含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術(shù)研究

張龍（開灤錢家營礦業(yè)分公司，河北唐山 063301）

含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術(shù)研究

張龍
（開灤錢家營礦業(yè)分公司，河北唐山 063301）

本文以含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術(shù)作為主題展開相關(guān)探討。首先以某礦業(yè)公司地下開采公司例，結(jié)合實際采礦經(jīng)驗對其進行了簡要概述；主要對其某斷層區(qū)域的地質(zhì)條件進行了具體說明，并分析了目前的開采現(xiàn)狀，最后從利用破碎斷層區(qū)域穩(wěn)定性分析力學、三維背景應(yīng)用場計算等方法對其采礦技術(shù)進行了具體討論，并制定了明確的采礦方案。希望通過本文初步論述可以引起更多的關(guān)注與更廣泛的交流，為該方面的采礦技術(shù)研究提供一些有價值的信息，以供參考。

含水破碎帶 斷層 煤礦 安全技術(shù)

地下采礦中，若出現(xiàn)破碎帶及斷層含水量大，則會引發(fā)變形、失穩(wěn)、斷裂等問題，給繼續(xù)采礦帶來嚴重災(zāi)害或事故；因此應(yīng)該對其加大研究力度，從而在應(yīng)用技術(shù)分析同時，做出安全可靠的預(yù)防方案與解決辦法。以某礦業(yè)公司的地下開采為例，該工程在礦南區(qū)-60m中斷勘測出破碎帶的存在、斷層帶的發(fā)生，并將其命名為F1、F2破碎及斷層帶；具體情況是，地質(zhì)條件不利、可能造成大規(guī)模崩落現(xiàn)象，區(qū)域內(nèi)導水裂隙發(fā)育、斷層附近巖體節(jié)理發(fā)育等均存在開裂現(xiàn)象，巖體滲透性高，若遇水力關(guān)聯(lián)，則必引發(fā)突涌現(xiàn)象，會帶來嚴重的災(zāi)害事故。

1 F1、F2破碎及斷層區(qū)域的地質(zhì)條件分析

從整體上看，礦區(qū)屬于壓性裂隙斷裂構(gòu)造發(fā)育，地下水循環(huán)通道并未形成；礦床歸于水文地質(zhì)條件簡單理性類型，而且僅有少量脈狀裂隙水會產(chǎn)生影響，但作用并不顯著；雖然其它大斷裂構(gòu)造復雜，影響較大，但是主要的水因素以降雨居多，而地下開采中的深部構(gòu)造裂隙水突水也是影響因素之一；F1斷層為NNW傾向，傾角80°左右，探測結(jié)果顯示有斷層泥、裂隙發(fā)育、涌水量較大，而F2斷層屬于NW傾角50°左右，鉆孔時發(fā)生偏移、受阻、未穿透，因而推測其為較寬破碎帶，測定有斷層泥渣、礫石。

2 開采現(xiàn)狀分析

在本文所討論的破碎斷層帶區(qū)域，屬于煤礦回采，目前已經(jīng)在23線以北、25線以南實現(xiàn)初步回采，厚度為5m以上煤礦；以淺孔留礦法采厚度下的薄煤礦。由于問題的存在，需要進行穩(wěn)定性分析，并確定采礦方法、支護方案。

3 參數(shù)分析與計算分析

首先，在綜合研究報告、測定結(jié)果、試驗結(jié)果、附近地質(zhì)探測情況的基礎(chǔ)上，對該破碎斷層區(qū)域巖體行物理力學性質(zhì)參數(shù)分析，本次研究中按照霍克-布朗公式計算結(jié)果顯示，其中回采的M1、M2煤礦的塊體密度均為3.4g/cm3，抗壓強度分別為10.0、13.0MPa，在抗剪參數(shù)方面，M1的內(nèi)聚力與內(nèi)摩擦角分別為2.2MPa、38°，M2分別為2.4 MPa、38°；而變形參數(shù)中的彈性模量、波松比方面，M1分別為4.8*104MPa、0.21，M2分別為4.8*104MPa、0.21；而黑云母角閃斜長片麻巖、散體、斷層、表土方面的塊體密度、抗壓強度、抗剪參數(shù)、變形參數(shù)則以常年的邊坡報告模擬法進行具體計算。

其次，在三維背景應(yīng)力場計算方面，由于礦長度大于寬度較多，因而間柱數(shù)量較多，可以運用三維計算模型加以分析，本次研究中以MSC.Patran、MSC.Nastran計算模擬軟件進行計算。計算模型主要是通過建立22線到26線的礦山模型，具體包括回填物、圍巖、煤礦、斷層；利用模型范圍X（-130.000～350.150m）、Y［（26線）-200.000～（22線）179.000m）］、Z（-148.600～120.000m）坐標系分別設(shè)置參數(shù)；然后以六面體單元，在X、Y軸向上取方向限制加以約束，然后以物理實驗的方法，將材料力學性質(zhì)進行分析，結(jié)果顯示-6m處最安全，因而將-6～-60m煤礦作為礦房采出。

4 預(yù)設(shè)與制定采礦方案、支護方案

首先，經(jīng)過三維模型網(wǎng)格構(gòu)建與模型軟件分析，其中有4條煤礦與兩個斷層間關(guān)系密切，因此可以將其編號為I、II、III、IV，然后根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)計算出斷層兩側(cè)的應(yīng)力，結(jié)果顯示F1斷層應(yīng)力均勻，而F2斷層則與煤礦IV相交位置應(yīng)力最為集中，而與III之間沉重較大；因而以相關(guān)計算為準，可以在F1斷層兩側(cè)留礦柱，以12m為宜；在F2斷層留礦柱，以15m為宜；在兩者之間留礦柱，以10m為宜；并設(shè)礦房數(shù)量為3個。所以，綜合之后，根據(jù)以上分析的結(jié)果與相關(guān)數(shù)據(jù)可以得出，在III處煤礦礦柱尺寸需增加到20m，而且需要以錨固措施進行加固；而在III～IV之間則應(yīng)該選擇12～15m的增加量，才能保證安全；至于F1斷層則在其兩側(cè)繼續(xù)以12m作為開采礦柱即可。其次，在采礦方案上，按照上面的結(jié)果與預(yù)設(shè)，應(yīng)該滿足以下條件：在F1斷層兩側(cè)留12m安礦柱，在F2斷層兩側(cè)留20m安礦柱，斷層之間留12m間柱兩根，以及需要開采礦房3個。在采礦方法方面，則應(yīng)該以按照實際分析的結(jié)果與相關(guān)數(shù)據(jù)，采用分段留礦分采崩落法；需要注意的是，應(yīng)該使斷層間的保安礦柱永久保留，以保障后期開采的持續(xù)性與安全性；至于對斷層有影響的礦斷則應(yīng)該在回采前，以打泄水孔的方式、減壓的方式等減少危險因素后，再行回采。最后，在支護方面，以鋼筋網(wǎng)、復合錨桿托盤增加圍巖自承能力；以錨索行二次支護；破碎及斷層帶則加強錨桿、錨網(wǎng)密度，程度嚴重時可以進行聯(lián)合支護，如增加金屬網(wǎng)鋪設(shè)、噴射混凝土等皆可。

5 結(jié)語

總之，對于含水破碎帶及斷層臨近煤礦的安全開采，需要立足于現(xiàn)場勘查、細致分析的基礎(chǔ)之上，通過利用取樣、實驗、探測、建立模型、數(shù)據(jù)分析、數(shù)值模擬等方式，對其穩(wěn)定性加以評估、計算，并通過相關(guān)軟件分析得出科學的結(jié)論，從而將其應(yīng)用于具體的方案設(shè)計之中，提高采礦技術(shù)的科學性、合理性與安全性。

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張龍（1987—），男，河北定州人，本科，畢業(yè)于河北工程大學，采煤助理工程師，研究方向：采煤。