孟加拉国Barapukuria煤矿协调减损开采技术的研究与实践

韩光远

徐矿集团

孟加拉国Barapukuria煤矿协调减损开采技术的研究与实践

韩光远

徐矿集团

孟巴矿井地质开采条件特殊，开采煤层厚度大，煤层顶板砂岩整体性强，开采煤层上覆煤系地层厚度变化较大，LDT是唯一的UDT富含水砂层下的相对隔水层，且在北翼开采边界位置LDT隔水层厚度小于10m，在南翼LDT厚度由北向南逐渐变厚，但是在大部分区域Ⅵ煤顶板砂岩以上煤系地层缺失，南翼由北向南Ⅵ煤顶板砂岩逐渐变薄，Ⅵ煤以上煤系地层也逐渐变薄甚至缺失。因此，在开采中必须既保证覆岩导水裂缝带不波及LDT岩层，同时也要保证LDT在覆岩移动过程中变形损伤小。针对孟巴矿井地质及开采条件，要解决这些问题必须采用协调减损开采技术，或者降低开采厚度，或者采用特殊开采方法。

1.边界协调开采

厚煤层开采边界作用增加了拉应力区应力的叠加增高，从而导致导水裂缝带高度大幅增加，其对于UDT下安全开采影响巨大。以1206工作面开采开且眼位置的错距协调布置与非错距协调布置开采覆岩变形计算与导水裂缝带高度计算分析如下：

1206工作面西侧紧邻1204工作面，位于1104和1106工作面下部。从开采煤层顶板至LDT底板垂距210m，tanb=2.0，rz=Hz/ tanb=105m，b=0.25。

（1）分层错距与对齐开采LDT岩层最大拉伸变形比较：

对比地表拉伸变形裂缝破坏情况，当拉伸变形在10mm/m以下时，地表拉伸变形破坏裂缝深度一般在2米以内；当拉伸变形达到15mm/m-20mm/m时，拉裂裂缝破坏深度可能达到5-8m。10m厚的LDT隔水层就有可能被击穿破坏。分析上述计算结果：当开采边界以一分层与二分层对齐方式布置，覆岩中LDT拉伸变形达到17.4mm/m，尽管覆岩导水裂缝带高度未发育到LDT底部，但是LDT底部不存在隔水层，UDT承压水会击穿LDT裂缝未破坏部分，进而穿越LDT底部未破坏岩层下泄至采空区，这种情况可能导致较大的矿井水害发生，甚至可能造成淹井灾害发生；当采用分层错距布置方式，可以大大降低LDT隔水层的拉伸变形破坏强度，LDT拉伸变形在10mm/m以下，裂缝深度一般在2米以下，LDT在受采动影响后仍然具备阻隔UDT承压水的完整性。

（2）分层错距与对齐开采导水裂缝带高度分析比较

根据实验探测结果，孟巴地质采矿条件下一分层开采导水裂缝带高度为开采高度的25倍；二分层开采导水裂缝带高度为累计开采高度的20倍。即在开采边界位置，对齐开采导水裂缝带高度为120m；错距开采导水裂缝带高度仅为75m。边界协调开采一是应用分层错距边界的拉伸区与压缩区的叠加作用，有效降低覆岩拉伸变形强度，二是减缓边界支撑形成的裂缝区分布形式，有利于在重力作用下裂缝区的闭合。

2.一分层与二分层错距协调布置

由于一分层开采后采空区留有区段煤柱，区段煤柱区形成的支撑压力区对二分层开采形成影响。传统的二分层工作面的布置与一分层相对一致，主要是考虑到采空区防火的要求，但是孟巴矿矿井开采灾害主要是水害、冲击矿压灾害防治，在开采灾害防治方面必从水、矿压、火等方面灾害的综合防治考虑，以得到事半功倍的效果。二分层与一分层错距布置的原则是二分层开采后必须有效破坏一分层采空区煤柱，一是消除煤柱支撑区形成的导水裂缝区，减小矿井开采采空区的长期涌水量；二是避免采空区煤柱在大范围开采后，大范围煤柱集中破坏失稳形成的大面积顶板灾害，诱发较大的冲击矿压灾害发生；三是一分层采空区煤柱被有效破坏后，有利于在覆岩重力作用下覆岩整体下沉密实采空区，起到采空区防火作用。

3.主要结论

应用理论计算、实验室实验模拟、数值计算分析模拟、现场探测等综合方法完成了孟巴矿特殊地质、水文地质、采矿条件下的UDT水体下安全开采开采技术，结合现场开采工程实践，形成了适合孟巴矿井地质采矿条件的安全开采和灾害防治体系，完成了课题研究的预定目标和任务。主要结论如下：

（1）全面分析了孟巴矿地质采矿条件的特殊性，给出孟巴矿Ⅵ煤顶板砂岩、Ⅵ煤以上含煤地层厚度、LDT厚度及岩性是UDT承压水体下开采的主要影响因素。提出应用合适的开采方法分（次）段破坏释放Ⅵ煤顶板砂岩，分层边界错距布置控制开采覆岩导水裂缝带发育高度和LDT变形破坏程度，二分层合理布局开采破坏一分层采空区煤柱，实现开采后覆岩整体下沉，分段限高开采等控制覆岩导水裂缝带发育高度方法，形成孟巴矿井水、火及冲击矿压灾防治的综合体系。

（2）通过边界协调减损布置开采应用，有效降低了导水裂缝带发育高度，确保LDT隔水层的完整性。

（3）通过二分层协调减损布置开采方法的应用，有效地破坏了一分层采空区煤柱，实现了二分层开采后覆岩整体下沉密实采空区的作用，既不但消除了煤柱支撑区形成的导水裂缝区，减小矿井开采采空区的长期涌水量，而且避免了二分层非错距开采采空区煤柱大范围集中破坏失稳形成的冲击矿压灾害，同时覆岩整体下沉密实有利于采空区防火。

（4）应用协调开采方法安全开采了二分层1204、1203综采工作面、1206、1208、1210、1212、1214综放开采工作面，取得了良好的技术经济效益。

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