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水库下压煤开采安全性分析

文档作者：方文会刘义新文档来源： 1．煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司 2．煤炭科学技术研究院有限公司 3．北京市煤矿安全工程技术研究中心		点击数：	更新时间： 2022年12月09日
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第!期
2015年2月
矿 山 测 量
MINE SURVEYING
NO．1
Feb．2O15
doi：10．3969／j．issn．1001—358X．2015．ul·22
水库下压煤开采安全性分析木
方文会 。刘义新 t
(1．煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司，郑州450007；
2．煤炭科学技术研究院有限公司，北京 100013；3．北京市煤矿安全工程技术研究中心，北京 100013)
摘要：水库下压煤开采必须对开采的安全性进行分析 文中以某水库压煤区域为研究对象，根据矿
井地质采矿条件和水体情况，分析了压煤区域覆岩结构特性；利用综放开采导水裂缝带计算公式求
得了水库下覆岩破坏最大发育高度；同时结合国内外类似条件下已有的成功实例，综合分析了水库
下压煤综放开采的安全性。结果表明水库下压煤开采是安全的。
关键词：水库下采煤；导水裂缝带；综放开采
中图分类号：TD823．83 文献标识码：B 文章编号：1001—358X(2015)01—0066—02
煤层地下开采引起上覆岩层及地表移动、变形
及破坏‘，会对采动影响范围内的水体产生一定程度
的影响，严重时会导致水砂溃人井下，威胁矿井安全
生产；甚至造成淹井，给矿井带来严重的经济损失和
不良的社会效益。因此，进行水库下压煤开采，采前
必须对水库下压煤开采的安全性进行分析，以便采
取相应的安全技术措施，从而确保煤矿安全生产和
水库安全使用。本文以某煤矿水库压煤为研究对
象，根据煤矿和水库的实际情况，进行了覆岩结构特
征分析及导水裂缝带高度计算，并结合国内外已有
成功实例，对水库下压煤综放开采的安全性进行了
综合分析。研究对于确保煤矿安全生产，提高煤炭
采出率，增加矿井服务年限，保证水库的安全运行等
都具有重要的现实意义。
1 煤矿地质采矿条件及水库概况
1．1 煤矿地质采矿条件
河南省某煤矿为井工煤矿，井田东西长14 km，
南北宽2～4 km，井田面积约33 km ，生产能力为
1．8 Mt／a，采用主斜井、副立井两个水平上下山开
拓，综采放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。本井田
地处低山丘陵区，地表主要水体为水库。 ．
井田出露地层由老至新有：寒武系上统崮山组、
长山组，奥陶系中统马家沟组，石炭系上统本溪组、
太原组，二叠系下统山西组和下石盒子组，以及上统
上石盒子组和石千峰组，三叠系下统，下第三系和第
四系。其中第四系厚度为0～28．20 m，平均7 m，由
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51404139)。
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黏土、砂质黏土及砾石组成。
井田含煤地层为上石炭统太原组、下二叠统山
西组和下石盒子组及上二叠统上石盒子组，划分为9
个煤段，常见含煤21层，煤层总厚度11．72 m。其
中，山西组所含二．煤层为本井田主要可采煤层，平
均厚度约5．3 m。二 煤层结构简单，倾角较缓，直
接顶大部为中及细砂岩，局部为泥岩及炭质泥岩伪
顶，且分布零散。煤层底板以泥岩为主，有炭质泥岩
伪底。
井田地层整体上呈向北倾斜的单斜构造，构造
形迹以正断层为主。水库下方断层不发育，仅有2
条落差小于5 m的断层，再无其它大断层。
井田内共划分为7个含水层、5个隔水层。主采
煤层二 煤层上方含水层分别为顶板砂岩含水层和
第四系含水层，富水性弱，且又有层厚分别约为
160 m和320 m 的泥岩及炭质泥岩、砂质泥岩隔水
层，厚度大，层位稳定，为良好的隔水层。压煤区水
文地质条件简单。
1．2 水库概况
在井田的中部范围内有某水库，为一小型水库，
南北长约170 m，东西宽约27 m，汇水面积4．5 km ，
总库容量1718万m ，最大泄洪流量908 m ／s，最高
洪水位标高349．25 m，主要用于当地农业灌溉。为
保护该水库的正常使用，对水库采取留设保护煤柱
的保护措施。根据文献[1](简称“三下”采煤规程)
的有关规定，参考临近的其它生产矿井岩层移动角，
采用垂线法留设保护煤柱，计算得出水库压煤量为
8．418 Mt。为提高煤炭采出率，增加矿井服务年限，
第1期 方文会等：水库下压煤开采安全性分析’ 2015年2月
优化矿井生产系统布置，有必要重新对水库下压煤
能否开采和开采的安全性进行论证。
2 水库下压煤开采安全性分析
2．1 覆岩结构特征分析及破坏高度的预计
(1)覆岩结构特征分析
水体下采煤主要考虑开采引起的覆岩中裂隙是
否波及地表水体，是否与地表水体发生水力联
系¨ 。因此，水体下压煤开采安全性分析首要关
注的是开采引起的覆岩破坏规律。覆岩破坏规律影
响因素繁多，如上覆岩层的物理力学性质及结构特
征、采煤方法、顶板管理方法、煤层倾角、采厚、开采
时间等。通常在煤层属性和采煤方法相同的条件
下，覆岩岩性与覆岩破坏规律密切相关。坚硬顶板
条件下，覆岩破坏高度大，开采易波及水体，水体下
采煤安全性相对较低；软弱顶板条件下，覆岩破坏高
度较小，开采不易波及水体，水体下采煤较为有利。
通过对该水库附近区域钻孔资料进行统计分
析，主采煤层二 煤层上方煤系地层主要以砂岩和泥
岩互层为主，砂岩所占的比例略大于泥岩所占的比
例，覆岩岩性判定为中硬岩性，并据此来计算覆岩破
坏高度。
(2)覆岩破坏高度的预计
覆岩破坏高度与许多地质采矿条件有关，很难
给出统一的多元相关的表达式。目前确定覆岩破坏
高度的方法¨ 主要有实测法、模拟法、以及经验公
式法等。在没有矿区实测资料时，主要采用经验公
式进行预计。目前主要根据覆岩岩性及煤层采厚，
采用“三下”采煤规程中给出的计算公式，可分别求
出垮落带和导水裂缝带高度。但规程中的计算公式
适用于厚煤层分层长壁垮落法开采，单层采厚1～3
m，累计采厚小于15 m的情况下。
当采用综放一次采全高开采时，由于一次采出
厚度大，上覆岩层破坏发育高度比分层开采条件下
大，此时若继续用“三下”采煤规程中的计算公式进
行计算显然不妥，不满足计算公式适用条件，计算结
果有偏差，直接影响对水体下采煤安全性的判断。
目前，我国对综放开采覆岩破坏和地表沉陷规律研
究取得了丰硕成果 。由于本矿无实测的导水裂
缝带高度数据，故根据文献[5]给出的中硬条件下导
水裂缝带高度计算公式：H，；=20 M +10(式中：日。；为
导水裂缝带高度，m；M 为采厚，m)，求得本矿二 煤
层综放开采条件下导水裂缝带发育的最大高度为
116 m 。
为保证导水裂缝带不波及水体，确保水体压煤
开采安全可靠，需考虑保护层厚度，通常需留设(3～
5)A(A为采厚，m)的保护层厚度。二。煤层开采时，
按最大保护层厚度为5 A时计算保护层厚度为26．5
m，求得二，煤层开采时需要留设的安全煤岩柱厚度
为142．5 m。而水库下二 煤层上覆岩层厚度约64：4
m，可见，二 煤层开采后导水裂缝带发育的最大高
度与水库底界面有厚约501．5 m 的基岩层，导水裂
缝带不会波及到水库，且该基岩层中赋存有多层厚
度大隔水性好的泥岩层，不会形成矿井水灾通道，即
水库压煤开采不会引起水库水体渗漏。因此，水库
下压覆的二 煤层进行综放开采是安全的。
2．2 工程类比分析
水体下采煤在国内外已积累了大量实例和丰富
经验。国外水体下采煤主要根据安全开采深度来判
定，安全开采深度多取采高倍数 。前苏联采高倍
数取值较大：大水库下为200，北顿涅茨河下为150，
其它河流下为100；加拿大在海洋下开采的倍数为
100。我国在水体下开采厚煤层大于或等于5．0 m
的成功实例也较多 。本水库压煤区域采深采厚比
值为121，已大予前苏联大水库下开采的安全深度倍
数取值。类比国内外已有的实例，二。煤层在水库下
进行综放开采是安全的。
3 结 论
(1)覆岩结构特性分析和导水裂缝带高度计算
表明，二 煤层综放开采条件下导水裂缝带发育的最
大高度为116 m，考虑5倍的最大保护层厚度，二 煤
层开采时需要留设的安全煤岩柱厚度为142．5 m，而
导水裂缝带最大高度与水库底界面有厚约501．5 Ill
的基岩层，导水裂缝带不会波及到水库，不会形成矿
井水灾通道。
(2)导水裂缝带高度计算和国内外成功经验类
比综合表明，水库下压覆的二。。煤层进行综放开采是
安全的。
参考文献：
[1] 国家煤炭工业局．建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱
留设与压煤开采规程[M]．北京：煤炭工业出版社，
2000． (下转第85页)
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