厚松散沖積層下防水煤柱的留設(shè)方法

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1、厚松散沖積層下防水煤柱的留設(shè)方法第2期2010年6月水力采煤與管道運輸HYDRAULICCOAL1VIINING&PIPELINETRANSP0RTAT10NNo.2Jun.20l0厚松散沖積層下防水煤柱的留設(shè)方法安秀清(開灤錢家營礦業(yè)公司,河北唐山063301)摘要:為了合理確定厚沖積層下開采時防水煤巖柱的高度,以開灤錢家營礦業(yè)公司八采區(qū)287l西工作面為例,對松散沖積層厚度與防水安全煤巖柱高度的關(guān)系進行了綜合分析,定義了"松散含水層透水系數(shù)"的概念,提出了厚松散層條件下的防水安全煤巖柱留設(shè)方法.該方

2、法的應(yīng)用使287l西工作面防水煤柱降低約13.0m,實現(xiàn)了煤柱的合理留設(shè).關(guān)鍵詞:沖積層煤柱導(dǎo)水裂隙帶中圖分類號:TD823.83文獻標識碼:B文章編號:1006—0898(2010)02—0067—030前言錢家營礦業(yè)公司地層結(jié)構(gòu)顯著特點是第四紀松散沖積層厚度大,例如在八采區(qū)松散層的厚度達到460m以上.錢家營礦區(qū)的松散沖積層可以劃分為4個含水層和4個隔水層,其中含水層往往是細砂層或者是粗砂層,含水豐富.而隔水層是粘土層或亞粘土層,平面分布不夠穩(wěn)定,有的區(qū)域缺失.沖積層底部為第四含水層,對淺部煤層的安全開采構(gòu)

3、成威脅,必須留設(shè)防水安全煤巖柱.在《建筑物,水體,鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》("三下采煤規(guī)程")和《煤礦測量規(guī)程》中,對防水安全煤巖柱的留設(shè)尺寸有著明確規(guī)定.開灤礦區(qū)針對礦區(qū)自身的特點,結(jié)合《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》于1989年制定了《開灤礦務(wù)局礦井水文地質(zhì)及防止水工作細則》("細則"),多年來開灤礦區(qū)一直按該細則留設(shè)含水沖積層下采煤的防水安全煤巖柱.在留設(shè)含水沖積層下采煤的防水安全煤巖柱問題上,該細則與"三下采煤規(guī)程"的主要差別是:"細則"中提出"松散層底部粘土層厚度小于累計采厚和無粘土層,當沖積層厚度

4、大于200m時,沖積層厚度每增加10m,保護層的厚度Hb要增加1m抗水壓厚度".在厚沖積層條件下,與"三下采煤規(guī)程"相比,開灤礦區(qū)的"細則"偏于安全與保守.對錢家營礦業(yè)公司這種巨厚沖積層的礦井,就要多留設(shè)大量的防水安全煤巖柱,致使煤炭資源損失嚴重.如何更科學(xué)合理地留設(shè)防水安全煤巖柱,在既保障開采安全的條件下,又不造成煤炭資源的浪費,這就提出"厚松散沖積層下防水煤柱留設(shè)方法"的問題,該問題初步研究工作具體落實為錢家營礦業(yè)公司八采區(qū)2871西綜采工作面開采上限的確定.12871西綜采工作面地質(zhì)條件2871西綜采工作

5、面位于八采區(qū)西翼,開采7層煤,工作面煤層埋深544～663m.工作面走向長平均1650m,傾斜長208m,煤層平均厚度4m,地質(zhì)儲量約192.2萬t.在2871西綜采面開切眼端上順槽處,與沖積層防水煤柱相鄰.該沖積層防水煤柱是按照細則劃定的,防水煤柱高度在切眼上口處為88ITI.工作面頂板為砂巖裂隙含水層,上覆煤5不可采,煤5頂板含水層含水豐富,目前水位一441nl,對煤7頂板水補給充分,工作面所承受煤5頂板含水層最大水壓1.98MPa,煤5頂板含水層水是該工作面主要充水水源.2工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度觀測采用

6、井下仰斜鉆孔實測的方法,選用2871西鄰近工作面1672東作為導(dǎo)高觀測點.1672東綜采面覆巖導(dǎo)水裂隙帶上界面為5煤層底板.實測結(jié)果1672東綜采面導(dǎo)水裂隙帶高度H,i=39.77m一40m.該觀測剖面處煤層采厚為2.8—3.2m,平均采厚為3.0m,所以導(dǎo)水裂隙帶高度是采厚的13.3倍.3松散沖積層厚度與防水安全煤巖柱高度的關(guān)系3.1防水安全煤巖柱的地層結(jié)構(gòu)力學(xué)模型672010年6月水力采煤與管道運輸?shù)?期力學(xué)模型如圖1所示.松散沖積層為"四含三隔"結(jié)構(gòu),厚度為h.,四含水頭高度為h.煤層為緩傾斜,導(dǎo)水裂隙帶

7、高度為H¨保護層厚度為H,防水安全煤巖柱高度為H.圖1防水安全煤巖柱地層結(jié)構(gòu)力學(xué)模型3.2防水安全煤巖柱阻隔水性能影響因素對于圖2所示的地層結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,當煤層傾角較小時,則煤柱長度很大.例如錢家營礦業(yè)公司八采區(qū)的條件,煤層傾角l4.一21.,則所留設(shè)的煤柱長度L是巖柱高度H的3.42倍,若取H=56m,則L=191.52m.所以煤柱具有良好的穩(wěn)定性,不可能失效成為突水通道.那么,對于圖2所示的模型,沖積含水層的涌水途徑就只有導(dǎo)水裂隙帶.導(dǎo)水裂隙帶是否會成為涌水途徑,則完全取決于基巖保護層(厚度為H)的阻隔水能

8、力.3.3松散層厚度與防水安全煤巖柱高度的關(guān)系首先,根據(jù)圖3所示的模型,防水安全煤巖柱的阻隔水能力僅與基巖保護層厚度H有關(guān),與其它因素,如松散層的總厚度無關(guān).其次,在"三下開采規(guī)程"中的附錄六,近水體采煤的安全煤巖柱設(shè)計方法,給出的導(dǎo)水裂隙帶高度H預(yù)計公式和保護層厚度H計算公式,Hi和H也僅考慮覆巖巖性的強弱,煤層的開采厚度以及松散沖積層底部是否有隔水層,所以,在"三下采煤規(guī)程"中導(dǎo)水