采后10 a垮裂巖體自修復特征的鉆孔探測研究
——以神東礦區萬利一礦為例

李全生，鞠金峰，曹志國，許家林，趙富強，王曉振

(1.煤炭開采水資源保護與利用國家重點實驗室，北京 100011; 2.國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011; 3.中國礦業大學 礦山互聯網應用技術國家地方聯合工程實驗室，江蘇 徐州 221008; 4.中國礦業大學 物聯網(感知礦山)研究中心，江蘇 徐州 221008;5.中國礦業大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116;6.中國礦業大學 礦業工程學院，江蘇 徐州 221116)

神東礦區位于西部干旱半干旱的毛烏素沙漠地區，生態環境脆弱，但煤炭資源十分豐富。近年來，隨著礦區煤炭開發強度的不斷加大，生態環境保護與高效采煤之間的矛盾日益凸顯;如何實現生態保護與資源開發的協調進行是礦區目前亟待解決的重大技術難題[1-2]。

礦區環境損傷與生態破壞源自采動覆巖的移動變形與垮落破裂、及其引起的地下水流失[1-4]，采動垮裂巖體的導水狀態(或其引起的失水程度)直接影響著區域生態環境受擾動程度，也決定了后期生態治理與修復的實施難度及其對策選擇。目前已有不少研究發現，采空區垮裂巖體在采后長時間的殘余沉降、壓實[5-6]以及水-氣-巖相互作用[7-9]等過程影響下，會發生導水能力逐步降低的“自修復”現象，部分裂隙會出現閉合、甚至消失，一些破碎巖塊還會發生自膠結成巖現象，由此促使覆巖導水裂隙范圍不斷減小、失水程度逐步降低、地下水位緩慢回升。可見，這種自修復現象對于促進礦區采動損傷環境的恢復意義重大(尤其是類似神東的生態脆弱礦區)。文獻[9]中提及的亭南煤礦204工作面的工程案例即是對上述自修復現象的最好驗證。該工作面曾在回采完畢(2012年)和采后5 a時(2017年)分別進行了覆巖導水裂隙發育的鉆孔工程探測，對比2者鉆孔沖洗液漏失量變化曲線發現(詳見第3節)，曾經處于裂隙發育范圍的破壞巖體，其引起的鉆孔沖洗液漏失量顯著降低(埋深210～390 m段);說明歷經5 a時間的演變，采動覆巖已發生明顯自修復。

“自修復”本是自然界萬物變遷的客觀規律，目前雖主要集中在自然生態、水土保持等領域研究[10-11]，但可以推斷，它在采煤破壞地層中也應普遍存在;研究揭示采后垮裂巖體在長時間演變過程中的自修復特性和規律，必然能對礦區生態恢復與環境治理實踐起到積極的指導作用。文獻[7-9,12]采用室內實驗手段對裂隙巖樣的自修復機理和過程開展了研究，然而對于現場垮裂巖體在采后多年實際呈現的自修復狀態或特征如何，缺乏專門研究。筆者以神東礦區萬利一礦為工程試驗點，選取單一煤層開采和近距離煤層重復開采這2種典型條件，在工作面采后10 a左右時間，開展了垮裂巖體自修復特性的鉆孔探測，以期為區域生態修復研究與實踐提供依據。

1 萬利一礦試驗區地質開采條件

1.1 試驗區概況

萬利一礦位于內蒙古鄂爾多斯市東勝區，屬典型的干旱半干旱礦區，生態環境脆弱。礦井設計生產能力10.0 Mt/a，主采3-1上煤、3-1煤和4-2煤，采用綜采一次采全高采煤工藝。本次研究試驗區位于該礦東翼已采的一盤區，如圖1所示。該盤區工作面自2007年陸續開采，至2012年回采完畢，距今已近10 a(各工作面回采時間詳見圖1中的標注)。受煤層賦存變異等因素的影響，一盤區全區主采煤層為4-2煤，而3-1煤僅為局部區域可采(僅1個工作面)。區內3-1煤采高平均5.0 m，4-2煤采高平均4.8 m，兩煤層間距約50 m。

1.2 鉆探試驗區選取

綜合考慮煤層開采地質賦存與地表布鉆施工條件，選取42104工作面ZK1717鉆孔附近作為單一煤層開采條件的鉆探試驗區，即T1鉆場;選取31101和42112工作面疊加區W4鉆孔附近作為近距離煤層重復開采條件的鉆探試驗區，即T2鉆場。相比T1鉆場所處的整個一盤區中部的相對壓實區，T2鉆場處于盤區邊界保護煤柱附近;考慮到盤區邊界采動覆巖破壞及裂隙發育程度相對充分，在T2鉆場專門設置2個探測鉆孔，T2-1，T2-2鉆孔距離31101工作面膠運巷分別25和35 m，如圖1所示。T1，T2兩個鉆探區域對應巖層賦存情況如圖2所示。

現場鉆探工作于2020年6月開展，即T1鉆場在4-2煤開采12 a后實施探測，T2鉆場在3-1煤開采9 a、4-2煤開采8 a后實施探測;歷時多年，根據已有研究推斷[6-9]，上覆垮裂巖體應已發生明顯自修復。

1.3 鉆探區采后導水裂隙初始發育情況

由于萬利一礦試驗區工作面回采當年未曾開展覆巖導水裂隙初始發育情況的探測，因而采用理論判別方法對2個鉆探區對應42104工作面單煤層開采和31101，42112工作面重復開采的導水裂隙帶高度進行了判斷。

選取目前較為可靠的“基于關鍵層位置的導水裂隙帶高度預計新方法”進行了判別，該方法的可靠性已得到多個工程實踐的驗證[3,13]。即，通過計算煤層上覆7～10倍采高之外是否存在關鍵層來判斷導水裂隙帶的發育高度;若存在，則“導高”為7～10倍采高范圍外第1層關鍵層底界面至煤層間的距離;若不存在，則“導高”將大于或等于基巖厚度。對于T1鉆探區，根據圖2所示的ZK1717鉆孔柱狀及其關鍵層位置，取10倍采高進行計算，該范圍之外僅存在1層關鍵層(主關鍵層)，所以工作面開采4-2煤引起的導水裂隙帶將發育至主關鍵層底界面，對應“導高”66.9 m;對于T2鉆探區，類似地，根據W4鉆孔柱狀，可判斷首先開采3-1煤時其導水裂隙即已發育至基巖頂界面(即松散層中)，而后再開采4-2煤導水裂隙發育高度將保持不變，對應“導高”168.1 m。

2 鉆孔探測結果與分析

鉆孔施工過程中，對沖洗液漏失量和孔內水位進行監測和記錄，終孔后利用鉆孔電視對孔內圍巖進行攝像測量，以直觀反映其破壞狀態。

2.1 T1鉆場——單一煤層采動覆巖探測

T1鉆孔鉆進過程中的沖洗液漏失量及孔內水位變化曲線如圖3所示。在初始鉆進的13 m范圍內，孔口一直能正常返漿，對應沖洗液漏失量普遍低于0.15 L/(m·s)，而后至孔深15 m左右時，開始出現孔口不返漿現象，沖洗液漏失量升高至0.55 L/(m·s)，孔內水位也開始出現緩慢下降;說明這一位置開始發育有采動導水裂隙，這與前述的理論判別結果基本相符。后續鉆進直至孔深58 m范圍，沖洗液漏失量始終保持在0.3～0.7 L/(m·s)，孔內水位變化也不明顯，基本維持在孔口以下6～10 m。直至鉆進至孔深59 m位置，沖洗液漏失量開始快速增高，在孔深60.3 m位置達到3.42 L/(m·s)的峰值，但孔內水位并未即刻出現下降;當繼續鉆進至孔深63 m后，沖洗液漏失量有所回落，基本穩定在1.0～1.5 L/(m·s)直至鉆進終孔深度82.2 m，在此期間孔內水位則持續快速下降，終孔時水位處于孔口以下69.7 m(即距4-2煤底板12.5 m，水位并未降至孔底)。

鉆孔施工完畢后，采用鉆孔電視進行了探測，部分位置的拍攝截圖如圖3所示。由圖3可知，雖然在鉆孔不同深度均觀測得到了孔壁明顯的裂隙發育痕跡，但其引起的沖洗液漏失量及孔內水位變化并不顯著，尤其是在孔深15～58 m;由此反映出采動垮裂巖體較弱的水滲流能力，其裂隙通道應已發生一定程度的封堵或彌合。而從鉆孔施工完畢后孔內積水水位的變化情況也能佐證這一點。鉆孔電視觀測顯示，施工完畢后孔內水位降低緩慢，孔內積水在3 d后才完全漏干。這顯然與垮裂巖體在采后長時間內的自修復過程有關，具體將在下文詳細討論。

綜合鉆孔沖洗液漏失量、孔內水位變化曲線以及鉆孔電視觀測結果，可判斷該區域42104工作面單一煤層開采引起的覆巖導水裂隙應發育至孔深15 m左右位置，對應“導高”即為理論判別的67 m;根據鉆孔電視在孔深65 m左右拍攝得到的孔壁顯著破壞和裂隙發育情況、以及在該位置出現的水位突降現象，可判斷該位置應為垮落帶頂界面，對應垮落帶高度約為17 m，如圖3所示。而在孔深60.3 m位置出現的沖洗液漏失量峰值，則應是由于覆巖導水裂隙帶向垮落帶過渡引起。

2.2 T2鉆場——多煤層重復采動覆巖探測

T2鉆場2個鉆孔的探測結果如圖4所示，2個鉆孔的探測結果分述如下。

2.2.1T2-1鉆孔

如圖4(a)所示，在初始鉆進的45 m左右范圍內，沖洗液漏失量普遍偏低，僅在孔深8和21 m位置出現短暫的漏失量峰值(2.53 L/(m·s)左右)，期間孔內水位基本處于孔口以下6 m。直至孔深46 m位置，沖洗液漏失量快速增大，并一直持續至孔深59 m，對應漏失量峰值3.48 L/(m·s)，但孔內水位降幅并不顯著。后續鉆進過程沖洗液漏失量出現降低，在孔深66～93 m，其值僅為0.09～0.18 L/(m·s)，孔內水位則持續緩慢降低。當鉆進至孔深93.4 m時，沖洗液漏失量顯著增大，并持續至孔深106 m，對應漏失量峰值4.4 L/(m·s)，期間孔內水位曾在孔深102.9 m處降至孔底。后續鉆進過程中，在孔深110～150 m，沖洗液漏失量普遍不高，孔內水位也未見明顯降低;直至鉆進至孔深152 m，沖洗液漏失量及水位降幅均明顯增大，并一直持續至終孔170.3 m;期間漏失量峰值4.4 L/(m·s)，終孔后的孔內水位為孔口以下149 m(即距孔底21.3 m)。

通過鉆孔電視觀測，拍攝得到了不同孔深位置對應孔壁圍巖的破壞情況。在孔深118 m左右位置拍攝得到了孔壁破碎煤體(圖4(a))，根據圖2(b)所示的W4鉆孔柱狀推斷，該位置應為當年3-1煤31101工作面開采時遺留的底煤。同時，根據拍攝得到的孔壁顯著破壞位置，并結合沖洗液漏失量和孔內水位變化曲線，可判斷兩煤層開采引起的垮落帶范圍分別為孔深99～118 m和孔深152～170 m，如圖4所示。

圖4 T2鉆場兩鉆孔探測結果(采后8～9 a探測)Fig.4 Detection results of boreholes No.T2-1 and No.T2-2 (tested 8 to 9 years after coal mining)

2.2.2T2-2鉆孔

相比而言，T2-2鉆孔鉆進過程的沖洗液漏失量和孔內水位變化曲線與T2-1鉆孔有所不同，尤其體現在初始鉆進的45 m孔深范圍內，如圖4(a)所示。

從T2-2鉆孔開始鉆進，即出現孔口不返漿現象，沖洗液漏失量相比T2-1鉆孔也要偏大;一直持續至孔深53.3 m，期間沖洗液漏失量峰值4.47 L/(m·s)，孔內水位持續下降至孔口以下43 m。在孔深54～94 m鉆進范圍，沖洗液漏失量普遍較低，僅在孔深78.5 m位置出現4.12 L/(m·s)的漏失量峰值，期間水位變化也不明顯。而后與T2-1鉆孔類似，在孔深94～103 m，沖洗液漏失量顯著增大，峰值為4.43 L/(m·s)，孔內水位則略有降低。繼續向下鉆進至104～130 m時，沖洗液漏失量又衰減至較低水平，孔內水位變化也不明顯;此后直至終孔，沖洗液漏失量逐步由1.80 L/(m·s)增大至4.26 L/(m·s)的峰值，孔內水位也由孔口以下32.1 m降低為孔口以下155.4 m。

而鉆孔電視的觀測除了揭露了孔壁顯著破壞的采動垮落帶范圍(與T2-1鉆孔揭露的基本相同)，還得到了淺部45 m孔深范圍鉆進沖洗液漏失量相對T2-1孔明顯偏大的原因，如圖4(c)所示。由截圖可知，在抓取的孔深23，24，32 m幾個典型位置，2個鉆孔揭露的孔壁圍巖狀況截然不同，T2-2鉆孔孔壁破壞顯著，“空洞”、裂隙等采動破壞痕跡發育明顯[3]，這顯然是由兩鉆孔位置對應的覆巖破斷結構差異性造成的，具體將在第3節詳細討論。

2.2.3兩孔探測的垮裂高度

綜合T2鉆場2個鉆孔的探測結果，可判斷該區域3-1煤和4-2煤重復開采后的覆巖導水裂隙已發育至地表，對應導水裂隙帶高度約為170 m，這與前述理論判別結果也基本相同;兩煤層開采引起的垮落帶高度分別為孔深21和18 m(T2-2孔揭露的3-1煤開采垮落帶范圍稍大些，孔深97～118 m);3-1煤覆巖垮落帶高度相對偏大，這可能與4-2煤開采對3-1煤采動覆巖的二次擾動有關。

值得說明的是，與T1鉆孔類似，在T2鉆場2個鉆孔內均拍攝得到了孔壁明顯的裂隙發育等破壞痕跡，但其引起的沖洗液漏失量及孔內水位變化并不顯著，尤其是在孔深54～94，104～130 m等范圍;同時，2個鉆場的鉆進沖洗液漏失量絕對值也有所不同，T2鉆場2個鉆孔的漏失量值相對偏高些。這些差異顯然與2個區域煤層采后持續的自修復累積時間密切相關。

3 采后10 a垮裂巖體的自修復特征討論

自萬利一礦一盤區煤層開采完畢，距現場鉆探實施已有10 a左右時間，從前述第2節的觀測結果可以看出，無論是位于盤區中部的T1鉆孔探測區，還是位于盤區邊界附近的T2-1，T2-2鉆孔探測區，上覆垮裂巖體均表現出明顯的自修復現象，且探測位置處于不同地質開采條件時，對應垮裂巖體的自修復效果(或程度)也有所差異;具體討論如下:

(1)鉆孔揭露覆巖導水裂隙時呈現的沖洗液漏失量水平整體偏低，體現出垮裂巖體較弱的水滲流能力及較好的自修復效果。沖洗液漏失量大小直接表征著鉆孔揭露巖體的裂隙通道發育程度，覆巖采動導水裂隙的發育將引起鉆孔沖洗液漏失量的顯著增大。根據神東或周邊類似礦區導水裂隙的鉆探經驗[14-18]，鉆孔揭露導水裂隙區引起的沖洗液漏失量絕對值普遍會超過5～6 L/(m·s)，且峰值甚至能達到10～-30 L/(m·s)。因此，由圖2所示的導水裂隙帶高度判別結果推斷，T1和T2區域分別在鉆進深度12 m左右以及地表附近就會因揭露導水裂隙而表現出較大的沖洗液漏失現象，然而事實卻與此相反。T1鉆孔雖在鉆深15 m位置出現不返漿現象，但其漏失量卻保持低于1 L/(m·s)的水平，且在后續鉆進中出現的峰值也僅為3.48 L/(m·s);而T2鉆場2個鉆孔也與其類似，雖然出現沖洗液漏失量峰值的區域相對多些，但其峰值也僅為4.46 L/(m·s)，其他鉆進階段漏失量也普遍低于1 L/(m·s)。由此可見，原先在覆巖中受采動影響而發育的裂隙/空隙等導水通道，在歷經多年的自修復作用后，已發生一定程度的封堵或閉合，從而使得鉆孔沖洗液漏失量值出現明顯降低。雖然萬利一礦試驗探測區在煤層開采當年未曾實施覆巖垮裂狀況的鉆探工作，導致本次鉆探的沖洗液漏失量曲線無法像亭南煤礦案例那樣進行不同時期的縱向對比，但其較低的漏失量已能一定程度證實這種自修復現象。

(2)遠離開采邊界的垮裂巖體，自修復效果相對更好。通過將T1鉆孔以及T2鉆場的2個鉆孔進行沖洗液漏失量變化曲線的對比發現，無論是漏失量的具體數值大小還是較大漏失量出現的區域范圍，T1鉆孔都是最小的，其次為T2-1鉆孔，最大為T2-2鉆孔;這顯然是由鉆孔探測的不同區域覆巖的垮裂狀態差異引起的。根據采動巖層破斷運移及裂隙發育的一般規律[3,19]，處于開采邊界附近的巖層，由于其僅經歷1次單向破斷回轉運動，破斷塊體回轉角始終存在，因而產生的破斷裂隙也始終處于張開狀態;而對于采區中部巖層，其破斷將經歷雙向回轉運動，相鄰塊體間已無回轉角差異，因而破斷裂隙表現為閉合狀態。因此，相比而言，采區邊界附近的采動裂隙發育密度更高、通道尺寸更大，其所能獲得的自修復效果自然偏低。也就是說，遠離開采邊界的垮裂巖體，自修復效果相對更好。

進一步地，可用圖5所示的物理模擬實驗結果圖對上述差異作更直觀的解釋。參照試驗區地質開采條件，并對巖層賦存作一定簡化，構建相似材料模擬模型。上下煤層開采完畢后，覆巖垮裂形態如圖5所示。若將現場施工的3個探測鉆孔的位置類比投放到該模擬圖上，則A孔位置相當于T1鉆孔，B，C孔位置相當于T2-1和T2-2鉆孔。受不同層位巖層破斷步距以及巖層破斷角的影響，開采邊界附近采動覆巖的裂隙顯著發育區呈現下窄上寬的類似“斜梯形”狀分布(圖5中的陰影區)[19]。處于上述區域之外的垮裂巖體，受充分采動的壓實作用，裂隙/空隙等導水通道趨于閉合，發育程度相對偏低。正因為覆巖垮裂在采后初始發育形成時就存在這種導水通道分布的差異，才造成多年后不同區域鉆孔探測結果的不同。所以，遠離開采邊界、靠近中部壓實區的垮裂巖體，采后初始發育的導水通道本身偏小，裂隙自修復效果更好。而對于開采邊界附近的B，C孔，受裂隙顯著發育區這種斜向上擴展分布特征的影響，鉆孔淺部區域揭露的導水通道更為發育，且距離邊界越近，揭露顯著發育裂隙的范圍越大，裂隙自修復效果相應變差。這就合理解釋了T2-1和T2-2鉆孔在初始鉆進45 m范圍內出現的沖洗液漏失差異。

圖5 試驗區采動覆巖垮裂形態的模擬結果Fig.5 Simulation results of the mining-damaged form in the overlying strata of the test area

由此可見，在實際實施采動巖體人工修復的生態治理等措施時，應重點對開采邊界附近難以發生自修復的垮裂巖體進行干預修復，以提高工程治理效率及實施效果。

(3)處于垮落帶中下部和導水裂隙帶中上部的垮裂巖體，自修復效果相對更好;垮落帶向導水裂隙帶過渡的交界區域，自修復效果相對偏差。從3個探測鉆孔在進入垮落帶前后的沖洗液漏失量及孔內水位變化可以看出，垮落帶中下部破碎巖體滲透性明顯低于垮落帶上部及其向導水裂隙帶過渡的交界區域。T1鉆孔進入4-2煤垮落帶前出現沖洗液漏失量峰值，而進入垮落帶后漏失量明顯降低，且當鉆進終孔至煤層底板時，距孔底12.5 m的水位在歷時3 d后才緩慢消失。類似地，T2-1和T2-2鉆孔在進入3-1煤垮落帶過程中除了有沖洗液漏失量衰減的同樣現象外，在鉆進至3-1煤底煤位置附近時，距孔底50.1 m(T2-1孔)和33 m(T2-2孔)的水位在暫停施工12 h后也未見明顯降低。鉆孔電視照片雖顯示垮落帶孔壁巖體明顯破壞痕跡，但巖塊間裂隙/空隙等通道受封堵、彌合的現象也很顯著，如圖3，4(b)所示。由此可見，上部規則垮落帶巖體的自修復效果反而低于中下部的不規則垮落帶，推斷這可能與不同位置巖層的破碎塊度及其巖性有關。巖層破碎塊度越小、所含泥質礦物占比越多，巖塊的受壓實程度越好、自由空隙越易被水解泥化物、化學衍生物等充填[9]，從而其自修復效果越好。圖2所示的柱狀也說明了這一點。T1探測區對應ZK1717鉆孔位置，4-2開采煤層垮落帶范圍均為砂巖賦存，且上部巖層厚、下部巖層薄，T2探測區W4鉆孔位置3-1開采煤層垮落帶巖層賦存與此類似，且其下部還賦存有薄層泥巖，由此才造成了垮落帶中下部的低滲現象。而對于W4鉆孔4-2開采煤層的垮落帶，由于其巖層賦存恰與上述相反，所以未出現類似的低滲現象。

對于導水裂隙帶，除了它與垮落帶交界處的過渡區，其他區域巖體的裂隙發育相對規則、分布密度相對稀疏(主要是巖層周期性破斷產生的張拉裂隙)，且豎向上所處層位越高、橫向上越靠近采區中部，受采煤擾動程度越低、裂隙通道尺寸越小，因而能達到相對較好的自修復效果。如，T1鉆孔由探測的導水裂隙帶頂界面(孔深15 m)直至孔深60 m之間范圍，以及T2-1鉆孔由孔口直至孔深93 m、由3-1煤底板(孔深118 m)直至孔深150 m范圍，均表現出較低的沖洗液漏失量以及較穩定的水位變化曲線。

(4)煤層埋深越大、采后歷時年限越長，垮裂巖體自修復效果越好。反觀亭南煤礦204工作面的工程案例(圖6)[9]，工作面采高6 m，同樣屬于大采高開采條件;盡管其探測鉆孔也布置于工作面和整個采區的邊界附近(距邊界35 m)，但在歷時5 a左右時間后，卻獲得了相比萬利一礦T2鉆場探測覆巖更好的自修復效果;在原先導水裂隙發育的210～390 m埋深段，沖洗液漏失量普遍小于0.3 L/(m·s)，也未出現因開采邊界附近覆巖顯著裂隙發育區而引起的較大漏失現象。這種差異與204工作面明顯偏大的埋深密切相關(埋深增大約400 m)。顯然，埋深越大，垮裂巖體在采后受到的采動應力壓實作用越強，處于其中的裂隙/空隙通道自然更易實現閉合、修復;尤其是在開采邊界附近，較大的埋深和采動支承壓力會迫使開采邊界外側的超前煤巖體發生大范圍塑性壓縮，從而使得邊界破斷巖層發生反向回轉，促使張拉裂隙開度減小或趨于閉合[20](圖7)。這勢必能促進裂隙的自修復進程、提高自修復效果。

圖6 亭南煤礦204工作面采動覆巖鉆探案例[9]Fig.6 A case of borehole detection in the mining-damaged overlying strata of 204 working face,Tingnan Coal Mine[9]

圖7 超前煤巖體壓縮引起張拉裂隙開度減小示意Fig.7 Aperture decrease of the opening fracture due to the failure and compression of anterior rock mass

當然，巖性的軟硬差異也會對裂隙的自修復進程產生影響，軟巖在采動應力作用下更易發生塑性變形而“壓密”裂隙。對比亭南煤礦[18]與萬利一礦探測區的覆巖柱狀，兩者均主要以砂巖、泥巖等巖性賦存，但亭南礦覆巖還存在多層厚度偏大的礫巖層(埋深270～415 m)，礫石顆粒達2～5 mm;顯然，松散礫石的存在會顯著增加巖層孔隙度，從而大大提高其自修復難度。但即便在這種條件下，其自修復效果仍優于萬利一礦。由此更證實了大埋深條件對于確保自修復效果的優勢。

同樣，采后歷時年限越長，垮裂巖體受采動應力的壓實作用越充分，裂隙/空隙通道受水解泥化物或化學衍生物充填封堵的程度越高，最終的自修復效果越好。萬利一礦鉆孔探測結果顯示，歷經時間多出3～4 a，T1鉆場區域垮裂覆巖的自修復效果明顯好于T2鉆場;同時，T2鉆場區域3-1煤早于4-2煤1 a時間開采，其垮裂覆巖的自修復效果相比煤層間的巖層也要好些。

(5)下煤層重復開采的擾動作用，會一定程度影響上煤層垮裂巖體的自修復效果。受下煤層重復開采擾動的影響，上煤層上覆已垮裂巖體會發生二次活化運動;在此過程中，垮落巖塊會重新堆積，導水裂隙帶巖層會再次破斷回轉，這一方面會改變垮裂巖體中裂隙/空隙的分布特征及其通道尺寸，另一方面還會對其中已形成的自修復進程產生破壞，從而影響到垮裂巖體最終的自修復效果;這種影響既可能有正面的也可能有負面的。也就是說，下煤層開采后上煤層垮裂覆巖最終所能達到的自修復狀態有可能會比單獨只開采上煤層后的效果要好，也有可能會變差。當下煤層重復開采的擾動作用使得上煤層垮落巖塊堆積更密實、使得邊界張拉裂隙的開度更小，那么這種擾動將能促進上煤層垮裂巖體的自修復進程，取得較好的自修復效果;反之則可能產生阻滯作用。而若上下煤層的采煤間隔時間較長，在下煤層實施回采前，上煤層垮裂巖體已產生一定的自修復，那么下煤層的重復采動必然會對上煤層已有自修復產生破壞，最終影響覆巖整體的自修復進程。

當然，本文T2鉆場的重復采動探測區上下煤層開采間隔時間僅1 a左右，并未出現上述重復采動對已修復巖層擾動的不利現象。可見，在實際實施多煤層開采的接替規劃時，為了利于采動垮裂巖體的自修復，應盡量縮短上下煤層回采的時間間隔。

(6)由探測結果可見，受采動垮裂巖體長時間自修復過程的影響，在采煤當年發育形成的導水裂隙帶范圍內，已有較大范圍垮裂巖體呈現出弱導水性，這無疑能對減輕地下水流失、促進區域生態恢復產生積極作用。利用上述自修復規律，能很好指導礦區生態治理與修復措施的制定與實施，因地制宜對自修復緩慢或困難區域重點進行治理，勢必能取得事半功倍的效果。

4 結 論

(1)萬利一礦一盤區煤層開采結束已近10 a，推測上覆采動垮裂巖體應已發生一定程度的自修復;選取該盤區4-2煤單一煤層開采以及3-1煤、4-2煤重復開采這2種典型條件，采用鉆孔原位探測方法開展了鉆進沖洗液漏失量、孔內水位、以及孔壁圍巖窺視等實測工作，揭示了盤區中部及邊界附近垮裂覆巖的自修復特征。

(2)受采后多年垮裂巖體逐步自修復演變的影響，無論是盤區中部還是邊界附近探測鉆孔，鉆進揭露垮裂巖體表現出的沖洗液漏失量較采后即刻探測時的常規漏失程度明顯偏低，垮裂巖體呈現的導水滲透能力顯著下降;甚至在垮落帶中，孔內仍可見能維持數日的水位。

(3)討論了煤層開采地質條件、采后歷時年限、采動巖體初始垮裂程度等關鍵因素對垮裂巖體自修復程度(或效果)的影響規律。煤層埋深越大、采后年限越長，越有利于垮裂巖體的自修復;但多煤層的重復采動會二次活化上部已采煤層垮裂巖體，從而可能改變裂隙發育及碎巖堆積狀態，也可能破壞上煤層垮裂巖體的已有自修復進程，最終影響覆巖整體的自修復效果。采動巖體裂隙初始發育的宏觀尺寸及其分布密度越低、垮落碎巖的塊度越小，自修復效果越好。因而，處于采區邊界附近的破斷張開裂隙相比中部壓實區的閉合裂隙其自修復難度更大，是采后人為干預修復的重點區域。

(4)采動垮裂巖體的自修復雖是自然演變的客觀規律，但受地質、開采等條件影響其結果必然變化不一;萬利一礦采后10 a垮裂巖體的自修復特征僅是其中的1個案例，后續仍有待對其他條件開展更為廣泛的研究。

致謝感謝神華包頭能源有限責任公司萬利一礦智國軍、朱濤、劉潤、楊瑞剛等領導和技術人員在現場實測工作中提供的幫助與支持。