黃河流域陜北煤炭開采區厚砂巖對覆巖采動裂隙發育的影響及采煤保水建議

王雙明，魏江波，宋世杰，王生全，孫 濤

(1.陜西省煤炭綠色開發地質保障重點實驗室，陜西 西安 710054；2.西安科技大學 地質與環境學院，陜西 西安 710054；3.西安科技大學 煤炭綠色開采地質研究院，陜西 西安 710054)

受我國“缺油、少氣、相對富煤”能源資源稟賦的制約，煤炭資源在能源生產和消費結構中的主體地位短期內難以發生改變，其作為我國基礎能源，是我國能源安全的戰略保障[1]。黃河流域是我國重要的生態屏障密集區，也是主要的能源富集區[2]。特別是黃河流域中游，分布著陜北、黃隴、神東、寧東、晉北和晉中6 個國家級大型煤炭基地，是我國目前主要的煤炭資源生產區和輸出地[3]。其中，陜北煤礦區因其煤炭儲量豐富、煤質優良、地質構造簡單和開采條件優越而備受關注，在黃河中游煤炭生產區占有重要地位[4]。陜北煤炭開采區干旱缺水、生態環境脆弱、水土流失嚴重、抗擾動能力差[5]，區域生態環境保護和高質量發展的關鍵是水資源保護，尤其是保護淺層地下水。然而，大規模的煤炭開發造成地面塌陷、地裂縫、地下水位下降和地表水干涸，進一步加劇了水資源短缺[6]。因此，如何解決煤炭開采過程中水資源保護問題已成為陜北煤礦區乃至黃河中游生態環境保護和高質量發展的研究熱點。

煤炭資源開采所導致的覆巖采動裂隙是破壞地下關鍵含水層和影響地表生態環境的關鍵因素[7]。覆巖采動裂隙的發育規律及影響因素研究逐漸成為煤炭開采領域的重點內容，尤其導水裂隙帶發育高度(簡稱導高)的預測，一直受國內外學者的高度關注。此前，國內普遍采用《建筑、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》(簡稱“三下”規程)中基于采高和覆巖強度兩參量的經驗公式預測煤層采后導水裂隙帶發育高度，但大量開采實踐證明，它已不適用于黃河中游現代化煤炭基地超寬大采高礦區[8]。為此，許多學者逐漸從不同角度采用不同方法進行覆巖裂隙發育規律研究[9-11]。婁高中等[12]統計分析了采高、采深、工作面傾向長度、煤層傾角等因素對覆巖采動裂隙發育高度的影響；趙兵朝等[13]研究提出覆巖采動裂隙的發育規律不僅與覆巖巖性有關，也與開采參數存在較大的關系；許家林等[14-15]基于關鍵層理論分析了不同關鍵層位置對覆巖采動裂隙發育高度的影響，并確定了關鍵層破斷裂隙貫通的臨界高度與采高的關系；曹祖寶等[16]采用數值模擬方法分析了不同概化覆巖組合結構對覆巖采動裂隙的影響；鞠金峰等[17]認為淺埋煤層相比較深埋煤層，采動裂隙發育高度的波動程度更為明顯，且單純地采用“采高倍數”進行導高預計是不合適的；王曉振等[18]認為覆巖采動裂隙發育高度同時受關鍵層結構和采高的影響，且在關鍵層結構的控制作用下，采動裂隙發育高度隨采高呈臺階式突變特征；李江華等[19]采用鉆孔實測方法對比分析了不同覆巖強度類型對采動裂隙發育特征和規律的影響。

由此可見，相較于覆巖沉積關鍵特征的地質因素，前人對于覆巖采動裂隙發育規律的相關研究主要集中于工作面尺寸、采高和開采速度等采礦因素，而對地質因素方面的研究較少[20-22]。然而，陜北煤炭開采區主采煤層上覆巖層結構具有鮮明的特征，在沉積有序的巖層結構中普遍存在厚砂巖。因此，筆者在分析研究區主采煤層上覆巖層基本地質條件特征和厚砂巖發育特征及分布規律的基礎上，以陜西榆神礦區曹家灘煤礦典型覆巖關鍵沉積特征為地質原型，采用FLAC3D數值方法模擬分析厚砂巖厚度和位置分別對覆巖采動裂隙發育規律的影響，以期為陜北煤礦區采動減損和生態保護提供依據。

1 研究區地質條件特征及規律

根據《生態脆弱區煤炭開發與生態水位保護》[23]研究可知，可控保水區作為陜北生態脆弱區保水采煤的典型代表(圖1)，保水開采關鍵科學問題突出，可較好地反映陜北生態脆弱區煤炭開采賦存地質環境狀況。因此，本文以可控保水開采區為區域研究對象，詳細闡述該區域主采煤層賦存地質條件特征及空間展布規律。研究區位于鄂爾多斯盆地北部，覆蓋榆神和神府兩大礦區，由北部黃土丘陵和南部風積沙地貌組成。區內年降水量小于500 mm，屬于典型的荒漠-半荒漠生態系統。

圖1 研究區范圍Fig.1 Scope of study area

研究區地層由老至新依次為：侏羅系中統延安組(J2y)、直羅組(J2z)和安定組(J2a)、新近系保德組(N2b)、第四系中更新統離石組(Q2l)、上更新統薩拉烏蘇組(Q3s)、馬蘭組(Q3m)和地表風積沙()[23]。區內主要含煤地層為侏羅系延安組，含可采煤層3～7 層。目前區內主采煤層為2-2煤層，埋深60～360 m，自東北向西南逐漸增大(圖2a)，厚度3.0～10.0 m，平均6.5 m，南北兩端厚度較大(圖2b)[24]；2-2煤層上覆基巖以粉砂巖和細砂巖為主，局部夾有中砂巖、粗砂巖和泥巖，基巖總厚度50～320 m，平均220 m，自西向東逐漸減小，松散層厚度50～150 m，平均80 m，巖土比基本處于1～5，自東向西逐漸增大(圖2c)；2-2煤層上覆基巖中砂巖層數5～25 層，自東向西逐漸增多(圖2d)，各砂巖層薄厚不一，平均12 m[23]。區內關鍵含水層為上更新統薩拉烏蘇組砂層孔隙潛水含水層，一般水位埋深小于3 m，其底部為富水性差的離石組黃土層和保德組紅土層，總厚度20～180 m，平均厚度100 m，是區內主要的相對隔水層[25]。

圖2 研究區地質條件分布規律Fig.2 Distribution law of geological conditions in the study area

通過大量鉆孔數據顯示(表1)，研究區主采煤層上覆基巖中普遍存在一層特征典型的巖層，其厚度明顯大于其他巖層，巖性主要為砂巖(鉆孔數量占比52%)和粉砂巖(鉆孔數量占比48%)；厚度10～40 m，平均25 m，距離煤層平均76 m，主要屬于侏羅系直羅組地層，部分屬延安組地層；其中，厚度大于或等于30 m 的厚砂巖主要分布于西南部的曹家灘、金雞灘、榆樹灣和小保當煤礦一帶，其距煤層距離主要為10～110 m，平均80 m。為此，結合厚砂巖在覆巖損傷過程中的關鍵特性，本文重點研究厚度大于等于30 m 厚砂巖的厚度和位置對覆巖采動裂隙發育規律的影響。

表1 厚砂巖發育特征Table 1 Development characteristics of the thick sandstones

2 模型構建與試驗過程

2.1 研究對象選擇

根據研究區鉆孔揭露的地層巖性特征及地質條件分布規律，榆神礦區曹家灘煤礦主采煤層(2-2煤)埋深適宜，約350 m，地層結構完整，煤層上覆巖土層結構為研究區廣泛分布的“沙層-土層-風化層-基巖層”基本結構類型，具有代表性，占全區面積的65%[24]。同時，2-2煤層上覆基巖厚度50～320 m，平均220 m，其中存在厚度大于30 m 的厚砂巖，且基巖上部依次覆蓋平均厚度約90 m 的紅土層、20 m 的黃土層及20 m 的沙層，各地層巖性特征如圖3 所示。因此，本文選擇曹家灘煤礦為研究對象，采用有限差分法模擬分析厚砂巖厚度和距煤層間距分別對覆巖采動裂隙發育特征及規律的影響。

圖3 曹家灘井田地層柱狀圖Fig.3 Stratigraphic histogram of Caojiatan Coal Mine

2.2 模型構建

以曹家灘煤礦2-2煤層賦存條件為地質原型，在滿足研究主要目的的基礎上，按照“抓住關鍵、保留特色、合理簡化和逼近原型”的原則[26]，將數值模型中覆巖結構設計為“沙層-黃土層-紅土層-基巖層”。模型幾何尺寸設置為：長800 m，寬700 m，高376 m；2-2煤層厚6 m，埋深350 m；根據巖土比1.7，分別設置上覆基巖厚220 m、松散層厚130 m，其中，厚砂巖30 m，紅土層90 m，黃土層和沙層各20 m。

為方便建模和計算，建模過程中，將超薄巖層與相鄰特性一致的巖層進行合并簡化，在既定埋深水平的數值模型基礎上，以厚砂巖厚度和距煤層間距為變量，構建不同厚砂巖特征的數值模型。各模型左右兩側邊界沿x方向約束，前后兩側邊界沿y方向約束，底部設置為全約束邊界，頂部設置為自由邊界(圖4)。在設定模型邊界后，賦值表2 煤巖體物理力學參數，其中厚砂巖設置為占比較多的中砂巖特征參數，之后設置重力加速度，運行至初始平衡狀態，完成初始模型構建。

圖4 曹家灘煤礦數值模型Fig.4 Numerical model of Caojiatan Coal Mine

表2 數值模型中巖土層物理力學參數Table 2 Physical and mechanical parameters of rock and soil layers in the numerical model

2.3 試驗方案與過程

為研究厚砂巖位置(距煤層間距L)和厚度(H)分別對覆巖采動裂隙發育的影響，在以曹家灘煤礦2-2煤層賦存地質條件的基礎上，結合覆巖結構特征，分別構建厚砂巖不同厚度和距煤層間距的多組數值模型。為保證煤層所受覆巖荷載及巖層整體結構不變，各模擬結果具有可比性，僅改變厚砂巖的厚度和位置，且厚砂巖位置最大可能地處于相鄰巖層之間，因此設定計算方案見表3。

表3 不同特征的厚砂巖模型方案Table 3 Model scheme for the thick sandstones with different characteristics

在初始平衡模型基礎上進行煤層開挖模擬，工作面沿x方向自左向右逐步推進，切眼側及傾向兩側各預留寬200 m 煤柱，每步開挖煤層20 m，達充分采動狀態停止開采。在工作面推進過程中，獲取覆巖采動裂隙發育高度，對比并判斷覆巖采動裂隙是否貫穿厚砂巖，分析厚砂巖厚度和距煤層間距對采動裂隙發育特征和規律的影響。

3 結果分析

本次通過工作面走向中間剖面塑性區分布情況分析覆巖采動裂隙發育特征。以和實際地質條件基本一致的M3 模型為例，充分采動時，覆巖采動裂隙觸及厚砂巖并發育至其內部，形態呈“馬鞍形”特征，采空區兩端呈剪切破壞，中部呈拉張破壞，采動裂隙最大發育高度約125 m，裂采比為20.8，該結果與實測結果非常相近(表4)，驗證了模型的可靠性。

表4 實測覆巖采動裂隙發育高度Table 4 Measured development height of mining fissures in overburden

3.1 覆巖采動裂隙發育過程

通過覆巖塑性區發育情況分析覆巖采動裂隙發育特征和規律(圖5)。在厚砂巖厚度H=30 m，距煤層L=30 m 條件下，當工作面推進至80 m 時，切眼側正上方覆巖采動裂隙優先向上發育并觸及厚砂巖；隨著工作面的推進，受厚砂巖的短期阻擋作用，覆巖采動裂隙沿厚砂巖底部以橫向擴展發育為主，表現為“矩形”發育形態；當工作面推進至140 m 時，距切眼內側20 m正上方采動裂隙逐漸向上發育至厚砂巖內部，直至工作面推進至200 m 時，切眼側正上方采動裂隙向上發育并貫穿厚砂巖，工作面側上方采動裂隙發育至厚砂巖內部，而工作面中部采動裂隙仍未發育至厚砂巖內部，覆巖采動裂隙整體表現為切眼側發育高于其他位置的“L 形”發育特征，此時，地表亦產生采動地裂縫。之后，工作面推進過程中，采動裂隙橫向擴展的同時，垂向不斷向上發育，并逐漸發育為“馬鞍形”特征，且馬鞍形態亦逐漸增大。最終，工作面推進至420 m 時，達到充分采動狀態，覆巖采動裂隙形態仍為“馬鞍形”，最大發育高度為150 m，采空區兩端外側15°地表和采空區中部地表均發育大量地裂縫(圖5a)。因此，全采動過程中，覆巖采動裂隙發育形態表現為“矩形-L形-馬鞍形”動態變化過程。分析可知，在煤層開采過程中，巖層移動變形的不充分性，致使覆巖采動裂隙的發育過程產生階段性特征。因此，受厚砂巖的影響，采動裂隙在發育觸及厚砂巖前期及貫穿厚砂巖階段，分別表現出不同的采動裂隙發育形態特征。隨著厚砂巖厚度的增大，覆巖采動裂隙最終均貫穿厚砂巖，且采動裂隙各階段發育形態及演化過程基本一致，同時，分別達充分采動狀態和采動裂隙貫穿厚砂巖時的工作面推進距離均逐漸增大。

在厚砂巖厚度H=30 m，距煤層L=70 m 條件下，當工作面推進至160 m 時，切眼正上方采動裂隙明顯高于工作面上方，且優先發育并觸及厚砂巖，采動裂隙整體形態表現為“L 形”特征；之后，隨著工作面推進，受厚砂巖的阻擋作用，采動裂隙以橫向擴展發育為主；當工作面推進至240 m 時，切眼內側水平30～80 m 正上方覆巖采動裂隙逐漸向厚砂巖內部發育，且采動裂隙整體表現為“倒梯形”發育形態，同時，工作面兩端外側地表也產生采動裂縫；當工作面推進至300 m 時，采動裂隙優先在切眼內側向上發育并貫穿厚砂巖，并于其上橫向擴展裂隙導通，之后隨工作面的持續推進，直至最終的充分采動狀態，逐漸貫穿工作面側后上方厚砂巖，且采動裂隙形態逐漸變化為“馬鞍形”特征，且馬鞍形態逐漸增大，采動裂隙最大發育高度為150 m，同時，采空區內對應地表和采空區兩端外側地表均發育大量采動地表裂縫(圖5b)。因此，受厚砂巖和采動裂隙階段性發育的影響，在全采動過程中，覆巖采動裂隙發育形態表現為“L 形-倒梯形-馬鞍形”動態變化過程。隨著厚砂巖厚度的增大，覆巖采動裂隙發育形態變化過程基本一致，且采動裂隙貫穿厚砂巖時的工作面推進距離逐漸增大。然而，當厚砂巖厚度增大至60 m時，充分采動時采動裂隙未能貫穿厚砂巖(圖5e)。

圖5 覆巖破壞塑性區發育情況Fig.5 Development situation of destructive plastic zone of overburden

在厚砂巖厚度H＞30 m，距煤層L=115 m 條件下，當工作面推進至280 m 時，覆巖采動裂隙觸及厚砂巖，且形態表現為“馬鞍形”特征，同時，地表逐漸發育采動地裂縫；之后隨著工作面的推進，受厚砂巖的阻擋作用，采動裂隙以橫向擴展發育為主；當推進至340 m 時，切眼內側水平80～90 m 正上方，采動裂隙發育至厚砂巖的內部，同時，采動地裂縫不斷向下發育并增多；直至最終充分采動狀態，采動裂隙均未能貫穿厚砂巖，形態基本未發生顯著變化，采動裂隙最大發育高度約125 m(圖5c)。因此，全采動過程中，覆巖采動裂隙發育形態始終表現為“馬鞍形”特征，且隨厚砂巖厚度的增大，采動裂隙發育形態變化特征基本一致。對于厚砂巖厚度H＞30 m，距煤層L=165 m 條件下，工作面開采過程中，覆巖采動裂隙全程表現為“馬鞍形”發育形態，且充分采動狀態時，采動裂隙未能觸及厚砂巖(圖5d)，同時，厚砂巖厚度對采動裂隙發育特征無顯著影響。

綜上所述，不同地質條件下的覆巖采動裂隙最終形態普遍表現為“馬鞍形”發育特征，同時，采動裂隙發育高度由大到小明顯表現為：切眼側、工作面側、中間部。一般情況下，厚砂巖距煤層L＞95 m 時，對采動裂隙具有顯著的長期阻擋作用，可視為覆巖保護層。當厚砂巖厚度增大至60 m，距煤層間距L＞60 m 時，厚砂巖對采動裂隙發育亦可產生顯著的阻擋作用。

3.2 覆巖采動裂隙發育高度

在煤層開采過程中，采動裂隙發育高度隨工作面推進距離的變化規律如圖6 所示。

圖6 厚砂巖不同參數條件下覆巖采動裂隙發育高度變化曲線Fig.6 Development height variation curve of mining fissures in overburden under different conditions

由圖6a 可知，隨著工作面的推進，采動裂隙不斷增大。在厚砂巖厚H=30 m，距煤層L=30 m 條件下，工作面推進前80 m 階段，采動裂隙發育高度隨工作面推進距離呈近線性增長特征，采動裂隙垂向增長率(即工作面單位推進距離內覆巖采動裂隙發育高度)為0.5，之后，工作面推進至80～120 m 階段，采動裂隙觸及厚砂巖，并以橫向擴展發育為主，裂隙增長率為0，推進至120～240 m 階段，裂隙增長率約0.75，之后采動裂隙觸及上層強度較大的中砂巖，造成裂隙增長率減小至0；在煤層開采至280 m 后，隨著采動裂隙的不斷向上發育，覆巖擾動逐漸減小，裂隙增長率小于初始開采階段，約為0.36。在厚砂巖厚H=30 m，距煤層間距L≥70 m 條件下，煤層開采前160 m 階段，采動裂隙增長率約0.5；開采160～200 m 階段，采動裂隙增長率變為0；之后，隨著工作面的繼續推進，采動裂隙發育高度逐漸增大，裂隙增長率約0.4。在煤層開采100～200 m 階段時，厚砂巖距煤層L=30 m 條件時對應的采動裂隙發育高度明顯低于其他相同厚度不同位置條件所對應的采動裂隙發育高度(圖6a)。隨著厚砂巖厚度的增加，曲線變化特征基本一致。因此，結合曲線及裂隙增長率變化特征，可以得到覆巖采動裂隙發育高度隨工作面的推進距離呈臺階式增長特征，且在采動裂隙發育至強度較大的中砂巖和厚砂巖底部時，采動裂隙發育高度曲線出現臺階狀特征，該結果與文獻[18]結果基本一致。

由圖6b 可知，在厚砂巖距煤層L=30 m 條件下，當工作面推進至180～400 m 階段時，覆巖采動裂隙發育高度隨著厚砂巖厚度的增大而明顯降低，隨工作面推進距離的增大表現出“S”形增長特征，且“S”形特征逐漸滯后，同時，該階段采動裂隙增長率先增大后減小，且增大階段為采動裂隙貫穿厚砂巖；其他開采階段，采動裂隙發育高度曲線變化特征基本一致。隨厚砂巖距煤層間距的增大，覆巖采動裂隙發育高度曲線受厚砂巖厚度的影響逐漸減小。

通過模擬獲取不同厚砂巖特征下的覆巖采動裂隙最大發育高度，分析其分別與厚砂巖厚度和距煤層間距之間的關系(圖7)。

圖7 厚砂巖位置與厚度對覆巖采動裂隙發育高度的影響Fig.7 Influence of position and thickness of thick sandstone on development height of mining fissures in overburden

由圖7a 可知，覆巖采動裂隙最大發育高度隨厚砂巖距煤層間距的變化特征基本一致，均表現為隨距離的增大，裂隙最大發育高度先減小后增大。一般情況下，厚砂巖距煤層L＜115 m 時，采動裂隙隨厚砂巖層位的升高而近線性減小，由155 m 逐漸減小至130 m，說明在采動裂隙可觸及厚砂巖狀態下，厚砂巖越高，其阻擋作用越強；厚砂巖距煤層L≥115 m 時，采動裂隙隨厚砂巖層位的升高逐漸由130 m 增大至155 m。然而，厚砂巖厚H=60 m 且距煤層L=70 m 時，其對應采動裂隙最大發育高度(120 m)明顯小于同層位其他厚度條件下對應的裂隙發育高度(145 m)，采動裂隙未能貫穿厚砂巖，說明距煤層70 m 的厚砂巖增厚至60 m時，具有顯著的阻擋作用。

結合圖7b 可知，一般情況下，厚砂巖厚度對采動裂隙最終發育高度無顯著影響。然而，當厚砂巖距煤層L=70 m，厚度H＞60 m 時，覆巖采動裂隙最大發育高度隨厚度增加而減小。分析可知，當厚砂巖厚度H＜60 m，距煤層L≤95 m 時，覆巖采動裂隙最終均會貫穿具有阻擋作用的厚砂巖，并向上發育至最高處，而距煤層L＞95 m 時，采動裂隙與厚砂巖的空間關系隨厚砂巖層位的升高由觸及未貫通厚砂巖狀態逐漸變化為未觸及厚砂巖的狀態，且采動裂隙最終發育高度隨之增高，最大約160 m。同時，厚砂巖距煤層間距L=70 m 且厚度H=60 m 時，具有較強的阻擋作用，致使采動裂隙發育高度減小至120 m。因此，采動裂隙最大發育高度隨厚砂巖層位的升高呈先減小后增大特征，隨厚砂巖厚度逐漸大于60 m 時明顯降低，厚砂巖產生顯著阻擋作用。

綜上可知，在煤層采高6 m 及上述地質條件下，當厚砂巖厚度H≥30 m，距煤層間距L＞95 m，或H≥60 m，L＞60 m 時，可有效阻擋采動裂隙向上發育貫穿厚砂巖，防止采動裂隙發育并導通上覆潛水含水層。

4 “采煤保水”建議

陜北煤炭開采區生態環境脆弱，采煤強度大，要破解煤炭資源開采與地質環境保護之間的矛盾，實現煤炭綠色開發，必須遵循“采動減損、采煤保水”的原則。在煤層開采過程中，以實際地質條件為基礎，以生態水位保護為核心，以阻止采動裂隙發育為目標，以控制巖層損害為手段，促進煤炭開采與生態環境協調發展。本文結合厚砂巖對覆巖采動裂隙發育規律的影響(圖8)，提出以下采煤保水和采動減損建議。

圖8 厚砂巖位置與導水裂隙帶的關系Fig.8 Schematic diagram of the relationship between the location of thick sandstone and the water diversion fracture zone

(1) 針對厚砂巖離煤層的距離L≤95 m 條件下，覆巖采動裂隙優先貫穿切眼側厚砂巖，形成“L 形”裂隙分布特征，以及采動裂隙發育高度在貫穿厚砂巖階段的“S”形變化特征。可在煤層開采至覆巖采動裂隙沿切眼側觸及厚砂巖時，即采動裂隙“L 形”發育特征階段前期，對切眼側采動裂隙區域及厚砂巖底部進行階段性注漿，封堵裂隙的同時加強巖體強度，減小采動裂隙增長率，降低采動裂隙發育高度。此外，結合采動裂隙完全貫穿厚砂巖時工作面位置，進行采空區局部填充，控制覆巖損害，減小采動裂隙的發育高度，防止采動裂隙發育并導通上覆潛水含水層，實現采煤過程中“邊采邊治、邊采邊護”的減損和保水模式。

(2) 對于厚砂巖距煤層距離95 m＜L＜155 m 條件下，雖然厚砂巖在一定程度上可有效阻擋采動裂隙向上發育，使得采動裂隙觸及但不完全貫穿厚砂巖。然而，采高大于6 m 條件下采動裂隙有貫穿厚砂巖并導通上覆潛水含水層的可能。因此，該條件下可采用厚砂巖底部離層空間注漿的方法，減小厚砂巖的可下沉空間，降低厚砂巖的變形程度，進而控制厚砂巖的損害，實現覆巖及地表有效減沉，防止長期累計變形及高強度開采引起的厚砂巖和潛水含水層損害。

(3) 對于厚砂巖距煤層距離L≥155 m 條件下，覆巖裂隙發育全程表現為“馬鞍形”特征，且未觸及厚砂巖，然而，大采高等高強度開采條件下采動裂隙有貫穿厚砂巖并導通潛水含水層的可能。因此，該條件下可采用厚煤層分層開采或充填開采的方法，減弱煤層開采對覆巖的擾動作用和減小覆巖下沉量，進而控制覆巖及地表的損害，防止高強度開采引起的厚砂巖和潛水含水層損害，實現覆巖及地表有效減沉和含水層保護。

5 結論

a.研究區內主采煤層埋深自西南向東北逐漸減小，上覆基巖厚度自西向東逐漸減小，巖土比自東向西逐漸增大，基巖內厚砂巖主要分布于西南部。

b.隨著厚砂巖層位的不斷升高，覆巖采動裂隙的動態演化過程由“矩形-L 形-馬鞍形”逐漸變化為“L 形-倒梯形-馬鞍形”過程，最終變化為全程“馬鞍形”的演化過程。

c.覆巖采動裂隙最大發育高度隨厚砂巖層位的升高呈先減小后增大特征。適當的厚砂巖厚度和層位的組合條件，可有效阻擋采動裂隙向上發育貫穿厚砂巖。

d.在煤層開采過程中，可充分考慮厚砂巖發育特征對覆巖采動裂隙發育過程的影響，進行精確防控采動裂隙發育和覆巖變形破斷，實現“邊采邊減”和“邊采邊保”的綠色開采方法。