干河井田團柏河下采煤安全性研究

吳繼蛟

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

我國的煤炭資源分布范圍廣泛，除了平原地區(qū)、丘陵和山區(qū)蘊藏豐富之外，在各類水體下的壓煤量也相當(dāng)大，研究水下采煤對于確保煤礦安全生產(chǎn)、提高煤炭資源采出率、保護(hù)地表水和地下水等都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 工程背景

干河煤礦位于呂梁山脈南段東麓，汾河西岸，地表水屬汾河流域黃河水系。團柏河是干河煤礦區(qū)域內(nèi)的主要河流，其水流具有季節(jié)性，旱季的時候河流干涸，雨季的時候河流有水。

在煤礦開采時，留設(shè)保護(hù)煤柱，不僅會影響煤炭的可開采量，降低煤炭開采率，而且會影響采掘工作面的合理布局及生產(chǎn)接續(xù)。在水下采煤時，如果盲目回采，地表水和地下含水層會受到工作面回采導(dǎo)水裂隙帶的影響，使得地表水和地下水涌入采區(qū)，很容易造成淹井重大事故。因此，開展論證合理的裂高和地表移動程度并采取合理措施，確保水體下安全采煤已成為干河煤礦急需解決的問題。

2 水下采煤安全性研究

2.1 水下采煤評價方法

礦區(qū)地表水體的存在，在一定條件下可能成為礦井的充水水源，甚至?xí)?dǎo)致淹井。

煤礦上覆巖體變形破壞的垂直分帶特征及各帶的高度，是關(guān)系到在水體下采煤是否可行的一個重要依據(jù)。如果導(dǎo)水裂隙帶的頂部波及到地表水和地下含水層，地表水和地下水就會涌入采區(qū)，如果水量較大，還會發(fā)生淹礦的重大事故。因此，準(zhǔn)確確定導(dǎo)水裂隙在一定開采方式和規(guī)模下的發(fā)育高度，是關(guān)系到煤礦在團柏河水體下采煤能否導(dǎo)致水體滲漏的重要依據(jù)。

2.2 防水安全煤柱高度計算

根據(jù)相關(guān)規(guī)定：由于煤系地層有松散層覆蓋，采深較厚，故不考慮地表裂隙縫深度；地表有較厚的黃土覆蓋，水體不與基巖接觸，因此也不考慮基巖風(fēng)化帶高度。此時，防水安全煤柱垂直高度（Hsh）應(yīng)大于或等于導(dǎo)水裂隙帶的高度（Hli）加上保護(hù)層厚度（Hb），故安全煤巖柱計算公式采用：

2.3 導(dǎo)水裂縫帶高度計算

（1）1號煤層導(dǎo)水裂縫帶

1號煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖組成，由于1號煤層以上沒有取芯，沒有相關(guān)巖石抗壓強度，對比分析其他礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)，巖石的抗壓強度介于20～40MPa，選擇導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度公式為：

代入公式一：

式中：

Hli-導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，m；

M-累計采厚，M=2.03m。

求得Hli=35.24m。

代入公式二：

Hli=

式中：

Hli-導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，m；

M-累計采厚，M=2.03m。

求得Hli=38.49m。

取兩者間的最大值：1號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度為38.49m。

（2）2號煤層導(dǎo)水裂縫帶

依據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》，2號煤層屬于小傾角煤層，煤層頂板采用全部垮落式管理，由于2煤層以上沒有取芯，沒有相關(guān)巖石抗壓強度，對比分析其他礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)，巖石的抗壓強度介于20～40MPa，選擇導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度公式為：

式中：

Ht-導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，m；

M-累計采厚，M=4.2m；

n-煤層分層數(shù)，n=1。

求得Ht=64.3m。

由圖1的2號煤層開采頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度圖可知，頂部K8砂巖至2號煤層的距離為11.72m，要遠(yuǎn)小于64.3m的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度；此外，根據(jù)相關(guān)的地質(zhì)勘探資料顯示，K8砂巖位于K9砂巖以下40m左右，因此，當(dāng)對2號煤層進(jìn)行開采時，會有水通過裂隙涌入2號煤層的礦井中，對煤炭開采工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

圖1 2號煤層開采頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度圖

2.4 最大保護(hù)煤巖柱高度計算

根據(jù)該區(qū)臨近的地面鉆孔推算，該區(qū)黃土覆蓋厚度大于累計可采厚度，覆巖類型按堅硬計算，故保護(hù)層厚度選取：

式中：

∑M-1#、2#煤層開采累計厚度，取3.68m；

n-分層數(shù)，n=2。

計算得：保護(hù)煤柱厚度Hb=7.36m。

因此，得出最大保護(hù)煤巖柱高度：

Hsh=53.83+7.36=61.19m。

2.5 安全性分析

為分析團柏河地區(qū)水下回采的安全性，通過計算得到的裂隙帶高度為58.83m，由此得出最大保護(hù)煤巖柱高度為61.19m。2號煤層上距1號煤層之間的距離為0.70～14.78m，平均距離7.90m，2號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度最大為64.3m，遠(yuǎn)大于1號和2號煤層之間的距離，因此，1號煤層的采空區(qū)積水會沿著裂隙滲入2號煤開采區(qū)域。

3 結(jié)論

團柏河水體地面標(biāo)高+510～ +550m，該水體防水煤巖柱最大高度為61.19m，即該水體下標(biāo)高+448.81～ +488.81m以上的煤層，由于其防水煤巖柱厚度不能滿足要，因此不能開采。

干河煤礦開采的一采區(qū)、二采區(qū)1、2#煤層標(biāo)高-60m～ +200m，滿足了最大保護(hù)煤巖柱61.19m的要求，因此，在不設(shè)防水煤柱的情況下進(jìn)行回采工作是安全的。