煤炭科学技术

作者：李杨杨, 张浩争, 张士川, 朱慧聪, 冯海龙, 蔺成森, 路学通,

关键词：厚硬岩层, 高势能涌水, 孕灾条件, 能量传递, 岩层破裂沉降,

陕西彬长矿区煤层上方存在白垩系洛河组砂岩含水层，该岩层具有厚度大、富水性强、渗透系数大、水头压力大等特点，且上覆厚硬岩层破坏易导致高势能动力涌水发生。结合彬长矿区高家堡煤矿上覆岩层性质、导水裂隙带发育高度与工作面涌水量情况，对厚硬岩层破裂能量释放特征及工作面高势能涌水机理展开研究。结果表明：高势能涌水孕灾条件由“通道”“水源”与“力源”组成，其中“通道”的形成使“水源”发生运移，工作面出水由淋水转为涌水，“力源”的形成为“水源”运移提供了水压力，并增加了“通道”的数量与导通水量，使工作面由涌水转为高势能涌水；高势能涌水致灾过程中，覆岩破裂沉降和水体运移两个动态过程存在能量传递关系，经过对能量传递方程的推导，得出诱导高势能涌水主导条件为“力源”中的厚硬岩层破裂沉降；能量转化方程中，岩层能量吸收值与岩层能量吸收系数、破断层厚度与破断层倾向长度呈负相关，与破断层极限破断距呈正相关，且能量值呈指数级增长；结合覆岩能量变化趋势与工作面涌水量变化情况，得到涌水量升高区间，覆岩应力与能量值波动较大，且在厚硬岩层发生破断时，工作面涌水量达到峰值，工作面形成高势能涌水。研究揭示了高势能涌水孕灾机制，并建立了高势能涌水物理模型，明确了各影响因素间的关系，推导了厚硬岩层破裂沉降能量转化方程，阐释了不同影响因素与岩层吸收储存能量值间影响规律，揭示了厚硬岩层破裂沉降能量释放特征与工作面高势能涌水间联动关系。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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