作者：王晓蕾1,2,3
作者单位：1. 吕梁学院矿业工程系，山西 吕梁 033001;
2. 煤矿机械装备维护与检测试验吕梁市重点实验室，山西 吕梁 033001;
3. 吕梁市智慧煤矿工程技术研究中心，山西 吕梁 033001
关键词：矿井工程;上覆岩层;裂隙演化;发展趋势
摘要：
我国众多矿井面临水害和瓦斯灾害的威胁。工作面回采后裂隙演化特征是矿山防治水及瓦斯治理的技术基础，对于煤矿安全生产具有重要意义。在叙述煤层开采覆岩破坏和开采覆岩裂隙演化理论的基础上，较系统地梳理相似模拟、数值模拟、钻孔电视、分段注水试验、微震监测技术五种测试方法的工艺技术及装备、测试结果、存在问题及适用条件，并对工作面覆岩裂隙演化测试技术发展趋势进行展望，指出未来数值模拟应引入新的思维和数学方法；相似模拟引入数字岩心和3D打印技术高保真进行还原；现场测试技术向动态化、实时化、智能化方向发展。
Development trend of test technology for overburden fracture evolution in working face
WANG Xiaolei1,2,3
1. Department of Mining Engineering, Lüliang University, Lüliang 033001, China;
2. Key Laboratory of Maintenance and Inspection of Coal Mine Mechanical Equipment of Lüliang, Lüliang 033001, China;
3. Lüliang Engineering Research Center of Intelligent Coal Mine, Lüliang 033001, China
Abstract: Many mines in our country are facing the threat of water and gas disasters. The evolution characteristics of the fissures after the working face stoping is the technical basis of mine water prevention and gas control, and it is of great significance to coal mine safety production. Based on the description of coal seam mining overburden failure and mining overburden crack evolution theory, the process technology and equipment, test results, existing problems and applicable conditions of five test methods such as similar simulation, numerical simulation, borehole television, segmented water injection test, and microseismic monitoring technology are systematically sorted out. The development trend of overburden fracture evolution testing technology in working face is prospected, and it is pointed out that new thinking and mathematical methods should be introduced into numerical simulation in the future. Similar simulation introduces digital core and 3D printing technology with high fidelity perform restoration; on-site testing technology is developing in the direction of dynamic, real-time, and intelligent.
Keywords: mine engineering;overburden;fissure evolution;development trend
2022, 48(5):22-30 收稿日期: 2021-03-29;收到修改稿日期: 2021-06-09
基金项目: 山西省高等学校科技创新项目（2019L0954）；煤矿机械装备故障诊断与健康管理技术创新团队资助（TD201812）；吕梁市平台基地建设项目（2021GCZX-1-46）
作者简介: 王晓蕾（1986-），男，山东烟台市人，副教授，博士，主要从事煤矿安全及煤层气、页岩气地质的研究工作
参考文献
[1] 康红普, 徐刚, 王彪谋, 等. 我国煤炭开采与岩层控制技术发展40a及展望[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2019, 1(2): 7-39
[2] 康红普. 煤炭开采与岩层控制的空间尺度分析[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(2): 5-30
[3] 贾川, 胡成成. 厚煤层沿空掘巷围岩失稳机制及控制技术[J]. 采矿与岩层控制工程学报. 2020, 2(4): 38-45.
[4] 王晓蕾, 秦启荣, 熊祖强, 等. 层次注浆工艺在松软巷道破碎围加固中的应用[J]. 地下空间与工程学报, 2017, 13(1): 206-212
[5] 王晓蕾. 新型煤岩体加固注浆料制备及应用分析[J]. 地下空间与工程学报, 2020, 16(3): 844-851
[6] 蔡美峰. 深部开采围岩稳定性与岩层控制关键理论和技术[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(3): 5-13
[7] 王晓蕾, 姬治岗, 罗文强. 破碎煤岩体注浆加固效果综合评价技术及应用[J]. 煤田地质与勘探, 2019, 47(6): 92-97
[8] 苏士龙, 杜跃, 朱俊福, 等. 基于离散元方法的深部巷道层状围岩稳定特性研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(1): 56-66
[9] 胡青峰, 崔希民, 刘文锴, 等. 特厚煤层重复开采覆岩与地表移动变形规律研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(2): 31-39
[10] 余学义, 王昭舜, 杨云. 大采深综放开采覆岩移动规律离散元数值模拟研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(1): 23-38
[11] 朱伟, 滕永海. 堰塞湖下特厚煤层综放开采安全性及采动影响研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(1): 39-46
[12] 张官进, 闫威, 江克贵. 基于变权PB组合预计模型的开采沉陷预计参数反演方法[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(1): 87-95
[13] 王晶, 王晓蕾. 下保护层开采时被保护层裂隙发育与渗透特征[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(3): 1-9
[14] 张修峰, 曲效成, 魏全德. 冲击地压多维度多参量监控预警平台开发与应用[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(1): 69-78
[15] 程健维, 赵刚, 撒占友, 等. 井工矿开采致覆岩层移动变形预测计算模型及工程应用[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(4): 20-29
[16] 蔡音飞, 李晓静, 邓伟男, 等. 高强度开采地表移动变形规律及减损关键参数模拟[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(4): 46-54
[17] 马文著, 周晓敏, 谭帅. 承压水上煤层底板破坏特征研究——以山西义棠煤矿为例[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(3): 23-31
[18] 王家臣. 基于采动岩层控制的煤炭科学开采[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2019, 1(2): 40-47
[19] 王元杰, 徐刚, 陈法兵, 等. 深部厚硬岩层压裂控制冲击弱化机理及可压裂性评价[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2022, 4(2): 15-23
[20] 刘天泉, 陈树田, 陈学涵. 水体下开采急倾斜煤层的初步研究[J]. 煤炭学报, 1965, 2(3): 1-14
[21] 刘天泉. 矿山岩体采动响应与控制工程学及其应用[J]. 科技导报, 1994, 15(12): 21-23
[22] 钱鸣高, 许家林. 覆岩采动裂隙分布的“O” 形圈特征研究[J]. 煤炭学报, 1998, 23(5): 466-469
[23] 钱鸣高, 许家林. 煤炭开采与岩层运动[J]. 煤炭学报, 2019, 44(4): 973-984
[24] 李树刚, 石平五, 钱鸣高. 覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究[J]. 矿山压力与顶板管理, 1999, 16(3): 44-46
[25] 李树刚, 徐培耘, 赵鹏翔, 等. 采动裂隙椭抛带时效诱导作用及卸压瓦斯抽采技术[J]. 煤炭科学技术, 2018, 46(9): 146-152
[26] 李树刚, 徐培耘, 赵鹏翔, 等. 综采工作面覆岩压实区演化采高效应分析及应用[J]. 煤炭学报, 2018, 43(S1): 112-120
[27] 高延法. 岩移“四带”模型与动态位移反分析[J]. 煤炭学报, 1996, 21(1): 51-56
[28] 熊祖强, 王晓蕾. 承压水上工作面破坏及裂隙演化相似模拟试验[J]. 地下空间与工程学报, 2014, 10(5): 1114-1120
[29] 熊祖强, 王晓蕾. 复合顶板综放面覆岩破坏及裂隙演化相似模拟试验[J]. 中国安全生产科学技术, 2014, 10(10): 22-28
[30] 王保平, 康志勤. 采空区覆岩及地表变形规律相似模拟研究[J]. 煤炭技术, 2017, 36(9): 65-67
[31] 张碧川. 成庄矿3#煤顶板采动裂隙场演化及其对瓦斯高效抽采的影响[D]. 北京: 煤炭科学研究总院, 2018.
[32] 薛河, 李萌, 李富强. 基于压入试验的材料硬化指数及弹性模量计算方法[J]. 中国测试, 2020, 46(3): 26-31
[33] 李根, 卢芳云, 李翔宇. 测量炸药爆炸威力的实验方法研究[J]. 中国测试, 2020, 46(9): 40-46
[34] 李尧斌, 敬文霞, 薛生, 等. 泄漏孔孔形对输气管道泄漏声源特性的影响[J]. 中国测试, 2020, 46(11): 139-145
[35] 何秋霖, 石少卿, 赵启明, 等. 泡沫铝夹芯结构在油气爆炸荷载作用下的抗爆性能试验研究[J]. 中国测试, 2020, 46(9): 136-142
[36] 李尧, 杜刚. 含瓦斯抽放钻孔沿空掘巷窄煤柱合理宽度研究[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2020, 2(1): 75-83
[37] 雷利剑. 特厚煤层综放开采覆岩主控裂隙演化及突水预测研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2018
[38] 王晓蕾, 秦启荣, 熊祖强, 等. 深部巷道破碎围岩注浆加固效果综合评价[J]. 地下空间与工程学报, 2019, 15(2): 576-582
[39] 熊祖强, 陈兵, 张建锋. 大采高工作面末采防片帮注浆加固技术[J]. 煤炭技术, 2017, 36(1): 14-16
[40] 丁航. 补连塔煤矿大采高工作面覆岩运移规律[J]. 煤矿安全, 2019, 50(12): 179-183
[41] 岳芳伟, 陈方明. 厚煤层开采顶板导水裂隙带发育高度研究[J]. 内蒙古煤炭经济, 2018, 36(15): 142-143
[42] 张玉军. 钻孔电视探测技术在煤层覆岩裂隙特征研究中的应用[J]. 煤矿开采, 2011, 16(3): 77-80
[43] 王晓蕾. 深部破碎煤岩体注浆加固控制技术及应用研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2018.
[44] 张哲. 综采工作面上覆岩层裂隙动态发育规律[J]. 工业安全与环保, 2019, 45(5): 14-16
[45] 刘旭锋, 熊祖强. 海天煤业3#煤层蹬空开采可行性研究[J]. 煤炭工程, 2016, 48(8): 57-60
[46] 乔小龙. 大采高综放开采覆岩破坏特征和裂隙演化规律[J]. 工程地质学报, 2017, 25(3): 858-866
[47] 陈结, 高靖宽, 蒲源源, 等. 冲击地压预测预警的机器学习方法[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2021, 3(1): 57-68
[48] 朱万成, 牛雷雷, 李少华, 等. 岩石蠕变-冲击试验研究——现状与展望[J]. 采矿与岩层控制工程学报, 2019, 1(2): 77-87
[49] 原富珍, 马克, 庄端阳, 等. 基于微震监测的董家河煤矿底板突水通道孕育机制[J]. 煤炭学报, 2019, 44(6): 1846-1856
