神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險分級方法研究

賀安民

(中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司，陜西神木719315)

旺格維利采煤法 (簡稱旺采)是一種短壁采煤方法。神東礦區(qū)從1995年開始引進應(yīng)用連采配套設(shè)備和旺格維利采煤工藝，由于前期經(jīng)驗不足，煤柱留設(shè)較大且不規(guī)則，遺留的旺采采空區(qū)未能實現(xiàn)頂板的全部垮落，對井上下生產(chǎn)和人員、設(shè)備形成了安全隱患。為了評估旺采采空區(qū)的危險性，進而有針對性地開展旺采采空區(qū)隱患治理工作，進行神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險分級方法研究具有重要的經(jīng)濟價值和社會意義。在前人［1－6］研究的基礎(chǔ)上，本文擬采用指數(shù)分析法對神東礦區(qū)旺采采空區(qū)進行失穩(wěn)危險分級，即根據(jù)各地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素對旺采采空區(qū)失穩(wěn)產(chǎn)生的影響，確定各因素的權(quán)重值，建立旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險分級指標，最后通過實例，檢驗該分級方法的實用性和可行性。

1 旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及指數(shù)

旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素有很多，參照房采采空區(qū)和大面積采空區(qū)的分類標準［4－5］，結(jié)合各科研院校對神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)的相關(guān)研究與分析，通過調(diào)研，神東礦區(qū)影響旺采采空區(qū)失穩(wěn)的地質(zhì)因素和開采技術(shù)因素主要包括煤層厚度、煤層傾角、煤柱寬高比、上覆巖層單軸抗壓強度、煤柱的單軸抗壓強度、采空區(qū)埋藏深度、采空區(qū)積水情況、采空區(qū)自燃情況、采空區(qū) (平面投影)面積、采空區(qū)體積、采空區(qū)附近斷層分布情況、采空區(qū)密閉情況、采空區(qū)失穩(wěn)事件發(fā)生情況和采空區(qū)上地面建筑物分布情況、頂板處理方式與垮落情況、重復(fù)采動次數(shù)、上下及周圍煤層開采情況、地表塌陷情況等18種影響因素。

需要指出的是，各影響因素的危險評分值一方面考慮了神東礦區(qū)特殊的薄基巖、淺埋深地質(zhì)條件、煤層及覆巖特點，另一方面是在對神東礦區(qū)旺采采空區(qū)情況進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，參照神東礦區(qū)各礦一線技術(shù)人員對旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險的經(jīng)驗總結(jié)，最后通過對神東礦區(qū)早期采用旺采工藝的礦井如大柳塔煤礦、上灣煤礦等多處旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及評分值進行了多次試驗，確定了影響因素及危險評分值。

舉例來說，采空區(qū)上地面建筑物分布情況和煤柱寬高比是各礦一線技術(shù)人員認為旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險的2個主要影響因素，危險評分值最大分別為8和6。其中采空區(qū)上地面建筑物分布情況的危險分級參照“礦區(qū)建 (構(gòu))筑物保護等級劃分”［1］。對于旺采區(qū)護巷煤柱留設(shè)區(qū)域，煤柱寬一般為15～20m，對于煤層厚度3～4m的旺采區(qū)來說 (寬高比P≥4.0)一般是穩(wěn)定的。神東礦區(qū)旺采工藝經(jīng)歷了從采3.3m留設(shè)1～2m的煤柱 (早期由于不規(guī)范，煤柱留設(shè)實際更寬)到目前的近似無煤柱開采，調(diào)研表明，相對房采采空區(qū)來說，旺采采空區(qū)內(nèi)煤柱 (寬高比P＜1.0)是極不穩(wěn)定的。此外，旺采采空區(qū)煤柱及上覆巖層單軸抗壓強度作為2個評價指標，與井下沖擊災(zāi)害 (沖擊地壓等)評價指標不同，煤柱及上覆巖層越堅硬，其穩(wěn)定性越強，其抗壓強度越小，越容易發(fā)生失穩(wěn)危險。神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素和危險評分值見表1。

表1 旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及評分值

由于旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素眾多，除上述調(diào)研到的影響因素外，還有不少未知因素的影響，但從理論上來說，已知的影響因素越多，危險分級就越具體，越具有可操作性。

根據(jù)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及其危險評分值，確定旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險指數(shù)W的公式如(1)所示:

式中，W為旺采采空區(qū)危險指數(shù);Gi為第i個影響因素的危險評分值;Gimax為第i個影響因素中的最高危險評分值;n為影響因素數(shù)目。

因此，就可以根據(jù)表1，用公式 (1)來確定旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險評定指數(shù)W，進而評估旺采采空區(qū)的危險性。

2 神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險分級

為了對神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險進行較為詳細的劃分而又具有可操作性，參照文獻 ［4］，［5］中的分級標準，把神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險等級劃分為5級，對應(yīng)的危險指數(shù)W分別為:Ⅰ級危險 (特大危險性)W≥0.80;Ⅱ級危險 (重大危險性)0.70≤W＜0.80;Ⅲ級危險 (較大危險性)0.60≤W＜0.70;Ⅳ級危險 (一般危險性)0.50≤W＜0.60;Ⅴ級危險 (較小危險或無危險)W＜0.50。

需要指出的是，由于旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險可能隨著周圍開采條件的變化而導(dǎo)致其危險程度發(fā)生變化，因此對于V級危險 (較小危險或無危險)的旺采采空區(qū)在進行綜合治理前，也需加強觀測，根據(jù)其周圍環(huán)境和開采條件的變化及時進行評價。一般來說，對于評估為Ⅳ級以上危險的旺采采空區(qū)都要引起重視，對于評估為Ⅲ級以上危險的旺采采空區(qū)應(yīng)盡快進行災(zāi)害預(yù)防或治理工作。

3 實例

神東礦區(qū)榆家梁煤礦52108旺采采空區(qū)采用旺格維利法開采52煤，52煤為近水平煤層，平均煤厚3.6m，2003－2005年進行旺格維利法開采，采3.3m留1～2m的煤柱，旺采區(qū)面積達102.02hm2，旺采區(qū)埋藏深度63～207m，采用內(nèi)外1m混凝土、充填5m黃土 (含羅克休)進行密閉，采空區(qū)僅上部42煤層已開采、下部煤層及周圍工作面未開采，井田內(nèi)斷層等構(gòu)造較少，地表未塌陷，該采空區(qū)上方地表有1條6.6kV楊干高壓線、通訊線路、神揚公路和李燕灣村等。

該旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及評分值如表2所示。

表2 52108旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險影響因素及評分值

因此，52108旺采采空區(qū)危險指數(shù)為0.60≤W＜0.70時，評估為Ⅲ級危險，即52108旺采采空區(qū)具有較大危險性，需要引起重視，對危險區(qū)域及時進行災(zāi)害預(yù)防或治理工作。為消除該旺采采空區(qū)的安全隱患，目前正在該采空區(qū)地表進行頂板爆破治理試驗。

4 結(jié)論

(1)神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險主要包括煤層厚度、煤層傾角、煤柱寬高比等18種影響因素。

(2)神東礦區(qū)旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險等級劃分為5級，即Ⅰ級危險 (特大危險性W≥0.80);Ⅱ級危險 (重大危險性0.70≤W＜0.80);Ⅲ級危險(較大危險性0.60≤W＜0.70);Ⅳ級危險 (一般危險性0.50≤W＜0.60)和Ⅴ級危險 (較小危險或無危險W＜0.50)。對于評估為Ⅳ級以上危險的旺采采空區(qū)都要引起重視，對于評估為Ⅲ級以上危險的旺采采空區(qū)應(yīng)盡快進行災(zāi)害預(yù)防或治理工作。旺采采空區(qū)失穩(wěn)危險應(yīng)根據(jù)開采條件和周圍環(huán)境的變化進行重新評估。

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