煤炭学报

作者：盖秋凯, 何满潮, 高玉兵, 陶志刚, 张传玖,

关键词：带压开采, 110工法, 保水采煤, 底板四带, 数值模拟,

底板含水层结构保护是实现煤炭资源开发与区域水文环境协同发展的关键策略。带压开采110工法作为一种新型无煤柱开采技术，探究其底板四带分布规律对于评价保水开采成效具有重要意义。首先，考虑采空区矸石碎胀的时效性变化建立了底板破坏带载荷作用函数，基于Mohr-Coulomb屈服准则构建了最大破坏深度隐式方程，并通过变量控制法分析了其关键影响因素的敏感性曲线。之后，为研究承压水导升带特征，研发了带压开采110工法相似模拟试验系统，包括设计了弹簧−水袋一体化装备用于模拟岩层和承压水、采用预埋导升软管和分支管模拟预制导水通道、以微型切顶护巷支架模拟留巷关键工艺，通过试验获得了不同位置的导升流速和累积流量。此外，建立了微观参数标定后的FLAC-PFC3D耦合数值模型，以裂隙萌生表征岩体损伤，获得了底板损伤带特征，并通过PFC颗粒位移和含水层顶部裂隙演化分别验证了力学模型和相似模拟试验结果。最终，将底板位移、损伤裂隙以及承压水导升进行耦合云图叠加，得到了完整底板四带分布。为进一步验证该划分结果，采用底板钻孔直流电法实测了最大破坏深度，并通过1～3倍距视电阻率变化绝对值云图进行直观表征；采用定向钻探与常规二次钻探相结合的方式对奥灰承压水进行了原始及二次导升探测。研究表明：带压开采110工法底板四带划分合理，含水层结构完整性保持较好。与此同时，保水效果评价首先通过底板分层累积核密度估计从频次、能量的角度分别对微震事件分布位置和范围在不同层位进行圈定，明确了损伤范围及特征；之后，分析了工作面涌水量变化率，开展了涌水水源Fisher判别并绘制了矿井水Piper三线图，得到了涌水量处于预期水平且水源中不存在奥灰水特征离子的结论。研究成果综合验证了带压开采110工法保水效果较好，实现了煤层开采和含水层结构保护的动态平衡。

来源：2026年第4期

《煤炭学报》期刊编辑部

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