京府八尺沟矿煤层底板突水危险性分析.pdf

煤矿安全 京府八尺沟矿 8 - 2煤层底板突水危险性分析 李龙清1,2 王永洪1 刘金辉1 1 西安科技大学能源学院,陕西省西安市,710054; 2 西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室, 陕西省西安市, 710054 摘 要 通过对京府八尺沟煤矿水文地质条件的分析及对突水系数理论的数值计算, 得 出该矿施工至奥陶系的 5 个钻孔对应的突水系数。根据全国各矿区突水资料的统计分析及八 尺沟煤矿隔水层的地质条件,得出该矿临界突水系数为 0 1 MPa/ m,该矿 8- 2煤层在开采过 程中存在底板突水的危险。根据 5个钻孔对应的突水系数,对该矿 8- 2煤层开采底板突水危 险性进行了判定及分区, 780 m 水平以上的煤层为带压开采安全区, 730 780 m 水 平的煤层为带压开采过渡区, 730m 水平以下的煤层为带压开采危险区。 关键词 矿井水害 煤层底板 突水系数 中图分类号 T D7452 文献标识码 A Water inrush risk analysis of the seam floor during mining operation of 8 - 2 coal seam at Bachigou Colliery Li Longqing1, 2, Wang Yonghong1, Liu Jinhui1 1. School of Energy, Xian University of Science and Technology, Xian, Shaanxi 710054, China; 2. The Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention of the Ministry of Education, Xian University of Science P 底板承受的水压力,MPa; CP 矿压破坏底板最大深度, m; Mi 隔水层各分层真厚度, m; mi 各分层等效厚度换算系数。 在我国, 王梦玉教授根据在邯郸矿区进行的压水 试验资料, 以砂岩为标准, 比较计算出其他岩石的强 度比值系数, 具体为砂岩 1 0, 砂质泥岩 0 7,页岩 0 5, 石灰岩 0 0, 断裂破碎带 0 35。 1 1 底板承受的水压力 P 的取值 根据牛顿重力学原理, 有 P 0 0098h水- h底板 n i 1M imi 2 式中 h水 水头标高, m; h底板 煤层底板标高, m。 据 SZ405、SZ503 水文孔对 O2m 抽水资料, 水头标高分别为 829 07 m、839 08 m,取最大值 839 08 m。根据区内揭露奥陶系石灰岩顶面 Z401、 Z406、Z501、SZ405 和 SZ5035 个钻孔的资料,钻 孔处对应的 8- 2煤层底板承受的水压力 P 的取值对 应 为 0 08 MPa、14 MPa、 0 10 MPa、064 MPa、0 97 MPa。 1 2 底板隔水层等效厚度 ∀ n i 1 Mimi 取值 根据钻孔资料和岩石强度比值系数, 底板隔水 层等效厚度取值见表 1。 表 1 底板隔水层等效厚度 ∀ n i 1 Mimim 钻孔号砂岩砂质泥岩页岩石灰岩断裂破碎带底板隔水层等效厚度 Z40132 8425 9900051 03 Z40610 4216 2300021 78 Z50123 9519 6700037 72 SZ40557 8127 3600026 96 SZ50323 9318 8700037 14 表 2 8- 2煤层底板隔水层等效厚度、矿压破坏底板最大深度和突水系数 钻孔号 8- 2煤层底 板标高/m 奥灰系顶 面标高/m 底板隔水层等 效厚度/ m 底板承受的 水压 P/MPa 矿压破坏底板 最大深度 CP/ m 水头标 高/ m 突水系数 TS/MPa m- 1 Z4018900883125510300816 88839 080 002 Z4067494772222217811416 88839 080 23 Z5018730082938377201016 88839 080 005 SZ4058091677399269606416 88839 080 06 SZ5037831874038371409716 88839 080 05 1 3 矿压破坏底板最大深度 CP取值根据 ∃建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留 95 京府八尺沟矿 8- 2煤层底板突水危险性分析 设与压煤开采规程 中给出了两个计算底板采动导 水破坏带深度的经验公式 CP 0 7007 0 1079 L 3 CP 0 303 L 08 4 式中 CP 底板采动导水破坏带深度,m; L 壁式工作面斜长,m。 取工作面长度为 150 m,计算得出 CP分别为 16 68 m 和 16 88 m,取大值 CP 16 88 m。 5个钻孔的 8- 2煤层相关参数见表 2。 2 八尺沟矿 8- 2煤层底板突水危险性判定及带压 开采分区 2 1 8 - 2煤层底板突水危险性判定 就全国煤矿底板突水案例看,绝大多数与构 造、断裂无关。所以在预测有无突水危险时, 主要 考虑底板的完整性是否已经遭受一定的构造破坏的 问题。根据全国各矿区突水资料的统计分析, 底板 受构造破坏块段临界突水系数一般不大于 006 MPa/ m, 正常块段不大于 01 MPa/ m。因八尺沟 煤矿隔水层岩性稳定, 地质条件简单,未发现大的 断层构造,该矿的临界突水系数取 01 MPa/ m。 由表 2 可知,钻孔 Z406 对应的的突水系数 023 MPa/ m, 大于临界突水系数 01 MPa/ m,所以判 定 8- 2煤层在开采过程中存在底板突水的危险。 2 2 8- 2煤层带压开采分区 根据文献和以上 8 - 2煤层底板突水危险性判定, 确定测算 TS 0 06 MPa/ m 为安全区, 0 06 TS 0 10 MPa/ m 为危险 区。根据公式 1 和公式 2 , 得出煤层临界底板 标高 h临底 h水 ∀ n i 1 Mimi- TS ∀ n i 1 Mimi- CP 00098 5 8- 2煤层对应的带压开采临界底板标高见表 3。 表 3 八尺沟煤矿 8- 2煤层带压开采分区表 分区分区指标临界煤层底板标高开采方案选择备注 安全区TS 0 06 780 m 水平以上长壁开采该矿取工作面长度 150 m 过渡区0 06 TS 0 10 730 m 水平以下不宜开采- 3 结论 1 该矿临界突水系数为 01 MPa/ m,钻孔 Z406 对应的突水系数 0 23 MPa/ m 大于临界突水 系数 0 1 MPa/ m,所以判定该矿 8 - 2煤层在开采过 程中存在底板突水的危险。 2 该矿 8- 2煤层带压开采进行了分区。 带压开采安全区。该区域为 780 m 水平以 上的煤层,采用长壁开采,其突水系数 TS小于 0 06 MPa/ m,安全系数大,突水危险性小。 ∋ 带压开采过渡区。该区域为 730 780 m 水平的煤层, 这一区域中, 采用长壁开采,其 突水系数为 0 06 TS 0 10 MPa/ m, 可考虑采用 短壁工作面开采。 带压开采危险区。该区域为 730 m 水平以 下的煤层, 无论何种开采方法 长壁或短壁 ,其 突水系数 TS均大于 0 10 MPa/ m,在现有的技术 基础上,按照部颁规程和几大矿区的突水经验判 断,都不适合带压开采。 参考文献 [ 1] 郭惟嘉 矿井特殊开采 [ M] 北京 煤炭工业出版 社, 2008 [ 2] 赵阳升, 胡耀青 承压水上采煤理论与技术 [ M] 北 京 煤炭工业出版社, 2004 [ 3] 李世峰, 金瞰昆, 刘素娟 矿井地质与矿井水文地质 [M ] 徐州 中国矿业大学出版社, 2009 [ 4] 徐建国, 冯增强 矿井防治水综合技术 [M ] 徐州 中国矿业大学出版社, 2007 [ 5] 郭惟嘉 , 刘杨贤 底板突水系数概念及其应用 [ J] 河北煤炭, 1989 2 [ 6] 王书华, 赵明坤, 王松森, 张良 白庙矿二1煤底板突 水危险的评价及防治措施 [J] 煤矿开采, 2009 4 [ 7] 李玉泉, 贾玉杰 2310 工作面底板突水机理研究 [J] 科技创新, 2009 2 作者简介 李龙清 1 957- ,男, 陕西蓝田人, 教 授, 硕士研究生导师, 主要从事采矿工程专业的研究和教 学工作。 责任编辑 梁子荣 96 中国煤炭第 36 卷第 12 期2010 年 12 月