關(guān)于杜兒坪礦“三帶”的分析研究

李瑞琪

關(guān)于杜兒坪礦“三帶”的分析研究

李瑞琪

(西山煤電(集團(tuán))公司杜兒坪礦，山西 太原 030022)

為了深入研究綜采工作面頂板的“三帶”情況，根據(jù)杜兒坪礦現(xiàn)存不同煤層的頂板巖性，通過覆巖移動(dòng)與破壞規(guī)律按煤層角度、冒落帶與導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式，用不同方法進(jìn)行頂板“三帶”計(jì)算，得出該礦各可采煤層頂板“三帶”理論計(jì)算結(jié)果，從理論上確定“三帶”的高度范圍。對(duì)回采工作面專用回風(fēng)巷內(nèi)布置頂板穿層鉆孔的布孔方式設(shè)計(jì)、抽采裂隙帶卸壓瓦斯以及合理布置高抽巷具有重要的理論指導(dǎo)作用。

杜兒坪礦;煤層頂?shù)装?三帶;研究

隨著礦井煤層開采深度的增加，瓦斯因受到采動(dòng)影響，其賦存狀態(tài)發(fā)生變化，瓦斯含量不斷增大，瓦斯治理形勢(shì)嚴(yán)峻。深入研究綜采工作面頂板的“三帶”情況，對(duì)合理布置瓦斯抽采巷道、提高瓦斯抽采效果、有效進(jìn)行瓦斯控制具有重要意義。

1 煤層頂?shù)装迩闆r及柱狀

1)西山煤電(集團(tuán))公司杜兒坪礦北二盤區(qū)9#煤層。煤層厚度為3.39 m，直接頂為頁(yè)巖及砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度為2.37 m;老頂為石灰?guī)r，平均厚度為11.83 m;底板為砂質(zhì)頁(yè)巖，厚度為2.37 m。

2)北三盤區(qū)3#煤層。煤層平均厚度為2.89 m，偽頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.65 m;直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度為3.48 m;老頂為細(xì)粒砂巖，厚度為15.67 m;底板為砂質(zhì)泥巖，厚度為8.97 m。

3) 北三盤區(qū)8#煤層。煤層厚1.83～6.06 m，平均為4.5 m。直接頂為廟口灰?guī)r，平均厚度2.71m;老頂為毛兒溝石灰?guī)r，平均厚度為7.19 m;底板為砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖，平均厚度為1.97 m。

4)北五盤區(qū)2#煤層。煤層平均厚度為1.8 m，直接頂為砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、中砂巖互層，平均厚度為4.09 m;老頂為細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，平均厚度為18.94 m;底板為細(xì)－中砂巖及砂質(zhì)泥巖，平均厚度為5.03 m。

2 “三帶”高度的理論計(jì)算

由于彎曲下沉帶影響范圍現(xiàn)一般認(rèn)為影響至地表，對(duì)瓦斯抽采研究意義不大，而采用單一長(zhǎng)壁式全部跨落法開采緩傾斜和傾斜煤層時(shí)，影響“兩帶”高度的主要因素有煤層采厚和覆巖硬度，且煤層采厚與“兩帶”高度的關(guān)系已有成熟的計(jì)算公式，因此，只對(duì)冒落帶和裂隙帶分別進(jìn)行計(jì)算研究。

1)根據(jù)覆巖移動(dòng)與破壞規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。

a)冒落帶高度計(jì)算。

根據(jù)公式：

式中：

HM—冒落帶高度，m;

M—采高(開采煤層的厚度)，m;

KP—巖石的破脹系數(shù)，一般取1.25 ～1.5。

把破脹系數(shù)KP=1.25～1.5代入式中，得：

根據(jù)該礦實(shí)際情況，北二盤區(qū)9#煤層采高3.39 m;北三盤區(qū)3#煤層采高2.89 m;北三盤區(qū)8#煤層采高 3.28 m;北五盤區(qū) 2#煤層采高 1.8 m，得：

北二盤區(qū)9#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)3#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)8#煤層冒落帶：

北五盤區(qū)2#煤層冒落帶：

b)裂隙帶高度計(jì)算。

根據(jù)公式：

式中：

HL—裂隙帶高度(包括冒落帶)，m;

M—采高(開采煤層的厚度)，m;

b、c—巖性系數(shù)。

堅(jiān)硬巖層 b=0.009 ～0.014，c=0.018 ～0.028;

中硬巖層 b=0.014 ～0.024，c=0.028 ～0.048;

松軟巖層 b=0.024 ～0.034，c=0.048 ～0.068。

根據(jù)該礦煤層頂板實(shí)際情況，北二盤區(qū)9#煤層，頂板以砂質(zhì)頁(yè)巖和石灰?guī)r為主，屬于堅(jiān)硬巖層，取b=0.01，c=0.02;北三盤區(qū) 3#煤層，頂板以砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖為主，屬于中硬巖層，取 b=0.02，c=0.04;北三盤區(qū)8#煤層，頂板以毛兒溝石灰?guī)r為主，屬于堅(jiān)硬巖層，取 b=0.01，c=0.02;北五盤區(qū) 2#煤層，頂板以砂質(zhì)泥巖及細(xì)－中砂巖和砂質(zhì)泥巖為主，屬于中硬巖層，取 b=0.02，c=0.04，得：

北二盤區(qū)9#煤層裂隙帶高度為：

北三盤區(qū)3#煤層裂隙帶高度為：

北三盤區(qū)8#煤層裂隙帶高度為：

北五盤區(qū)2#煤層裂隙帶高度為：

2)根據(jù)覆巖移動(dòng)與破壞規(guī)律，按煤層角度進(jìn)行計(jì)算。

煤層傾角小于 54°時(shí)，冒落帶最大高度計(jì)算式為：

式中：

HM—裂隙帶高度，m;

M—采高(開采煤層的厚度)，m;

a—巖石碎脹性和覆巖下沉綜合系數(shù)(堅(jiān)硬巖層取4～5，中硬巖層取2～3，松軟巖層取1～2)。

經(jīng)計(jì)算得：

北二盤區(qū)9#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)3#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)8#煤層冒落帶：

北五盤區(qū)2#煤層冒落帶：

3)根據(jù)冒落帶與導(dǎo)水裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

煤層傾角在0～54°時(shí)，當(dāng)巖石抗壓強(qiáng)度為400～600 kgf/cm2，主要巖石為石灰?guī)r、硅質(zhì)石英巖、礫巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等，此時(shí)：

冒落帶最大高度為：

裂隙帶最大高度為：

當(dāng)巖石抗壓強(qiáng)度為200～400 kgf/cm2，主要巖石為砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖等，此時(shí)：

冒落帶最大高度為：

裂隙帶最大高度為：

當(dāng)巖石抗壓強(qiáng)度＜200 kgf/cm2，主要巖石為風(fēng)化巖石、頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖等，此時(shí)：

冒落帶最大高度為：

裂隙帶最大高度為：

根據(jù)本礦不同煤層頂板巖性及巖石抗壓強(qiáng)度，分別確定計(jì)算公式，并經(jīng)過計(jì)算得：

a)冒落帶高度。

北二盤區(qū)9#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)3#煤層冒落帶：

北三盤區(qū)8#煤層冒落帶：

北五盤區(qū)2#煤層冒落帶：

b)裂隙帶高度。

北二盤區(qū)9#煤層裂隙帶高度為：

北三盤區(qū)3#煤層裂隙帶高度為：

北三盤區(qū)8#煤層裂隙帶高度為：

北五盤區(qū)2#煤層裂隙帶高度為：

經(jīng)過上述不同方法進(jìn)行頂板“三帶”計(jì)算，得出該礦不同煤層頂板“三帶”理論計(jì)算結(jié)果，見表1。

3 結(jié)論

杜兒坪礦工作面裂隙帶、抽采高度等往往根據(jù)鄰近工作面布孔的經(jīng)驗(yàn)來確定，缺乏理論研究。以上計(jì)算結(jié)果，雖然為理論計(jì)算數(shù)值，但因其為根據(jù)該礦煤層頂板的實(shí)際巖性，并利用已經(jīng)較成熟的“三帶”計(jì)算公式而得出的計(jì)算結(jié)果，因此，對(duì)回采工作面專用回風(fēng)巷內(nèi)布置頂板穿層鉆孔的布孔方式設(shè)計(jì)、抽采裂隙帶卸壓瓦斯以及合理布置高抽巷具有重要的理論指導(dǎo)作用。

Analysis and Research on"Three Zones"in Du＇erping Coal Mine

Li Rui－qi

In order to further study"three zones"of the roof in fully mechanized coal mining face，according to the existing roof lithology of different coal in Du＇erping coal mine，through the overlying rock movement and failure law，according to the coal seam angle，caving zone and fractured zone by the empirical formula for calculating the maximum height，after different methods of roof"three zone"calculation，obtains the mine mineable coal seam roof"three zone"theory calculation results，from theoretically determined"three band"height range.Arranged borehole pattern design for the mining face special return air roadway the roof crossing layer drilling，drainage and pressure relief gas in fractured zone and reasonably arrange the highly－located drainage roadway，it has an important guiding role of theory.

Du＇erping mine;Coal seam roof and floor;Three zones;Research

TD803

A

1672－0652(2011)12－0040－03

2011－11－27

李瑞琪(1968—)，男，河北井陘人，1991年畢業(yè)于山西礦業(yè)學(xué)院，高級(jí)工程師，主要從事煤炭企業(yè)管理工作(E －mail)627617046@qq.com

表1 不同煤層頂板“三帶”理論計(jì)算結(jié)果表