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        干河井田團柏河下采煤安全性研究

        2019-03-11 11:27:26吳繼蛟
        山東煤炭科技 2019年2期

        吳繼蛟

        (山西霍寶干河煤礦有限公司,山西 臨汾 041600)

        我國的煤炭資源分布范圍廣泛,除了平原地區(qū)、丘陵和山區(qū)蘊藏豐富之外,在各類水體下的壓煤量也相當大,研究水下采煤對于確保煤礦安全生產(chǎn)、提高煤炭資源采出率、保護地表水和地下水等都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

        1 工程背景

        干河煤礦位于呂梁山脈南段東麓,汾河西岸,地表水屬汾河流域黃河水系。團柏河是干河煤礦區(qū)域內(nèi)的主要河流,其水流具有季節(jié)性,旱季的時候河流干涸,雨季的時候河流有水。

        在煤礦開采時,留設(shè)保護煤柱,不僅會影響煤炭的可開采量,降低煤炭開采率,而且會影響采掘工作面的合理布局及生產(chǎn)接續(xù)。在水下采煤時,如果盲目回采,地表水和地下含水層會受到工作面回采導(dǎo)水裂隙帶的影響,使得地表水和地下水涌入采區(qū),很容易造成淹井重大事故。因此,開展論證合理的裂高和地表移動程度并采取合理措施,確保水體下安全采煤已成為干河煤礦急需解決的問題。

        2 水下采煤安全性研究

        2.1 水下采煤評價方法

        礦區(qū)地表水體的存在,在一定條件下可能成為礦井的充水水源,甚至?xí)?dǎo)致淹井。

        煤礦上覆巖體變形破壞的垂直分帶特征及各帶的高度,是關(guān)系到在水體下采煤是否可行的一個重要依據(jù)。如果導(dǎo)水裂隙帶的頂部波及到地表水和地下含水層,地表水和地下水就會涌入采區(qū),如果水量較大,還會發(fā)生淹礦的重大事故。因此,準確確定導(dǎo)水裂隙在一定開采方式和規(guī)模下的發(fā)育高度,是關(guān)系到煤礦在團柏河水體下采煤能否導(dǎo)致水體滲漏的重要依據(jù)。

        2.2 防水安全煤柱高度計算

        根據(jù)相關(guān)規(guī)定:由于煤系地層有松散層覆蓋,采深較厚,故不考慮地表裂隙縫深度;地表有較厚的黃土覆蓋,水體不與基巖接觸,因此也不考慮基巖風(fēng)化帶高度。此時,防水安全煤柱垂直高度(Hsh)應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂隙帶的高度(Hli)加上保護層厚度(Hb),故安全煤巖柱計算公式采用:

        2.3 導(dǎo)水裂縫帶高度計算

        (1)1號煤層導(dǎo)水裂縫帶

        1號煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖組成,由于1號煤層以上沒有取芯,沒有相關(guān)巖石抗壓強度,對比分析其他礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì),巖石的抗壓強度介于20~40MPa,選擇導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度公式為:

        代入公式一:

        式中:

        Hli-導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度,m;

        M-累計采厚,M=2.03m。

        求得Hli=35.24m。

        代入公式二:

        Hli=

        式中:

        Hli-導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度,m;

        M-累計采厚,M=2.03m。

        求得Hli=38.49m。

        取兩者間的最大值:1號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度為38.49m。

        (2)2號煤層導(dǎo)水裂縫帶

        依據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》,2號煤層屬于小傾角煤層,煤層頂板采用全部垮落式管理,由于2煤層以上沒有取芯,沒有相關(guān)巖石抗壓強度,對比分析其他礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì),巖石的抗壓強度介于20~40MPa,選擇導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度公式為:

        式中:

        Ht-導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度,m;

        M-累計采厚,M=4.2m;

        n-煤層分層數(shù),n=1。

        求得Ht=64.3m。

        由圖1的2號煤層開采頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度圖可知,頂部K8砂巖至2號煤層的距離為11.72m,要遠小于64.3m的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度;此外,根據(jù)相關(guān)的地質(zhì)勘探資料顯示,K8砂巖位于K9砂巖以下40m左右,因此,當對2號煤層進行開采時,會有水通過裂隙涌入2號煤層的礦井中,對煤炭開采工作產(chǎn)生嚴重的影響。

        圖1 2號煤層開采頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度圖

        2.4 最大保護煤巖柱高度計算

        根據(jù)該區(qū)臨近的地面鉆孔推算,該區(qū)黃土覆蓋厚度大于累計可采厚度,覆巖類型按堅硬計算,故保護層厚度選取:

        式中:

        ∑M-1#、2#煤層開采累計厚度,取3.68m;

        n-分層數(shù),n=2。

        計算得:保護煤柱厚度Hb=7.36m。

        因此,得出最大保護煤巖柱高度:

        Hsh=53.83+7.36=61.19m。

        2.5 安全性分析

        為分析團柏河地區(qū)水下回采的安全性,通過計算得到的裂隙帶高度為58.83m,由此得出最大保護煤巖柱高度為61.19m。2號煤層上距1號煤層之間的距離為0.70~14.78m,平均距離7.90m,2號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度最大為64.3m,遠大于1號和2號煤層之間的距離,因此,1號煤層的采空區(qū)積水會沿著裂隙滲入2號煤開采區(qū)域。

        3 結(jié)論

        團柏河水體地面標高+510~ +550m,該水體防水煤巖柱最大高度為61.19m,即該水體下標高+448.81~ +488.81m以上的煤層,由于其防水煤巖柱厚度不能滿足要,因此不能開采。

        干河煤礦開采的一采區(qū)、二采區(qū)1、2#煤層標高-60m~ +200m,滿足了最大保護煤巖柱61.19m的要求,因此,在不設(shè)防水煤柱的情況下進行回采工作是安全的。

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