。1246 北京科技大学学报 第32卷 3000X380×J3.53×10≈677m 厚度m 柱状 岩石名称 根据式(2计算渗流量Q 砂岩 5.84 3煤层 16.00-60.64 Q-xk-≈a14X3.53X107× 砂岩、泥岩粉砂岩 33.78 2.56 五灰 20.00-49.05 砂岩、粉砂岩 06X10≈0.2i.s 34.55 泥岩夹煤 3.39 4.26 四灰 10.30 砂岩、泥岩夹煤 按照修正公式(7)计算柱上部顶端齐平出的浸 3.29 12.85 砂岩、泥岩 润线半径！ 7.72 112573.73 泥岩 ≈821m 28.78 贵点e江r Q 奥灰 由上述计算可得渗透区域： 图3五阳矿岩层柱状简图 Ls=-R=821-228=59.3m F 3 Rock cokmn in Wuyang CoalMne 突水判据1++1=2.5+28+59.3= R=20X 3.94-(2+1.94)×sB5× 64.61=70四工作面可以开采. 3+si郎5 126的w格≈2.8四 5结论 3」 (1)根据渗水井等相关理论，分析建立了预测 陷落柱周边塑性破坏区范围： 和防止陷落柱突水的物理模型，将陷落柱与工作面 l=R-5=228-20=2.8m 可能产生的突水危险区域划分为三部分，即陷落柱 (3工作面底部破坏区计算. 周边围岩塑性破坏区、采场前方塑性破坏区与陷落 取W=9.93MPaM=6.8mōy=63.25MPa 柱周边渗透区域， =0.69=35,则工作面底部破坏区L=25四 (2)根据建立的陷落柱突水模型，推导出了预 (4浸润线半径计算. 测陷落柱突水的理论判据，得出导水陷落柱对工作 己知陷落柱下部奥灰岩含水层厚度=600四 面开采形成突水危险的条件为+十十≥L判 陷落柱水头压力Rw=3MP?虚拟渗水井水位高度 据准则如下： =980四选择陷落柱周边的岩层进行渗透系数的 计算，岩层总厚度m=13803m各岩层的渗透系数 1= 2 ,-)千器 如表1所示. 2+m-(2+ms。 表1五阳煤矿7601采区项底板岩层渗透系数 = 3+s9 Tab le1 Hydraulic conduc tivity of roof and fkor sta in the P霸 7601 working field ofWuyang Con lMine R 岩性 渗透系数(m广) 渗透系数/(m~) 泥岩 Q01 1.16X10-7 1=日 -R Q 粉砂岩 0132 153X10-6 4+L+≥L K灰岩 00056 648X10-8 砂岩 00686 7.94x10-7 添 考文献 I I]Du Y Fud Mechanics Beijing China Petrochemical Pess 按照式(5)计算渗透系数k 2008240 ∑m (杜扬，流体力学.北京：中国石化出版社，2008240) k= m=3.53X107m. 【习Bear JH阳aulics ofGoundvater Trashed by Xu JM Bei jng Geopgcal Pub lishing Hause 1985 231 水位降深S=980一600=380？用经验公式(3)计 (BerJ地下水水力学.许涓铭，译.北京：地质出版社， 算渗透影响半径： 1985231) 【3犭Wu JC Xue YQ Groundwater Dynam ics Beijing Chnaw ater R=3000S= Power Press 2009 21北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 3 五阳矿岩层柱状简图 Fig.3 RockcolumninWuyangCoalMine R0 =20 × 3.94 -( 2 +1.94) ×sin35 3 +sin35 × 12.65 3 3.94-3.94 ×sin35 2 ×( 1.94 +3.94 ×sin35) ≈22.8m. 陷落柱周边塑性破坏区范围: L2 =R0 -r0 =22.8 -20 =2.8 m. ( 3)工作面底部破坏区计算. 取 N0 =9.93 MPa, M=6.8 m, σy =63.25 MPa, f=0.6, φ=35°, 则工作面底部破坏区 L1 =2.5 m. ( 4)浸润线半径计算 . 已知陷落柱下部奥灰岩含水层厚度 H=600 m, 陷落柱水头压力 PW =3 MPa, 虚拟渗水井水位高度 h′=980m.选择陷落柱周边的岩层进行渗透系数的 计算, 岩层总厚度 mt =138.03 m, 各岩层的渗透系数 如表 1所示. 表 1 五阳煤矿 7601采区顶底板岩层渗透系数 Table1 Hydraulicconductivityofroofandfloorstratainthe 7601 workingfieldofWuyangCoalMine 岩性 渗透系数 /( m·d-1 ) 渗透系数 /( m·s-1 ) 泥岩 0.01 1.16×10 -7 粉砂岩 0.132 1.53×10 -6 K5灰岩 0.005 6 6.48×10 -8 砂岩 0.068 6 7.94×10 -7 按照式 ( 5)计算渗透系数 kp: kp = ∑ i 1 miki mt =3.53 ×10 -7 m·s -1 . 水位降深 S=980 -600 =380 m, 用经验公式 ( 3)计 算渗透影响半径: R=3 000S kp = 3 000 ×380 × 3.53 ×10 -7≈677 m. 根据式 ( 2)计算渗流量 Q: Q=πk h′ 2 -h 2 ln R r0 ≈3.14 ×3.53 ×10 -7 × 0.6 ×10 6 3.39 ≈0.2m 3 ·s -1. 按照修正公式 ( 7)计算柱上部顶端齐平出的浸 润线半径 r: r= h h′ · ki kp r0exp πkp( h′ 2 -h 2 ) Q ≈82.1 m. 由上述计算可得渗透区域 : LS =r-R0 =82.1 -22.8 =59.3 m. 突水判据 L1 +L2 +L3 =2.5 +2.8 +59.3 = 64.6 <L=70 m.工作面可以开采. 5 结论 ( 1)根据渗水井等相关理论, 分析建立了预测 和防止陷落柱突水的物理模型, 将陷落柱与工作面 可能产生的突水危险区域划分为三部分, 即陷落柱 周边围岩塑性破坏区、采场前方塑性破坏区与陷落 柱周边渗透区域 . ( 2)根据建立的陷落柱突水模型, 推导出了预 测陷落柱突水的理论判据, 得出导水陷落柱对工作 面开采形成突水危险的条件为 L1 +L2 +L3 ≥L.判 据准则如下 : L1 = M 2f ( lnσy -lnN0 ) 1 -sinφ 1 +sinφ L2 =r0 2 +m-( 2 +m) sinφ 3 +sinφ · P PW 2+m-( 2+m) sinφ 2[ 1-m+( 3+m) sinφ] -1 L3 = h h′ · kj kP · r0 · exp πkP(h′ 2 -h 2 ) Q -R0 L1 +L2 +L3 ≥ L 参 考 文 献 [ 1] DuY.FluidMechanics.Beijing:ChinaPetrochemicalPress, 2008:240 (杜扬, 流体力学.北京:中国石化出版社 , 2008:240) [ 2] BearJ.HydraulicsofGroundwater.TranslatedbyXuJM.Bei￾jing:GeologicalPublishingHouse, 1985:231 (BearJ.地下水水力学.许涓铭, 译.北京:地质出版社, 1985:231 ) [ 3] WuJC, XueYQ.GroundwaterDynamics.Beijing:ChinaWater PowerPress, 2009:21 · 1246·