防水煤柱计算（精选6篇）
防水煤柱计算 篇1
摘要：水体下开采煤层的防水安全性问题主要取决于导水裂隙带高度的确定, 通过变形分析法与经验公式法分别计算出导水裂隙带高度, 从而计算出防水煤柱厚度。计算结果为陈家沟煤矿3204工作面水体下安全开采提供了理论依据, 也为同类地质采矿条件下的覆岩导水裂缝带计算和防水煤柱厚度计算提供参考依据。
关键词：变形分析法,经验公式法,导水裂隙带高度,防水煤柱厚度
3204工作面位于陈家沟煤矿+1050m水平以下的三采区西翼第二区段, 东端与三采区三条下山保护煤柱相邻, 西端与采区边界保护煤柱相邻。煤质为煤5层, 地面标高1519米至1590米, 工作面标高977米至1011米, 地面位置横穿小阴沟, 谢家沟, 唐家洼, 狼沟, 狼沟嘴等地段, 地面无民房及建筑物。本工作面属于大型复合水体下开采, 上覆岩层及地表水体, 既有地表北河水体, 也有上第三系甘肃群中下部含水层 (Ngn) , 其主要分布在井田北部的北河河谷之下, 由灰白色、浅棕红色砂砾岩组成。为了获得导水裂隙带高度及防水煤柱留设厚度, 通过变形分析法和经验公式法理论计算, 为3204工作面水体下安全开采提供可靠的理论及技术依据。
1 确定导水裂隙带高度
由于煤层开采结束后导水裂隙带的高度是开采尺寸、岩层岩性、地层力学结构及特征煤层赋存条件等因素共同作用的结果, 其中开采尺寸和上覆岩层的岩性是影响应力传递、释放和重新分布的决定性因素, 所以从力学角度可计算导水裂隙带发育最大高度。又因为可获得实际多个综放工作面覆岩导水裂隙带高度实测值, 通过数学方法分析, 利用经验公式也能计算导水裂隙带发育最大高度。
1.1 变形分析法确定导水裂隙带高度
本次计算3204工作面导水裂隙带高度以37勘探线的3703钻孔资料为计算基础, 列出该计算基础数据 (表1) 。
1.1.1 覆岩载荷计算
用固支梁力学模型来分析水平拉伸变形, 如图1所示。
载荷q是岩梁自重及其上覆岩层重叠的共同叠加之和。因此覆岩承载的载荷可按下式计算:
式中:qi表示第i层岩层承载载荷, KN/m;γ表示平均容量, 在此岩层取25kg/m3, 土层取16kg/m3;Hi表示第i层岩层分层厚度, m
1.1.2 覆岩最大挠度、极限跨距计算
设挠曲方程, 利用伽辽金法通过解算, 可得固支梁的最大挠度为:
式中I为惯性距, E为岩体的弹性模量, GPa;q为岩量上的荷载, KN/m
由于在弯曲梁的中性轴下端面产生的水平拉伸变形, 通过弯曲梁的曲率方程与横截面上某点到中性层的距离y, 可得到固支梁弯曲后其水平拉伸变公式:
为了岩层不产生导水裂隙带, 最大变形值εmax就不能超过岩层的临界水平拉伸变形值, 而梁的下端即y=h/2在端面上水平拉伸变形值最大, 所以水平拉伸变形的最大值为:
在此取泥岩等软弱类岩层的临界水平拉伸变形值为2mm/m, 则由上式可以得到岩梁受力弯曲产生最大水平拉伸变形值时的跨距:
1.1.3 各岩层最大下沉空间计算
覆岩破坏发展之断裂导水裂隙带及断裂程度的辨别公式为:
式中:kci和kcz分别为老顶和直接顶的残余碎胀系数。hi为第i层岩层的厚度, M为煤层的采高, ki为覆岩最终综合“碎胀系数”, 取1.01~1.05。为计算简便, 根据经验取其平均残余碎胀系数为1.01~1.05, 上式可以简化为:
1.1.4 利用变形分析方法计算导水裂隙带高度
通过公式 (1) 、 (2) 、 (5) 、 (7) 分别计算得出综合分析表2, 可以看出在3204工作面覆岩的岩层中, 序号为38的粗砂岩分层厚度为9.14m, 其产生临界水平拉伸变形值时该岩层岩梁的跨距为95.63m, 在该临界跨距下的最大挠度 (4.5m) 大于其最大允许下沉空间 (3.91m) , 离煤层顶板较远 (126.69m) , 抑制了导水裂隙带向上发展, 同时随着开采范围的增大, 38号控制层可能断裂导水。序号为34的粗、粉砂岩互层分层厚度为19.87m, 在该临界跨距下的最大挠度 (7.36m) 大于其最大允许下沉空间 (3.31m) , 离煤层顶板距离为 (138.82m) , 由于其产生临界水平拉伸变形值时岩梁的挠度远远大于其最大允许下沉空间, 其产生临界水平拉伸变形值时该岩层岩梁的跨距大于采空区尺寸, 从而能够有效的起到阻隔导水裂隙带向上进一步发展的作用, 为可靠的控制导水裂隙带向上发育的关键层, 因此在3204工作面采用变形分析法计算得出引起覆岩最大断裂导水裂隙带高度为138.82m。
1.2 经验公式法确定导水裂隙带高度
我国学者结合科研课题实测, 利用回归分析方法, 总结归纳出了中硬和软弱覆岩条件下综放工作面的冒落带和导水裂隙带高度经验公式, 通过修正得到陈家沟煤矿分层综放开采导水裂隙带高度预计的一般公式:
kn为第n分层开采重复采动系数;Mn为n分层采高
由于陈家沟煤矿三采区3204工作面采用的分层首分层综放开采, 计算导水裂隙带高度时重复采动系数kn取k1为1.1, M1采高取11.5m, 应用经验公式 (公式8) 预计的3204工作面开采导水裂隙带最大高度为139.65m。
1.3结果对比分析
导水裂隙带计算结果表明:3204工作面按变形分析法计算导水裂隙带最大高度为138.82m, 按经验公式计算导水裂隙带最大高度为139.65m, 误差率为0.5%, 所得结果相差不大, 都不会超过5#煤上部中侏罗统的厚度, 即不会波及覆岩主要含水层。由于导水裂隙带与含水层之间的覆岩中泥岩占了很大的比例, 这部分岩体渗透性差, 具有良好的隔水性和再生隔水性, 减弱了主要含水层和煤系砂岩之间的水利联系, 从而可以确定3204工作面开采不会引起北河水直接溃入井下, 威胁井下安全。
2防水煤柱留设
依据有关防水煤岩柱安全厚度的要求, 结合陈家沟煤矿的地表裂缝深度探测结果和开采方法及地质、采矿条件, 防水安全煤 (岩) 柱厚度应不大于地表裂缝深度Hdi, 保护层厚度Hb和导水裂隙带高度度Hlt之和。则陈家沟煤矿北汭河下开采防水安全煤 (岩) 柱厚度Hsh计算公式如下:
表中为累计采厚, n为分层采厚。
根据规定, 单向抗压强度为10~20MPa的岩层划分为软弱岩层 (表3) , 应按软弱覆岩类型预测煤层采后的导水裂缝带高度, 则3204工作面保护层的厚度选3A或者4A, 由于工作面保护层内均为隔水性良好的泥岩, 则理论研究和实践均表明保护层的选取厚度明显偏大, 根据保护层岩性、含隔水性综合确定3204工作面保护层厚度取5倍采厚即57.5;根据陈家沟煤矿已经完成的巨厚煤层综放开采地表裂缝深度探测研究项目结论, 采用80m作为开采引起地裂缝深度的最大值;根据变形分析法获得最大导水裂隙带高度为138.82m, 经验公式法获得最大导水裂隙带高度为139.65m, 取最大值139.65m。经计算, 陈家沟煤矿3204工作面防水安全煤岩柱高度Hsh为277.15m。
3 结束语
以37勘探线的3703钻孔资料为计算基础, 通过变形分析方法对陈家沟煤矿3204工作面覆岩导水裂隙带高度进行了理论计算, 结果表明:陈家沟煤矿煤5层覆层中岩层序号为34的粗粒砂岩, 能够有效的起到阻隔导水裂隙带向上进一步发展的作用, 得出产生临界值点的高度即为“两带”的顶点为138.82m;以科研数据实测, 利用数学方法推导得出经验公式, 通过经验公式法也对3204工作面覆岩导水裂隙带高度进行了理论计算, 得出3204工作面覆岩导水裂隙带高度为139.65m。两者所得结果相差不大, 取最大值计算防水煤柱的厚度为277.15m, 为华亭矿区水体下安全开采提供了理论依据, 也为同类地质采矿条件下的覆岩导水裂缝带计算和防水煤柱厚度计算提供了参考依据。
参考文献
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煤矿断层防水煤柱开采回收技术 篇2
我国许多煤田的水文地质条件十分复杂, 在部分煤层开采过程中会受到矿井突水的威胁, 防治水问题一直是煤矿生产及科研中的一大技术难题。随着矿井向深部延伸, 开采煤层所承受的岩溶含水层水压将越来越大, 受底板突水的威胁也将更加严重。如果不及时解决受承压水威胁煤层的开采问题, 一些矿区将处于逐步减产甚至停产的状态。
2 断层的基本要素及类型
2.1 基本要素
所谓断层是指岩层沿断裂面发生显著位移的断裂构造。为了描述断层的性质、位移和空间形态, 给断层的各个部位以一定的名称。如断层面、断层线、断盘、断距、落差等, 这些断层的基本组成部分叫断层要素:a.断层面和破碎带。岩层发生相对位移时, 总是沿着断裂面进行的, 此面称为断层面。断层面可以是直立的, 但大多数是倾斜的。规模大的断层, 经常不是沿着一个简单的面发生, 而往往是沿着一个错动带发生, 这个带称为断层破碎带, 其宽度从数厘米到数十米不等。断层面多是不平直的曲面, 少数情况下是平面。在一个小的范围内可以把断层面看作是平面, 也同样用走向、倾向及倾角表示断层面的产状;b.断层线。断层线是断层面在地面上的出露线, 也就是断层面与地面的交线。断层线的方向反映断层延伸方向。断层面与某一水平的水平切线的交线亦称断层线。在水平切面图上的断层线表示了断层真正的走向;c.断盘。被断层面分开的岩体叫断盘, 其相对上升的岩体叫上升盘相对下降的岩体叫下降盘。如果断层面是倾斜的, 根据岩体与断层面的关系, 又有上盘位于断层面上方的一盘与下盘位于断层面下方的一盘之分。断层面直立时, 就无上、下盘之分;d.断距。断距是断层两盘沿断层面相对移动开的距离。未错开前的某一点, 错动后分裂为两点, 分别在两个盘上, 测量这两点间的实际距离就是真断距或称总断距。总断距在自然界很难确定, 在生产上也没有实际意义。断层的断距通常是根据在不同方向的剖面上被错开岩层的距离来表示的。本文以下皆以地层断距表示, 所谓地层断距是指垂直于煤岩层走向的剖面上, 断层两盘同一煤层面之间的距离。目前我国各生产单位, 对断层落差的含义和解释, 有不同的看法, 到现在还未取得一致意见;e.落差。一条断层, 在不同的地段落差不同。就是同一地点, 在不同方向上作剖面, 表现的断层落差值也不相同。在采煤生产中最有意义的是沿岩层走向剖面上的落差。
2.2 断层分类
根据断层上下盘相对移动的方向, 可分为正断层、逆断层和平推断层。正断层是岩层断裂后, 其上盘相对下降, 下盘相对上升;逆断层是上盘相对上升, 下盘相对下降。根据断层面的倾角, 又把逆断层分成冲断层断层 (倾角大于45°) 、逆掩断层 (断层倾角为45°-25°之间) 和辗掩断层 (断层倾角在25°以下) 。平推断层是断层两盘沿近于直立的断层面作相对水平移动的断层。根据断层的导水特征, 断层又可分为导水断层和不导水断层。根据断层的力学特征, 可分为张性断层和压剪断层 (即张开型断层和闭合型断层) 。
3 断层突水因素分析
3.1 断层突水的内因分析
断层的导水性能与断层本身的性质特征有紧密的联系, 具体表现在以下几个方面:a.与断层带附近岩体富水程度有关。b.断层带附近, 含水层本身岩性破碎, 裂隙发育, 常常不同程度富水, 为突水的形成提供了有利的物质基础。与断层带隔水层厚度有关。断层带隔水层厚度和抗水强度, 随着隔水层厚度增大, 其抗水能力亦随之增大。与断层落差、倾角有关。断层落差的作用是既改变了隔水层正常厚度, 也改变了采掘工作面、煤系地层内的煤层与含水层具有不同的接触关系。井下中小型断层, 多数在平面和垂直方向上“摆动”较大, 断层倾角也常有变化。
3.2 断层突水的外因分析
在断层带形成突水的外因素主要有以下几个煤柱尺寸和矿山压力:煤柱尺寸。在矿山压力作用下, 所留断层保护煤柱被压碎, 承压水通过断层面或断层破裂带突破工作面进入工作面。保留足够宽度的保护煤柱, 使之不至于被矿山压力破坏是防止承压水进入工作面的一条有效措施。但这是一条被动的措施, 而且还浪费了大量的煤炭资源。矿山压力。煤层底板隔水层中存在着固有裂隙结构面, 它们互相交错杂乱无章的分布, 破坏了岩体的完整性, 使之强度大大降低。煤层开采后, 在支承压力及静水压力的作用下原岩裂隙结构面产生不同程度的扩张、延展, 导致新裂隙的产生及原岩裂隙的“活化”, 可能在底板产生具有连通性的裂隙结构面。若该结构面与五灰含水层相接, 承压水便会直接由底板进入工作面, 危害生产。五灰含水层上距采区煤层底板距离一定, 只要我们能改造五灰含水层不含水或弱含水, 这样就可以使有效隔水层厚度增加, 实现安全开采。
4 断层带注桨加固
4.1 断层带注桨加固原理
断层带注浆加固实质是通过钻孔向断层带附近岩体内灌注浆液, 充填灰岩及其围岩岩溶裂隙, 改变含水层的富水性, 封堵水源补给通道, 堵塞导水裂隙, 加固煤层底板隔水层, 防止薄层灰岩水突入矿井, 实现安全采煤的技术途径。该加固方法的原理主要体现在以下三方面:a.五灰中压入浆液, 浆液沿着灰岩岩溶裂隙扩散、结石, 最后充填, 把灰岩中的水“置换”出来, 使之不含水或弱含水;b.浆液在注浆压力作用下, 通过破裂带沿着五灰水补给破裂带的通道运移、扩散、结石, 堵塞或缩小导水通道, 减少五灰水对破裂带的补给量;c.浆液在注浆压力作用下, 通过薄灰裂隙沿着导高裂隙运移、扩散、结石, 充塞隔水层的导水裂隙, 胶结强化隔水层。因此, 对五灰岩层注浆能起到改造、封源和加固的作用, 不但可以防止五灰水大量地突水, 而且可以防止五灰层下的其他含水层突水, 从而达到安全采煤的目的。
4.2 注浆工艺
注浆系统。我们利用地面注浆站进行造浆, 通过井下注浆管路向井下注浆孔进行注浆, 在井上控制注浆压力:a.注浆方式。注浆改造以最大量注浆、最大范围的扩散、最大限度的充填为目的, 所以一般采用连续注浆发现巷道跑浆时采用间歇注浆, 间歇时间4-8小时;b.泵量要求。根据钻孔揭露的岩溶裂隙发育程度, 涌水量大小、终孔位置的水压确定泵压及泵量。当裂隙发育时, 采用全泵量:当裂隙发育较差或泵压大于0.5MPa时, 用中泵量:最后结束封孔时用小泵量, 为40升/分, 孔口压力达到水压的2-3倍, 并需持续一定时间, 一般为20分钟左右;c.注浆材料。在进行断层带注浆改造时用FCL-C浆液, 但在最后封孔时一定要用水泥单浆液, 这样可保证封口强度要求。
4.3 注浆程序
(1) 注浆前先进行放水10-20分钟, 并控制好放水量, 将沉积在孔内的岩粉冲出。 (2) 对注浆设备、注浆管路进行打压试验, 试验的最大压力为最大注浆压力的1.5倍。 (3) 造浆:凡是有溶洞的造浓浆液, 否则造稀浆液。 (4) 注浆:注浆过程中根据进浆情况随时调节泵压、泵量及浆液浓度。一般要连续注浆, 发现跑、串浆时可间歇注浆。 (5) 当达到注浆结束标准时, 最后再向孔内压一定的清水, 将管路清洗干净, 关闭注浆孔水门, 8小时后可打开水门, 观测孔内是否还有涌水。
5 断层防水煤柱安全回采技术措施
为了确保断层防水煤柱的安全回采, 在回采过程中, 课题组还采取了以下安全技术措施。
减小工作面来压强度。工作面回采时, 我们在工作面开切眼提前打好两排放顶眼, 放顶眼斜长2.0-3.0m。垂深不小于1.5m, 放顶眼间距1.5m, 工作面推出4m后进行人工放顶, 工作面推进过程中, 视顶板冒落情况, 由课题组人员会同工区领导现场确定放顶范围及方法, 但规定任何情况下, 工作面走向悬顶范围不得超过10m, 通过这些措施, 大大减小了工作面初次来压和周期来压阶段的来压的强度, 减少了矿压对工作面底板的破坏程度。
加快工作面的推进度。如果运输战线长, 提升距离远, 为了减少中间运输环节, 可在采区运输大巷中间新扩了一个车场, 增加了一部电机车, 这样运输能力比原来增加了一倍, 幅度提高, 另外通过加强现场管理, 合理安排各工序的作业时间。
工作面来压前, 开启检验孔截门工作面初次来压前, 对断层带施工的检查孔开启孔口截门, 一方面泄水降压, 另一方面, 避免在矿压的作用下, 承压水从工作面底板裂隙薄弱带涌出。
摘要：采用注浆法回收断层防水煤柱是一种技术先进、工艺简单、安全可靠、效益显著的有效方法。本文介绍了煤矿断层的基本要素及类型, 分析了注浆加固法, 并探讨了断层防水煤柱回收技术。
关键词：煤矿断层,煤柱回收,注浆加固
参考文献
[1]靳德武.我国煤层底板突水问题的研究现状及展望[J].煤炭科学技术, 2002.
[2]刘进晓.房柱式开采煤柱上支承压力的研究[J].矿山压力与顶板管理, 2005.
防水煤柱计算 篇3
我国许多煤田的水文地质条件十分复杂, 在煤层开采过程中受到多种水体的威胁, 煤矿防治水问题是煤矿生产及科研中的一大技术难题。据初步统计, 全国重点煤矿中受水威胁的矿井占47.5%, 受水害威胁的储量达250亿t。从近年的开采情况看, 每年采出受水害威胁的煤炭还不到总储量的10%。因此, 如果不能解放这些受水害威胁的煤炭储量, 不仅影响煤矿的产量, 而且一些老矿井还有被迫提前关井的危险。
防水煤柱的合理留设, 是带压开采至关重要的一个环节, 采矿实践证实, 绝大多数突水都发源于地质构造, 尤其是特大型突水。合理留设防水煤柱是防止构造突水的重要措施。本文在柳泉矿7煤实际情况的基础上通过FLAC模拟与理论计算相结合的方法, 提出了确定煤柱临界宽度的公式。
1 工作面概况
柳泉矿7煤在0~02勘探线之间, -80~-260 m段由原景山煤矿回采过, 煤厚为1.5~0.6 m之间, 煤层倾角为60°~70°, 回采期间煤层稳定, 未见断层, 未发现煤层变薄不可采现象, 顶底板均为砂岩, 坚硬, 顶板稳定, 回采巷道支护为木支护, 无冲击地压现象, 工作面走向长300 m左右, 回采巷道维修量不大, 工作面回采过程中没有发现滴淋水现象。
2 模型的建立与FLAC模拟
煤炭开采过程中, 当工作面前方遇有断层时, 如何确定防水煤柱的临界宽度, 根据柳泉矿现71采区揭露断层统计数据, 假设遇有倾角为60°、落差为35 m正断层时, 分析不同工作面长度下, 底板破坏深度以及相应的防水煤柱临界宽度。
为确定柳泉矿71采区的地质情况, 根据现有的水文地质资料及7、9煤的顶底板力学性质, 采用固流耦合模型, 分析在距7煤底板90 m处存有承压水的情况下, 水的渗流与工作面开采的耦合关系。
模型共划分19 050个单元, 反映出实际尺寸宽和高各为250 m和180 m。模型上边界加1.2 MPa垂直压应力以模拟实际采深的地应力, 左右边界以一定的应力梯度加3.0 MPa的水平应力, 以模拟遇有大断层时的水平应力。在距7煤底板90 m位置以一定应力梯度加6.5 MPa的水压力, 断层物理参数如表1所示。
留20 m保护煤柱时, 采场及断层处水压及应力云图如图1所示。
数值模拟分析表明, 7煤下伏的承压水由于断层破碎带的存在, 至使断层活化。承压水一方面通过其顶板岩层向7煤渗透, 但距7煤底板19 m位置存有隔水层, 有效的阻止了水头进一步上升;另一方面由于承压水压力较大, 使断层成为导水断层, 断层处的水头明显高于其它位置, 且穿过隔水层向两侧扩散。当所留煤柱为20 m时, 断层左侧扩散距离为11 m, 右侧为8 m, 距7煤底板17 m, 承压水沿断层破碎带及7煤开采对底板产生的破坏区, 进入工作面而导致突水。
3 理论计算与经验类比相结合法[1,2,3]
3.1 采场底板不突水条件
采场附近煤体上的支承压力往往超过其极限强度, 在煤壁附近形成非弹性区。按照弹塑性软化模型, 分别处于弹性、软化和流动的区域相应地称为弹性区、塑性区、破碎区, 如图2所示。
非弹性区包括塑性区及破坏区, 其范围xz为:
其中:
式中, f为岩层与顶底板间的摩擦系数;h为煤层厚度;φ为煤体的内摩擦角;σc*为单轴压缩时的残余强度;P为最大支承压力;Kmax为峰值应力集中系数;γ为上覆岩层的容重;H为煤层的采深;c为煤体的内聚力。
塑性区x2的范围为:
式中, M0为煤体塑性软化模量, 且M0=tanφ0, φ0为煤体塑性软化角;St为塑性区煤体应变梯度, 且St=tanα, α为塑性区煤层顶底板变形角之和。
破碎区x1范围为:
x1=xz-x2
断层突水的条件
如图3所示, 煤壁与断层距离为a, 高峰应力传播角为θ, 其与倾角为α的断层交于A点, z为交点距煤层底的深度。以A为顶点, 弹性区煤层长度x3为底的三角形面积S为:
整理得:
沿底板高峰应力线的倾向方向, 支承压力由峰状态向原始应力状态过渡, 相应地煤层底板由压缩状态向原岩状态过渡。受到支承压力峰值压缩的底板一旦遭到破坏, 支承压力峰值就会向深部移动, 即离煤壁更远, 相应地底板高峰应力线也向深部移动。因此, 未遭受支承压力峰值压缩的底板不会破坏, 从而在底板高峰应力线与断层之间的底板岩层仍具有原始的隔水性能。
沿底板高峰应力线的倾向相反的方向, 即向采空区方向, 支承压力由峰值状态向低应力状态过渡, 相应地煤层底板由压缩状态向膨胀状态过渡。因这部分的煤层底板都已遭受过支承压力峰值的破坏, 所以丧失原始的隔水性能, 有可能成为导水通道。
综上所述, 底板通过断层构成的突水通道产生突水的条件为:煤层开采造成的底板破坏深度h不小于底板高峰应力线与断层交点的深度z, 即
根据上面公式, 可得到采场断层防水煤柱留设宽度计算公式。根据采场底板不突水的条件有:
式中, h、θ、xz为煤柱设计的重要参数, xz可由公式 (1) 获得, θ为采场底板高峰应力线同岩层法线方向的夹角, 大量现场实测资料、相似材料模拟试验及有限元分析表明, θ值一般在21°~25°, h为矿山压力对采场破坏的深度。
3.2 煤柱留设尺寸的确定
如柳泉矿7煤开采过程中遇有35 m正断层, 根据现开采工艺条件及工作面布置方式, 具体参数如下:工作面采深为650 m, 斜长124 m, 煤层倾角15°, 断层倾角60°, 采高1.0 m, 非弹性区与采高比为6.5, 底板应力高峰线传播角为25°, 底板破坏深度为12 m, 将以上参数带入式 (6) 计算:
α=19 m
与数值模拟结果分析可知, 当工作面与断层留有20 m煤柱时, 达到最小防水保安煤柱, 与本方法确定的煤柱尺寸基本一致。
据此给出经验公式如下:
式中, H为煤层埋深, m;α为断层倾角, (°) ;f为普氏系数;L为工作面长度, m。
4 结论
根据理论分析, 得到采场断层防水煤柱留设宽度计算公式。据此给出采场底板不突水的条件:通过与数值模拟结果对比验正, 结合回归分析提出计算煤柱的经验公式。
参考文献
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防水煤柱计算 篇4
鉴于第四系含水层赋存特征和防治水工作的要求, 平煤股份十三矿在己15, 17-11011工作面的运输巷外侧留有一定宽度的防水煤岩柱, 留设的防水煤柱宽度比较大, 再加上和矿井边界煤柱相连, 留设的煤柱宽度更大。在达到防治水及其他工程留设目的的基础上, 如果选择适当的采煤方法对留设的防水煤柱的煤炭资源进行部分回收, 不仅可以解放更多的呆滞煤炭储量, 增加矿井的煤炭资源采出率和经济效益, 还可以延长矿井的服务年限[4,5]。经研究, 确定采用条带式开采方法。
1条带开采方法
条带开采技术实质是部分采出技术[6], 将开采区域划分成若干个条带进行开采, 采1条、留1条, 利用保留的煤柱支撑顶板与上覆岩层, 达到控制岩层运动、减少沉降, 从而保护建筑物和水体等。
平煤十三矿在保证防水煤柱稳定的条件下, 采用条带式开采方法对己15, 17-11011工作面进行开采, 实现了防水煤柱内部分煤炭资源的回收。
2工作面概况
平顶山煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带。在构造形态上为一地垒型的复向斜构造, 其四周受接近南北和接近东西向2组张性断裂的控制, 形成1个多边形的地垒型断块。褶曲以李口集向斜为主体, 向斜西部倾状张放;东部翘起收敛, 轴向为北西—南东方向。十三矿井田处在李口集向斜的北东翼, 襄郏一号正断层以南。
己15, 17-11011工作面位于平煤股份十三矿己一采区东翼第1区段。北为矿井原防水煤柱, 东为襄郏一号正断层保护煤柱, 南到已经回采完毕的己15, 17-11030工作面, 西邻下山保护煤柱, 设计走向长590 m, 倾斜宽平均180 m, 工作面内煤层厚度由西北向东南方向逐渐变薄, 煤层厚度为5.96～7.27 m, 平均煤厚5.8 m, 可采储量80万t。11010工作面开采煤层顶板部分岩层岩石力学性质见表1。
3工作面煤房宽度计算
合理的煤房跨度一般是按“梁”的理论进行设计的, 设计的第1步是确定顶板岩梁所受的载荷。
3.1岩梁所受载荷
由表1可以看出, 该工作面顶板由多层岩层组成, 根据各岩层间的相互影响可以确定第1层岩层的极限跨度时所选用的载荷大小。第n层对第1层综合影响形成的载荷 (Wn) 1可由式 (1) 计算:
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式中, E1, E2, …, En分别为顶板各岩层的弹性模量;h1, h2, …, hn分别为顶板各岩层的厚度;γ1, γ2, …, γn分别为顶板各岩层的容重。
代入十三矿11010工作面上方各岩层的厚度、容重及弹性模量进行计算, 其中对计算模型范围内的分层岩层中物理性质相近的岩层, 简化为单一岩层。从第1个顶板分层开始计算顶板岩层载荷值:
(W1) 1=γ1h1=171 kPa (2)
undefinedkPa (3)
由于 (W2) 1< (W1) 1, 所以第2层顶板将与其下部顶板发生离层, 第1分层只承受自重, 此时岩梁上的载荷值 (W1) 1=171 kPa, 即W=171 kPa。
3.2煤房宽度
根据巷道两侧煤柱对顶板岩梁的约束条件, 顶板岩梁可按简支梁或固定梁的情况进行分析。一般当煤层赋存深度较浅、开掘巷道或煤房后在两侧煤柱中产生的支承压力不太大, 或者煤柱两侧均被大面积采空的情况下, 煤柱对顶板的“夹持”作用较小, 岩梁可按简支梁处理。反之, 若煤层埋藏较深, 煤柱两侧被采空区包围, 煤柱对顶板岩梁的“夹持”作用较大, 则按固定梁处理较为合理。
(1) 顶板岩梁简化为简支梁 (图1) 。
取单位宽度的简支梁进行分析, 则梁内最大弯矩发生在梁的中央, 即X=L/2的截面上, 最大剪力发生在梁的两端, 即X=0, L的截面上, 其值为:
Mmax=WL2/8, Vmax=WL/2 (4)
该截面的最大正应力、最大剪应力分别为:
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式中, t为岩梁的厚度。
设岩梁的正应力和剪应力分别为σe和τe, 根据强度与应力关系, 结合该工作面情况安全系数取3, 可得σe=800 kPa, τe=2 500 kPa。
用σe代替式中的σmax, 代入十三矿数据可得, 按不因跨度中央的最大拉应力超过其抗拉强度破坏的煤房的极限跨度计算值:
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用τe代替式 (5) 中的τmax, 代入十三矿数据可得, 按不因跨度中央的最大剪应力超过其抗剪强度而破坏的煤房的极限跨度计算值:
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在实际设计煤房跨度时, 为确保安全, 取计算结果的较小值。即十三矿己15, 17-11011工作面顶板岩梁简化支梁时开采条带的极限跨度Lmax=18.2 m。
(2) 岩梁简化为固定梁:
取单位宽度的固定梁进行分析, 梁内的最大弯矩和剪力均发生在梁端煤壁处, 其值为:
Mmax=WL2/12, Vmax=WL/2 (8)
则在该截面上的最大拉应力和最大剪应力分别为:
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代入十三矿数据, 由此可得到确保岩梁不因最大拉应力超过其强度极限而破坏的极限跨度距为:
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代入十三矿数据, 得确保岩梁不因最大剪应力超过其抗剪强度而破坏的极限跨度距为:
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取计算结果中的较小值, 可得平煤股份十三矿己15, 17-11011工作面顶板岩梁简化为固定梁时开采条带的极限跨度Lmax=22.3 m。
比较上述2种计算结果, 可得开采条带顶板的极限跨度为18.2 m。为安全起见, 在这里取计算参数的0.7倍作为条带开采宽度, 由此确定煤房的宽度为12.74 m, 取12 m作为开采条带的宽度。
4己15, 17-11011工作面煤柱宽度的计算
在确定煤柱宽度时, 煤柱两侧屈服区宽度的和不能超过煤柱的宽度, 否则, 煤柱两侧屈服区连通, 煤柱失去核区, 支撑能力迅速降低, 煤柱就有可能完全溃屈。
一般情况下, 煤柱四周屈服区所包围的是煤柱的核区, 煤柱核区的煤岩变动较小, 大体上符合弹性法则。由于煤柱的核区受屈服区的包围, 并受到屈服区的约束, 因此, 煤柱核区的强度大大增加。即煤柱屈服区为煤柱的核区提供了侧向约束力。因此, 在煤柱设计时正确计算煤柱屈服区的宽度至关重要。煤柱屈服区宽度可以通过实际观测得到, 也可以通过理论分析计算求得。可以用极限平衡理论推导出的煤柱屈服区宽度公式, 计算煤柱屈服区的宽度, 这样可得到有核区煤柱的最小宽度。
针对十三矿大采高开采情况, 根据现场实际情况对公式 (12) 参数进行了调整:
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式中, m为煤柱高度, m;d为开采扰动因子, 1.2～3.0;β为屈服区与核区界面处的侧压系数, 一般等于煤体的泊松比μ, 为0.25～0.40;C为煤层顶板接触面的凝聚力;φ为煤层与顶板接触面的摩擦角;σ1为煤柱极限强度;Px为煤壁的侧向约束力, MPa。
煤柱的极限抗压强度值由公式 (13) 求得
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式中, γ为上覆岩层平均容重, 取25.50 kN/m3;H为开采深度, 取350 m;c为煤体的凝聚力, 取1.5 MPa;ϕ为煤体的内摩擦角, 取28°。
代入得:σ1=29.7 MPa。
将σ1值代入式 (12) 计算, 其他参数依次取值:采高m=5.8 m;d=2.0;β=0.26;C=3.0 MPa;φ=30°。代入计算得:rp=5.0 m, 则有核区煤柱宽度要大于10.0 m, 取1.3倍的安全系数, 留设的煤柱宽度应为13 m。
5结论
(1) 在保证防水煤柱稳定的条件下, 采用条带式开采, 可以实现对防水煤柱内的部分煤炭资源进行回收。条带开采技术实质是部分采出技术, 将开采区域划分成若干个条带进行开采, 采1条、留1条, 利用保留煤柱支撑顶板与上覆岩层, 达到控制岩层运动、减少沉降的目的, 从而保护建筑物和水体等。
(2) 对煤房宽度、煤柱宽度进行了理论分析, 在保证防水煤柱充分稳定的基础上, 确定出平煤股份十三矿己15, 17-11011工作面防水煤柱条带开采参数为:煤房宽度12 m, 煤柱宽度13 m, 即采12 m, 留13 m。在条带开采中应注意加强锚杆支护质量监测和顶板监测, 尽可能地回收资源, 防止残煤自燃等。
参考文献
[1]张金才, 张玉卓, 刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水[M].北京:地质出版社, 1997.
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[5]汪华君, 刘承论, 于富岭, 等.断层防水煤柱的开采回收技术研究[J].山东煤炭科技, 2002 (6) :49-50.
防水煤柱计算 篇5
由于煤炭开采不断加深, 尤其是存在断层等地质构造的情况下, 工作面受水害威胁严重。据统计, 我国受水害威胁的煤炭储量约250亿t[1]。研究表明, 煤矿突水事故大多发生在工作面回采过程中, 其中很大部分是由断层活化引起的[2]。断层作为煤矿突水通道之一, 具有速度快、水量大和难以控制等特点。为预防此类事故的发生, 在回采现场一般都会留设断层防水煤柱, 且必须保证煤柱有足够的稳定性, 不会由采动引起断层活化。目前许多学者对断层防水煤柱进行研究发现, 防水煤柱的留设主要受矿山压力、煤柱内应力分布、煤柱强度、水文地质条件及断层本身特性等影响[3]。但是国内外对断层防水煤柱的留设仍没有统一标准, 多数情况下主要依靠《矿井水文地质规程》中的公式、工程类比、理论计算、相似材料模拟试验或是数值模拟等方法留设合理的断层防水煤柱[4]。在之前学者研究的基础上, 通过理论推导和数值分析的方法, 对不同煤层倾角下断层防水煤柱稳定性及应力变化特征进行研究。
1 理论分析
1.1 倾斜煤层防水煤柱稳定条件
留设断层防水煤柱可以支撑顶板岩层, 控制上覆岩体并减小地表下陷, 其最主要目的是控制由于扰动造成的断层活化而引发的突水事故。煤柱的破坏极有可能造成断层活化, 引发突水事故。为达到控制断层的目的, 必须保证防水煤柱的稳定性。从工作面周围岩体应力分布及破坏特征可以看出, 煤柱稳定性及控制效果并不与其宽度成正比, 而与其强度和几何形状有一定关系。倾斜煤层中留设的煤柱同时作用有正应力和剪应力, 且煤层倾角改变会造成应力变化。开采前正应力σ、剪应力τ分别为:
其中k=μ/1-μ
式中:α为煤层倾角, (°) ;k为侧压系数;μ为泊松比。
由以上分析可知:在煤柱内正应力和剪应力与煤层倾角及侧压系数均有很大关系, 且侧压系数不同, 煤层倾角的变化对正应力和剪应力的变化规律也不同。当煤柱承受的载荷小于其强度极限时, 可保持稳定发挥其作用。反之, 煤柱会产生不同形式的破坏, 容易造成底板断层处破坏深度加深甚至活化。当煤层倾角过大时, 煤柱破碎岩石滑落, 会造成煤柱的进一步破坏。因此在倾斜煤层设计煤柱时, 应该较水平煤层更加谨慎。
1.2 断层活化力学分析
利用莫尔-库伦准则分析煤层倾角对断层活化的影响。当断层面上的剪应力τ≥σtanφ+c时, 断层活化, 其中φ、c分别是断层面内的内摩擦角及粘聚力。结合弹性力学, 倾斜煤层断层面上的法向应力和剪切应力用主应力σN、τN分别表示为:
式中:σ1、σ3分别为垂直应力和水平应力, MPa;β、α分别为断层及煤层倾角, (°) 。
结合莫尔-库伦强度理论公式, 得出断层面抗剪强度τf为:
式中:φ为断层带岩体内摩擦角 (°) ;c为粘聚力, MPa。
即断层活化的条件是τN≥τf
1.3 底板断层导水条件分析
研究底板断层导水条件, 除需要分析煤柱有效性及断层破坏条件外, 还要分析底板扰动破坏与断层处扰动破坏能否连通。在工作面底板两侧产生的应力集中向煤壁两侧发展, 造成塑性区产生;在断层处由于其本身强度较低, 很小的扰动即有可能造成塑性破坏区的产生。若两侧的塑性区连通且底板含水, 则承压水有可能顺着断层及塑性联通区涌向底板, 造成突水事故。断层处塑性破坏深度要根据各方面因素具体分析。由莫尔-库伦准则推导出底板岩层最大破坏深度hmax为:
式中:n为应力集中系数;H为煤层埋深, m;γ为岩体的密度, kg/m3。
还有学者得出以下经验公式:
式中:H为采深, m;L为工作面斜长, m;f为采场底板岩层坚固性系数。
由上式可知, 矿山压力对采场底板破坏深度随煤层倾角的增加而增加。因此, 在分析断层防水煤柱的留设时, 要分析煤柱的隔水性和有效性及对断层活化的控制作用等因素。
2 数值模拟方案
此次模拟运用有限元软件ABAQUS进行。ABAQUS是有限元分析软件, 具有很强大的仿真和计算功能, 可以运行多个工作流处理。文章主要研究煤层倾角对断层防水煤柱稳定性及在开采过程中断层活化产生的影响, 由此得出不同煤层倾角下断层及底板的应力分布及破坏特征。模型各岩层均视为均质、各向同性, 不考虑各岩层中的裂隙、结构面、软弱夹层引起的围岩的不均匀、不连续等, 并充分考虑计算机能力及计算时间, 建立模型如图1所示。模型尺寸为115 m×125 m, 模型中各岩层分类及力学参数如表1所示。在模型上表面施加11 MPa的均布载荷, 侧面和底面均为固定约束。
模型中断层宽度为3 m, 工作面每次推进3 m, 留设煤柱宽度为20 m, 断层两侧煤柱宽度相同。根据所要分析的内容, 主要模拟在煤层倾角分别为0°、5°、10°、15°、20°时断层防水煤柱的应力变化及周围底板破坏特征。
3 数值模拟结果分析
3.1 断层带及煤柱应力特征分析
不同煤层倾角下煤柱及周围岩体垂直应力分布特征:工作面回采引起原岩应力场破坏, 造成采场周围应力场重分布, 由于采空区上方岩体部分载荷加载到煤柱上, 造成煤柱内应力增大, 同时形成侧向支承应力, 在煤柱两侧出现应力集中现象。
通过对工作面开采后不同煤层倾角下断层防水煤柱及周围岩体垂直应力分布情况分析可以得出: (1) 断层防水煤柱内的垂直应力在工作面回采之后重新分布, 煤层倾角对应力分布影响较大。随着煤层倾角增大, 煤柱两侧边缘部分应力集中程度减弱, 倾角为0°时, 煤柱内最大垂直应力为36.2 MPa;而当倾角为20°时, 煤柱内最大垂直应力为30.1 MPa, 且随着煤层倾角的增大, 煤柱内最大垂直应力减小的幅度越来越大。 (2) 工作面回采之后, 煤柱周围岩体垂直应力集中现象比较明显。随着煤层倾角的增大, 周围岩体垂直应力集中程度和范围均减小, 同时随着煤层倾角的增大, 在煤柱内出现卸载现象, 且卸载范围及程度更加明显。 (3) 通过对不同煤层倾角下煤柱宽度方向上垂直应力分布状况分析可得:由于煤柱破坏, 煤柱两侧出现卸载现象, 随着距离边缘距离加大, 应力逐渐升高, 出现应力集中区域。随着煤层倾角的增大, 应力集中系数减小, 应力集中区域深度加大, 但变化不明显。
3.2 煤柱及周围岩体塑性破坏特征
在不同煤层倾角下, 受煤柱两侧工作面开采影响, 煤柱及周围岩体呈现不同的破坏特征, 通过对不同煤层倾角下断层保护煤柱及周围岩体塑性破坏分析可以得出: (1) 随着煤层倾角增大, 顶底板破坏深度加大, 同时由于煤层倾角变大, 断层上盘底板更加接近煤层下部断层, 断层下盘更加接近煤层上部断层, 易造成断层破坏区与顶底板破坏区联通, 引发顶底板突水事故。 (2) 随着煤层倾角的增大, 煤柱破坏深度增大, 破坏程度加剧。但煤柱破坏程度与倾角增大速度不成正比。 (3) 断层带内破坏程度和深度均随煤层倾角增大而增大, 在靠近煤层部分由于保护煤柱存在, 断层带破坏很小。
综上所述, 为防止煤柱整体破坏失效及顶底板破坏区与断层带破坏区联通, 可以得出, 随着煤层倾角的增大, 断层保护煤柱的宽度应该加大。
4 结论
(1) 研究了不同煤层倾角下断层防水煤柱及周围岩体的破坏情况, 随煤层倾角增大, 煤柱两侧边缘破坏区深度增大, 同时顶底板及断层带破坏深度增大, 易造成断层带破坏区与顶底板破坏区联通。因此应适当加大断层防水煤柱宽度。
(2) 研究了工作面回采后不同煤层倾角的断层防水煤柱及周围岩体的应力分布特征, 随煤层倾角增大, 煤柱两侧边缘应力集中现象减小, 且周围岩体也出现类似现象。
参考文献
[1]张金才, 张玉卓, 刘天泉.岩体渗流与煤层底板突水[M].北京:地质出版社, 1997.
[2]左建平, 陈忠辉, 王怀文, 等.深部煤矿采动诱发断层活动规律[J].煤炭学报, 2009 (3) :305-309.
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防水煤柱计算 篇6
淮南矿区是国家确定的13个大型煤炭基地和6大煤电一体化基地之一, 是目前中国东部和南部地区煤炭资源最好、储量最大、最后的一块整装煤田。现有生产矿井13对。矿区规划2012年生产规模达到8 000万t。
淮南潘谢新区是淮南矿业集团接续的新矿区, 自1983年建成首个矿井潘一矿以来, 至2007年底, 已建成了矿井9对、10井, 另在建设2对。新区的煤炭产量, 自本世纪初以来占矿区煤炭总产量的70%~80%;“十一五”后, 将占到90%以上, 年生产能力达到7000万t以上。
1.1 矿区松散砂层含水体下设计防水煤柱呆滞资源量
潘谢矿区位于淮河中游北岸, 矿区内煤系上覆沉积巨厚的新生界松散含水层, 松散层厚一般为300~400 m, 最大达到500 m以上, 作用在煤层露头上方松散含水层水头达到3~5 MPa, 属巨厚松散层高水头条件下开采水文地质条件。为防范煤系上覆新生界松散含水层水的危害, 矿井设计采用留设垂高60~80 m防水煤柱作为防范上覆松散含水层水害的主要安全措施。按此垂高留设防水煤柱计算, 现有9对生产矿井, 风氧化带以下开采煤层防水煤柱储量约4亿t以上。
1.2 目前设计防水煤柱资源解放和回收情况
为减少矿井设计防水煤柱呆滞的煤炭资源, 提高资源回收率和矿井投资效益, 淮南矿业集团和原淮南矿务局自上世纪80年代以来, 先后对潘集矿区新生界水文地质条件、谢桥井田新生界底部第三系固结紫红色砂砾岩 (俗称“红层”) 含隔水性开展了专门的验证性补勘和分析研究, 在基本查明新生界水文地质条件的基础上, 依据“建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 (以下简称“三下”开采规程) ”的相关规定, 经逐面科学分析论证, 在保障安全的前提下, 合理缩小了设计防水煤柱的尺寸, 至2007年累计试验开采缩小设计防水煤柱、提高上限工作面60个, 其中潘一矿7个, 潘二矿31个, 潘三矿4个, 谢桥矿6个, 张集矿12个;安全采出煤量2 826万t, 占风氧化带以下防水煤柱储量约7%左右。最小防水煤柱的尺寸, 潘一矿由垂高80 m缩小到27 m (高档普采) , 谢桥矿缩小到19 m (综采) , 张集矿缩小到33 m (综采) 。
2 解放和回收设计防水煤柱资源面临的主要问题和任务
虽然自上世纪针对解放潘谢矿区设计防水煤柱资源, 做了不少的水文、工程地质条件的分析和研究, 以及验证性水文、工程地质补勘, 实现了60个工作面不同幅度的缩小设计防水煤柱的安全开采, 取得了巨大的经济与社会效益。但要使4亿多t的风氧化带以下防水煤柱资源获得最大解放和实现安全回收, 还面临着很多难点和任务, 主要有:
(1) 潘谢矿区除谢桥、潘一、二、三矿井田开展了验证性新生界水文地质补勘外, 其它各井田未有开展新生界水文地质补勘, 以往资源勘探和生产性补勘施工的新地层全取芯钻孔, 平均每井田不超过5个, 每平方千米不超过0.1个;新地层底部含水层抽水试验一般不超过3次;新生界水文地质勘探程度低, 不能科学评价水体下开采新生界水文地质条件, 缩小设计防水煤柱开采缺乏资料依据。
(2) 基岩面控制程度差, 煤层露头附近孔距一般多在500 m以上, 达不到水体下开采“三下”规程要求。
(3) 受构造和岩层组合影响, 局部区域风氧化带异常增高, 造成已施工的综采工作面上风巷, 降低标高重掘巷道, 影响了工作面的正常接替, 并造成工程浪费。
(4) Ⅰ类松散含水体下的潘一、潘三矿井田, 在防水煤柱留设垂高60 m以上、甚至80 m的情况下也不能凑效, 综采支架被压, 工作面发生充水, 造成了重大经济损失, 其出水原因、机理还需要进一步研究。
3 扩大解放和回收防水煤柱资源开展研究工作的主要方向
针对潘谢矿区松散砂层水体下开采存在的上述问题, 为了合理解放和实现设计防水煤柱的资源安全高效回收, 最大提高资源回收率和矿井投资效益, 应着重从以下方面开展工作。
(1) 以《矿区水文地质工程地质勘探规范》和“三下”开采规程要求为指导, 对未进行系统勘探的张集、顾桥、顾北、丁集、潘北等井田新生界水文地质和近松散层下煤系地层工程地质条件进行全面补勘, 对潘一、二、三和谢桥井田, 根据需要适量补充少量勘探验证钻孔和试验、测试工作。通过补勘, 完成以下主要任务:查明新地层赋存特征、岩性、厚度及岩性结构组合特征及变化, 分析对比划分各个含隔水层 (组) ;查明可采煤层露头基岩面起伏变化;查明新生界各含水层单位涌水量、渗透系数等水文地质参数, 以及水质、水温及变化特征, 自然状态下各含水层地下水的补给、迳流、排泄条件, 直接充水含水层与上覆含水层之间的水力联系程度, 预测下伏近松散层煤层开采条件下可能产生的变化, 划分直接充水含水层富水性分区;测试分析研究直接充水含水层上、下隔水层的水理力学性质, 并结合已查明的岩层岩性、厚度等成果, 综合评价隔水层隔水性及底部松散含水层对近水体下开采的危害, 划分开采水文地质条件类别, 研究确定水体采动等级及允许采动程度;查明风化带深度、导阻水性, 风化带岩性、厚度及组合结构特征, 采样和孔内超声波测试近松散层下50 m垂高范围内的岩石抗压、抗张等力学强度指标, 综合评价风化带及近松散层下50 m垂高范围内岩石物理力学性质;建立新生界及相关含水层水动态观测网, 定期开展观测。
(2) 在查明开采新生界水文地质条件的基础上, 深化开展缩小防水煤柱、提高上限试验开采研究, 着重研究和解决以下技术关键:研究在巨厚松散层高承压水作用下、近松散层不同煤系岩层组合条件下岩层含水规律、含水下限深度和高度, 即研究确定“下渗带”深度, 进而通过多井田不同条件开采实践, 总结建立预计“下渗带”厚度大小经验公式;通过对煤层采后顶板变形、矿压现场观测与室内顶板变形、破坏模拟试验分析研究, 煤层顶板结构类型分类, 典型工作面综采离层裂隙、导高发育过程数值模拟, 选取适当位置留设80 m、60 m、40 m、20 m等不同防水煤柱高度工作面进行试验开采, 研究掌握近松散层下煤层顶板采后变形破坏规律;综合采用“导高”计算矿区经验公式、“三下”开采规程公式、《矿井水文地质规程》公式预计结果以及与实测“导高”结果进行对比分析, 并考虑不同水文工程地质条件下“下渗带”深度, 合理确定保护层厚度及开采上限值, 从而合理确定不同水体类型条件下防水煤柱留设高度与开采上限。
4 初步认识与建议
根据对淮南潘谢矿区新生界水文地质条件的初步认识, 潘谢矿区矿井设计留设的垂高60~80 m的防水煤柱大部分区域具有进一步缩小的可能, 为实现矿井设计风氧化带以下4亿t以上防水煤柱资源的最大解放和安全回收, 特提出以下建议:潘谢新区各矿应将提高上限开采纳入矿井正常生产接替计划, 在编制采区各煤层采场布置时, 应充分考虑提高上限工作面布置;新建矿井投产初期, 应依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》和“三下”开采规程要求, 对井田新生界水文地质与近松散层下煤系地层工程地质条件开展补勘, 为提高上限开采提供资料依据;建立一支稳定的高素质防治水专业技术人员队伍, 为解放和开采受松散层水和岩溶水威胁的煤炭资源提供人员保障;针对潘谢矿区水体下提高上限扩大开采技术关键和难点开展技术攻关和创新;建立风险和激励机制, 降低矿承担的提高上限开采的风险, 对提高上限开采获取效益好的矿集团公司给予适当鼓励。
摘要：针对淮南潘谢矿区松散砂层水体下开采存在的问题分析, 根据对该矿区新生界水文地质条件的初步认识, 该矿区矿井设计留设的垂高6080 m的防水煤柱大部分区域具有进一步缩小的可能。