带压开采分区划分方法的研究与探讨.pdf

太原科技2 0 0 8年第4期T A I Y UA NS C I - T E C H 王奇生, 郭森 水是生命之源,但对于煤矿生产而言,水也是 严重威胁煤矿安全生产的隐形杀手之一。自从人类 从事煤炭开采活动以来,大大小小的煤矿突水事 故,不仅给国家和人民的生命财产造成了巨大损 失,而且由此带来的社会问题更是有悖于构建和谐 社会这一时代主题。尤其是对于存在带压开采的矿 井,突水的危险性就更为严重,如何科学地对带压 开采的矿井进行带压开采分区划分,对于促进煤矿 安全生产,有效预防矿井突水事故的发生具有重要 的现实指导意义。 1带压开采区域划分的指标 1 . 1根据地质构造的发育程度分区 通常,地质构造分为陷落柱和断层,但是陷落 柱能否导致突水的因素比较复杂,受到陷落柱岩块 的混杂胶结程度、陷落柱发育的高度及发生的时 间、活动性、柱体与围岩接触的特点、间接底板岩 溶水的水头值及岩溶水的富水性等多种因素影响, 而且不同的井田中,陷落柱的分布、数量也大相径 庭,所以,本文只讨论按断裂构造 即断层发育程 度对井田进行的带压开采分区。 一般而言,断层的形成是先从节理开始的,节 理继续发展,促使岩层沿节理密集带产生位移,从 而形成断层。按照水文地质特点,断层可以分为富 水断层、导水断层、阻水断层、储水断层及无水断 层。调查显示,不少的突水事故是在采掘过程中揭 露到断层所引发的。即使是非导水断层,在采场矿 山压力的作用下,也有可能使断层 “ 活化” ,使非 导水断层转化为导水断层。这就表明断裂构造是引 发突水事故的一个重要诱因。既然断裂构造极有可 能诱发突水事故,那么,我们就可以把它作为带压 开采的一个分区指标进行区域划分。根据断层断裂 结构面的特征、规模、发育程度及其对井巷围岩稳 定性的影响程度,将断裂构造划分为简单、中等、 复杂等不同的等级,然后以此为依据,按不同等级 断裂构造引发突水事故可能性的大小,将带压开采 区域划分为不同的分区,从而对采掘生产起到一定 的指导作用。 1 . 2根据突水系数分区 突水系数是表征矿井突水可能性大小的一个数 量指标。突水系数的大小取决于煤层底板所承受的 水压力,就华北型岩溶间接底板突水矿井而言,即 为峰峰组岩溶含水层之水对煤层底板产生的水压 力,可通过水头标高与煤层底板标高之差求得。此 外,突水系数的大小还与隔水岩柱的厚度、岩溶水 的导升高度、矿压对底板破坏的深度有关[ 1 ]。隔水 岩柱厚度可依据矿区范围内钻孔资料获得,未见 O2f的钻孔可以按隔水岩柱等厚线图用内插法求取 隔水岩柱厚度。岩溶水的导升高度,主要依据两种 情况获得一种是当O 2f 顶面存在具有较为明显隔 水作用的铝土岩时,一般在天然状态下不会有岩溶 水导升,此时导升高度为零;另一种是在破碎地段 本溪组底部铝土岩缺失或破碎,使部分地段本溪组 上部石灰岩与奥灰对接时,岩溶水就有可能沿断裂 及其破碎带导入本溪组灰岩中,导升高度就不能再 取为零,需要根据当地水文资料及综合临近一些矿 井的测试资料来确定。底板破坏深度的大小主要与 工作面的斜长、底板岩性及其结合状况、采深和煤 层倾角等因素有关,但目前国内尚无统一规定来计 算,一般采用多元非线性回归分析法所导出的经验 公式来确定 文章编号1 0 0 6 - 4 8 7 72 0 0 80 4 - 0 0 6 6 - 0 2 太原西峪煤矿,山西太原0 3 0 0 2 1 收稿日期2 0 0 8 - 0 1 - 1 0; 修回日期2 0 0 8 - 0 2 - 1 4 作者简介 王奇生1 9 6 7 -, 男, 山西交口人。1 9 9 1年7月毕 业于山西矿业学院, 工程师。 带压开采分区划分方法的研究与探讨 摘要 以促进安全生产、有效预防矿井突水事故为目的,叙述了对带压开采矿井进行分区划分的 依据与方法。结合西峪煤矿二水平带压开采分区的划分及多年来对采掘生产的现实指导意义,验证 了划分方法的合理性、科学性。 关键词 突水事故; 带压开采分区; 划分; 研究与探讨 中图分类号T D 8 2文献标志码A 应用 技 术 6 6 太原科技2 0 0 8年第4期T A I Y UA NS C I - T E C H h 1 7 . 9 2 9 l nL 2 4 0 . 0 0 9 1 H 0 . 0 4 4 8 α - 0 . 3 1 1 3 F, 式中h 1为底板矿压破坏深度,m;L为工作面的 倾斜长度,m;H为煤层开采深度,m;α为煤层倾 角,r a d;F为底板岩层的坚固系数。 根据上式计算出突水系数后,就可以根据突水 系数的不同区间值对带压开采区域进行分区划分。 1 . 3根据富水性分区 1 . 3 . 1富水系数法 富水系数法是指同一时期 通常为1年矿井 的排水量Qt与开采量Pt之比K P Q / P。 富水系数法是根据矿井生产量与排 涌水量之间 的增长关系所建立的比拟式进行带压开采分区划分 的方法。若已知K P值后,预计探明条件,开采量 为P ′的设计矿井的涌水量Q ′,即Q ′ K PP ′ 。 现实作业中,不同矿井,甚至同一矿井不同时 期的K P值变化往往很大,其原因是它与自然条件 地质、水文地质和人为因素 开采方法、开采 强度等的变化有关。为了使预计的结果尽可能接 近客观实际,生产实践中常常采取其他的富水系数 进行预计 KF Q / F;KV Q / V;KL Q / L。 其中,F,V,L为采空面积、采空体积、巷道 长度;KF,KV,KL为采空面积富水系数、采空体积 富水系数、巷道长度富水系数。 结合矿井实际情况,即可得出富水系数的一个 度量值 ,然后根据经验数值,就可以进行带压开 采分区的划分了。 1 . 3 . 2渗透系数法 渗透系数法是应用地下水动力学进行井巷涌水 量预测,从而对带压开采区域采取分区划分的方 法。但地下水动力学公式是基于岩层各向性、均质 的条件下导出的,这就使得实际中复杂多变的地质 体很难符合上述条件,在进行井巷涌水量计算时, 通常采用加权平均值的算法。 1当岩层在剖面上透水性不均一时,渗透系 数按以下加权平均式计算 KC P K1M1 K2M2⋯ KnMn M1 M2⋯ Mn , 式中K1,K2⋯Kn为剖面上各段 层的渗透系 数;M1,M2⋯Mn为剖面上各段 层的厚度。 2当岩层在平面的透水性不均一时,渗透系 数按如下加权平均式计算 KC P K1M1 K2M2⋯ KnMn M1 M2⋯ Mn , 式中F 1,F2⋯Fn相应于K1,K2⋯Kn各段渗透系数 的分布面积 水平投影 。 具体采用哪种计算方法,需要根据矿区的实际 情况来确定,得出计算结果后,结合经验数值就可 以对带压开采区域进行分区划分。 2西峪煤矿二水平带压开采区域的分区划分 西峪煤矿二水平是西峪煤矿平峒的接替水平, 水平标高为6 5 0 m,开采深度低于7 0 0 m标高,开 采的最低标高在4 3 0 m左右,而奥陶系峰峰组岩溶 水水位标高为8 0 3 m,最大承压水头为4 . 3 M P a。目 前,二水平已全面进入带压开采阶段,对带压开采 分区进行科学的划分对于安全生产具有重要的指导 意义。 按照 煤矿防治水工作条例相关规定,结合 西峪煤矿实际情况,根据第一水文队施工资料及井 陉、邯郸各矿的测试资料,综合各种划分方法,对 带压开采区域进行如下划分,见表1。 根据多年来的生产实践,已基本验证了上述划 分的正确性、科学性,特别是对正在采掘中的上组 煤而言,这种划分方法是相当准确的。无疑,这将 对促进西峪煤矿的安全生产、有效预防水害事故起 到一定的指导作用。 3结束语 科学合理地对带压开采区域进行分区划分,对 有效预防矿井突水事故可以起到事半功倍的良好效 果。具体到某个矿井采用哪一种方法更为合理,则 要根据该矿井的实际地质水文条件而定。对存在带 压开采的井田进行科学合理的分区划分有利于提高 矿井安全生产系数,有效避免突水事故的发生,值 得我们在实践中不断分析总结。 参考文献 [ 1 ]淮南煤炭学院,焦作矿业学院,中国矿业学院,等.矿井地质 及矿井水文地质[ M] .北京煤炭工业出版社, 1 9 8 5 2 1 6 - 2 4 1 .责任编辑张璇 表1太原西峪煤矿带压开采分区划分表 划分指标 渗透系数分区K /m / d K 1 1 0 断裂发育 简单区 突水系数分区T s /MP a / m 断裂发育 复杂区 0 . 0 6 0 . 0 6 T s 0 . 1 0 0 . 0 4 0 . 0 4 T s 0 . 0 6 Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅰ ⅠⅡ ⅡⅢ Ⅰ Ⅱ Ⅲ 注T s为突水系数;K为渗透系数;Ⅰ为带压开采安全 开采区域 ;Ⅱ为带压开采相对安全开采区域 ;Ⅲ为带压开 采危险区域。 英文部分下转第7 0 页 应 用 技术 6 7 太原科技2 0 0 8年第4期T A I Y UA NS C I - T E C H S t u d y o n t h e Mi n i n g D i s t r i c t D i v i s i o n Me t h o d u n d e r P r e s s u r e WA N G Q i - s h e n g,G U O S e n T a i y u a nX i y uC o a l Mi n e , T a i y u a n0 3 0 0 2 1 , C h i n a A b s t r a c t F o rt h ep u r p o s eo fp r o m o t i n gt h es a f ep r o d u c t i o na n de f f e c t i v e l yp r e v e n t i n gw a t e ri n r u s hd i s a s t e r , t h i sp a p e r s u m m a r i z e dt h eb a s i sa n dm e t h o df o rt h em i n i n gd i s t r i c t d i v i s i o nu n d e rp r e s s u r e . C o m b i n i n gt h ei n s t r u c t i v es i g n i f i c a n c eo ft h e t w ol e v e l m i n i n gd i s t r i c t d i v i s i o nu n d e rp r e s s u r ei nx i y uc o a l m i n ea n de x c a v a t i n gp r o d u c t i o nf o rm a n yy e a r s , t h i sp a p e rc o n - f i r m e dt h er a t i o n a l i t ya n ds c i e n t i f i c a l n e s so ft h ed i v i s i o nm e t h o d . K e yw o r d s w a t e ri n r u s hd i s a s t e r ; m i n i n gd i v i s i o nu n d e rp r e s s u r e ; d i v i s i o n ; s t u d ya n dd i s c u s s i o n 2注浆前为保证注浆效果,先用干水泥及 B RC型防水剂、E型专用粉抹面堵漏。 3 通 过 快 速 注 浆 接 头 , 将 注 浆 管 尾 端 和 K B Y5 0 / 7 0型注浆机连接,开动机器压注水灰比 1 ∶ 1水泥浆,掺水泥用量3 的4 0 B e 的水玻璃,注 浆终压必须达到3 . 0 M P a。 2 . 6监控量测 初期支护完成后,在拱顶、拱脚及边墙的内轨 顶面标高处埋设测点,进行拱顶下沉和水平收敛量 测。测试元件用d为1 2 . 0 m m的圆钢加工而成,每 根元件长2 5 . 0 c m,锚入初期支护体2 0 . 0 c m,外露 5 . 0 c m,以防震动影响量测结果。水平收敛量测采 用Q8 5型围岩变形收敛仪和精密水准仪进行观 测。开始时,量测频率为每1 2 h观测1次,然后 根据变形量的减小而减小量测频率,依次为2 4 h, 4 8 h,7 2 h,1 6 8 h。根据量测结果及时调整工序及 预留变形量、开挖进尺等,便于指导施工,确保施 工安全[ 3 ]。量测点每隔5 . 0m布设1组。经量测, 拱顶最大累计下沉量为8 . 0 m m,水平最大累计收敛 量为1 1 . 0 m m。 3结论 通过对流沙层采用超前小导管棚预支护、周边 开挖技术和拱架初期支护、料石砌碹、壁后注浆二 次衬砌措施,且通过现场监控量测,可减小对围岩 的扰动,使西峪煤矿人行斜井顺利通过了流沙层。 对井巷工程中流沙层乃至松散岩体的治理可以起到 一定的启发作用。 参考文献 [ 1 ]北京煤炭研究院.注浆法过流沙层在建井中的应用[ M] .北 京煤炭工业出版社, 1 9 7 8 2 1 5 - 2 3 1 . [ 2 ]曾荣秀.注浆技术经验汇编[ S ] .北京煤炭工业出版社, 1 9 8 8 1 8 5 - 1 9 6 . [ 3 ]梁炯.锚固与注浆技术手册[ S ] .北京中国电力出版社, 1 9 9 9 2 0 1 - 2 1 3 . 责任编辑张 璇 R e s e a r c h o n t h e Q u i c k s a n d L a y e r R e me d i a l Me t h o d o f We l l E n g i n e e r i n g WU Z h i - g a o T a i y u a nX i y uC o a l Mi n e , T a i y u a n0 3 0 0 2 1 , C h i n a A b s t r a c t D u r i n gt h ep e r i o do fp e d e s t r i a ni n c l i n e ds h a f t p a s s e dt h r o u g ht h eq u i c k s a n dL a y e ri nt h ex i y uc o a lm i n e , i t m a yr e d u c et h ea d j a c e n t p e r t u r b a t i o nb ys o m et e c h n i c a l m e a s u r e s , f o re x a m p l e , p r e - s u p p o r t b yt h es m a l l p i p et u b ea w n i n g , p e r i p h e r a l e x c a v a t i n g , d i s c h a r g i n gl o w g u n , p r i m a r ys u p p o r t b ya r c hc e n t e r , r o c km a t e r i a l sb r i c k w o r k , b a c k - f i l l e dg r o u t i n ga n d s e c o n d a r yl i n i n g , a n ds oo n . S oi t c a ne n a b l et h ep e d e s t r i a ni n c l i n e ds h a f t s u c c e s s f u l l yp a s st h r o u g ht h eq u i c k s a n dl a y e r , a n d i t h a sc e r t a i ni n s t r u c t i v es i g n i f i c a n c et ot h ew e l l e n g i n e e r i n g . K e yw o r d s w e l l e n g i n e e r i n g ; q u i c k s a n dl a y e r ; r e m e d i a l m e t h o d ; r e s e a r c h 上接第6 7 页 应用 技 术 7 0