水体下急倾斜煤层开采的实践

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1、 水体下急倾斜煤层采煤的实践水体下急倾斜煤层采煤的实践 摘要摘要 ：本文通过对灰岩水体下急倾斜煤层群采煤的实践 ,总结了水体下采煤的安全性 ,介绍了水体下急倾斜煤层群开采的各主要技术参数的确定方法。 关键词关键词 ：水体下采煤水体下采煤 安全性安全性 技术参数技术参数 确定确定1 前言巨源煤矿地质构造复杂 ,褶曲多 ,断层多 ,其中34逆掩断层在强烈的燕山运动的构造应力作用下 ,致使底部的茅口灰岩掩覆于安源煤系地层之上 (俗称“灰帽”) ,灰岩的出露面积为 2 .3352 ,占整个井田面积的 64%，灰岩之上的表土层厚度为 050，平均 20。灰岩致密坚硬，溶洞发育，平均岩溶率 6.3%。为科

2、学、合理、安全开采煤炭资源，从 1995 年开始对灰岩水体下急倾斜煤层开采进行论证，于 1998 年 3 月开始在-130 水平207 采区六煤组进行试采。试采成功后，相继于 2003 年开采 207 采区顶板七煤组，2008 年开采 207 采区底板四煤组。207 采区开采晚三迭纪安源煤系紫家冲段煤组，采区内有从底至权威性板分别有四、六、七煤组，共 3 个煤层，各煤层间距为 20-25 米，地质储量 C+D=149.4 万吨，其中可采储量 C+D=81.94 万吨。试采煤层为 F杉断层上盘的六煤组，煤层厚度最大为 13 米，最小为5.5 米，平均 8 米，煤层走向一般为南北向，倾向东，倾向

3、5590 度，煤层中含有一层0.22 米的夹矸，煤层顶底板均为细粉砂岩，属中硬偏软岩性，稳定性较差。2 207 采区六煤组试采情况2.1 开采技术特点207 采区六煤组从-130m 以上至-83m 以下，以 10m 标高差布置了四个大层（其中二层标高为-106m，三层标高为-96m），南边布置了一边界回风上山与各层相连，采区走向长160m，二层以上由于受-30m 水平 501 大巷煤柱的影响，平均走向长 140m，每隔 2030m 用天眼子连通。工程完工后，在四层由南向北进行开采。试采中采用留煤皮的竹笆假顶水平分层开采，分层标高为 4.5m，既每个大层中间拿半层进行开采，实际开采中在四层铺了竹

4、笆假顶，以下分层开采中除三层中段外，由于煤层变薄，夹石变厚等原因而没有铺假顶。1999 年 6 月采至二层中段时，在-30m 水平观察巷内发现滴水，从 6 月中旬停止了开采进行观察，至 8 月上旬滴水渗透到 207 六组二层，水量开始稳定后，从 1012 月采完了二层剩下的南段 60m 走向后结束了 207 采区六煤组的试采工作。207 二层以上的 140m 走向中共采煤 3.976 万吨，超限多采出煤量 0.716 万吨，使实际开采上限由设计的 83m，上升到了-73m，既多采了 10m 的煤柱。这是 207 采区六组试采的最大失误之处。为了确保在试采中取得较多的岩移观测数据，于 1998

5、年底在-30m 水平中央石门大巷内掘出了一条没倾向主剖面长 167m 的岩移观测巷。在 1999 年元月 21 日起建站，23 月份由于垮冒，巷道内瓦斯积聚，一直修到 5 月份开始第一次观测，至 8 月上旬共观测了 6组数据，（其后由于巷道垮冒而无法修复停止了观测），测得最大下沉值 Q=355，最下沉速度 119/旬，平均下沉速度为 65/旬，从下沉值数据来看，实际下沉值比初步设计中的预计要大得多。另外，在地面也建立了走向，倾向主剖面的观测站，进行了三次观测，但由于各桩点遭人为破坏而导致观测失败。但从地面井下的水文观测网点的观测结果来看，水位与水量至今没有异常的变化，说明灰岩水体没有遭到破坏。

6、1999 年 6 月中旬在-30m 观测巷发现滴水，此时正好开采到二层中段，累计开采垂高为 23m，实际开采垂高为 33m。7月 2 日对水样化验为灰岩水，一直稳定在 0.97t/h，没有大的变化，初步分析认为滴水是灰帽底部的岩层裂隙导水。2.2 技术参数的确定水体下开采的安全性主要反映在其技术参数的确定上。原煤炭工业部 1985 年制定的建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留高与压煤开采规程（以下简称开采规程），以及由原中国统配煤矿总公司生产局 1990 年组织修订的煤矿测量手册对各主要技术参数的取值和计算公式，主要凭大量的经验数据得来的，并且主要是根据缓倾斜煤层开采的经验数据得来的，而对于急倾

7、斜煤层开采，其可供查阅的实例的资料不多，其针对性不强。这就是为什么 207 采区六组在初步设计中按开采规程要求留足了 52Mr 煤岩柱，并且至灰岩底面还有 31Mr 煤岩柱之后，在试采中只采了 33m 的垂高就发现了灰岩滴水的原因。根据本次试采的观测结果，我们认为 207 采区六组在初步设计中的技术参数的选择，计算公式的应用下存在着偏差，是致使六组在二层出现灰岩滴水的根本原因，应作其相应的调整修正。2.2.1 导水裂隙带高度的计算开采规程规定在覆岩岩性为中硬，较软的计算公式为：HLi=100Mh（7.5h+293）7.3注明：h回采阶段高度；M煤层法线厚度在实际设计中，我们经多方查证阅有关资料

8、和咨询，根据分层工作面高度，先取h=5m，M=10m，得其 HLi=23m，安全防水煤岩柱为 52m，至灰岩底面还差 31m。通过计算，认为在 207 六组采完 48m 的垂高后，对灰帽不会产生影响。而在实际开采中，在 1999 年 6 月上旬就发现-30 水平的观测巷中有滴水，经化验属灰岩水，一个月后，上部灰岩的裂隙水通过采空区直接渗入二层回采工作面。此时经测算只开采 33m 的垂高。这就说明层水裂隙带已发育到了灰岩底在底面的岩层内，其 h 的取值就是各分层工作面开采垂高的总和，当取 h=33m 时，M 取实际厚度 8m 时，导水裂缝带高度为：HLi=100833（7.533293）+7.3

9、=56m冒落保护层厚度查开采规程附表 6-6 得 Hb=19m灰岩底部风化带深度取 Hfe=10m则：防水安全煤岩柱为：Hsh+HLi+Hb+Hfe=56+19+10=85m由于实际开采上限由-83m 上升到-73m，就使得防水安全保安岩柱不够，致使灰岩裂隙通过灰岩风化带南非 渗入工作面。2.2.2 采空区走向主断面左、右拐点偏距 S3、S4 的计算及进行地表移动与变形的计算采空区倾向和走向主断面的上下、左右拐点偏距是一个极为重要的参数，其值根据采空区上下边界和平均采深取以 0.15 的系数得出。而走向主断面左右拐点偏距，向采空区内偏为负值，使之向采空区外偏离为正值。在双向非充分采动影响的情况

10、下，S3、S4 一般均向采空区内偏离。在初步设计中，我们取 S3、S4 为负值来计算，但在开采过程中，我们对-30m 水平与207 六组走向边界上大致平行走向主断面的一条巷道（501 变电所）进行观测时，发现这条巷道在开采后存在的较为严重的底鼓变形状况，这就说明 207 六组在采空区走向主断面的拐点已经偏向采空区外面，所以其左右拐点偏距 S3、S4 应取正值来进行计算。2.2.3 地表非充分采动的最大下沉值 Wfm 的计算开采规程中局部非充分采动采动最大下沉值的计算公式为：Wfm=MqcoaCxCy式中：M煤层：q下沉系数：a煤层倾角Cx、Cy分别为沿走向和倾向主断面采动程度参数：我们在初步设

11、计中，根据开采规程在书中举例演示的双向非充分采动的计算方法和步骤，经过计算得出在灰帽底面（0 水平）的最在沉值 Wfm=50.4mm。而实际开采过程，通过对-30m 水平观测，在 99 年 8 月上旬其最大沉值就已经达到355mm（其后因观测巷垮塌而停止）、远远大于初步设计的预计。影响最大下沉量 Wfm 的主要技术参数，在非充分采动时，用沿走向和倾向主断面上采动程度参数来进行修正，在预计时，倾向主断面的采动程度参数 Cy 值在 0.1 以下，直接影响最大下沉量 Wfm 准确性。在初步设计中，对采空区走向主断面左右拐点偏距的取值为负数，使得采区走向长度小于回采工作面沿走向的临界尺寸 I，来对最大

12、下沉量进行修正，实际观测中，其 I 值应取正值，其计算公式为：I=D3+S3+S4=D3+2（0.15H）由于 D3I，根据煤矿测量规程第六篇第三章“地表移动与变形预计及参数的确定”中非充分条件下移动与变形值公式：则 Wfm=MqcoaCxCy当 D3I，DIsI 时，Cy=1则 Wfm=MqcosaCx由此，根据实行际开采 33m 垂高后，当m=8m，q=0.3，tg=1.6，H=101m，H1=106m，H2=96m，M=33mm，求得在灰岩底面的最大下沉量 Wfm：Wfm=80.3cos809644=416mm这样，其预计结果与实际开采观测资料的最大下沉量接近。2.2.4 观测巷位置的确

13、定在本次试采中，为了取得岩移资料由于条件限制，只有在-30m 水平施工了一条长167m 的岩石的测巷道，但由于该观测巷实际位于导水裂隙带内，致使巷道变形严重而无法修复使用。要想真正地取得岩移观测资料指导开采的顺利进行，保证安全生产，在地面无人居住和无稻田的地方建站较为理想，但如遇民房集中区，则社会影响太大，反而不利于开采。因此，在水体下开采，沿走向和倾向各掘一条观测巷道则是必不可少的，但其位置应至少在防水安全煤岩柱之外，巷道最大下沉量在 300400之间为宜，以减少巷道维修和保证观测的完整收集。3、结论通过 207 采区六煤层的试采，总结试采经验, 合理调整、选取技术参数，为水体下急倾斜煤层的开采提供技术依据，不但安全地采出了 207 采区水体下压煤 65.36 万吨；产生了非常好经济效益，而且积累了水体下采煤的经验，特别是其技术参数的合理确定，对矿井其他水体下压煤的开采，具有指导性的意义。