威远县红炉井煤矿水库下采煤工程实践分析.pdf

2020 年 26 期研究视界 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 威远县红炉井煤矿水库下采煤工程实践分析 叶学辉， 曾文忠， 丁华君 （威远县红炉井煤矿， 四川 内江 612450） 引言 煤矿， 尤其是地方小型煤矿， 多处山区， 常有地面水库和 堰塘， 甚至河流、 溪沟穿过矿区， 对矿井开采安全生产、 资源回 收带来隐患。如何在水体下实施 “科学、 安全、 可靠” 采煤显得 尤为突出和重要。 威远县红炉井煤矿针对矿区地表范围内的船石湖水库、 红旗水库的具体情况， 经过科学论证， 采取了留设保护煤柱和 有针对性的采煤方法、 顶板控制等措施， 经过近 4年的开采实 践， 成功地采出了约80万吨主焦煤， 为地方经济发展、 农民就 业作出了较大贡献， 也为地方小型煤矿 “水体下采煤” 提供了 经验和示范。 1 煤矿基本情况 威远县红炉井煤矿位于威远县连界镇， 距威远县城公路 里程约29km。矿山通过2km乡村公路与威 （钢） 耀沙 （湾） 公路 相连， 到连界镇约8km， 交通方便。 矿井所在区域系潮湿温暖气候， 降雨量与蒸发量大致相 当； 年降雨量826.3mm耀1321.4mm， 平均为 1022.8mm。常年平 均气温 15.5益-16益， 最低零下 7益， 最高 37益。最大积雪厚度 10cm-14cm。常年主导风向为北风与东北风，最大风力为 8 级。有雷电冰雹， 冬季多雾， 年相对湿度为 78.2， 属亚热带气 候。 矿井所在井田属山地侵蚀地形， 切割剧烈， 沟谷两侧成悬 岩陡壁， 山岳起伏较大， 地形复杂。 地貌呈南高北低， 山脉走向 与构造线基本一致， 最高点在井田西南边， 标高为804.3m， 最 低点在井田北边熊家沟附近，标高为524.2m，相对高差 280.1m， 大部区域在600m以上， 属中等切割丘陵地形。 矿井处在四川盆地西南部的资威穹窿背斜构造区。地层 倾向沿穹窿成放射状。小范围内呈单斜构造， 略呈椭圆形， 长 轴长约 70km， 短轴约 42km 所圈定面积为 1755km2。此构造 的南北两翼倾角不等， 北翼倾角3毅5毅， 南翼倾角6毅14毅。 矿井 位于资威短轴穹窿背斜北西翼，井田地层属宽缓褶皱之单斜 构造， 地层与煤层走向一致， 为北偏东 65毅-85毅， 倾向北偏西 25毅5毅， 倾角2毅4毅。 矿井所处区域自然生态环境良好， 空气清新， 植被发育。 矿 区西向12km处为白牛寨森林公园， 西18km处为船石湖公园。 矿井核定生产能力 210kt/a，设有629m 主斜井、 629m 副斜井、 630m 人行斜井、 630 进风斜井、 631m 回风斜等 5 个安全出口。矿井开采的草皮炭煤层划分为 2 个水平，即 389m 和332m 水平， 开采的大白煤层划分为 1 个水平， 即 480m水平。矿井389m 水平划分为一带区和二带区， 332m 水平划分为四带区、 五带区和六带区、 480m水平划分为七带 区、 八带区和九带区； 矿井现在389m 水平一、 二带区分别布 置有 3121 对拉采煤工作面和 3221 对拉采煤工作面； 工作面 长度为 160m （2伊80m） 、 煤层采高为 0.7m； 均采用高档普采工 艺， 采煤机为 MG-100TP 型， 溜子为 SGD-420/22 型刮板运输 机、 全部垮落法管理顶板。 2 煤矿地面主要水体 矿井法定开采区域对应地表范围内存有两大水库水体[2]， 即船石湖水库和红旗水库。 （1） 船石湖水库 位于东径 104毅28忆、 北纬 29毅42忆处，坝顶 高程616.42m， 库面标高 615.60m， 库底标高598.00m， 水面 面积 46.3 万 m2， 库容 481 万 m3耀585 万 m3， 死库容 99 万 m3； 对应区域草皮炭煤层416.0kt、 大白炭煤层 195.0kt。 （2） 红旗水库 位于东径 104毅28忆、 北纬 29毅42忆处，坝顶高 程630.00m， 库面标高 627.79m， 库底标高614.60m， 水面面 积 15.6 万 m2， 库容 164.20 万 m3耀214.50 万 m3， 死库容 7.90 万 m3； 对应区域草皮炭煤层 413.0kt、 大白炭煤层 184.0kt。 3 煤矿水体下采煤可行性分析 3.1 必要性 红炉井煤矿开采煤层属中灰、 低硫、 中高热值的 1/3 主焦 摘要 文章以威远县红炉井煤矿水库下采煤工程实践为例， 简述了煤矿水体下采煤可行性分析内容和开采过程中煤柱留设、 顶 板控制的基本方法， 为小型矿井 “科学、 安全、 可靠” 地在水体下实施采煤具有较强的示范和借鉴作用。 关键词 煤矿水体； 采煤工程； 实践分析 中图分类号院TD79文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2020冤26-0053-02 Abstract Taking the practice of coal mining under the reservoir of Honglujing Coal Mine in Weiyuan County as an example, this paper briefly describes the contents of feasibility analysis of coal mining under water body and the basic s of coal pillar setting and roof control in the process of coal mining. This research has a strong demonstration and reference for small mines to car鄄 ry out coal mining under water body “scientifically, safely and reliably“. Keywords coal mine water body; coal mining engineering; practical analysis 作者简介 叶学辉 （1977-） ， 男， 本科， 工程师， 副总工程师， 研究方向 煤矿安全生产与技术管理。 53-- 2020 年 26 期研究视界 科技创新与应用 Technology Innovation and Application 煤， 系四川区域内的特殊煤种； 船石湖水库和红旗水库共压煤 1208.0kt。如果不采， 矿井服务年将减少 4.5a， 如果回采， 按吨 煤利润150元估算， 可增加利润 14496万元。 更主要的是影响 矿井开拓、开采的合理布置和当地村民的就业以及川威集团 的原料供应； 这对开发利用有限的主焦煤资源， 促进区域经济 发展， 保持地方稳定和谐， 在安全可靠的原则下实施库体下采 煤尤显十分必要。 3.2 可行性分析 （1） 煤矿开采跨落带高度 根据 采矿工程设计手册 [3] Hm M-W （K-1） cos琢40 式中 Hm-冒落带高度， m； M-煤层采厚， m； 琢-煤层倾角， 倾角2毅4毅； K-冒落岩石碎胀系数， 在一般情况下， 岩层垮落后 的碎胀系数为 1.25-15； W-冒落过程中顶板下沉值。W0.0m （平均采厚0.60m） 计算结果 垮落带最大高度Hm2.399m （2） 导水裂缝带高度[3] 计算 1 HLi 100撞M 1.6撞M3.6 依5.613.158依5.6 （m） 计算 2 HLi20撞M姨10200.6姨1025.492m 可知 矿井煤层开采后， 导水裂缝带高度可达 25.492m （3） 防水煤岩柱保护层厚度[3] H保6A6撞M n 6伊0.60 1 3.600m 式中 n-分层层数。 （4） 安全开采深度 安全开采深度 H水应大于裂缝带的最大高度 H裂加上保 护层厚度 H保，即 H水逸H裂H保 （2.39925.492） 3.600 31.491m 可知矿井开采煤层时，当煤层与水体垂直距离大于 31.491m 时， 若无断层、 裂隙和其它构造与水体导通时， 在其 下开采煤层是安全的。 （5） 地表最大下沉量 矿井全冒落法管理顶板， 地表最大下沉量按[3] Wmax 浊.m.cos琢 式中 浊-下沉系数，取 0.20； m-开采厚度， 0.60m； 琢-煤层 倾角， 2毅4毅。 计算结果 Wmax0.1199m0.1197m 可知 地表可能产生的最大下沉量小于 0.12m， 地表变形 微小。 3.3 水库下采煤可行性结论 （1） 矿井开采煤层可能形成的 “三带高度” 为 31.491m， 可 能产生的地表最大下沉量小于 0.12m。 （2） 矿井地表范围内的船石湖水库、 红旗水库的库底标高 分别为598.00m 和614.60m，与井下采场垂直距离均在 180m 以上， 远大于 “安全开采深度” ， 导水裂缝带波及不到矿 井区域内的导水裂缝带含水层， 更波及不到地面水库库底； 而 且， 该矿煤层上覆岩层还有隔水层存在， 所以井下开采对矿井 地表水体是没有影响的， 是安全的、 可行的。 4 水库下采煤工程实践 4.1 采煤方法及工艺 矿井采用倾斜长壁采煤法； 工作面对拉布置， 截煤机掏 槽， 压炮落煤， 人工攉煤， 单体支柱支护， 条带充填管理顶板。 4.2 水库煤柱留设 （1） 船石湖水库保护煤柱 船石湖水库堤坝长轴方向为东偏北 24毅，与煤层走向夹 角 29毅； 堤坝长 10员m、 堤坝宽 20m， 堤坝煤柱按 110m伊30m 计 算井下保护煤柱。 按 建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采 规程 [4] 堤坝走向方向的煤柱保护长度为 110cos29毅30sin29毅 2伊202伊202伊180/tg75毅288m 式中 110-堤坝长度， m； 20-围护带宽度， m； 20-地表下 20m 的岩层移动角按 45毅计算宽度； 180/tg75毅-上覆岩石厚度 180m， 岩层移动角按 75毅计算。 堤坝倾斜方向的煤柱保护宽度为 110sin29毅30cos29毅 2伊202伊202伊180/tg75毅257m 式中 30-堤坝宽度， m； 20-围护带宽度， m； 20-地表下 20m 的岩层移动角按 45毅计算宽度； 180/tg75毅-上覆岩石厚度 180m， 岩层移动角按 75毅计算。 （2） 红旗水库保护煤柱 红旗水库堤坝长轴方向为东偏北 32毅，与煤层的走向夹 角为33毅。堤坝长 45m， 堤坝宽10m， 煤柱堤坝 60m伊20m计算 井下保护煤柱。 按 建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采 规程 [4] 堤坝走向方向的保护煤柱长度为 60cos33毅20sin33毅2伊 202伊202伊260/tg75毅267m 式中 60-堤坝长度， m； 20-围护带宽度， m； 20-地表下 20m 的岩层移动角按 45毅计算宽度； 260/tg75毅-上覆岩石厚度 260m， 岩层移动角按 75毅计算。 堤坝倾斜方向的保护煤柱宽度为 60sin33毅20cos33毅2伊 202伊202伊260/tg75毅281m 式中 20-堤坝宽度， m； 20-围护带宽度， m； 20-地表下 20m 的岩层移动角按 45毅计算； 260/tg75毅-上覆岩石厚度 260m， 岩层移动角按75毅计算宽度。 5 结束语 威远县红炉井煤矿， 通过对地表水体的调查和开采可行 性的分析论证，采取留设保护煤柱和确定适宜的顶板控制措 施， 经过 2016 年耀2019 年的开采实践， 安全可靠地采出了船 石湖水库、 红旗水库对应区域内的压覆煤炭约 80 万吨， 为地 方农民就业、区域经济发展和小型煤矿如何在水体下采煤践 行了一条 “科学开采、 安全开采” 之路。 参考文献院 [1]煤矿安全规程 （2016 年版） [S].国家安全生产监督管理总局令 第 87 号， 2016. [2]威远县红炉井煤矿水体下采煤设计[R].红炉井煤矿生产科， 2018. [3]采矿工程设计手册[R].煤炭工业出版社， 2003. [4]建筑物、 水体、 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S]. 54--