规划区内水体下采煤可行性

王大尉,高展鹏,张德龙,杨 宁

(煤炭科学研究总院安全分院,北京 100013)

规划区内水体下采煤可行性

王大尉,高展鹏,张德龙,杨 宁

(煤炭科学研究总院安全分院,北京 100013)

通过垮落带与导水裂缝带高度的计算,并列举了国内水体下采煤成功案例,对红海子煤矿水体下采煤的可行性进行了分析和研究,得出导水裂缝带高度为 38.43m,远小于地表水体与煤层的间距,开采具有可行性,既保证了煤矿的安全生产,又对推动煤矿安全评价技术的发展起到了促进作用。

水体下采煤;垮落带;导水裂缝带

Feasibility ofM in ing underWater Body in Plann ing Area

1 井田概述

鄂尔多斯蒙华能源有限公司红海子煤矿位于鄂尔多斯市境内。该区域目前无建筑物,但存在一地表水体,因此,红海子煤矿存在水体下采煤问题。

井田内所有河川均属黄河水系,在区内的南部有杆占庙河,为常年性地表径流,流向自南向北流入西红海子。其水量受大气降水控制,夏秋季大,冬春小。井田内的断层富水性和导水性均较弱,因此,地表水和地下水之间的水力联系程度较低。

勘查区内共含煤 18层,煤层总厚 8.23～26.78m,平均 17.25m,煤层埋深 400～800m,含煤系数 6.3%,其中含可采煤层 12层,可采煤层总厚 6.19～23.83m,平均 14.08m,可采含煤系数5.2%。区内含煤性有所差异,横向上西部较好,东部较差。

2 水体下采煤分析及预计方法

2.1 水体下采煤分析

红海子煤矿属于地表水体下采煤,对于地表水体主要对策是 “隔离”或 “疏降”两类方案[1]。鉴于规划区要建公园和地表水体水量大、补给充分的前提,红海子煤矿主要采取 “隔离”方案,从垮落带和导水裂缝带两方面进行分析预测。

2.2 预计方法

覆岩破坏高度的预计,包括垮落带高度和导水裂缝带高度的预计。

2.2.1 垮落带高度预计方法

当煤层顶板覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层时,厚煤层分层开采的垮落带最大高度可采用表 1中的公式进行计算[2]。

表1 垮落带高度计算公式

2.2.2 导水裂缝带高度预计方法

对于导水裂缝带高度计算,若煤层覆岩内为坚硬、中硬、软弱、极软弱岩层或其互层及厚煤层分层开采时,导水裂缝带高度可以按照表 2中给出的两种经验公式来计算[2]。

表2 导水裂缝带高度计算公式

3 覆岩破坏高度预计

3.1 垮落带高度预计

对于 3-1煤层,其开采平均厚度为 2.02m,顶板为细粒砂岩,根据岩石力学性质测定,3-1煤顶板属于中硬岩层,因此,根据表 1用以下公式计算垮落带的高度。计算公式为:

式中,Hm为垮落带高度,m;∑M为煤层累计开采厚度,m。

根据上式计算,其垮落带最大高度为 9.09m。

由计算结果可知,首采层煤 3-1开采时所产生的垮落带高度小于 3-1煤与地表之间的距离(500～600m),因此,3-1煤开采产生的垮落带不会发展到地表。

3.2 导水裂缝带高度预计

3.2.1 开采 3-1煤层导水裂缝带高度计算

3-1煤直接顶为细粒砂岩,属于中硬岩层,因此,按照表 2用以下公式计算导水裂缝带高度。

由公式 (一)计算:

式中,Hli为导水裂缝带高度,m;∑M为煤层累计开采厚度,m。

根据上式计算,其导水裂缝带最大高度为33.97m。

由公式 (二)计算:

根据公式 (二),其导水裂缝带最大高度为38.43m。

3.2.2 开采 3-1煤层导水裂缝带高度

根据公式 (一)计算,其导水裂缝带最大高度为 33.97m;根据公式 (二)计算,其导水裂缝带最大高度为 38.43m,取两者中的最大值,即导水裂缝带高度为38.43m。

通过以上计算,结果表明垮落带高度为9.09m,导水裂缝带高度为 38.43m。而该区域地表水体距煤层的距离为 400m以上,因此,导水裂缝带波及不到地表水体,开采是安全的。

4 国内水体下采煤成功案例

为了红海子煤矿地表水体下开采的可行性评价分析更为可靠、充分,因此,本文选择类比矿井的条件要比红海子煤矿复杂、困难,这才更具有说服力,详见表3。

表3 水体下开采类比矿井比较

红海子煤矿大部分地段煤层的直接顶为泥岩和细粒砂岩,这种特征有利于控制顶板垮落开裂高度。上覆隔水层岩体属于软硬交互结构的覆岩岩体,这会使岩体强度大大降低,对开采后抑制覆岩破坏和导水裂缝高度非常有利。另外,岩体中较硬的砂岩被上下软弱的泥岩和砂质泥岩所覆盖,可以有效阻止砂岩以上含水层的补给,也可以有效地吸收和阻止砂岩水的越流补给。其开采条件要比类比矿井简单的多,因此,水体下开采具有可行性。

5 结束语

采用了“三带高度”判别法、类比分析法对红海子煤矿地表水体下采煤进行了综合分析、计算与评价,通过计算,结果表明垮落带高度为9.09m,导水裂缝带高度为 38.43m。而该区域地表水体距煤层的距离为 400m以上,因此,导水裂缝带波及不到地表水体,开采是可行的、安全的。

[1]徐永圻 .煤矿开采学 [M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999.

[2]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.

[责任编辑:徐乃忠]

TD823.83

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1006-6225(2010)03-0045-02

2009-12-04

王大尉 (1979-),男,辽宁大连人,硕士、工程师,主要从事煤矿安全方面研究。