皖北矿区

皖北矿区（共3篇）

皖北矿区 篇1

摘要：皖北矿区水文地质条件复杂,矿区各矿不同程度存在含导水岩溶陷落柱、松散层底部含水层、煤层底板太原群灰岩含水层、煤层顶底板砂岩裂隙含水层等充水因素,影响矿区安全生产。集团公司提出“控水开采”新理念,科学建立防治水管理体系,通过系统研究运用地面精细勘探、井上下协同综合超前探查,承压水上工作面治控技术、承压水下工作面顶板预裂爆破、水化学监测预警、隐伏含、导水岩溶陷落柱超前探治理等矿井水害防治新技术,保障了矿区持续安全高效生产,取得了显著的经济和社会效益。

关键词：皖北矿区,水文地质问题,煤矿防治水

1 矿区主要水文地质类型

皖北矿区地处淮北煤田,根据矿井充水水源和充水方式,其主要水文地质问题可分为4个类型:底含溃水型、顶板透水型、底板突水型和陷落柱突水型[1]。矿区水害如图1所示。

1.1 底含溃水型

具有开采煤层上覆松散含水层溃水威胁和危害的矿井有百善、祁东和任楼煤矿。祁东煤矿开采煤层上覆松散含水层四含(底含)在井田中部存在冲沟,厚度达50 m以上,水压达4 MPa以上。首采3222工作面在按相关规程留设防水煤岩柱达63 m的情况下,2001-11-24仍发生了松散层四含水的溃水淹井灾害,最大突水量达1 520 m3/h。

1.2 顶板透水型

矿区中该类型的矿井有祁东、任楼、恒源及刘桥一矿。由于煤层顶板砂岩厚度较大,裂隙发育不均,使得砂岩局部富水,对工作面回采影响较大。恒源煤矿4414工作面砂岩出水瞬时达400 m3/h以上,造成工作面被迫跳采。

1.3 底板突水型

矿区该类型的矿井主要有刘一、恒源、五沟及卧龙湖煤矿。其主要充水水源为开采煤层底板太原组灰岩含水层。矿区太原群地层的厚度一般在130 m左右,其上部1~4灰含水层单位涌水量0.1~3.69 L/s·m,富水性中等-强。太原组灰岩与上覆煤层之间的隔水层的厚度为35.10~64.10 m,平均为51.90 m。隔水层厚度的不稳定性及较高的灰岩水头压力(3~5 MPa)对煤矿安全造成了极大的威胁。2001年刘桥一矿Ⅱ623和Ⅱ626工作面回采过程中发生底板太灰含水层突水淹面,涌水量分别为370 m3/h和290m3/h。

1.4 陷落柱突水型

该类型的矿井有任楼、刘一、恒源及祁东煤矿。据生产揭露,任楼、刘一、恒源及祁东分别发育3个、10个、2个陷落柱和3个物性陷落柱。1996年3月任楼煤矿7222首采工作面发生了导水岩溶陷落柱突水淹井灾害,最大水量达34 570 m3/h。因此,超前防范陷落柱突水成为矿区防治水工作的重中之重。

2 水害防治对策

2.1 水害防治工作理念

由于矿区水害的复杂性、特殊性,集团公司提出“控水开采”理念,走创新工程科技、科学开采之路,变被动防治为主动控水。实施“控水开采”,能保尽保,实现保水开采、绿色开采的目标;应疏尽疏,实现安全开采、经济开采的目标;能用尽用,实现洁净生产、资源节约的目标。

对于近含水层下煤层开采,应用“危险区域预测—巷道布置与开采顺序工程设计—高阻力支架选型—采动裂隙疏放—水文实时监测与推进速度动态调控”为技术核心的含水层下开采动态调控开采技术。对于高承压水上煤层开采,通过煤层底板注浆改造、水压控制等措施进行带压开采,能保尽保,实现保水开采;通过控制疏放,降低含水层水头高度,通过定量疏放,排除水患,应疏尽疏,实现安全开采、经济开采;通过矿区排水、供水、生态环保三位一体优化结合,矿井污水净化处理及再利用,实施矿井水资源化利用,能用尽用,实现洁净生产、资源节约的目标。

2.2 地面精细勘探

采用地面高精度三维地震、瞬变电磁法等地球物理新技术,与地质钻探、水文地质补勘、放水试验、钻探测试等有机结合,实施矿井精细勘探,查明矿井水文地质条件。引进石油系统“高精度三维地震技术”在恒源、刘桥一矿深部进行了勘探,推广三维地震资料精细解释。公司各矿均安装使用煤矿地面三维地震数据动态管理系统,贴近于煤矿生产。

2.3 井下综合超前探查

本着有疑必探的原则,实施地面电法、地面三维地震勘探、数据动态处理与解释和井下超前物探、超前掩护式钻探探查及水化学动态监测相结合的地面、井下协同的综合超前探查技术,查明工作面前方水文地质条件,准确探查构造、富水异常区及其水害威胁,采取有效防治水措施,保障工作面安全生产。

近年来,公司与中国矿业大学、安徽惠州地下灾害研究院合作开展了巷道-钻孔瞬变电磁法、激发极化法的采掘工作面超前探查技术研究;在钻探完成后实施物探探测,将其物探探头置于钻孔内,将钻探和地球物理勘探2种探查手段的优势结合,实现钻物探一体化探测,达到对巷孔范围内的高精度超前探测,从而解决单一探查手段难以同时满足高精度和大范围超前探查的难题。钻物探一体化探测技术已在皖北矿区钱营孜煤矿西三采区石门F22断层(落差240 m左右)探查中进行应用试验。

2.4 底板承压灰岩水上治控技术

应用井上下物探和钻探等手段,探查工作面范围煤层底板岩层及其富水性,采用新型钻探与注浆装备,实施了地面与井下协同、地面定向顺层长钻孔与井下短穿层钻孔相结合的立体探注技术,注浆加固煤层底板隔水层或改造部分含水层,增强煤层底板阻隔能力。在地面建造注浆站,集中向井下远距离注浆,简化注浆系统,提高注浆能力,开发应用粉煤灰、黏土、普通硅酸盐水泥浆,资源丰富,注浆成本低[2]。公司刘桥一矿、恒源煤矿、五沟煤矿6煤层开采均使用这项技术,形成了“定量疏放、疏-堵-控-用”灰岩水治控新模式。

2.5 松散强含水层下防控技术

皖北矿区煤系地层均被新生界厚层松散层覆盖,其底部含水层(四含)直接覆盖在煤系地层之上,其中祁东煤矿的四含厚度达30~50 m,其岩性组合、富水性变化较大,古河床分布情况复杂,水压大。矿井自投产以来,先后在8个综采工作面发生了17次压架事故,其中15次伴随压架发生突水,首采的3222工作面2001-11-25发生压架突水事故并导致矿井被淹。其覆岩破坏最大高度与采厚的关系已不符合国内其他矿区开采时的一般规律,超过了“三下开采规程”的预测值。通过松散强含水层下防控技术的应用,实现了7131、8222等工作面的安全生产,彻底扭转了不断发生压架突水灾害的被动局面。工作面顶板预裂爆破效果如图2所示。

(1)开展突水压架机理分析。由于松散承压含水层的载荷传递作用,导致一定覆岩条件下松散承压含水层下部基岩的整体破断和结构失稳,当支架支护阻力小于失稳岩体质量时,将导致采场压架事故发生,顶板导水裂隙因覆岩结构的整体失稳发育至松散承压含水层下,从而引发松散承压含水层下压架突水灾害。

(2)深孔预裂爆破关键层技术。对工作面煤层顶板冒落带主关键层超前施工钻孔并进行爆破,使之及时冒落,充填采空区,减小老塘的悬顶面积,降低“两带”发育高度。在祁东煤矿7131工作面实行顶板超前预裂爆破两带高度对比,原预计“两带”高度84 m,实测“两带”高度43.5 m,效果明显。预裂爆破后,支架载荷、来压步距、来压持续长度等均明显减小,有效防治了压架突水灾害。

(3)回采过程控制技术。一是工作面采用高阻力支架控顶;二是工作面采高与推进速度调控,合理控制采高,保证支架活柱在顶板压力较大时有足够的可下缩行程,避免支架很快被压死。控制工作面推进速度,非来压期间工作面应慢速推进,使顶板充分垮落,减小采空区悬顶空间。

(4)工作面监测预警技术。一方面对工作面支架阻力、地面长观孔水位进行在线监测预警。研究表明,含水层水位变化与覆岩运动存在明显的联动效应,顶板来压剧烈程度与水位下降的幅度和降速有关,水位降速越大,工作面来压越剧烈,越容易发生压架突水事故,需及时提出预警。根据支架阻力在线监测结果、地面长观孔水位变化情况建立工作面分析预警机制,将工作面预警机制分为3级,即蓝色正常区域,黄色警戒区域和红色危险区域,制定相应技术安全措施,确保工作面安全回采。另一方面,开展顶板水渗流综合物理场监测,通过对工作面内预警钻孔的监测,获得工作面开采过程中顶板变形、破坏的地电场参数变化规律和顶板水渗流动态的运移情况,以便对工作面开采过程中水害情况做出正确的预测预报。

2.6 采掘过程中水文和水化学监测预警

皖北矿区发育多层含水层,如何正确快速识别井下出水水源是非常重要的。公司通过对矿区含水层的系统研究,从出水形式(水压)、水量、水温、水化学成分等方面,可以快速正确判别出水水源,判断出水可能产生的危害程度,采取相应的防治水措施,防止或减少水害事故的发生。

2.7 隐伏含、导水岩溶陷落柱超前探治理技术

采取了“地质预判、水文预警、物探定位、钻探控制”的治理思路,在前期判断隐伏陷落柱存在的基础上,积极采取预防性治理。建立在线检测平台,基于水质、水温、水量及出水形式,开展了突水水源及通道的快速判识技术研究,提前预判并采用综合物探查明陷落柱位置后,通过井下巷道封堵,联合地面高精度导斜定向钻孔多孔联合错位注浆,实现了隐伏陷落柱的预防性治理。任楼煤矿1#陷落柱造成突水淹井事故,应用以上技术措施成功判断了2#、3#含导水陷落柱的存在,提前采取了防治水措施,避免了再次突水淹井事故。

2.8 过大型断裂带管棚注浆技术

皖北煤电集团刘桥一矿、祁东煤矿为开拓巷道分别穿越落差大于150 m以上的刘桥和魏庙张性正断层。采用管棚注浆技术取得了成功。具体做法是:(1)选用专用管棚钻机、中压大流量注浆泵、D40管棚钢管、硫铝酸盐水泥注浆材料。(2)管棚钻孔完成管棚铺设,管棚长度应大于管棚有效支点距离,管棚密度在300 mm以内。(3)在管棚内插入φ22 mm螺纹钢,充填注浆封口,增加管棚钢度。(4)在管棚圈外侧施工若干注浆孔,边钻进边注浆,实施管棚预注浆。断层带管棚注浆布置如图3所示。

3 皖北煤电集团公司煤矿水害防治经验

3.1 煤矿水害防治工作是一项煤矿安全基础工程,必须高度重视

煤矿水害防治工作是矿井安全生产的重要保障,特别是对于矿井水文地质特别复杂的矿井,做好煤矿水害防治工作是减少矿井水害事故发生、保障职工安全、保证煤炭生产持续稳定发展的基础。各级领导都应提高对煤矿水害防治工作的认识,建立煤矿水害防治工作组织机构和专业队伍,制定详细的煤矿水害防治岗位责任制及相关制度,强化煤矿水害防治工作基础建设,加强水文地质资料分析和技术管理,保障矿井的安全生产。3.2煤矿水害防治工作是一项系统工程,必须健全工作体系

矿井水害防治是一项系统工程,要系统思考,综合防治,既要抓全面,又要抓重点,既要治标,更要治本,这样才能消除水患,实现安全生产。具体工作中,要建立完善的煤矿水害防治工作领导体系,技术管理体系及技术、资金、物资保障体系,建立健全“勘探”、“预测”、“井下物(钻)探”、“评价”、“措施”、“检查”、“监测”和“防护”八位一体的煤矿水害防治工作体系,全面、系统、综合、有效地开展矿井水害防治工作,形成“全员重视、装备先进、技术领先、体系完善”的防治水工作格局。

3.3 煤矿水害防治工作是一项长期工程,必须常抓不懈

煤矿水害防治工作是一项长期工程,贯穿建井、生产、闭坑全过程,必须常抓不懈,时刻不能放松。特别是在矿井生产过程中,会经常受到老空水、采空水、承压水等威胁,工作稍有松懈,就会面临重大安全威胁。因此,煤矿水害防治工作必须常抓不懈,始终坚持水害防治“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”16字原则,落实“防、堵、疏、排、截”5项措施,狠抓“预测预报、科技攻关、治理整改”3个环节,有效遏制水害事故,促进煤矿安全生产形势稳定。

3.4 矿井水是一种宝贵的地下资源,必须控水开采,循环利用

随着人们对水资源认识的不断深入,煤矿防治水技术从单纯的防排水向矿井水资源保护和综合利用方向发展,从单纯的破坏水资源来换取煤炭资源向2种资源共同开发、利用方面发展,实现“防水与用水”双赢、人与自然和谐[6]。

4 结语

近年来,公司通过加强对煤矿防治水工作的管理,针对矿区水文地质问题,开展技术创新,狠抓“预测预报、科技攻关、治理整改”3个环节,已连续15 a杜绝水害事故,解放了新生界松散层底部含水层压煤1 500多万t,开采了高承压水上煤炭资源2 000多万t,成效显著。2014年皖北煤电公司成功申报组建了“国家煤矿水害防治国家工程技术研究中心”,通过工程科技创新,依靠防治水技术进步,力求安全、高效、经济地解决水害难题,为煤炭企业的度危脱困做出了积极贡献。

参考文献

[1]孙本魁.水害防治保障体系铺就安全之路[J].中国煤炭工业,2008(2).

[2]吴基文,段中稳,孙本魁,等.淮北矿区高承压岩溶水体上采煤底板水害防治措施[J].华北科技学院学报,2009(4).

[3]武强,石占华.华北型煤田排—供—生态环保三位一体优化结合研究[J].中国科学:D辑,1999(6).

皖北宿南矿区地质构造及特征研究 篇2

祁南煤矿位于宿南向斜西南部, 为一走向近似南北转至东西、向西南凸出、倾向东至北的弧形单斜构造, 中部及东部发育次一级褶曲, 轴向基本上与地层走向一致。

1.1 断层

1.1.1 F8断层

正断层, 为北二采区南部边界。走向北西西, 倾向南南西, 倾角70°, 落差由浅向深逐渐变小, 直至尖灭。走向长度1.8km。地震有12条测线控制, 断点异常显示清晰;有141、1418、1417三孔穿过, 其中141和1418两孔为断层产状控制孔, 视倾角为37°。另外, 在断层露头附近新地层厚度变化很大, 可能为F8断层的新构造运动造成的陡坎。

1.1.2 F9断层

正断层, 为南三采区南一带区边界。走向北北东, 倾向北西西, 倾角45~70°, 由南向北逐渐变陡, 落差0~70m, 由南向北变小, 走向长度2.1km。有36条地震测线控制。

1.1.3 BF34断层

逆断层, 位于本矿的东南角。走向北东, 倾向北西, 倾角55°, 落差0~50m, 由南往北逐渐变小, 控制长度1.8km。有6条地震测线控制, D3线断点, 在时间剖面上T10反射波同相轴发生重复。该断层由D3线两个钻孔定层位, L2线引导同层位和其它测线闭合而推断出来的。

1.2 含煤地层

1.2.1 二叠系下统山西组 (P1S)

上段厚度45~68m, 平均58m。岩性以砂岩为主, 夹粉砂岩和泥岩。砂岩主要为浅灰、灰白色细、中粒长石石英砂岩。接近10煤层常见一层岩屑砂岩, 胶结松散, 中~粗粒结构, 交错层理, 局部见平行层理。中段厚度25~40m, 平均33m, 全区比较稳定。岩性以砂岩和砂泥岩互层为主, 少量粉砂岩。砂岩为浅灰白色, 矿物组分以石英为主, 含长石, 具缓波~波状层理。砂泥岩互层以灰白色细砂岩与灰黑色粉砂岩或泥岩, 呈薄层状交互组成, 多呈缓波~水平状层理, 局部波状层理。下段厚度22~33m, 平均27m, 以深灰色~灰黑色泥岩和细粉砂岩为主, 细粉砂岩和泥岩为均一块状, 夹细砂岩薄层可见水平层理。细粉砂岩中常含长条状菱铁质结核, 底部泥岩中偶见动物化石碎屑。所含11煤层在本区为不稳定薄煤层。

1.2.2 二叠系下统下石盒子组 (P1X)

上部含煤段, 厚度108~132m, 平均117m左右, 岩性主要由灰与深灰色泥岩、粉砂岩、浅灰色砂岩及煤层组成。在粉砂岩和泥岩中, 含较多鲕状和姜状菱铁质结核。本段含煤性较差, 仅含4煤层 (组) , 不可采。在4煤层 (组) 附近见较多植物化石。中、下部富煤段, 6煤层 (组) 至9煤下铝质泥岩。厚度90~125m, 平均110m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤组成, 植物化石丰富, 含煤层数多, 含煤性好, 是本矿井主要含煤段, 含6、7、8、9四个煤层 (组) 。其中72和8号煤层为主要可采煤层, 其余均为不可采煤层。由于本段以三角洲平原相沉积为主, 所含煤层在局部区域不同层位遭受到不同程度的分流河道侵蚀, 导致煤层不稳定或大面积缺失或不可采。

1.2.3 二叠系上统上石盒子组 (P2S)

本矿井范围内未见顶界面, 揭露地层厚度>600m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。含1、2、3个煤组, 均为不可采煤层。厚度17~50m, 平均30m左右, 自北向南该段厚度略有增大趋势。岩性以砂岩和泥岩为主, 少量粉砂岩。底部K3砂岩为灰白色, 中、粗粒, 成分以石英为主, 次为长石, 硅质胶结, 具交错层理, 层面可见蜂窝状构造, 矿井内大部发育。泥岩中含少量铝质。该段不含煤, 偶见薄煤层或炭质泥岩。

2 皖北宿南矿区的水文地质特征

2.1 新生界第四含水层

本矿大部分地带四含富水性较弱, 但砾岩区含水性强。正常地段在合理留设防水煤柱的情况下对矿坑无突水威胁, 但要防止砾岩水直接进入矿井。对四含水的防治, 采取合理留设防水煤柱, 控制回采上限标高的方法。

2.2 煤系砂岩裂隙含水层

煤系砂岩裂隙水是矿井的直接充水水源, 由于砂岩裂隙发育不均一, 一般富水性较弱, 以静储量为主, 补给量不足, 近几年发生几次砂岩裂隙突水, 呈现出衰减趋势, 后逐渐变为淋水、滴水。但随着矿井长期开采, 要防止老塘积水溃泄威胁矿井安全生产。

2.3 灰岩岩溶裂隙含水层

太灰和奥灰岩溶裂隙发育不均, 富水程度不一, 但总体上讲, 是富水含水层, 正常情况下对煤层开采无直接充水影响, 但当遇断层使煤层与灰岩对口接触或其间距缩短或是遇封闭不良钻孔等情况, 灰岩水有可能突入矿井。随着采掘的延深, 加之灰岩水压高的影响, 灰岩的可能突水性大大增加, 对灰岩可能突水地带, 隔水层薄弱地带, 开采10煤时必须采取疏水降压或底板加固等措施。太灰和奥灰水的防治是本矿防治水工作的重点和难点。

3 皖北宿南矿区的煤层特征

3.1 煤层

根据本矿井对距基岩界面垂深10m以内27个点的综合分析结果, 确定风化带下界为距基岩界面垂深5m。据基岩界面垂深20m以内32个煤芯煤样测试资料, 各煤层的氧化程度随其与基岩界面的垂深距离作有规律变化, 距基岩界面<10m时, 氧化作用十分明显, 10~15m较明显, 15~20m时则不明显。因此本矿井氧化带的下限确定为基岩界面下垂深20m。

3.2 主采煤层围岩性质

各主采煤层围岩性质参见表1。

3.3 煤的特征

3.3.1 煤的物理性质

矿井内各可采煤层物理性质不尽相同, 其物理性质比较接近, 见表2。

3.3.2 煤岩特性

各煤层宏观煤岩特征比较接近, 尤其煤组间更不易区分, 其宏观煤岩特征及微煤岩组分平均含量见表3。

3.3.3 煤的化学性质

(1) 挥发分

各煤层属中挥发分上限-高挥发分下限, 纵向上有递减趋势。挥发分产率与煤层相对深度有良好的相关性。挥发分在横向上的变化, 各煤层均显示出由北向南逐渐递减。

(2) 水分

原煤平均水分以23煤层最高, 为1.99%。其它煤层均在1.25~1.60%之间, 且不同煤类水分变化不大。

(3) 灰分

原煤灰分是在采样过程中去除夹矸后的灰分产率。如果不除去32煤层的夹矸, 商品煤灰分产率可达36%左右, 比纯煤灰分产率高出约12%。夹矸各煤层的精煤灰分产率由上至下有降低趋势, 基本上在9%, 10煤层明显低于其它煤层, 在6~7%左右。

(4) 硫分

本矿井除32煤层外, 其余各煤层原煤全硫含量均很低, 属特低硫, 尤以6、7煤组为最低, 平均含量在0.40%以下。8、9、10煤层仅极个别见煤点含硫量>1%。32煤层原煤全硫含量明显高于其它煤层, 含量在0.54~3.82, 平均1.31%。在平面上, 低硫和特低硫占本煤层大部分, 为72.56%。

4 结束语

综上所述, 宿南矿区的祁南煤矿矿井地质情况与地质特征均比较复杂, 本文对其进行了简单的研究分析, 进而为该地区的煤矿开采做出相应的贡献。

摘要：宿南矿区位于安徽省宿州市南部的淮北平原, 和淮北市、怀远县和固镇县相邻矿区内有三对矿井:祁东煤矿、祁南煤矿和桃园煤矿。本文以祁南煤矿为例子对皖北宿南矿区地质构造及特征进行了研究。

关键词：地质构造,地质特征,研究

参考文献

[1]欧又瑞, 周雄.煤矿采煤方法改革项目建设[J].科技致富向导, 2011 (14) .

[2]刘海龙.煤矿绿色开采技术的运用分析研究[J].内蒙古煤炭经济, 2012, 08 (12) :2514~2515.

[3]崔占鳌.新形势下对煤矿开采中的采煤技术探讨.城市建设理论研究, 2012 (3) .

皖北矿区 篇3

皖北矿区地处淮北平原, 是国家重要煤炭基地, 土地肥沃, 人口稠密, 工农业和交通发达;目前矿区“三下”压煤严重, “三下”压煤成为制约矿区发展的主要问题之一。截止2011年底, 皖北煤电集团“三下”压煤占总可采储量的68.39%, 仅建 (构) 筑物下压煤就达1.896亿t。

目前, 国内外“三下”压煤开采方式主要有条带开采、充填开采、房柱开采和巷道开采等。但无论采取何种方法进行“三下”开采, 首要任务就是必须较为准确地掌握矿区地表沉陷动静态变形基本规律, 取得地表沉陷动静态预测参数[1]。

为解决上述问题, 皖北煤电集团与高校合作, 利用矿区现有多条观测站资料, 对薄、厚冲积层矿区的动态和静态地表沉陷时空演化规律进行了系统研究, 建立了皖北矿区地表沉陷动静态参数、预测参数与地质采矿条件之间的系列关系式, 为矿区开采沉陷灾害预测、评估、“三下”压煤开采、沉陷土地规划、治理及各类沉陷灾害防护、保护煤柱留设提供了技术支撑;同时在集团公司所属毛郢孜、前岭两对矿井进行了条带开采技术试验和应用研究, 获得了厚冲积层、单一煤层条带开采地表移动及预测参数变化规律。

1 皖北矿区地表沉陷动静态参数

皖北矿区地跨淮北煤田和淮南煤田, 皖北煤电集团目前生产矿井位于淮北煤田。淮北煤田基岩均为新生界松散层覆盖, 地层由老到新依次为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和新生界。煤系地层露头被第四系含水砂层所覆盖, 地面水系较发育, 沟河纵横交错。

含煤岩系为二叠系的山西组与上下石盒子组为矿区的主要含煤层段。淮北煤田内二叠系共含煤5～25层, 煤层平均总厚7.10～23.35 m。按照适宜开采的最低可采厚度标准衡量, 共有可采煤层13层, 平均总厚22.89 m。其中72、82和10为主要可采煤层, 平均总厚6.61 m;31、32、51、52、61、63、71、73、81和9为次要可采煤层, 平均总厚16.28 m。矿区新生界松散层厚度介于20.3～573.0 m之间, 其中濉肖区在20.3～320.0 m, 宿县区在124.6～453.0 m, 临涣区在222.0～386.0 m, 涡阳区在400.0 m左右。根据全矿区建立的30多个观测站、近40条观测线求得的皖北矿区地表沉陷动静态参数。

1.1 地表移动角值参数与地质采矿条件的关系

(1) 综合边界角:走向:δ0=11.97h/ (H0-h) +27.496下山:β0=0.180 5 (H1-h) +19.526上山:γ0=2.290 6h/ (H2-h) +37.269

式中, δ0、β0、γ0分别为走向、下山、上山方向综合边界角;H0、H1、H2分别为工作面平均、上限、下限采深;h为表土厚度。

(2) 综合移动角:δ=-23.019h/H0+81.222β=-11.024h/H1+70.133γ=56.75h/H2+25.374

式中, δ、β、γ分别为走向、下山、上山方向综合移动角;h为表土厚度。

(3) 最大下沉角:θ=-0.732 4α+91.296

式中, α为煤层倾角。

1.2 地表移动盆地动态参数与地质采矿条件的关系

(1) 起动距:变化在 (0.04～0.17) H0之间, 平均为0.11H0

(2) 超前影响角:ω=0.054 8H0/m+55.568

(3) 滞后角:φ=-0.029 9H0/C+88.107

(4) 最大下沉速度:Vm=453.18C.m/H0+4.410 1

(5) 延续总时间:T总=0.914H0/C+166.17

(6) 活跃阶段:T活=1.427 2H0/C-79.16

(7) 初始阶段:T初=0.292 8H0/C-22.972

式中, C为工作面推进速度;m为开采厚度。

1.3 采用模矢法求取的概率积分法参数

(1) 下沉系数:初采:q=0.212 4h/ (H0-h) +0.77

重采:q=0.003 9H0/m+0.775 6

(2) 水平移动:初采:b=0.0007H0/m+0.241 6

重采:b=0.011α+0.102 8

(3) 主要影响角正切:初采:tanβ=0.002 8 (H0-h) +1.461 4

重采:tanβ=0.005 6 (H0-h) +1.380 2

(4) 影响传播角:初采:θ=-0.369α+92.943

重采:θ=-0.951 9α+104.56

(5) 拐点平移距:走向拐点平移距=0.045H0

上山拐点平移距=0.02H2

下山拐点平移距=0.01H1

2 条带开采试验概况

以毛郢孜矿、前岭矿为试验矿井, 分别进行了薄冲积层 (毛郢孜矿h=30 m) 、厚冲积层 (前岭矿h=90 m) 村下采煤条带开采试验, 试验取得了成功, 共采煤59.3万t, 实际回采率达到46.8%～65.7%, 社会经济效益显著。

2.1 毛郢孜矿条带开采

根据该矿Ⅲ2采区地质采矿条件及村庄建筑物情况, 首先设计并开采的是位于村庄边界之外的Ⅲ328、3210、3212等倾向条采工作面, 在以上工作面开采成功的基础上, 设计并开采的是位于村庄正下方的Ⅲ327、329走向条采工作面, Ⅲ328、3210、3212工作面开采参数如表1所示。

根据地表移动观测资料, 求取的规律积分参数如表2所示。

2.2 前岭矿条带开采

根据该矿基岩厚度薄的特点, 根据不同基岩厚度, 采用变采留宽条带开采方案, 条带沿走向布置, 设计的条带开采方案如表3所示。

由下沉实测值求得的概率积分法最佳预计参数为:下沉系数为0.22, 主要影响角正切为0.74, 最大下沉角为88°, 拐点偏移距为0.05H。

3 皖北矿区条带开采概率积分法预测参数分析

根据前岭、毛郢孜矿条带开采求得的概率积分法参数, 对条带开采概率积分法预测参数进行了研究, 获得的结果如表4所示。

3.1 下沉系数变化规律

条带开采下沉系数与条带开采宽度、开采深度、覆岩性质等密切相关, 由于该矿区覆岩性质相当, 主要考虑条带开采宽度、开采深度的影响, 根据观测数据, 回归得到下沉系数q与条带采宽b和平均开采深度H0比值的关系为:

式中, q为下沉系数;b为条带采宽, m;H0为平均开采深度, m。

上式表明, 条带开采下沉系数与宽深比成正比关系, 随着宽深比的增加而增大。在同样开采深度条件下, 要控制地表移动变形必须控制条带开采的采宽, 采宽越小、地表移动变形越小。

3.2 主要影响角正切tanβ变化规律

主要影响角正切tanβ表征了地表移动盆地的形态, 控制地表变形的大小。主要影响角正切tanβ与覆岩岩性、条带开采宽度、留宽等有关, 根据实测数据回归得到其与采宽和留宽比的关系为:

式中, a为留设煤柱宽度, m;tanβ为主要影响范围角正切。

从上式看出, 主要影响角正切tanβ随着条带采宽增大而增大, 随着留宽增大而减小, 该关系表明, 要控制地表变形必须控制采宽与留宽的比值, 即控制采出率, 采出率越小, 地表变形越小。

从表4可以知道, 拐点平移距变化在0.01～0.05 H之间, 与皖北矿区全部垮落法开采类似 (S=0.01～0.045 H) , 可以采用全部垮落法开采的拐点平移距计算公式选取。现有的观测资料无法获得开采影响传播角θ和地表水平移动系数的计算公式, 可以暂时按全部垮落法开采选取。

摘要：研究分析了皖北矿区煤矿开采地表沉陷动静态参数、预测参数与地质采矿条件之间的系列关系;进行了条带开采技术试验和应用研究, 获得了厚冲积层、单一煤层条带开采地表移动及预测参数变化规律。

关键词：矿区开采沉陷,条带开采,动静态参数

参考文献