鹤壁一矿下夹煤带压开采技术应用分析.pdf

收稿日期 2000- 03- 13 作者简介 郑修平 1966- , 男, 河南滑县人, 工程师, 1988 年毕业于 焦作工学院采煤专业。 鹤壁一矿下夹煤带压开采技术应用分析 郑修平1, 刘朝侠2 1 鹤煤集团公司 中专技校, 河南 鹤壁 458000; 2 鹤煤集团公司, 河南 鹤壁 458000 摘要 对鹤壁一矿下夹煤带压开采进行了可能性分析, 提出了在采煤方法、 采区设计等方面的特殊要求, 并制订 了主要的安全技术措施。 关键词 下夹煤; 带压开采; 技术分析 中图分类号 TD822 文献标识码 B 文章编号 1003- 0506200101- 0008- 02 鹤壁一矿下夹煤属石炭系太原群, 其中下夹上 煤和下夹下煤为可采煤层 又称六煤、 八煤 , 平均厚 度分别为 08 m 和 22 m, 间距平均 8 m。下夹煤采 区位于一矿南部, F105断层以东 SF3断层和 F1 1断层 以西的断块里, 下夹煤主采区- 50 m 采区地质储量 298 万 t, 可采储量1454 万t, 煤层倾角 5 20, 奥陶 纪石灰岩含水层的地下水是开采下夹下煤的主要充 水水源, 其地下水位标高一般为 135 m。下夹下煤 底面至奥陶纪石灰岩含水层顶面间距一般为 36 5066 m, 部分地段为29 35 m。构造因素、 隔水层、 含水层的水头压力及其富水性、 采煤对底板隔水层 的破坏等因素是在带压开采条件下造成矿井突水的 主要因素。针对一矿下夹煤的地质条件, 在对矿井 突水可能性进行充分论证的基础上, 确定开采最低 标高为- 50 m, 本文从带压开采的可能性、 采煤方 法、 采区设计及防治水安全措施等方面对带压安全 回采进行论述。 1 带压开采可能性分析 一矿- 50 m 下夹煤采区, 岩溶承压水水压大, 含水丰富; 隔水层以柔性泥岩为主, 平均厚度仅 3927m, 抗压、 抗剪强度低, 地质构造复杂, 大小断 层30 余条。八煤顶板为复合顶板, 矿山压力大, 在 构造断裂带上进行回采时, 发生奥灰突水的可能性 是存在的。下面对- 50 m 采区八煤底板临界隔水 层厚度 t临、 隔水层临界水 H临、 突水系数等进行计 算分析 1 - 50 m 采区八煤底板临界隔水层厚度 t临 t临 Lr2L 2 8K pP- rL 4Kp 1 式中 t临 隔水底板临界厚度,m; r 底 板 隔 水 层 岩 石 密 度, 取 r 22 kN/ m3; L 工作面最大控顶距, 取 L 15 m; P 作用于隔水层底板之水压值, 取 P 1790 kPa; Kp 底板隔水层岩石的抗张强度, 取 Kp 100 kPa。 代入公式 1 , t临 3417 m。 实际隔水层厚度为36 50. 66 m, 大于临界隔水 层厚度。 2 - 50 m 采区底板隔水层临界水压值 P临 P临 2Kp t 2 L2 rt 2 式中 P临 隔水底板的临界水压值, kPa; t 隔水底板的实际厚度, 取 t 39. 27 m。 代入公式 2 , P临 2235 kPa。 实际水头压力为 1 790 kPa, 小于临界水压值。 3 - 50m 采区底板隔水层正常块段突水系数T正 T正 P M- Mo 3 式中 T正 突水系数, kPa/ m; M 底 板 隔 水 层 实 际 厚 度, 取 M 39. 27 m; Mo 采矿影响底板隔水层的破坏深度, 取 8 2001 年第 1 期 中州煤炭 总第 109 期 Mo 10 m; P 临界水压值, 取 P 1790 kPa 。 代入公式 3 , T正 6115 kPa/ m。 4 - 50 m 采区工作面内受构造破坏块段突水 系数为 T破 P M ∀ 0. 9- Mo 4 式中 09为受构造破坏的修正系数。 代入公式 4 , T破 706 kPa/ m。 上述计算表明, - 50 m 下夹煤采区, 实际隔水 层厚度大于临界厚度, 实际水头压力小于临界水压 值, 虽破坏块段突水系数稍大于正常块段 61. 15 kPa/ m, 但在采取局部防治水措施的情况下, 采用带 压开采方案, 即利用煤层底板隔水层的隔水作用, 在 煤层承受水压作用的条件下进行开采是有可能的。 2 带压开采方法 采煤方法为单一中厚、 倾斜长壁、 全部垮落采煤 法。采煤工艺为炮采。工作面采用摩擦支柱和铰接 顶梁支护。最大控顶距为 4 m, 最小控顶距为 3 m, 放顶步距为1 m。 3 带压开采对开采方法及采区设计的要求 1 在采煤方法上必须做到 均匀、 大剥皮、 间歇 开采。均匀采, 区段间不留煤柱; 大剥皮, 采干净; 一 个区段采后, 间歇足够时间 5 8 个月 , 待采空区 充分稳定后下区段才准回采。 2 尽量缩短工作面长度 小于 80 m , 以减少 矿山压力及其对底板的破坏, 提高底板隔水层实际 抗水压能力。 3 工作面回风巷与运输巷尽量平行且直线布 置, 工作面平行回采巷推进, 以免在回风巷和运输巷 形成三角地带, 造成压力集中而突水。 4 工作面回风巷和运输巷尽量避开断层布置, 以免工作面上下端头处的断裂构造在支承压力和同 期压力作用下, 重新活动, 造成突水。 5 减少控顶距和控制采高。最小控顶距为 3 m, 最大控顶距减少到 4 m, 采高控制在 18 m。这 样, 顶板压力小, 周期来压不明显, 以减少矿山压力 的作用。 6 加快推进度。顶板下沉量是时间的函数。推 进速度快,每天两循环, 天天保持正规循环, 能改善工 作面的受力状况, 减少工作面压力及矿压作用时间。 7 加强初次放顶和周期来压时的顶板管理, 减 轻老顶和直接顶的垮落对底板的冲击和破坏。 8 采空区必须回撤干净, 不丢煤柱、 支架及木 垛, 以免造成应力集中。 9 工作面推进与结束尽量避免与断层平行, 以 免过断层时, 整个断层处于剪切带上。 10 沿空留巷、 沿空送巷, 尽量不留区段煤柱。 4 主要防治水安全技术措施 1 实行分区隔离布置。- 50 m 采区设计采用 主要石门开拓方式, 下夹煤与大煤只留 2 个出口相 通。一旦突水, 立即撤出人员, 关闭 50 m 石门及 - 50 m 石门防水闸门, 即可保证其他地区安全生 产。 2 建立强力排水泵站。在- 50 m 水平石门外 下车场建立强力排水泵站, 设计排水能力 2 000 m3/ h, 保证突水后, 有 3 h 以上的撤人时间。 3 开掘泄水巷, 使采区内各地点的水均可流入 - 50 m 采区水仓, 保证安全生产。 4 预先疏水降压。- 50 m 泵站及防水闸门建 成后, 用钻孔疏干六煤顶板各含水层, 将其水位降到 安全压头以下。 5 在采煤方法上采取快速推进, 缩短控顶时间 以减少矿山压力对底板隔水层的破坏。 6 留足断层防水煤柱。 7 坚持有疑必探, 先探后掘的原则。 8 设置警报通讯系统。 9 加强水文地质工作,为防治水提供科学依据。 5 经济效益分析 从 1985年 8 月下夹煤- 50 m 采区开始回采, 到 1995 年 12月回采结束, 累计采出煤量 131 万 t, 实现 了安全、 稳定生产, 证明所采用的带压开采技术方法 是成功的。其他类似一矿下夹煤水文地质条件的地 区都可借鉴上述研究成果、 技术方法和安全技术措 施进行试采。 9 2001年第 1期 郑修平等 鹤壁一矿下夹煤带压开采技术应用分析 总第 109期