陕北矿区存在较多的浅埋煤层，由于该区域煤层埋深浅、煤层厚，导致煤层在开采过程中极易形成裂隙，裂隙在覆岩内部形成良好的导水通道，连接含水层和工作面，使得矿井水害事故频发，造成生命财产的损失，还会导致地下水位的下降，地表因为缺水而土地荒漠化等问题。为了进一步了解浅埋煤层的致灾机理，本文以红柳林煤矿芦草沟工作面为地质背景，采用相似材料模拟和数值模拟的方法，应用百分表、光纤传感器和VIC-3D等监测手段，研究浅埋煤层导水裂隙带破碎岩体的发育特征及其形成机理。取得以下成果：

（1）随着煤层的开采，导水裂隙带发育高度呈现阶梯状发育，且高度最终达到24m。导水裂隙带内破碎岩体形态最终呈现不规则形状，按照受力方式的不同，将导水裂隙带内破碎岩体分成拉张裂隙区和挤压裂隙区。

（2）导水裂隙带内破碎岩体的裂隙网格呈现显著的分维特征。随着工作面的推进，将导水裂隙带内破碎岩体裂隙网格的分形维数划分为维数上升阶段、维数平稳阶段和维数下降阶段。维数上升阶段内裂隙扩展，维数下降阶段内裂隙被压实，维数平稳阶段内裂隙发生扩展-闭合动态变化。拉张裂隙区和挤压裂隙区采动岩体裂隙网络具有不同的分形维数，拉张裂隙区的分形维数大于挤压裂隙区的分形维数。

（3）覆岩的中粒砂岩控制导水裂隙带内破碎岩体的发育。使用光纤技术对中粒砂岩层采动破坏过程中应变进行监测，结果显示中粒砂岩的破坏方式与导水裂隙带破碎岩体的发育方式基本一致，该岩层是影响导水裂隙带发育的关键层位。

（4）随着煤层的开采，覆岩垂向应力在采空区呈对称分布，在工作面开切眼及停采线处形成应力集中区，在采空区上方岩层形成应力释放区；随着工作面的推进，开切眼及停采线处应力集中加大，采空区上方越靠近煤层的覆岩，应力释放越明显，覆岩垮落破坏程度越大。覆岩应力的集中和释放形成了拉张裂隙区和挤压裂隙区，是造成浅埋煤层导水裂隙带破碎岩体发育的根本原因。

There are many shallow coal seams in the northern Shaanxi mining area. Due to the shallow depth and thickness of the coal seam in this area, it is easy to form cracks in the mining process of the coal seam. The cracks form a good water diversion channel inside the rock, connecting the aquifer and the working face, which makes the mine water disaster accidents occur frequently, resulting in the loss of life and property, and also leading to the decline of groundwater level. The surface is characterized by water shortage and land desertification. In order to further understand the disaster-causing mechanism of shallow coal seam, based on the geological background of Lucaogou working face in Hongliulin Coal Mine, adopts the methods of similar material simulation and numerical simulation, and applies the monitoring methods such as dial indicator, optical fiber sensor and VIC-3D to study the development characteristics and formation mechanism of fractured rock mass in water flowing fractured zone of shallow coal seam. The following results were achieved :

With the mining of coal seam, the development height of water flowing fractured zone presents ladder development, and the height finally reaches 24m. The fractured rock mass in the water flowing fractured zone finally presents irregular shape. According to the different stress modes, the fractured rock mass in the water flowing fractured zone is divided into tensile fracture zone and extrusion fracture zone.

The fracture grid of fractured rock mass in water flowing fractured zone presents obvious fractal characteristics. With the advance of working face, the fractal dimension of fractured rock mass fracture grid in water flowing fractured zone is divided into three stages : dimension rising stage, dimension stable stage and dimension decreasing stage. The cracks expand in the rising stage of dimension, the cracks are compacted in the decreasing stage of dimension, and the cracks expand-close dynamic changes occur in the stable stage of dimension. The fracture network of mining rock mass in tension fracture zone and extrusion fracture zone has different fractal dimensions. The fractal dimension of tension fracture zone is greater than that of extrusion fracture zone.

The development of fractured rock mass in water flowing fractured zone is controlled by medium grained sandstone. Fiber optic technology was used to monitor the strain of medium-grained sandstone during mining failure. The results show that the failure mode of medium-grained sandstone is basically consistent with the development mode of fractured rock mass in water flowing fractured zone, and the rock layer is the key layer affecting the development of water flowing fractured zone.

With the mining of coal seam, the vertical stress of rock is symmetrically distributed in the goaf, and the stress concentration area is formed at the open-cut and stop-mining line of the working face, and the stress release area is formed at the strata above the goaf. With the advancement of the working face, the stress concentration at the open-cut and stop-mining line increases. The closer the goaf is to the coating rock of the coal seam, the more obvious the stress release is, and the greater the failure degree of coating rock is. The concentration and release of rock stress forms tensile fracture zone and extrusion fracture zone, which is the fundamental reason for the development of fractured rock in water flowing fractured zone of shallow coal seam.

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