導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 礦山安全論文>>正文

河流下斷層煤柱區(qū)殘采工作面安全開采分析

文檔作者：張玉軍文檔來源：天地科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月28日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大小： 2.14 MB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請下載。

注：預(yù)覽效果可能會出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?.14 MB 共4頁文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會員免費(fèi)）

下一篇：高抽巷下行孔排水優(yōu)化瓦斯抽采技術(shù)研究

上一篇：河流下厚煤層一次采全高綜放開采安全性判…

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

特殊采煤與礦區(qū)環(huán)境治理
河流下斷層煤柱區(qū)殘采工作面安全開采分析
張玉軍
(天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部, 北京100013)
[摘　要] 　以權(quán)家河煤礦河流下斷層煤柱區(qū)殘采回采為例, 在分析確定5329 殘采工作面覆巖類
型的基礎(chǔ)上, 預(yù)計了斷層存在條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度, 對地面河流和第四系含水層這一復(fù)合水體留
設(shè)了防水安全煤巖柱, 并確定了合理開采厚度, 根據(jù)河流與工作面、斷層的空間關(guān)系, 在回采的不同
階段留設(shè)了不同的斷層煤柱。研究結(jié)果表明: 針對5329 工作面埋深淺的條件, 采高控制在2． 3m 的條
件下能滿足留設(shè)防水煤柱巖柱的要求; 在距切眼120m 階段, 開采該階段需要留設(shè)的斷層煤柱尺寸不
小于21m, 120 ~ 停采線階段, 需要留設(shè)的最小斷層煤柱尺寸為72． 5m, 才能保證安全回采。
[關(guān)鍵詞] 　河流下; 斷層煤柱; 殘采工作面; 安全性
[中圖分類號] TD823． 83　[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A　[文章編號] 1006-6225 (2016) 05-0064-04
Safety Mining Analysis of Residual Mining Working Face in
Coal Pillar Area Around Fault under River
ZHANG Yu-jun
(Coal Mining &amp;amp; Designing Department, Tiandi Science &amp;amp; Technology Co． , Ltd． , Beijing 100013, China)
Abstract: It taking residual mining of coal pillar area around fault under river of Quanjiahe coal mine, and overburden types of 5329
residual working face were determined, then water flowing fractured zone height under fault situation was predicted, water proof safety
coal and rock pillar was arranged under compound water situation, which include surface river and the Quaternary aquifer, reasonable
mining thickness was determined, according spacial position relation of river, working face and fault, different size fault coal pillar
was arranged in different mining step. The research showed that based on the shallow mining depth of 5329 working face, mining
height kept as 2． 3m, then the demand that water proof coal and rock pillar could be meet, when during the step that to open-off cut about
120m, fault coal pillar size during mining step not less than 21m, when the step to 120m to mining stop line, the minimal coal
pillar size is 72． 5m, then mining safety could be guaranteed．
Key words: under river; fault coal pillar; residual mining working face; safety
[收稿日期] 2015-11-18 [DOI] 10． 13532/ j． cnki． cn11-3677/ td． 2016． 05． 018 [基金項目] 中國煤炭科工集團(tuán)資助項目: 半固結(jié)砂巖含水層下采煤突水潰砂機(jī)理及防治(2014MS004)
[作者簡介] 張玉軍(1978-), 男, 河北懷安人, 博士, 副研究員, 主要從事水體下采煤及礦井水害防治技術(shù)研究。
[引用格式] 張玉軍． 河流下斷層煤柱區(qū)殘采工作面安全開采分析[J]. 煤礦開采, 2016, 21 (5): 64-67．
　　水體下采煤技術(shù)已經(jīng)在我國近百個礦區(qū)得到成
功應(yīng)用, 涉及到的水體涵蓋了地表水體、第四系松
散層水、基巖孔隙裂隙水、老空區(qū)積水及巖溶水等
多種賦存形態(tài)的水體, 解放了大量水體壓煤, 延長
礦井服務(wù)年限, 取得了巨大的經(jīng)濟(jì)與社會效益。但
是, 隨著多年來煤炭資源的不斷開采, 優(yōu)質(zhì)煤炭資
源越來越少, 但已采的礦井遺留有大量煤炭資源,
進(jìn)入殘采區(qū)階段[1-8] 。特別是部分礦井, 由于殘采
工作面回采埋深淺, 且回采的是部分構(gòu)造安全煤
柱。為此, 地面水體成為礦井殘采工作面的主要安
全威脅, 而且由于斷層的存在, 一旦采動影響波及
到水體, 地表水體極有可能構(gòu)成斷層煤柱回采的充
水水源。
1　礦井及工作面概況
權(quán)家河煤礦隸屬于陜西煤業(yè)化工集團(tuán)澄合礦業(yè)
有限公司, 位于渭北煤田中段澄合礦區(qū)中西部。始
建于1970 年4 月, 設(shè)計生產(chǎn)能力0． 6Mt/ a , 單采5
號煤層, 一、二水平大巷標(biāo)高分別為+410m 和+
290m, 基本采用長壁采煤法。截至2009 年全井田
已回采結(jié)束, +290m 水平以下全部封閉, 目前僅
處于回收局部工作面、構(gòu)造安全煤柱。5329 工作
面開采權(quán)家河斷層煤柱區(qū), 位于一水平三采區(qū), 地
面標(biāo)高+518 ~ +570m, 工作面標(biāo)高為+370 ~ +
395m, 煤層埋藏深度130 ~ 200m, 北為5303 進(jìn)風(fēng)
巷采空區(qū), 南鄰權(quán)家河正斷層, 東為原二水平總回
風(fēng)暗斜井, 西部為原小煤窯堵截巷。走向長420 ~
570m, 傾斜長45 ~55m, 煤層厚度2． 2 ~3． 2m, 平
均厚度2． 84m, 煤層傾角3 ~22°, 平均7°。
該區(qū)域主要為k4, k 中頂板裂隙水及k3 底板
裂隙水。5329 工作面南部主要受權(quán)家河斷層影響,
64
第21 卷第5 期(總第132 期)
2016 年10 月
煤　礦　開　采
COAL MINING TECHNOLOGY
Vol． 21No． 5 (Series No． 132)
October　2016
萬方數(shù)據(jù)
該斷層為正斷層, 最大落差70m, 傾角60°?？h西
河流經(jīng)權(quán)家河井田東部, 是井田范圍內(nèi)唯一的河
流, 最小0． 1m3 / s, 最大3． 24m3 / s, 洪峰流量
4． 23m3 / s?？h西河歷史最高洪水位+565 ~ +570m。
目前權(quán)家河斷層煤柱地表已靠近縣西河, 且煤柱內(nèi)
部斷層發(fā)育, 據(jù)29 號孔、觀2 孔資料, 此區(qū)段5
煤埋深僅為75 ~ 150m, 縣西河地表水體可能構(gòu)成
斷層煤柱回采的充水水源。斷層與5329 工作面、
縣西河相對位置如圖1 所示。
圖1　5329 工作面與河流、斷層相對位置
2　河流下斷層煤柱區(qū)安全開采原則
根據(jù)對5329 工作面的水文地質(zhì)及采礦條件的
分析, 其開采面臨的主要防治水問題是如何在地表
縣西河、第四系含水層和二疊系砂巖裂隙含水層多
重水體威脅下安全采煤。但是, 權(quán)家河煤礦地質(zhì)勘
探情況和現(xiàn)有的礦井涌水量數(shù)據(jù)表明, 二疊系砂巖
裂隙含水層富水一般。此外, 第四系含水層整體屬
富水性弱~ 中等的含水層, 但是必須考慮第四系含
水層與縣西河的水力聯(lián)系。因此, 針對權(quán)家河這一
復(fù)合水體類型, 應(yīng)該采取以防為主, 頂水開采的原
則。按照《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》的有關(guān)規(guī)定[2] , 不允許采
動形成的導(dǎo)水裂縫帶波及到第四系含水層, 以避免
縣西河河水與第四系含水層導(dǎo)通區(qū)段礦井涌水量增
大, 導(dǎo)致河水下泄形成突水事故。因此, 安全開采
的首要條件是在第四系含水層底界下留設(shè)足夠的防
水安全煤巖柱。
同時, 由于5329 工作面開采的是斷層煤柱區(qū),
工作面南部緊鄰權(quán)家河斷層, 且工作面埋深淺, 因
此針對斷層需要在留設(shè)足夠的斷層防水煤柱的同
時, 保證采動影響不波及到權(quán)家河斷層, 即使得導(dǎo)
水裂縫帶的最高點(diǎn)不接觸到斷層。
3　河流下防水煤巖柱留設(shè)確定
3． 1　斷層條件下導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計
由權(quán)家河煤礦5329 工作面附近區(qū)域揭露5 號
煤層的鉆孔資料可知, 5 號煤覆巖范圍的基巖柱
內(nèi), 泥巖類巖層厚度約占所統(tǒng)計的基巖柱厚度的
13． 27%, 砂巖類巖層厚度占87%。而砂巖單軸抗
壓強(qiáng)度介于20． 1 ~ 38． 4 MPa 之間, 平均
28． 85MPa, 但是從砂巖所占的比例來看, 占據(jù)了
覆巖的絕大部分, 有利于導(dǎo)水裂縫的發(fā)育, 不利于
水體下安全采煤, 因此研究認(rèn)為5 號煤層覆巖類型
可確定為中硬型。
5329 工作面5 號煤層厚度介于2． 05 ~ 3． 82m
之間, 因此覆巖破壞高度可依據(jù)《規(guī)程》中的中
硬類型覆巖的經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。
導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計選取的計算公式為:
Hli = 100ΣM
1． 6ΣM + 3． 6
+ 5． 6 (1)
式中, Hli 為導(dǎo)水裂縫帶最大高度, m; ΣM 為累
計采厚, m。
但是, 由于5329 工作面南為權(quán)家河斷層, 所
以斷層構(gòu)造的存在將會增大導(dǎo)水裂縫帶高度的發(fā)
育。根據(jù)我國實(shí)測認(rèn)為, 斷層構(gòu)造條件下覆巖破壞
高度可按增大43% 考慮。由此計算得到的各個鉆
孔的導(dǎo)水裂縫帶高度如表1 所示。
表1　5329 工作面鉆孔垮落帶、導(dǎo)水裂縫帶高度計算
鉆孔名稱煤厚/ m 導(dǎo)水裂縫
帶高度/ m
考慮斷層情況下
導(dǎo)水裂縫帶高度/ m
CQ5 2． 16 36． 2 51． 8
29 2． 05 35． 3 50． 5
30 2． 54 38． 7 55． 3
CQ16 3． 22 42． 4 60． 6
觀2 3． 82 44． 9 64． 2
3． 2　縣西河下防水安全煤巖柱確定
一般情況下, 防水安全煤巖柱由導(dǎo)水裂縫帶高
度與保護(hù)層厚度組成, 但是由于5329 工作面區(qū)域
上覆第四系為砂礫層等透水層與基巖接觸, 而基巖
頂面風(fēng)化帶為砂巖類, 具有一定透水性, 故防水安
全煤巖柱設(shè)計應(yīng)考慮基巖風(fēng)化帶的厚度, 在這里基
巖風(fēng)化帶取20m, 即:
Hsh ≥ Hli + Hb + Hf (2)
式中, Hsh 為防水安全煤巖柱高度, m; Hb 為保護(hù)
層厚度, m; Hf 為基巖風(fēng)化帶厚度, m。
《規(guī)程》中規(guī)定防水安全煤巖柱的保護(hù)層厚度
可根據(jù)有無松散層及其中黏性土層厚度進(jìn)行選取。
縣西河和第四系松散含水層水體下防水安全煤巖柱
65
張玉軍等: 河流下斷層煤柱區(qū)殘采工作面安全開采分析2016 年第5 期
萬方數(shù)據(jù)
是由石炭二疊系地層組成, 主要由石盒子組地層組
成。由鉆孔資料可知, 第四系底部局部發(fā)育有砂礫
層, 部分區(qū)域黃土直接覆蓋基巖, 第四系底部無黏
性土相隔, 而且與砂礫巖層直接接觸的基巖巖層中
均為砂巖, 厚度在8． 00 ~ 15． 84m 之間, 因此, 保
護(hù)層厚度選取中硬覆巖型6 倍采高。
由此計算得到的工作面范圍內(nèi)各鉆孔揭露煤層
厚度處需要的留設(shè)防水煤巖柱高度見表2。將最小
防水安全煤巖柱高度與主采煤層頂板基巖厚度做差
值計算, 若基巖厚度大于最小安全煤巖柱厚度
(兩者差值為正) 則表示基巖巖柱能滿足要求, 反
之, 則不能滿足要求。從表2 可知, 由于基巖厚度
薄, 均不能滿足防水安全煤巖柱最小高度要求。因
此, 5329 工作面開采需要采取限高開采措施才能
滿足留設(shè)防水煤巖柱的要求。
表2　防水安全煤巖柱最小高度與5 煤頂板基巖厚度對比
鉆孔
名稱
煤厚/
m
Hli /
m
Hb /
m
Hf /
m
Hsh /
m
柱
厚
比
5 煤頂板
基巖厚
度/ m
基巖巖
柱是否
滿足
要求
CQ5 2． 16 51． 8 12． 96 20 84． 76 39． 2 8． 00 不滿足
29 2． 05 50． 5 12． 30 20 82． 80 40． 3 38． 32 不滿足
30 2． 54 55． 3 15． 24 20 90． 54 35． 6 78． 99 不滿足
CQ16 3． 22 60． 6 19． 32 20 99． 90 31． 0 70． 01 不滿足
觀2 3． 82 64． 2 22． 92 20 107． 12 28． 0 93． 83 不滿足
3． 3　合理采高確定
合理采高厚度可由基巖厚度除以防水安全煤巖
柱厚度與采高比值得出。由表2 可知, 設(shè)計的防水
煤巖柱高度和采高比值介于28． 0 ~ 40． 3 之間, 且
隨著煤層厚度的增加, 柱厚比呈現(xiàn)減小趨勢, 在這
里取柱厚比35 作為計算合理采高的依據(jù)。5329 工
作面區(qū)域基巖厚度在80 ~ 90m 之間, 且由東(開
切眼) 至西逐漸減小, 由此可以反算得到5329 工
作面的合理開采厚度介于2． 28 ~ 2． 57m 之間, 如
圖2 所示。但是, 由于5329 工作面范圍內(nèi)鉆孔少,
對基巖及煤層厚度存在較大的誤差, 因此確定
5329 工作面的合理開采厚度為2． 3m。
4　權(quán)家河斷層防水煤柱確定
由5329 工作面與河流的相對位置關(guān)系可知,
在距切眼120m 階段, 河流不在工作面上方, 同時
距離斷層也較遠(yuǎn), 因此根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》,
含水或?qū)當(dāng)鄬拥拿簩禹槍臃栏羲?巖) 柱的
留設(shè)可參照下列經(jīng)驗公式計算[9] :
L = 0． 5KM 3p
Kp ≥ 20m (3)
式中, L 為煤柱留設(shè)的寬度, m; K 為安全系數(shù), 一
圖2　5329 工作面合理采高等值線
般取2 ~5; M 為煤層厚度或采高, m; p 為水頭壓
力, MPa; Kp 為煤的抗拉強(qiáng)度, MPa。
根據(jù)權(quán)家河煤礦具體地質(zhì)條件, 各參數(shù)取值分
別為: 安全系數(shù)K 取3． 0, 煤層采高M(jìn) 取確定的合
理采高2． 3m, 水頭壓力為1． 0MPa, 5 煤的抗拉強(qiáng)
度資料中未給出, 參照相關(guān)文獻(xiàn)取0． 08MPa, 由此
可計算得出該階段開采順層煤柱寬度L 不得小于
21m。
但是, 為了保證采動影響不波及到權(quán)家河斷
層, 需要在留設(shè)足夠的斷層防水煤柱的同時, 必須
使得導(dǎo)水裂縫帶的最高點(diǎn)不接觸到斷層。圖3 是沿
5329 工作面河流距離斷層最近處做的剖面。由圖3
可知, 在目前留設(shè)的斷層煤柱條件下, 采動形成的
導(dǎo)水裂縫帶頂點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入到斷層, 要使采動形成的
導(dǎo)水裂縫帶頂點(diǎn)不接觸到權(quán)家河斷層, 由此計算得
到需要留設(shè)的最小煤柱尺寸為34． 37m (在這里取
35m)。
圖3　沿5329 工作面河流距離斷層最近處做的剖面
根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》, 當(dāng)煤層與導(dǎo)水?dāng)鄬?
接觸并局部被覆蓋時, 如圖4 所示。當(dāng)含水層頂面
高于最高導(dǎo)水裂縫帶上顯示, 防隔水煤巖柱計算公
66
總第132 期煤　礦　開　采2016 年第5 期
萬方數(shù)據(jù)
式為:
L = L1 + L2 + L3 = Hacscθ + HLcotθ + HLcotδ (4)
式中, L 為煤柱留設(shè)的寬度, m; Ha 為斷層安全防
隔水煤巖柱的寬度, m; HL 為最大導(dǎo)水裂縫帶高
度, 根據(jù)權(quán)家河煤礦具體地質(zhì)條件, 采厚為2． 3m
時, 預(yù)計導(dǎo)水裂縫帶最大高度為53． 2m; θ 為斷層
傾角, (°), 依據(jù)斷層產(chǎn)狀資料, 取70°; δ 為巖層
塌陷角, (°), 依據(jù)《規(guī)程》中相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù), 為
安全起見, 取極限值65°。
圖4　斷層煤柱留設(shè)
斷層安全防隔水煤巖柱的寬度Ha 應(yīng)根據(jù)礦井
實(shí)際觀測資料來確定, 即通過總結(jié)本礦區(qū)在斷層附
近開采時發(fā)生突水和安全開采的地質(zhì)、水文地質(zhì)資
料, 計算突水系數(shù)的安全臨界線[4] 。Ha 值也可以
按下列公式計算:
Ha = p / Ts + 10 (5)
式中, p 為防隔水煤巖柱所承受的靜水壓力, MPa;
Ts 為臨界突水系數(shù), MPa/ m; 保護(hù)層厚度為10m。
因礦井無突水系數(shù)相關(guān)資料, 依類似礦區(qū)經(jīng)驗
值取臨界突水系數(shù)Ts 為0． 06, 求算得:
Ha = p / Ts + 10 = 1/ 0． 06 + 10=26． 7 (m)
L = L1 + L2 + L3 = 26． 7 × 1． 06 + 53． 2 × 0． 36 +
53． 2 × 0． 47=72． 5 (m)
經(jīng)計算, 需針對斷層留設(shè)的煤柱為72． 5m。
因此, 綜合上述計算結(jié)果, 斷層隔水煤柱留設(shè)
的最小寬度為72． 5m。
綜合以上分析可知, 在距切眼120m 階段, 河
流不在工作面上方, 同時距離斷層也較遠(yuǎn), 因此在
經(jīng)過探查證實(shí)斷層不導(dǎo)水的情況下, 開采該階段需
要留設(shè)的斷層煤柱尺寸不小于21m。120 ~ 停采線
階段, 需要留設(shè)的最小斷層煤柱尺寸為72． 5m, 如
圖5 所示。
5　安全性分析
實(shí)現(xiàn)縣西河和松散含水層復(fù)合水體下頂水安全
開采的基本原則, 就是在第四系含水層底界下留設(shè)
足夠的防水安全煤巖柱, 使采動形成的導(dǎo)水裂縫帶
不波及到第四系含水層。針對5329 工作面埋深淺
圖5　不同階段斷層煤柱留設(shè)
的條件, 通過計算合理采高控制在2． 3m 的條件
下, 能滿足留設(shè)防水煤柱巖柱的要求。而且按照采
高2． 3m 計算, 采深采厚比為47． 8, 根據(jù)河流下安
全開采案例可知, 當(dāng)采用全部垮落方法開采時, 河
下安全開采的深厚比最小為30 ~ 40, 因此從采深
采厚比來看, 也能實(shí)現(xiàn)縣西河下的安全開采。但
是, 在這里需要引起注意的是5329 工作面回采的
是斷層煤柱區(qū), 由于斷層的存在, 縣西河地表水體
也可能構(gòu)成斷層煤柱回采的充水水源, 因此按照上
述確定的安全開采厚度的條件下, 針對權(quán)家河斷層
在不同回采階段留設(shè)足夠的斷層煤柱, 才能確保
5329 工作面的最終安全開采。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 張玉軍, 李英輝, 殷志剛, 等． 梅河礦區(qū)砂礫含水層下殘采
綜放工作面防潰泥突水技術(shù)及實(shí)踐[J]. 煤礦開采, 2013,
18 (5): 76-79．
[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．
[3] 煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所． 煤礦地表移動與覆巖破
壞規(guī)律及應(yīng)用[M] ． 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 1983．
[4] 張玉軍, 胡炳南, 侯善軍, 等． 袁店二井82 采區(qū)F 高長營斷
層防水煤柱留設(shè)與評價[A]. 全國“三下” 采煤學(xué)術(shù)會議論
文集[C]. 北京: 中國煤炭學(xué)會, 2012．
[5] 賈立明, 張玉軍． 采空區(qū)積水下急傾斜厚煤層水平分層綜放
開采安全性分析[J]. 金屬礦山, 2015 (4): 97-101．
[6] 樊秀志, 李　鵬, 劉正和． 舊采殘煤區(qū)長壁綜采支承壓力分
布研究[J]. 礦業(yè)研究與開發(fā), 2013 (3): 7-10．
[7] 李曉宇． 塑性煤柱區(qū)巷道掘進(jìn)數(shù)值模擬研究[J]. 煤炭技術(shù),
2015, 34 (9): 101-103．
[8] 許孟和． 舊采殘煤長壁綜采圍巖控制及安全保障技術(shù)研究
[D]. 太原: 太原理工大學(xué), 2012．
[9] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局, 國家煤礦安全監(jiān)察局． 煤礦防
治水規(guī)定[M]. 北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2009．
[責(zé)任編輯: 李　青]
67
張玉軍等: 河流下斷層煤柱區(qū)殘采工作面安全開采分析2016 年第5 期

網(wǎng)友評論 more

礦山安全論文最新內(nèi)容

10-05