含水破碎带及断层临近煤矿安全采矿技术研究

张龙（开滦钱家营矿业分公司，河北唐山 063301）

含水破碎带及断层临近煤矿安全采矿技术研究

张龙
（开滦钱家营矿业分公司，河北唐山 063301）

本文以含水破碎带及断层临近煤矿安全采矿技术作为主题展开相关探讨。首先以某矿业公司地下开采公司例，结合实际采矿经验对其进行了简要概述；主要对其某断层区域的地质条件进行了具体说明，并分析了目前的开采现状，最后从利用破碎断层区域稳定性分析力学、三维背景应用场计算等方法对其采矿技术进行了具体讨论，并制定了明确的采矿方案。希望通过本文初步论述可以引起更多的关注与更广泛的交流，为该方面的采矿技术研究提供一些有价值的信息，以供参考。

含水破碎带 断层 煤矿 安全技术

地下采矿中，若出现破碎带及断层含水量大，则会引发变形、失稳、断裂等问题，给继续采矿带来严重灾害或事故；因此应该对其加大研究力度，从而在应用技术分析同时，做出安全可靠的预防方案与解决办法。以某矿业公司的地下开采为例，该工程在矿南区-60m中断勘测出破碎带的存在、断层带的发生，并将其命名为F1、F2破碎及断层带；具体情况是，地质条件不利、可能造成大规模崩落现象，区域内导水裂隙发育、断层附近岩体节理发育等均存在开裂现象，岩体渗透性高，若遇水力关联，则必引发突涌现象，会带来严重的灾害事故。

1 F1、F2破碎及断层区域的地质条件分析

从整体上看，矿区属于压性裂隙断裂构造发育，地下水循环通道并未形成；矿床归于水文地质条件简单理性类型，而且仅有少量脉状裂隙水会产生影响，但作用并不显著；虽然其它大断裂构造复杂，影响较大，但是主要的水因素以降雨居多，而地下开采中的深部构造裂隙水突水也是影响因素之一；F1断层为NNW倾向，倾角80°左右，探测结果显示有断层泥、裂隙发育、涌水量较大，而F2断层属于NW倾角50°左右，钻孔时发生偏移、受阻、未穿透，因而推测其为较宽破碎带，测定有断层泥渣、砾石。

2 开采现状分析

在本文所讨论的破碎断层带区域，属于煤矿回采，目前已经在23线以北、25线以南实现初步回采，厚度为5m以上煤矿；以浅孔留矿法采厚度下的薄煤矿。由于问题的存在，需要进行稳定性分析，并确定采矿方法、支护方案。

3 参数分析与计算分析

首先，在综合研究报告、测定结果、试验结果、附近地质探测情况的基础上，对该破碎断层区域岩体行物理力学性质参数分析，本次研究中按照霍克-布朗公式计算结果显示，其中回采的M1、M2煤矿的块体密度均为3.4g/cm3，抗压强度分别为10.0、13.0MPa，在抗剪参数方面，M1的内聚力与内摩擦角分别为2.2MPa、38°，M2分别为2.4 MPa、38°；而变形参数中的弹性模量、波松比方面，M1分别为4.8*104MPa、0.21，M2分别为4.8*104MPa、0.21；而黑云母角闪斜长片麻岩、散体、断层、表土方面的块体密度、抗压强度、抗剪参数、变形参数则以常年的边坡报告模拟法进行具体计算。

其次，在三维背景应力场计算方面，由于矿长度大于宽度较多，因而间柱数量较多，可以运用三维计算模型加以分析，本次研究中以MSC.Patran、MSC.Nastran计算模拟软件进行计算。计算模型主要是通过建立22线到26线的矿山模型，具体包括回填物、围岩、煤矿、断层；利用模型范围X（-130.000～350.150m）、Y［（26线）-200.000～（22线）179.000m）］、Z（-148.600～120.000m）坐标系分别设置参数；然后以六面体单元，在X、Y轴向上取方向限制加以约束，然后以物理实验的方法，将材料力学性质进行分析，结果显示-6m处最安全，因而将-6～-60m煤矿作为矿房采出。

4 预设与制定采矿方案、支护方案

首先，经过三维模型网格构建与模型软件分析，其中有4条煤矿与两个断层间关系密切，因此可以将其编号为I、II、III、IV，然后根据相关数据计算出断层两侧的应力，结果显示F1断层应力均匀，而F2断层则与煤矿IV相交位置应力最为集中，而与III之间沉重较大；因而以相关计算为准，可以在F1断层两侧留矿柱，以12m为宜；在F2断层留矿柱，以15m为宜；在两者之间留矿柱，以10m为宜；并设矿房数量为3个。所以，综合之后，根据以上分析的结果与相关数据可以得出，在III处煤矿矿柱尺寸需增加到20m，而且需要以锚固措施进行加固；而在III～IV之间则应该选择12～15m的增加量，才能保证安全；至于F1断层则在其两侧继续以12m作为开采矿柱即可。其次，在采矿方案上，按照上面的结果与预设，应该满足以下条件：在F1断层两侧留12m安矿柱，在F2断层两侧留20m安矿柱，断层之间留12m间柱两根，以及需要开采矿房3个。在采矿方法方面，则应该以按照实际分析的结果与相关数据，采用分段留矿分采崩落法；需要注意的是，应该使断层间的保安矿柱永久保留，以保障后期开采的持续性与安全性；至于对断层有影响的矿断则应该在回采前，以打泄水孔的方式、减压的方式等减少危险因素后，再行回采。最后，在支护方面，以钢筋网、复合锚杆托盘增加围岩自承能力；以锚索行二次支护；破碎及断层带则加强锚杆、锚网密度，程度严重时可以进行联合支护，如增加金属网铺设、喷射混凝土等皆可。

5 结语

总之，对于含水破碎带及断层临近煤矿的安全开采，需要立足于现场勘查、细致分析的基础之上，通过利用取样、实验、探测、建立模型、数据分析、数值模拟等方式，对其稳定性加以评估、计算，并通过相关软件分析得出科学的结论，从而将其应用于具体的方案设计之中，提高采矿技术的科学性、合理性与安全性。

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张龙（1987—），男，河北定州人，本科，毕业于河北工程大学，采煤助理工程师，研究方向：采煤。