弱胶结地层采动覆岩活动规律及渗透性演化特征研究

作者：马军前; 仝昕; 李成银

来源：煤炭科学技术, 2020, S2: 11-16.

• 相似模拟
• 覆岩活动
• 流固耦合
• 渗透性

伊犁四矿含煤地层为中生代侏罗系地层,形成时间短,赋存条件具有典型的浅埋深薄基岩厚煤层特征。现阶段矿区主采煤层开采主要受顶板古近系弱胶结砂砾岩含水层影响,该含水层以静储量为主、连通性较差、松散弱胶结、富水性弱至中等。矿井主采煤层顶板基岩主要为泥岩、粉砂岩、细砂岩等软质岩类,为保证工作面安全生产,矿井已通过现场实践开展了工业性试验,同时从覆岩多场耦合机理、保水开采机理等方面进行了基础研究。然而,由于该区弱胶结地层特殊的成岩环境和沉积过程,其物理力学性质特别是水理特性与我国东部地区具有明显的差异性,受开采扰动弱胶结岩石隔水性能演变、地下水流场响应特征等,是弱胶结煤系地层安全高效生产和保水开采中亟待解决的关键基础科学问题。在浅埋煤层矿区实现保水开采,关键是煤层推采后导水裂隙带是否贯通隔水层到达含水层。以新疆伊犁四矿地质条件为背景,通过相似模拟试验,研究了地层采动后覆岩破断、裂隙发育规律,进一步采用固液耦合数值模拟技术,定量分析了覆岩的渗透性演化规律。研究结果表明:(1)随着煤层的推采,导水裂隙带最终发育至70 m,未贯通古近系上部隔水层,采空区中部裂隙基本被压实,几乎全部闭合。隔水层完整性良好,能够实现保水开采;(2)采空区正上方基岩底部渗流速度最大,由于中部基岩被压实,孔隙度减小,所以两端头围岩的渗流速度大于中部围岩的渗流速度,采空区上方岩层渗透性普遍提高,下方范围内渗透性略有降低。