王大尉,高展鵬,張德龍,楊 寧

(煤炭科學(xué)研究總院安全分院,北京 100013)

規(guī)劃區(qū)內(nèi)水體下采煤可行性

王大尉,高展鵬,張德龍,楊 寧

(煤炭科學(xué)研究總院安全分院,北京 100013)

通過垮落帶與導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算,并列舉了國內(nèi)水體下采煤成功案例,對紅海子煤礦水體下采煤的可行性進(jìn)行了分析和研究,得出導(dǎo)水裂縫帶高度為 38.43m,遠(yuǎn)小于地表水體與煤層的間距,開采具有可行性,既保證了煤礦的安全生產(chǎn),又對推動煤礦安全評價技術(shù)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用。

水體下采煤;垮落帶;導(dǎo)水裂縫帶

Feasibility ofM in ing underWater Body in Plann ing Area

1 井田概述

鄂爾多斯蒙華能源有限公司紅海子煤礦位于鄂爾多斯市境內(nèi)。該區(qū)域目前無建筑物,但存在一地表水體,因此,紅海子煤礦存在水體下采煤問題。

井田內(nèi)所有河川均屬黃河水系,在區(qū)內(nèi)的南部有桿占廟河,為常年性地表徑流,流向自南向北流入西紅海子。其水量受大氣降水控制,夏秋季大,冬春小。井田內(nèi)的斷層富水性和導(dǎo)水性均較弱,因此,地表水和地下水之間的水力聯(lián)系程度較低。

勘查區(qū)內(nèi)共含煤 18層,煤層總厚 8.23～26.78m,平均 17.25m,煤層埋深 400～800m,含煤系數(shù) 6.3%,其中含可采煤層 12層,可采煤層總厚 6.19～23.83m,平均 14.08m,可采含煤系數(shù)5.2%。區(qū)內(nèi)含煤性有所差異,橫向上西部較好,東部較差。

2 水體下采煤分析及預(yù)計(jì)方法

2.1 水體下采煤分析

紅海子煤礦屬于地表水體下采煤,對于地表水體主要對策是 “隔離”或 “疏降”兩類方案[1]。鑒于規(guī)劃區(qū)要建公園和地表水體水量大、補(bǔ)給充分的前提,紅海子煤礦主要采取 “隔離”方案,從垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶兩方面進(jìn)行分析預(yù)測。

2.2 預(yù)計(jì)方法

覆巖破壞高度的預(yù)計(jì),包括垮落帶高度和導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)計(jì)。

2.2.1 垮落帶高度預(yù)計(jì)方法

當(dāng)煤層頂板覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層時,厚煤層分層開采的垮落帶最大高度可采用表 1中的公式進(jìn)行計(jì)算[2]。

表1 垮落帶高度計(jì)算公式

2.2.2 導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計(jì)方法

對于導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算,若煤層覆巖內(nèi)為堅(jiān)硬、中硬、軟弱、極軟弱巖層或其互層及厚煤層分層開采時,導(dǎo)水裂縫帶高度可以按照表 2中給出的兩種經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算[2]。

表2 導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算公式

3 覆巖破壞高度預(yù)計(jì)

3.1 垮落帶高度預(yù)計(jì)

對于 3-1煤層,其開采平均厚度為 2.02m,頂板為細(xì)粒砂巖,根據(jù)巖石力學(xué)性質(zhì)測定,3-1煤頂板屬于中硬巖層,因此,根據(jù)表 1用以下公式計(jì)算垮落帶的高度。計(jì)算公式為:

式中,Hm為垮落帶高度,m;∑M為煤層累計(jì)開采厚度,m。

根據(jù)上式計(jì)算,其垮落帶最大高度為 9.09m。

由計(jì)算結(jié)果可知,首采層煤 3-1開采時所產(chǎn)生的垮落帶高度小于 3-1煤與地表之間的距離(500～600m),因此,3-1煤開采產(chǎn)生的垮落帶不會發(fā)展到地表。

3.2 導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計(jì)

3.2.1 開采 3-1煤層導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算

3-1煤直接頂為細(xì)粒砂巖,屬于中硬巖層,因此,按照表 2用以下公式計(jì)算導(dǎo)水裂縫帶高度。

由公式 (一)計(jì)算:

式中,Hli為導(dǎo)水裂縫帶高度,m;∑M為煤層累計(jì)開采厚度,m。

根據(jù)上式計(jì)算,其導(dǎo)水裂縫帶最大高度為33.97m。

由公式 (二)計(jì)算:

根據(jù)公式 (二),其導(dǎo)水裂縫帶最大高度為38.43m。

3.2.2 開采 3-1煤層導(dǎo)水裂縫帶高度

根據(jù)公式 (一)計(jì)算,其導(dǎo)水裂縫帶最大高度為 33.97m;根據(jù)公式 (二)計(jì)算,其導(dǎo)水裂縫帶最大高度為 38.43m,取兩者中的最大值,即導(dǎo)水裂縫帶高度為38.43m。

通過以上計(jì)算,結(jié)果表明垮落帶高度為9.09m,導(dǎo)水裂縫帶高度為 38.43m。而該區(qū)域地表水體距煤層的距離為 400m以上,因此,導(dǎo)水裂縫帶波及不到地表水體,開采是安全的。

4 國內(nèi)水體下采煤成功案例

為了紅海子煤礦地表水體下開采的可行性評價分析更為可靠、充分,因此,本文選擇類比礦井的條件要比紅海子煤礦復(fù)雜、困難,這才更具有說服力,詳見表3。

表3 水體下開采類比礦井比較

紅海子煤礦大部分地段煤層的直接頂為泥巖和細(xì)粒砂巖,這種特征有利于控制頂板垮落開裂高度。上覆隔水層巖體屬于軟硬交互結(jié)構(gòu)的覆巖巖體,這會使巖體強(qiáng)度大大降低,對開采后抑制覆巖破壞和導(dǎo)水裂縫高度非常有利。另外,巖體中較硬的砂巖被上下軟弱的泥巖和砂質(zhì)泥巖所覆蓋,可以有效阻止砂巖以上含水層的補(bǔ)給,也可以有效地吸收和阻止砂巖水的越流補(bǔ)給。其開采條件要比類比礦井簡單的多,因此,水體下開采具有可行性。

5 結(jié)束語

采用了“三帶高度”判別法、類比分析法對紅海子煤礦地表水體下采煤進(jìn)行了綜合分析、計(jì)算與評價,通過計(jì)算,結(jié)果表明垮落帶高度為9.09m,導(dǎo)水裂縫帶高度為 38.43m。而該區(qū)域地表水體距煤層的距離為 400m以上,因此,導(dǎo)水裂縫帶波及不到地表水體,開采是可行的、安全的。

[1]徐永圻 .煤礦開采學(xué) [M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 1999.

[2]國家煤炭工業(yè)局 .建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000.

[責(zé)任編輯:徐乃忠]

TD823.83

B

1006-6225(2010)03-0045-02

2009-12-04

王大尉 (1979-),男,遼寧大連人,碩士、工程師,主要從事煤礦安全方面研究。