探讨五星水库下采煤的安全性.doc

探讨五星水库下采煤的安全性 　　因位于郑煤集团芦沟煤矿32 采区上方地表的五星水库将会受到32 采区部分工作面开采的影响。为了分析32 采区按设计开采后对五星水库的采动影响情况，以便采取相应的开采技术措施，确保五星水库下采煤的安全性。因此，对32 采区水库下开采的安全性进行分析论证。 　　 　　1 采区工作面及五星水库概况 　　 　　1.1 32 采区地质采矿条件 　　32 采区设计走向长1870m，倾斜长770~1340m，煤层厚度1.80~10.86m，平均5.66m；煤层倾角15~20°，平均18°；煤层呈单斜构造，煤层底板标高为-140~-360m，地面标高为+215~+233.1m；煤层埋藏深度为400~520m。 　　 　　1.2 工作面概况　　 　　32101 工作面为32 采区西翼设计的首采面，该工作面位于五星水库上游地段下方，其上部依次为32103、32105 工作面，三个设计工作面与五星水库的相对位置关系见所示。工作面开采顺序为：先采32101 工作面，然后跳采32105 工作面，最后开采32103 工作面。各工作面的具体采矿条件见如下所示。 　　 　　1.3 五星水库概况 　　五星水库位于芦沟煤矿32 采区西翼的上方，水库面积约20 万m2，库容量约300 万m3，水库最大水深30m，一般为15m，压煤量约为480 万吨。由于在采区的东翼，五星水库位于采区下部，所以采区东翼上部工作面的开采对水库不会造成影响。 　　 　　2 防水安全煤岩尺寸的确定 　　 　　2.1 覆岩结构分析 　　由于芦沟煤矿未曾设置地表移动观测站，缺少实际观测资料。按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的规定，在缺少实际观测资料的矿区，可结合本区域上覆岩层岩性的综合评价系数P、地质条件、开采技术条件等确定上覆岩层岩性特征[1]。 　　根据芦沟煤矿提供的内部钻孔资料，通过计算分析确定出上覆岩层岩性综合评定为中硬岩层。对于总体为中硬的覆岩岩性，为确保水体下采煤的安全，其导水裂缝带最大高度按中硬和坚硬覆岩两种岩性进行综合分析计算。 　　 　　2.2 防水安全煤岩柱尺寸计算和确定 　　留设防水安全煤岩柱的目的是不允许导水裂缝带波及水体，进一步确定合理的开采上限。根据我国编制的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的规定，防水安全煤岩柱尺寸可按下式计算： 　　Hsh ≥ Hli + Hb + H fe 　　式中： 　　Hsh—防水安全煤岩柱的高度，m； 　　Hli—导水裂缝带高度，m； 　　Hb—保护层厚度，m； 　　Hfe—含水风化带厚度（根据勘探资料确定），m。 　　根据“三下采煤规程”规定保护层厚度按水库底部有无有效黏土隔水层考虑，对中硬覆岩而言，其保护层厚度应取厚煤层首采煤层或分层一次采厚的6 倍；对坚硬覆岩而言，其保护层厚度应取厚煤层首采煤层或分层一次采厚的7 倍。同时，导水的风化带深度这一深度取决于岩性、原生裂隙发育程度和后期被冲刷残留的厚度。根据芦沟煤矿提供的钻孔资料可知，基岩风化带裂隙发育深度为2.3~19.4m，为了安全取25m。按“三下采煤规程”推荐的经验公式见下所示，采用放顶煤一次采全高时，上覆岩层破坏高度与分层开采相比较为严重，因此，为了安全起见，覆岩破坏高度取较大值。公式后±取+号。导水裂缝带高度的计算见下所示。 　　由计算结果可知：（一般）对于缓倾斜煤层，煤层开采以后垮落带的边界位于采空区边界范围以内，导水裂缝带的边界位于采空区边界范围以外。垮落带和导水裂缝带均呈马鞍形，导水裂缝带的最高点位于采空区倾斜方向的上部。本采区开采后上覆岩层的破坏空间形态符合一般规律。同时，区域内水体下所取的计算点煤层标高最大的8 号点的导水裂缝带最大标高：当覆岩为中硬岩性时其值为-147.02m，当覆岩为坚硬岩性时其值为-104.30m；32101 工作面水库下最大开采上限的导水裂缝带的最大标高：当覆岩为中硬岩性时其值为-217.6m，当覆岩为坚硬岩性时其值为-178.91m。32101 工作面水库下最大开采上限的导水裂缝带的最大标高：当覆岩为中硬岩性时其值为-217.6m，当覆岩为坚硬岩性时其值为-178.91m。根据水库界底基岩顶部标高为+165.5m，可得导水裂缝带的最大标高与水库基岩底部之间的基岩岩柱厚度均在250m。因此，导水裂缝带是不会波及地表上的五星水库底部，即开采造成的导水裂缝带不会形成地表水体水灾的通道。通过计算出各点的导水裂缝带高度，相应地防水安全煤岩柱尺寸计算结果见如下所示。 　　根据计算结果可知，各计算点的残留安全煤岩柱尺寸对中硬岩性而言其值均在250m 以上；对坚硬岩性而言其值均在150m 以上，即各计算点的防水安全煤岩柱尺寸均小于基岩岩柱尺寸，且导水裂缝带均未波及到五星水库水