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      朱集煤礦導(dǎo)水?dāng)鄬舆吔绶浪褐侠砹粼O(shè)研究

      2012-09-18 07:23:26劉春平孫明聰王景麗
      地下水 2012年2期
      關(guān)鍵詞:導(dǎo)水煤巖煤柱

      李 陽,劉春平,孫明聰,王景麗,陶 威

      (1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系,陜西 西安710069;2.淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集煤礦,安徽 淮南232001)

      防水煤柱留設(shè)是礦井防治水工作的重要內(nèi)容之一,對較大斷層留設(shè)合理的防水煤巖柱是我國各礦區(qū)最普遍應(yīng)用的方法,亦是防止斷層突水最有效的方法之一[1]。對與強(qiáng)含水層連通的導(dǎo)水?dāng)鄬?,必須按?guī)定留設(shè)合理防隔水煤柱。在同一礦區(qū)內(nèi),一般采用一個(gè)既定的經(jīng)驗(yàn)值[2]。但由于個(gè)別礦井地質(zhì)條件的特殊性,導(dǎo)致該礦井防水煤柱留設(shè)寬度過大,造成嚴(yán)重的壓煤[3-5]。根據(jù)朱集礦北邊界斷層帶的導(dǎo)水性和附近水文地質(zhì)特征,探討以F29斷層為邊界的1111(1)工作面的防水煤柱寬度。

      1 1111(1)工作面北邊界F29斷層導(dǎo)水性及水源分析

      1111(1 )工作面為淮南朱集煤礦東一采區(qū)第一水平第一個(gè)工作面,為﹣906水平,首采11-2煤層,煤厚平均1.4m,煤層傾角3°(傾角很小,計(jì)算防水煤柱時(shí)可不考慮)。1111(1)工作面北邊界12-7、12-6孔附近水文地質(zhì)條件復(fù)雜,附近有明龍山斷層、F201、F28、F29等斷層組形成斷層構(gòu)造帶。上覆厚度巨大的砂礫紅層,紅層水可以經(jīng)過不整合剝蝕面對煤系砂巖含水層進(jìn)行側(cè)向補(bǔ)給,亦有明龍山斷層上盤的寒武系灰?guī)r水。下部太原組灰?guī)r埋深在﹣1 200m左右,對第一開采水平水頭壓力為3 MPa,因此,此處構(gòu)造帶可能形成匯水富集帶,在留設(shè)邊界斷層煤柱時(shí),不僅要考慮斷層煤柱,同時(shí)要注意突水危險(xiǎn)。其中F29斷層,落差35m,傾角70°,斷層切割上下含水層,為導(dǎo)水正斷層,工作面所采煤層位于F29斷層上盤。F29斷層斷煤交線與1111(1)工作面如圖1所示。朱集礦以F29斷層為邊界的工作面,都需要合理留設(shè)一定的煤巖柱。

      2 F29斷層上盤防水煤柱的計(jì)算

      根據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》規(guī)定的計(jì)算方法,斷層上盤防隔水煤柱的留設(shè)防隔水煤柱的留設(shè)原則則需考慮兩個(gè)方向上的壓力,一是斷層水在順煤層方向上的壓力,二是煤層底部隔水層能否抗住下部含水層[3-6]。

      2.1 考慮斷層水在順煤層方向上壓力煤柱留設(shè)計(jì)算

      其計(jì)算模型如圖2所示:

      圖1 F29斷層斷煤交線與采煤工作面位置平面示意圖

      圖2 F29斷層水順煤層方向上壓力煤柱留設(shè)計(jì)算模型

      計(jì)算公式如下:

      式中:L為煤柱留設(shè)的寬度(m),L≥20m;K為安全系數(shù),一般取2~5;M為煤層厚度或采高(m);P為水頭壓力(kg/cm2);Kp為煤的抗張強(qiáng)度(kg/cm2)。

      朱集礦1111(1)工作面,所采之煤層為11-2煤層,煤厚平均1.4m,采高2.5m,故取M=2.5m。計(jì)算防水煤柱寬度時(shí)取高水頭值,P約為9MPa(90kg/cm2)。Kp為煤的抗張強(qiáng)度,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取0.65MPa;K值取5。帶入式中得L=40.3m??紤]斷層破碎帶寬度為10~20m,故在回采F29斷層上盤煤層時(shí),留設(shè)60m寬的防水煤柱。

      2.2 考慮煤層底部隔水層能否抗住下部含水層時(shí)煤柱留設(shè)計(jì)算

      其計(jì)算模型見圖3。

      計(jì)算公式如下:

      式中:α為斷層傾角(°),取值70°;L為為斷層防水煤柱寬度(m),L≥20m。

      H安按下式計(jì)算:

      式中:P為防水煤柱所承受的靜水壓力(MPa),取值3MPa;V為突水系數(shù),取0.08MPa/m;

      保護(hù)帶厚度一般取10m。

      求得H安=47.5m,L=50.5m

      根據(jù)以上兩種方法計(jì)算的結(jié)果,綜合考慮F29斷層的構(gòu)造特征和水文地質(zhì)特性,斷層上盤1111(1)工作面防水煤柱應(yīng)留設(shè)60m。

      圖3 斷層下盤太灰水壓力防水煤柱計(jì)算模型

      3 結(jié)語

      (1)朱集煤礦1111(1)工作面靠近F29斷層需留設(shè)防水煤柱,經(jīng)計(jì)算的防水煤柱為60m,實(shí)際生產(chǎn)中留設(shè)的100m煤柱,雖能確保礦井安全,但是嚴(yán)重壓煤。

      (2)采用計(jì)算的60m斷層邊界防水煤柱,既能確保了安全生產(chǎn),又可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益,并為以后的工作面開采提供參考。

      (3)以其他大型導(dǎo)水?dāng)鄬訛檫吔绲牟擅汗ぷ髅?,可采用相同的?jì)算方法計(jì)算防水煤柱寬度,但其公式中參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況而定。

      [1]袁中幫.巷道過斷層及斷層防水煤柱留設(shè)方法初探[J].中國煤炭.2009,(3):41~43.

      [2]馮本超,洪允和.正斷層上盤防水煤柱合理寬度的研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1993,(3):117~1211.

      [3]杜文堂.斷層防水煤柱可靠度分析[J].煤田地質(zhì)與勘探.2001,(1):34~36.

      [4]鄧祥月,韓明新,孟斌.論述防水煤巖柱的留設(shè)原則及計(jì)算方法[J].煤炭技術(shù).2001,(6):30~34.

      [5]劉洋,柴學(xué)周,李競生.相鄰工作面防水煤巖柱優(yōu)化研究[J].煤炭學(xué)報(bào).2009,(2):239~242.

      [6]劉衍高.深部開采區(qū)導(dǎo)水?dāng)鄬臃浪褐侠砹粼O(shè)探析[J].煤礦開采.2008,(1):21~23.

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