楊海鵬

(山西壽陽(yáng)潞陽(yáng)祥升煤業(yè)有限公司, 山西晉中市 045400)

0 前 言

祥升煤礦李灣村隸屬于晉中市壽陽(yáng)縣宗艾鎮(zhèn)神武村,石門(mén)水庫(kù)位于井田中部東側(cè),保護(hù)煤柱占?jí)合樯旱V井田(上組煤3＃、6＃、8＃、9＃煤層,下組煤15＃煤層)。李灣村北側(cè)臨近石門(mén)水庫(kù),地形平緩,北高南低,被第四系覆蓋?，F(xiàn)石門(mén)水庫(kù)積水量約6萬(wàn)余方,主要積水來(lái)源為上游煤礦排水及雨季期間的洪流。李灣村、石門(mén)水庫(kù)周?chē)蠨378、P108、D375等3個(gè)鉆孔(見(jiàn)表1),從這些鉆孔看,李灣村、石門(mén)水庫(kù)周?chē)缮悠骄穸葹?4．1 m,松散層下主要巖性依次為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、泥巖,3＃煤層平均埋藏深度為171．6 m;6＃煤層平均埋藏深度為181．3 m。該區(qū)域北側(cè)無(wú)斷層及陷落柱。煤層傾角在3°~12°之間,傾伏變化平緩,由東向西傾斜。

表1 鉆孔資料

根據(jù)補(bǔ)充勘,神武村、壽盂公路、聚金灣洗煤廠所壓煤柱屬上組煤3＃、6＃、8＃、9＃、下組煤15＃煤層,上組煤屬二疊系下統(tǒng)山西組,15＃煤層屬石炭系太原組。煤種為貧煤,3＃煤低灰-高灰、特低硫、低熱值-特高熱值;6＃煤低灰-高灰、特低硫-高硫、低熱值;8＃煤中灰-高灰、低硫-中硫、高熱值;9＃煤中灰-高灰、特低硫-低硫;15＃煤中灰-高灰、高硫分貧煤;煤低灰-高灰、特低硫-中硫、高熱值-特高熱值高灰熔點(diǎn)、熱穩(wěn)定性較好的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤。

1 圍護(hù)帶寬度及巖層移動(dòng)角選擇

圍護(hù)帶寬度、松散層及巖層移動(dòng)角的選擇,根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》[1]。石門(mén)水庫(kù)圍護(hù)帶寬度為20 m,李灣村圍護(hù)帶寬度為10 m。

祥升煤礦井田含水層組中夾有數(shù)層隔水層,各含水層相對(duì)獨(dú)立,水力聯(lián)系微弱;李灣村、石門(mén)水庫(kù)附近ZK401鉆孔單位涌水量q＝0．5894 L/(s·m),為干燥,富水性弱。因此,李灣村、石門(mén)水庫(kù)一帶松散層移動(dòng)角φ采用45°。

祥升煤礦井田3＃、6＃、8＃煤層覆巖為古生代中泥巖、細(xì)粒砂巖,頂板巖性為泥巖,厚5．0 m,極限抗壓強(qiáng)度為19．1~24．7 MPa,抗拉強(qiáng)度為1．6~1．9 MPa,根據(jù)調(diào)查陽(yáng)泉區(qū)巖層移動(dòng)角為72°。所以,上山方向巖層移動(dòng)角γ和走向方向巖層移動(dòng)角δ均采用72°;下山方向的巖層移動(dòng)角β＝72°-0．65α;當(dāng)α≤5°時(shí),β＝72°。

2 保護(hù)煤柱計(jì)算

保護(hù)煤柱采用垂線法[2-3],在6＃煤層底板等高線圖上繪制保護(hù)煤柱邊界。

(1)圈定村莊、水庫(kù)邊界和圍護(hù)帶邊界。在祥升煤業(yè)6＃采掘工程平面圖上,以李灣村邊界外垂直加10 m圍護(hù)帶寬度,以石門(mén)水庫(kù)邊界外垂直加20 m圍護(hù)帶寬度,即得到圍護(hù)帶邊界W1,W2,W3,…,W8的連線。

(2)圈定松散層移動(dòng)邊界。根據(jù)補(bǔ)充勘探鉆孔資料求得各點(diǎn)松散層厚度,取松散層移動(dòng)角φ＝45°,可得到松散層移動(dòng)垂線長(zhǎng):L＝h ctgφ。其次在祥升煤業(yè)6＃采掘工程平面圖上,從圍護(hù)帶邊界各點(diǎn)按松散層移動(dòng)垂線長(zhǎng)向外作各邊的垂線,過(guò)同一邊兩垂線端點(diǎn)的直線與各相鄰兩邊的松散層移動(dòng)邊界相交得到H1,H2,H3,…,H8各點(diǎn)的連線,即為松散層移動(dòng)邊界。

(3)圈定保護(hù)煤柱邊界。從圖上量取可得到H1,H2,H3,…,H8各點(diǎn)的地面標(biāo)高和6＃煤層底板標(biāo)高。各點(diǎn)的地面標(biāo)高與松散層厚度之差是各點(diǎn)的巖層面標(biāo)高,各點(diǎn)巖層面標(biāo)高與煤層底板標(biāo)高之差就是各點(diǎn)的巖層厚度H。

在6＃煤層采掘工程平面圖上,量取計(jì)算出H1,H2,H3,…,H8各點(diǎn)的煤層傾角α,松散層移動(dòng)邊界各邊與煤層傾向線所夾的銳角θ。根據(jù)以下公式計(jì)算各點(diǎn)的巖層移動(dòng)垂線長(zhǎng):

式中,β′、γ′為斜角剖面移動(dòng)角;H為包含6＃煤層埋深;α為煤層傾角;θ為受保護(hù)邊界與煤層走向所夾的銳角。巖層移動(dòng)垂線長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 巖層移動(dòng)垂線長(zhǎng)

在祥升煤業(yè)6＃采掘工程平面圖上,從松散層移動(dòng)邊界各點(diǎn)按巖層移動(dòng)垂線長(zhǎng)向外作各邊的垂線,過(guò)同一邊兩垂線端點(diǎn)的直線與各相鄰兩邊的巖層移動(dòng)邊界相交得到B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,各點(diǎn)的連線,即為保護(hù)煤柱邊界(見(jiàn)圖1)。

圖1 保護(hù)煤柱邊界

(4)壓煤量計(jì)算。從李灣村、石門(mén)水庫(kù)保護(hù)煤柱6＃煤層底板等高線圖上,量得保護(hù)煤柱的實(shí)際壓煤面積S是38632．374 m2,約3．86萬(wàn) m2。

村莊、公路及洗煤廠周?chē)鶧375、P108、D377鉆孔6＃煤層平均厚度為1．8 m。煤層容重為1．41 t/m3。保護(hù)煤柱壓煤量[4-5]Q＝Shρ＝9．797萬(wàn)t。

3 結(jié) 論

根據(jù)《三下開(kāi)采規(guī)程》,采用垂線法對(duì)地面村莊以及水庫(kù)保護(hù)煤柱進(jìn)行合理的預(yù)留,既為保護(hù)村莊建筑和避免水資源流失提供了依據(jù),同時(shí)也為煤炭資源的合理利用與開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。