围压下峰后循环载荷对砂岩力学及渗流特性的影响研究

  张培森, 许大强, 颜伟, 胡昕, 李霄, 方家鑫, 鞠照强, 赵铭,

  开采扰动导致煤层底板一定范围内岩体处于峰后状态，受相邻巷道开挖及煤层开采作用促使峰后岩体经历循环加−卸载过程，为探究不同地应力环境下峰后循环载荷作用对岩体结构的影响，明晰煤层底板突水等灾害的孕育过程，基于Rock Top多场耦合试验仪对砂岩开展了5、10、15、20、25 MPa围压峰后循环载荷试验研究。研究结果表明：① 峰后循环载荷作用之前，岩石单位渗透率均呈快速下降—趋于平稳—突然上升—突然下降—趋于平稳的变化规律，峰后循环阶段，岩石单位渗透率则与轴向载荷近乎呈倒置关系；② 岩石弹性模量、裂隙闭合应力、起裂应力、损伤应力、峰值应力、残余应力均与围压呈正相关，泊松比则随围压增大呈先增大后减小的变化特点；③ 5、10 MPa围压下，岩石出现间歇性破坏，脆性破坏特征有所减弱，15、20、25 MPa围压下，岩石脆性破坏特征明显，岩石破坏特征由岩石本身性质所决定；④ 峰后轴向载荷主要对岩石渗透率增大起促进作用，但该促进作用较围压对岩石渗透率的抑制作用弱，围压为影响岩石峰后渗透率变化的主导因素；⑤ 不同围压下，岩石均产生了一条贯穿剪切裂纹，但随围压增大，岩石破坏程度逐渐减弱，破坏模式趋于简单。

• 西南岩溶矿区采动影响下溶洞对导水裂隙发育规律研究

  李振华, 李松涛, 杜锋, 王文强, 李建伟, 焦阳, 樊旋,

  黔西南矿区为我国典型的岩溶发育矿区，采动影响下岩溶顶板导水裂隙高度异常发育，雨季大气降水极易通过超高导水通道进入井下工作面，造成工作面涌水灾害，严重影响矿井的正常生产。为此，以新田煤矿煤层开采的导水裂隙为研究对象，在分析矿区溶洞赋存特征基础上，采用现场实测、室内模拟及理论分析等手段，研究了工作面开采过程中溶洞下顶板导水裂隙带的发育规律，揭示了超高导水裂隙的发育机理，结果表明：①研究区域顶板溶洞在地表—玉龙山段—长兴组等层位由上而下具有明显的分带现象，地表沿沟谷处落水洞发育，玉龙山段强含水层中上部溶洞发育，且呈现不同形态的串珠状，长兴组仅局部赋存直径较小的溶洞；②岩溶含水层中溶洞对导水裂隙有着重要的影响，无溶洞条件下，导水裂隙发育高度为43.1 m，裂采比为14.4，含溶洞条件下，导水裂隙发育异常，其高度可达173.1 m，裂采比高达57.7，与玉龙山段灰岩强含水层沟通；③溶洞下顶板导水裂隙由采动上行裂隙和溶洞失稳下行裂隙两部分构成，采动影响下，溶洞在集中应力和采动附加应力的共同作用下发生失稳，并容易形成下行裂隙，与采动上行裂隙沟通，最终形成黔西南矿区特殊的超高导水裂隙。

• 断层突水灾变演化过程划分基础试验研究

  孙文斌, 杨辉, 赵金海, 薛延东, 张晓波, 刘倩慧,

  断层突水严重威胁煤矿开采，灾害呈滞后性、隐蔽性等特征，掌握断层突水灾变演化机制、过程规律，对开展煤矿防治水工作具有重要理论指导意义。通过构建突水演变分析模型，分析了承压水导升路径和断层带演化特征。釆用岩石应力−渗流耦合真三轴试验系统，结合声发射和数字散斑技术，配制含断层破碎带充填物的大尺寸类岩石试样，研究了双轴加载过程中含不同岩性和产状断层充填物的试样失稳破坏特征，获得了声发射事件和试样变形特征，最后采用改造升级的采动底板突水模拟试验系统和应力、水压、并行电法在线监测子系统，室内再现了采动断层突水演变全过程，获得了各监测参数演变特征。研究结果表明：断层带受开采扰动响应更强烈，更容易破坏失稳为承压水导升提供空间；断层充填物的性质决定了断层活化的强度和难易程度，将一定程度上影响断层突水的时空演化过程；断层尖端受流固耦合作用明显，断层带及隔水层产生的裂隙经历萌生—扩展—贯通阶段，断层与工作面的相对位置关系决定了断层演化带和底板破坏带对接的时空位置；根据承压水导升路径，将断层突水过程划分为“断层活化”“贯通导水”“‘双带’（断层演化带与底板破坏带）对接”3个灾变演化阶段，实现了断层突水演化过程的阶段划分。

• 采动诱发的含原生裂隙覆岩运移及涌（淋）水时空特征分析

  李杨杨, 朱慧聪, 张士川, 黄书翔, 李铭松, 张浩争, 王一同,

  陕西彬长矿区上覆巨厚、高承压、中～强富水性的洛河组含水层，且覆岩内裂隙发育，使导水通道更易沟通洛河组含水层和采场，导致采场内涌水量及面积增大。为对采动影响下原生裂隙沟通巨厚洛河组含水层及采动裂隙形成导水通道网络诱发涌水形态特征进行研究，基于覆岩涌水溃砂相似模拟物理试验系统开展固−流耦合相似材料模拟试验。研究结果表明：当工作面推进至140 m时，离层下位岩层受原生裂隙影响发生超前破断，破断点左侧残缺离层空间和右侧悬臂梁支撑形成的三角形空间贯通形成“Z”形离层空间；工作面推进至160 m时，覆岩中发育2个“Z”形离层空间，且均与原生裂隙、采动裂隙互相贯通形成导水通道网络；采场涌（淋）水形态发生“滴水−滴流−流水−多元态”的转变，整体涌（淋）水量呈现先增大后减小的趋势；采场顶板覆岩水压与工作面推进距离呈现先减小后增大的分段式演化特征，最小值区间及分段拐点出现位置均随监测点与开切眼距离的增大而延后，采空区中心区域附近最终水压值大于2个边界监测点。分析结果表明：原生裂隙的存在促进了导水裂隙通道网络的发育，进而加快了水运移进程，诱导采场涌（淋）水现象的形成和发展。研究结果阐明了原生裂隙对覆岩运移破断发育导水通道网络展布特征及采场涌（淋）水形态演化规律的影响方式，解释了巨厚、高承压含水层水向采场涌突的导通机制。

• 新疆伊犁矿区侏罗系含水介质特征与地下水赋存运移规律

  徐智敏, 陈天赐, 刘栓栓, 孙亚军, 任冬冬, 郇博程, 张盼杰,

  以新疆伊犁矿区为研究区，结合该区天山雪融水径流强、侏罗系富煤地层渗透性不均一等典型水文地质特征，通过采用现场取样、电镜扫描、压汞实验、X-衍射、抽水试验等方法，系统研究矿区主要含（隔）水层的宏观水文地质条件、微观含水介质特征及地下水赋存规律，揭示其特殊地层地貌条件下的含水层水动力学特征及地下水运移规律。结果表明：研究区侏罗系主采煤层顶底板砂岩含水层有效孔隙率范围为17.1%～29.5%，新近系与侏罗系隔水层有效孔隙率范围为17.6%～29.0%，含（隔）水层均含有较高的黏土矿物，遇水膨胀泥化，特殊的微观结构及矿物成分使含（隔）水层表现出孔隙率高、渗透性较差的含水介质特征；区域上，第四系孔隙含水层与侏罗系主采煤层顶底板砂岩含水层富水性较弱，部分区域表现出中等富水，以静储量为主，具有区块化特征；系统研究了主要含（隔）水层的水动力学特征与运移规律，第四系受山前宏观地貌及含水介质条件影响，形成了以“斜坡过境流”为代表并以孔隙潜水形式高强度流动的水动力学特征，同时受到下部新近系泥岩隔水层阻隔，与煤系顶板砂岩含水层无水力联系，对煤层回采存在影响的主要为5煤底板砂岩含水层，并针对该层施工了“横向截流，侧向掩护”的“厂”字形大范围疏降且疏降效果显著，为井下回采创造了良好的水文地质条件。相关研究成果揭示了研究区侏罗系富煤地层受沉积环境影响所形成的特殊含水介质特征及储水控水规律，可为研究区及西部矿区相似开采条件下矿井防治水工作提供一定的理论及工程依据。

• 区域注浆扰动下渗流场−化学场演化及耦合作用

  郭艳, 桂和荣, 魏久传, 胡满聪, 郭祥东, 聂锋, 陈永青, 解建, 叶爽, 李俊,

  在淮北煤田普遍采用地面定向钻高压注浆技术治理煤系底板岩溶水害。注浆后渗流场补径排路径发生变化，且注浆实施中注浆高压以及浆液析水会在一定时期内改变受注目标含水层地下水渗流场和化学场的分布特征。以淮北煤田桃园煤矿为研究对象，利用Feflow软件，构建了区域注浆扰动下目标层渗流场与化学场（简称“双场”）演化模型，探讨了“双场”耦合机制，选择受环境影响较小的Cl−为模拟因子，开展了“双场”耦合作用下溶质运移影响因素分析，在此基础上构建了区域注浆扰动下溶质扩散预测模型。研究结果表明：识别验证后渗流场模型中，模拟水位与实测水位误差小于3 m的点占71.9%，模拟效果较好；识别验证后化学场模型中，Ⅱ4采区溶质运移模拟效果较好，Ⅱ1采区模拟值偏低约14.4 mg/L，误差约为实际值的6.6%，低于10%，总体模拟效果较好。渗透系数相对较大的Ⅱ4采区和Ⅱ2采区Cl−较容易运移扩散；而渗透系数较小的Ⅱ1采区岩石致密，渗透性较差，模型运行50 a期间，其基本以“滞水”状态存在。基于注浆扰动下Ⅱ4采区局部渗流场演化特征，认为溶质运移主要受渗透系数、弥散度、水力梯度、渗透流速、注浆时间、浆液相对密度等参数控制，并发现在注浆结束后18～22 a Cl−质量浓度达到峰值，随后Cl−质量浓度开始降低，约在40 a后达到区域注浆之前的平衡状态。基于多次设参运行获得数据，建立了“双场”耦合作用下溶质扩散的预测模型，误差率小于10%的数据占比达81.4%，说明所建立的溶质扩散预测模型基本可靠。研究可为区域注浆扰动下受注目标含水层水环境演化研究以及煤矿水害预测预警提供科学依据，具有重要的理论和实践意义。

• 陕北侏罗系砂岩宏观−微观特征及其富水性响应机制

  冯洁, 丁湘, 蒲治国, 李兆扬, 段东伟, 段会军,

  砂岩含水层富水性是矿井防治水的基础，随着陕北侏罗纪煤田煤炭资源逐步开发，侏罗系砂岩含水层富水性研究对保障矿井安全高效开采意义重大，但其非均质性如何影响富水性，即影响机制尚不明确。以大海则煤矿为研究区，通过沉积相划分与38块典型岩样铸体薄片图像分析、压汞、核磁共振等实验室测试，结合钻孔抽水试验成果，研究侏罗系直罗组、延安组沉积相、微观孔隙结构及其与富水性之间的关系，揭示了砂岩微观孔隙结构与富水性的响应机制。研究结果表明：大海则煤矿直罗组下段主要发育河流沉积体系河流砂坝和河漫滩沉积微相，延安组三段主要发育三角洲沉积体系分流河道和分流间湾沉积微相，河流沉积体系普遍较三角洲沉积体系含水层富水性强，以粗砂岩、中砂岩为主的河道砂坝富水性相较以中砂岩、细砂岩为主的河漫滩富水性强，砂岩厚度、砂地比较大的分流河道较砂岩厚度、砂地比较小的分流间湾富水性大；根据砂岩物性、孔隙分布、连通性等将侏罗系砂岩微观孔隙结构划分为大孔粗喉型（Ⅰ类）、中孔−中−细喉型（Ⅱ类）、小孔细喉型（Ⅲ类）、小−微孔−微细喉型（Ⅳ类）4种类型，孔隙结构由Ⅰ类到Ⅳ类依次变差，富水性依次变弱；砂岩宏观沉积相与微观孔隙结构共同表征含水层富水程度。研究结果为砂岩含水层特征研究及其富水性科学预测提供了一种新思路，为矿井防治水提供了理论依据。

• 定向区域注浆三维模拟试验系统研制及应用

  陈军涛, 朱君, 刘磊, 李文昕, 李光强, 张毅, 李昊,

  定向区域注浆改造含水层是矿井水害防治的有效途径之一。为研究定向区域注浆浆液扩散规律，自主研制了定向区域注浆三维模拟试验系统。该系统主要由试验台、注浆系统、注水系统及数据监测等子系统组成，可实现定向钻孔注浆模拟、浆液三维扩散模拟、高承压水模拟和区域化注浆模拟等功能。系统可独立控制注浆孔单元，实现多孔、多序次注浆，借助6个注浆孔模拟不同注浆压力、浆液黏度、注浆速率、水灰比等多种参数影响下的浆液流动过程，并可实现动/静（高）水压环境下浆液扩散过程的实时监测。以200、250、300 mm模拟裸孔长度为研究对象，初步探究了定向注浆作用下裸孔注浆浆液扩散的特征及其效果。研究发现：在仅有裸孔长度为变量的情况下，浆液扩散范围不会随裸孔长度的线性增加而同步线性增加；短裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆柱状，长裸孔的浆液结石体呈现以钻探裸孔为轴心的圆台状；裸孔增加相同的长度，裸孔越长，浆液在裸孔两端的扩散范围差值越大，同时压力损失越多，浆液扩散的距离越小。将试验所得浆液扩散半径与Maag公式计算所得浆液扩散半径进行对比，发现注浆裸孔长度为200 mm时，两数值仅相差2.8%，试验结果符合Maag球形扩散理论规律，验证了本试验系统的科学性与合理性。

• 中国煤炭去产能的水资源协同效益分析

  林刚, 付晶莹, 江东, 赵亚楠,

  关闭/退出矿井是落实国务院《关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》重要措施之一，对于区域能源结构优化、减少碳排放和环境保护具有重要意义。为评估煤炭去产能过程中产生的水资源协同效益，揭示关闭/退出矿井的时空演变特征，以煤炭去产能为政策背景，通过调查2016—2022年间关闭/退出的矿井数量和产能，在分析关闭/退出矿井时空分布特征基础上，结合煤炭开采、洗选阶段与水资源相关的矿井水量、耗水量和废水量系数，定量化分析煤炭去产能带来的水资源协同效应。研究结果表明：2016—2022年中国涉煤省份关闭/退出矿井共4027个，退出产能8.75亿t，关闭/退出矿井数量集中在长江上游区域，煤炭去产能密度高的区域集中在黄河“几”字弯。同时，煤炭去产能减少浪费水资源总量约30亿t，高于中国第四大淡水湖洪湖的容积，产生的社会经济效益约为461.65亿元。水资源协同效益较好的区域主要分布在西南地区、华北地区和黄河流域等水资源短缺的地区。本研究定量化分析煤炭去产能的水资源协同效益，并探讨了废弃矿井水资源的利用方向，可为我国可持续发展目标实现和“双碳”目标下煤炭退出提供科学依据和数据支撑。

• 煤矿水害智能预警系统关键架构及模型研究

  邱浩, 李宏杰, 李文, 李江华, 杜明泽, 姜鹏,

  为保障我国受水害威胁矿井的安全生产，加快煤矿水害预测预警技术的智能化进程，提高煤矿水害预测预警效果，基于国内水害机理与预警领域的研究现状，对煤矿水害智能预警系统建设过程中存在的预警系统建设水平与数据接入标准不统一、水害大数据信息的分类与时空匹配管理复杂、水害大数据信息的智能处理分析不足、预警及智能决策信息发布的时效性差4类技术问题进行了详细论述。针对4类技术问题，从预警系统资源整合及数据驱动角度出发，将水害预警资源分为信息采集资源与计算资源，将水害预警大数据信息分为静态本源信息与动态监测信息，将数据处理分为基础地质模型数据处理、数值处理与计算模拟及信息融合数据处理，将煤矿灾害预警分为监测参数预警、指标分级预警、智能模型预警，提出并剖析了煤矿水害智能预警系统关键技术架构。提出满足技术需求系统软件服务架构，给出了基础设施层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、用户展现层的软件服务方案。结合水害预警建设流程提出了针对水害监测数据的门控循环单元算法预警模型，给出了预警模型的网络结构，研究了预警模型的前向计算、反向传播计算、权重梯度计算方法，分析了不同类型感知数据接入、存储、编码、模型的分类、智能深度学习模型的构建测试、预警信息发布的技术路径，为煤矿水害智能预警系统智能化建设提供借鉴。

• 我国大水矿山侧向帷幕截水技术及水资源保护效果研究

  王海, 董书宁, 孙亚军, 王皓,

  我国矿山种类多、数量多，涵盖煤炭、冶金、有色金属、化工等，大部分矿山采用疏干排水方式控制地下水，部分大水矿山矿井每天疏排水量数万立方米到数十万立方米，疏干排水引发地下水位下降、水资源枯竭、岩溶塌陷和地面沉降、地表水污染、地下水环境恶化等问题。为解决大水矿山的安全开采和水资源浪费问题，自20世纪60年代开始进行矿山截水帷幕技术研究，经过近60 a的发展，由单一的地面直钻孔注浆发展为地面定向钻孔注浆、井下钻孔注浆、井上下联合钻孔注浆、桩排、连续墙、防渗膜等多种截水帷幕技术，先后在80余座矿山成功应用了半封闭式、封闭式、落底式和悬挂式截水帷幕，截水率大多在60%以上，帷幕外侧水位显著抬升，取得非常好的应用效果，保护了矿山水资源和矿区生态环境。选取金属矿岩溶裂隙水全封闭帷幕、煤矿基岩落底式注浆帷幕、松散层与岩溶地层定向水平孔注浆帷幕、松散层防渗膜落底式帷幕等4种典型截水帷幕案例进行了详细阐述，分析了典型截水帷幕案例的截水技术及水资源保护效果，有效截水率均在75%以上。基于帷幕截水技术发展趋势，提出了大水矿山侧向帷幕截水技术将朝着松散层侧向无接头连续截水帷幕、基岩侧向截水帷幕定向扩散注浆、低渗厚基层侧向截水帷幕等技术方向发展，践行“绿水青山就是金山银山”理念，保护矿山地下水资源，实现矿山保水、保生态、减损、绿色开采。

• 基于等厚度水泥土帷幕的斜井井筒水治理技术研究

  杨志斌, 石银斌, 王海, 李文平, 吕文波, 雷占,

  为解决我国西部地区松散层和浅部风化基岩层含水丰富导致的斜井井筒过富水松散层段在井筒施工缝、混凝土接茬、井壁裂缝位置发生渗漏、恶化井下作业环境、降低作业效率、增大井下排水负担和费用、影响煤矿的安全生产的问题，从保护地下水资源和井筒安全运营的角度出发，分析了煤矿斜井井筒渗漏水特征和现有的疏排水、壁后注浆、旋喷桩、帷幕注浆等治理措施，研究了斜井井筒渗漏水层位等厚度水泥土帷幕原理和结构、参数选择依据、帷幕构筑方法，测试分析了地层条件、综合含水率、水泥掺量等因素对水泥土帷幕性能影响，并进行了现场示范应用。研究结果表明：煤矿斜井井筒渗漏水位置大多发生在底板、腰墙和二者接缝处，涌水量数十至数百立方米每小时，有的甚至发生涌水携砂情况，危及井筒安全；等厚度水泥土帷幕通过横向切削、回撤切削搅拌、喷浆搅拌成墙3个步骤将混合均匀的地层材料与水泥浆液在煤矿斜井井筒外侧地层中形成上下厚度均匀、接头数量少、截水率高的等厚度水泥土墙体，有效阻隔斜井井筒与外侧松散层、风化基岩之间的水力联系；等厚度水泥土帷幕的强度与水泥掺量正相关，渗透系数与水泥掺量负相关，黏土地层的水泥土帷幕性能弱于黄土、细砂等地层；示范应用现场的帷幕原状心样抗压强度8.62 MPa，渗透系数2.69×10−8 cm/s，井筒涌水量由16.8 m3/h降至1.6 m3/h左右，较治理前减少90.5%，取得良好应用效果。此方法可解决我国西部富水松散层斜井井筒渗漏水问题，保障斜井井筒安全运营，保护矿山地下水资源。

• 浅埋煤层群上下层位土层与基岩层协同隔水稳定性研究

  杨涛, 闫医慧, 张杰, 林海飞, 何义峰, 张一铭, 高守世,

  浅埋煤层顶板突水是由于导水裂隙带贯穿隔水层而引起的，随着煤层群的下行开采，土层与基岩层的协同隔水机理亟待明确。为了分析隔水土层在煤层群下行开采工程背景下的破坏机理，以便准确预测煤矿顶板突水问题，以陕北神府矿区韩家湾煤矿2−2、3−1和4−2煤下行开采为研究背景，通过原位钻孔取心试验得出不同埋深的隔水土层性质的差异；通过建立上层位隔水土层渗透扩展力学模型来描述裂隙发育形态；采用土−岩复合隔水层力学模型，在“给定变形”条件下计算下层位隔水土层处于整体稳定状态时的力学判据。研究表明，隔水土层根据其性质不同可以分为上层位隔水土层和下层位隔水土层；通过比较总载荷与上层位隔水土层抗拉强度的大小，当总载荷小于等于上层位隔水土层抗拉强度时裂隙不再向下发育从而得出裂隙发育长度；在“给定变形”条件下，当下层位隔水土层长边中部位置处产生的拉应力小于或等于拉伸强度阈值时，下层位隔水土层整体结构处于稳定状态，不会产生拉伸破坏；根据韩家湾煤矿地质情况进行数值模拟，模拟结果与理论分析结果相吻合。研究可为相似地质条件下顶板突水预测提供参考。

• 沟谷区多煤层开采覆岩破坏及径流水害防治研究

  刘一龙, 杨天鸿, 马凯, 叶强, 赵永, 赵乾百,

  沟谷地形下多煤层开采带来了严重且复杂的“裂隙发育—山体滑坡—河道堵塞—涌水加剧”链式灾害。探究沟谷地形与煤层重复采动耦合作用下的覆岩破坏特征与规律是滑坡、涌水灾害防治的关键。以西曲矿沟谷地形下多煤层开采为研究对象，综合采用集地表勘察、InSAR动态观测、降雨-径流分析和数值模拟为一体的“覆岩移动−地表变形−径流积水”分析方法，分析了沟谷区多煤层下行开采引发覆岩破坏与地表沉降的空间扩展全过程。结果表明：沟谷区下组煤充分采动后，煤层间关键层以下岩层移动范围无明显外扩特征，竖向裂隙发育，以张拉开裂为主。关键层上方岩层剪切裂隙占比明显增加，采动沉降效应与重力作用下的沟谷坡体易产生剪切滑移，甚至发生坡体下行裂隙与覆岩上行裂隙的贯通现象。重复采动造成山体滑坡形成的堆积体若阻塞河道并在汛期形成堰塞湖，则具有井下涌水风险。基于无人机倾斜摄影测量合成的高精度地形，通过降雨−径流模拟再现了山西“百年一遇”暴雨期间矾石沟流域不同历时降雨淹没范围与时间百分比，为矾石沟小流域的沟谷水灾害防范和风险评估提供了支撑，并提出了基于裂隙发育与地表淹没范围的地表径流水害综合防治方法。研究可为沟谷区多煤层开采条件下地表地质灾害防治与水资源保护提供有益参考。

• 深部巷道主被动全空间协同控制技术及工程应用

  左建平, 刘海雁, 王军, 徐丞谊, 朱凡,

  深部巷道由于赋存环境复杂及受到深部地应力作用，加上断面形状尺寸多样，使得巷道的破坏形式多元化。通过系统分析深井软岩巷道受到高应力、动压等因素影响，对比了最大地应力、最大抗压强度以及相对应的支护方式，提出采用应力强度比来评价巷道围岩支护的难易程度。进一步提出了深部巷道主被动全空间协同控制理念，其核心为通过卸压、注浆和锚杆−索等主动支护方式来控制巷道变形，发挥围岩的自承能力，形成主动支护体，恢复其部分承载能力；使用钢管混凝土支架、U型钢等具有较高支护阻力的被动支护方式，构成被动支撑圈，协助或调动巷道围岩发挥承载能力。进而分析了钢管混凝土支架与锚杆−索的协同支护力学机理，形成了主被动全空间协同控制技术及施工工艺并进行了现场应用。研究表明，打设锚杆−索可以降低钢管混凝土支架的弯矩和剪力，同时降低了支架轴力，保护了钢管和抗拉性能较差的核心混凝土，保证了钢管混凝土支架能够提供较高的支护阻力；主被动全空间协同控制技术在晋城胡底煤矿、阳泉新元煤矿等深部动压巷道与软岩巷道中进行了成功应用，进一步发展了深部巷道等强支护理论与技术。

• 近距离煤层群协调开采支架工作阻力计算方法与系统

  李杨, 任玉琦, 李铁峥, 杨坤鹏, 金向阳,

  近距离煤层群协调开采模式下，由于煤层间的开采扰动影响，各煤层开采顶板结构特征不尽相同，因此各煤层开采支架工作阻力的计算方法也存在差异。为针对性地为各煤层开采支架额定工作阻力确定提供思路，综合应用理论分析、系统开发及现场实测方法，对各煤层开采支架工作阻力的计算方法进行了研究。主要成果有：①建立了煤层开采顶板砌体梁式、散体给定式及散体给定−砌体梁式平衡结构模型。砌体梁式平衡结构适用于未受开采扰动影响或受到的开采扰动影响较小的煤层开采；散体给定载荷平衡结构适用于煤层顶板岩层为单一岩层，且受到上部煤层开采影响的煤层开采；散体给定载荷−砌体梁式平衡结构适用于顶板岩层为多层岩层，且层间存在厚度较大，岩性较硬的岩层，同时受到上煤层开采影响岩层仍能保持连续性与完整性的煤层开采；②开发了适用于开滦集团“近距离煤层群开采覆岩破断及支架载荷评价系统”，提出了各煤层支架额定工作阻力的建议选择结果。通过各煤层开采支架压力实测，采用支架额定工作阻力经验选择结果后，各煤层开采支架载荷利用率普遍偏低，支架载荷富余量偏大。而采用各煤层支架额定工作阻力的建议选择结果后，各煤层开采支架载荷利用率明显提高。

• 沿空掘巷小煤柱渗透率演化规律试验研究

  霍丙杰, 黄宇轩, 靳京爵, 宋子奇, 李天航, 白迎旭,

  沿空掘巷条件下小区段煤柱受多重采动影响，受采动影响的煤岩体渗透率会因为采动裂隙、原生裂隙的发育与压实而发生改变，确定不同采动阶段小区段煤柱渗透率演化规律是同层位邻近采空区气−水灾害防控的理论基础。以大同矿区石炭系特厚煤层沿空掘巷小区段煤柱开采为工程背景，通过地应力测试、数值模拟的方法，综合确定不同采动阶段小区段煤层所处应力场的分布特征，为试验研究应力路径的确定提供依据，应用DJG-Ⅱ型三轴加载煤岩渗流测试装备进行不同采动阶段煤柱渗透率演化试验研究。研究结果表明：建立了沿空掘巷小区段煤柱不同采动阶段渗透率与应力的定量影响关系，总体表现为渗透率随着轴向应力的增大而减小，卸载阶段渗透率随着轴压的减小而增大；揭示不同采动阶段小区段煤柱应力−应变−渗透率的演化规律，在第一、第二阶段加卸载时，煤样变形还处于弹性变形阶段，渗透率变化幅度与速率都较为平缓。在第三次采动影响阶段，试件出现不可逆的塑性破坏使得渗透率急剧增加，增幅速率也明显大于前2个采动阶段，小煤柱渗透率较初始渗透率增大最多为324.389倍，该阶段小煤柱发生破坏失去了气−水阻隔性能，明确了特厚煤层沿空掘巷工程中前2个采动阶段宽6 m小煤柱没有破坏的特征。研究成果可为坚硬顶板特厚煤层沿空掘巷开采条件下，小区段煤柱在不同采动阶段渗透率演化特征研究、邻近采空区气−水灾害防控等提供参考或理论支撑。

• 冲击地压矿井近距离特厚煤层综放工作面合理推进速度研究

  崔峰, 冯港归, 贾冲, 张随林, 孙敬轩,

  针对工作面推进速度过快易诱发冲击地压的问题，以宽沟煤矿近距离特厚煤层W1123综放工作面开采为背景，采用数值模拟及理论分析的综合分析方法，通过研究近距离特厚煤层不同推进速度影响下煤岩采动应力、能量演化特征，分析不同推进速度下覆岩运移破断特征，评估不同推进速度影响下煤岩体冲击危险性，综合研究确定了工作面的合理推进速度。研究结果表明：工作面开采引起的超前支承压力峰值应力随推进速度增加呈明显的非线性递增趋势，且其增幅逐渐增加，在实体煤下回采应力水平明显高于采空区下，超前支承压力呈现明显的双峰值现象；随推进速度提高，覆岩初次破断距及覆岩内积聚的弹性能显著增加，应变能密度也随之逐渐升高；覆岩位移变化量随推进速度增加急剧增加，破坏范围广，呈现出明显的非连续变形特征，同时推进速度愈快，覆岩破断影响范围越广，运移演化愈剧烈；随推进速度提高，工作面煤岩冲击危险性指数随之明显增大，且在实体煤下回采时的危险性远大于采空区下，其上覆煤层开切眼后方100 m范围冲击危险性指数随推进速度提高急剧升高，为冲击影响的高危险区域。数值模拟研究结果综合认为W1123工作面在保证安全高效生产前提下，相对适宜的推进速度应不大于6.4 m/d。研究结果为近距离煤层冲击地压矿井的安全高效开采提供了科学指导。

• 充填体−散体胶结组合体力学特性试验研究

  赵兵朝, 王京滨, 张晴, 马云祥, 翟迪, 陈攀, 韦启蒙, 郭亚欣,

  为研究充填开采过程中采空区内冒落矸石对充填体的影响，对不同散体高度、散体岩性及充填体强度的充填体−散体胶结组合体进行单轴压缩试验，借助声发射三维定位技术对组合体试样的单轴压缩破坏过程进行实时监测，通过AE事件的时间参数与应力应变曲线4个阶段的起始时间点相结合，对加载过程中AE事件对应的变形破坏过程进行表征，并基于此建立了组合体结构面破坏模型。研究结果表明：散体高度与组合体强度呈负相关关系，充填体与散体胶结组合体高度比为1∶4的组合体单轴抗压强度仅为单一充填体的55.0%；散体岩性和充填体强度与组合体强度呈正相关关系，虽然高强度的充填体可以提高组合体的单轴抗压强度，但是组合体中的充填体强度越高，组合体的强度折减越严重。当胶结散体中的颗粒岩性为强度较低的粉砂岩时，组合体单轴抗压强度仅为单一充填体的42.9%；抗压强度较小的粉砂岩在破坏过程中会出现因剪切破坏形成的破裂面，而抗压强度较大的灰岩可以利用散体颗粒自身的抗剪强度承受剪切荷载；当胶结散体内的胶结基质失效或散体颗粒破碎时，充填体和胶结散体的结构面发生非均匀压缩变形，致使充填体在散体破坏的结构面上产生应力集中现象，导致上部的充填体局部发生剪切破坏，充填体的破坏是轴向应力和结构面非均匀变形的共同作用结果。

• 煤矿超长斜井敞开式全断面掘进机施工可行性分析

  汪青仓, 刘全辉, 宋朝阳, 李强, 任怀伟,

  斜井是保障矿山高效生产的矿井开拓方式之一，可实现矿井主运连续化，大型采、掘、运装备可采用无轨胶轮化直接下井，无需地面拆解和井下大硐室中组装的复杂工序。为满足陕西可可盖煤矿10.0 Mt/a的产能需求，基于井筒开拓方式影响因素的分析以及可可盖煤矿工程地质与水文地质条件的分析，提出了4版矿井开拓方案，考虑到外部运输条件便利、场地集中便于管理、缓坡斜井无轨胶轮化和无需换装等优势，初步确定了井田西部主副斜井+中部进回风立井的开拓方案；进一步梳理了煤矿长距离斜井钻爆法与机械破岩施工技术发展的现状与趋势，鉴于现有钻孔爆破法和悬臂掘进机作业线施工斜井存在掘进效率低、工序多、风险高等问题，提出了超长斜井采用全断面掘进机掘进的技术方案，论证了采用敞开式全断面掘进机施工的可行性和适用性；通过对比分析斜井围岩管片支护与锚网喷支护的优缺点，选择了近工作面锚网喷与局部围岩较破碎区段增设钢拱架的支护方式。根据可可盖煤矿工程地质与水文地质条件、环境条件、工程条件、建井技术、装备性能、施工工期、投资成本等因素的综合分析，可可盖煤矿主副斜井建设技术装备具有可行性和先进性，为同类型矿井开拓方式选择与超长斜井施工技术装备的确定提供了参考，为煤矿安全高效、绿色智能建设和发展奠定了基础。

• 边帮煤采动影响下边坡变形演化特征及失稳形态分析

  王文才, 李俊鹏, 王创业, 陈世江, 王鹏,

  边坡在自然和人为因素相互影响下存在典型的变形破坏和失稳特性，在岩土及采矿工程界备受重视，尤其是在边帮煤开采中，受露天和井工双重影响变形演化特征和失稳形态更为复杂。物理相似试验是研究各类岩土体变形演化特征和规律的重要手段，也是对大型岩土体现场研究的重要补充，在矿山和岩土工程领域应用广泛，其中材料相似配比的确定是分析研究的基础和关键环节。由此，首先通过相关文献查阅及本着取材经济、方便的原则，确定以河沙/骨料、大白粉和石膏/胶结材料作为试验材料，采用2种配比方案制作标准试件，对其进行单轴压缩试验与原岩强度进行对比分析，确定方案2可作为物理试验的研究配比号；其次，在确定材料配比的基础上建立边帮煤开采的物理结构模型，分析得出边帮煤开采过程中边坡变形破坏演化特征按变形阶段可以划分为表生改造阶段、结构改造阶段、时效变形阶段，变形破坏后的岩体可以划分为“竖三带”，分别为垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，按工作面开采长度上煤层可以划分为初期、中期、末期3个阶段，下煤层可以划分为初期、末期2个阶段，上煤层开采至终采线边坡岩体变形演化特征是沿采空区中心向两边形成沉降减弱区，最终形成对称分布半“金字塔”状的下沉盆地，下层煤开采至终采线变形破坏的岩体呈半“类曲线”状；最后，在物理试验和现场监测的基础上分析得出边帮煤上煤层开采至120 m左右时，边坡会发生较小的失稳现象，下煤层开采至120 m左右时，上下煤层之间的采空区发生贯通，失稳加剧，直至开采至终采线，边坡上部1400平盘会形成局部指向露天矿坑的崩塌失稳区，其余平盘均表现为指向采空区的反倾向失稳。