密集建筑物下高承壓水上采留比研究

萬(wàn) 曉 于 飛 王 岳

（1.山東新巨龍能源有限公司，山東 菏澤 274918；2.煤炭工業(yè)濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省采煤塌陷地綜合治理技術(shù)咨詢?cè)u(píng)估中心，山東 濟(jì)南 250031）

1 前言

目前我國(guó)應(yīng)用條帶開(kāi)采方法解放建筑物下壓煤同時(shí)解決底板承壓水威脅問(wèn)題相對(duì)較少。大量的研究表明，條帶煤柱合理尺寸的留設(shè)對(duì)于條帶開(kāi)采系統(tǒng)研究具有重要意義。本文的研究較單純解決建筑物下壓煤或者是承壓水上開(kāi)采復(fù)雜得多，必須考慮各種因素，正確合理地設(shè)計(jì)條帶煤柱的尺寸。

濟(jì)北礦區(qū)岱莊煤礦1160采區(qū)為下組煤開(kāi)采的首采區(qū)，區(qū)內(nèi)地面村莊稠密，16煤層為受水威脅煤層，本文系作者碩士期間研究工作，擬最大限度地減小采動(dòng)對(duì)底板破壞的影響，降低地表移動(dòng)變形的基礎(chǔ)上開(kāi)展研究，旨在延長(zhǎng)企業(yè)服務(wù)壽命。

2 建筑物下采留比理論計(jì)算

2.1 采寬b的確定

研究區(qū)內(nèi)第四系松散層厚達(dá)200m左右，上覆基巖層為30～80m，覆巖結(jié)構(gòu)類型屬中硬-軟弱型。根據(jù)井下煤層的實(shí)際地質(zhì)開(kāi)采條件進(jìn)行地表移動(dòng)預(yù)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)可知該區(qū)域的條帶工作面采寬一般不得大于50m。

2.2 留寬a的確定

采區(qū)煤體特征參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 采區(qū)煤體參數(shù)表

（1）煤柱極限強(qiáng)度σZ1

δ=2.729（η×σc）-0.271

= 2.729（0.54×10.1）-0.271=1.72

σZ1=δ×η×σc=1.72×0.54×10.1=9.4MPa

（2）煤柱屈服區(qū)寬度X0,計(jì)算結(jié)果為2.87m。

（3）留寬范圍[1-2]

穩(wěn)定的中硬煤柱的核區(qū)率ρ≥0.85。煤柱強(qiáng)度6MPa＜σZ1=9.4MPa＜10MPa，屬中硬煤層，根據(jù)公式：

由面積采出比得：

由煤柱安全系數(shù)得：

最終得到ɑ≥38.3m。

3 高承壓水上采留比理論計(jì)算

3.1 采寬計(jì)算

應(yīng)用巖體水力學(xué)法，工作面斜長(zhǎng)L[3]為：

將隔水層巖體厚度（h）64.38m，巖體平均抗拉強(qiáng)度（δT）2.6MPa，水比重（γw）1.0×103kN/m3，奧灰水位標(biāo)高（H）+25.92m，代入計(jì)算可得：L=40.78m。即若工作面斜長(zhǎng)小于40.78m時(shí)底板巖體不會(huì)破壞突水。

3.2 留寬計(jì)算

承壓水上安全煤柱計(jì)算公式：

代入?yún)?shù)M（1.8m）、P（6.46MPa）、Kp（0.6MPa）、K（5），計(jì)算得：L=25.6m。即留寬不得小于25.6m。

4 密集建筑物下高承壓水上采留比安全性研究

4.1 地表移動(dòng)變形

本文選擇采50m留50m方案進(jìn)行了FLAC3D下沉模擬、概率積分法地表沉陷預(yù)計(jì)。地表移動(dòng)變形最大值情況見(jiàn)表2，地表下沉情況見(jiàn)圖1，地表下沉等值線見(jiàn)圖2。

表2 方案地表移動(dòng)變形最大值一覽表

圖1 地表下沉模擬結(jié)果圖

圖2 地表下沉預(yù)計(jì)等值線圖（單位：mm）

據(jù)上結(jié)果知，該方案地表移動(dòng)變形控制在《規(guī)范》要求范圍內(nèi)。

4.2 底板防治水分析

據(jù)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)類比，采50m留50m的方案底板破壞深度大約在5～6m之間。開(kāi)采突水系數(shù)如表3所示。

表3 斜長(zhǎng)50m開(kāi)采時(shí)奧灰突水系數(shù)

該方案開(kāi)采時(shí)奧灰突水系數(shù)＞0.06MPa/m，滿足規(guī)范要求[4]。

5 結(jié)論

通過(guò)本文研究，該條件下采取采50m留50m的方案可以實(shí)現(xiàn)地面與井下的雙安全，且該研究結(jié)論可以作為類似大采深密集建筑物下高承壓水上煤層開(kāi)采的參考依據(jù)。