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收稿日期２０２０ ０４ ０７ 基金项目国家自然科学基金资助项目５１７０４１４８ 作者简介张 峰１９８６ － ꎬ男ꎬ安徽阜阳人ꎬ博士ꎬ讲师ꎬ从事矿井灾害治理和开采技术方面的教学和科研工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０８. ００１ 大平矿特厚煤层综放工作面水下开采安全性评价 张 峰１ꎬ秦洪岩２ꎬ题正义３ １. 山西工程技术学院 采矿工程系ꎬ山西 阳泉 ０４５０００ꎻ２. 华北科技学院 安全工程学院ꎬ北京 １０１６０１ꎻ ３. 辽宁工程技术大学 矿业学院ꎬ辽宁 阜新 １２３０００ 摘 要为了确保大平矿特厚煤层水库下开采的安全性问题ꎬ依据待采工作面的地质条件和其他采区已采 工作面的实测数据ꎬ构建了该井田范围内的水下开采安全性的判定准则ꎬ结合 ３ＤＥＣ 数值模拟得到的导水 裂隙带高度ꎬ判定水下开采的安全性ꎮ 以 Ｓ２Ｓ９ 综放工作面为例ꎬ依据判定准则得到的最小保护层厚度为 ５８. ８４ ｍꎬ数值模拟得到的导水裂隙带高度为 １８０. ６ ｍꎬ根据煤层最小埋深和含水层厚度得到防水煤岩柱的 高度为 ５５２. ７３ ｍꎬ与导高之间的差值为 ３７２. １３ ｍꎬ大于能够安全隔水的最小保护层厚度 ５８. ８４ ｍꎬ而且还 大于已采面最大的保护层厚度 ３３３. ０４ ｍꎬ说明 Ｓ２Ｓ９ 综放工作面水下开采是安全可行的ꎮ 关键词判定准则ꎻ数值模拟ꎻ导水裂隙带ꎻ防水煤岩柱高度ꎻ保护层厚度 中图分类号ＴＤ８２３. ９７ 文献标识码Ａ 文章编号１００５ ２７９８２０２００８ ０００１ ０４ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ｉｎ Ｆｕｌｌｙ Ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ Ｔｏｐ Ｃｏａｌ Ｃａｖｉｎｇ Ｆａｃｅ ｕｎｄｅｒ Ｓｕｐｅｒ Ｔｈｉｃｋ Ｓｅａｍ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ Ｄａｐｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｚｈａｎｇ Ｆｅｎｇ１ꎬＱｉｎ Ｈｏｎｇ ｙａｎ２ꎬ Ｔｉ Ｚｈｅｎｇ ｙｉ３ １. Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｘｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＹａｎｇｑｕａｎ ０４５０００ꎬＣｈｉｎａꎻ ２. Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＮｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０１６０１ꎬＣｈｉｎａꎻ ３. Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇꎬＬｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＦｕｘｉｎ １２３０００ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｎ Ｄａｐｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｔｏ ｂｅ ｍｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｉｎ ｏｔｈｅｒ ｍｉｎｉｎｇ ａｒｅａｓꎬｔｈｅ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｃｒｉｔｅｒｉａ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒ￣ ｗａｔｅｒ ｍｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｌ ｆｉｅｌｄ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄꎬｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ３ＤＥＣ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃ￣ ｔｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｚｏｎｅ ｉｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｍｉｎｉｎｇ. Ｔａｋｉｎｇ Ｓ２Ｓ９ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｔｏｐ ｃｏａｌ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅꎬｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ５８. ８４ ｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｃｒｉｔｅｒｉａꎬｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｒａｃ￣ ｔｕｒｅ ｚｏｎｅ ｉｓ １８０. ６ ｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ｉｓ ５５２. ７３ ｍ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｎｉ￣ ｍｕｍ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｑｕｉｆｅｒꎬｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｕｉｄｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔ ｉｓ ３７２. １３ ｍꎬｗｈｉｃｈ ｉｓ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ５８. ８４ ｍ ｔｈａｔ ｃａｎ ｓａｆｅｌｙ ｓｅｐａｒａｔｅ ｗａｔｅｒꎬａｎｄ ａｌｓｏ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅｄ ｆａｃｅ. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｉｓ ３３３. ０４ ｍꎬｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ Ｓ２Ｓ９ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ ｉｓ ｓａｆｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｊｕｄｇｍｅｎｔ ｃｒｉｔｅｒｉａꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｚｏｎｅꎻｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｃｏａｌ ｐｉｌｌａｒꎻｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃ￣ ｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ 由于现行相关规定和标准没有为预测放顶煤导 高提供成熟有效的计算方法[１]ꎬ而众多相关研究成 果的应用也局限于具体的地质采矿条件ꎬ难以在特 厚煤层综放工作面直接应用[２ －４]ꎮ 因此ꎬ根据特厚 煤层的地表采矿条件建立适合相应井田范围内的水 下开采安全性判定准则ꎬ是当前特厚煤层水下开采 亟需解决的技术难题ꎮ 本文以大平矿待采工作面的地质采矿条件和其 它采区已采工作面的实测数据ꎬ构建了该井田范围 内水下开采安全性的判定准则ꎬ并依据数值模拟得 到的导水裂隙带高度ꎬ对水库下特厚煤层综放开采 的安全性进行评价ꎮ １ 试试验验研研究究 总第 ２５２ 期 １ 工程背景 大平矿 Ｓ２Ｓ９ 综放工作面位于水库坝体下ꎬ进行 坝下开采的前提首先要保证水下开采的安全性ꎬ才 能为坝体下开采的安全性分析奠定基础ꎮ Ｓ２Ｓ９ 工 作面为水库坝体下的首采工作面ꎬ 工作面长度 ２７７ ｍꎬ推进长度 ２ ００１ ｍꎬ面积为 ５５. ４ 万 ｍ２ꎮ 煤层 平均厚度 ８. ９５ ｍꎬ倾角 ５ ８平均 ７ꎬ埋藏深度 ６８４ ７６７ ｍ 平 均 ７２５ ｍꎬ 设 计 原 煤 采 出 量 ７６１. ２ 万 ｔꎮ 工作面布置示意如图 １ 所示ꎮ 图 １ 坝体下工作面布置示意 ２ 水下开采安全性的判定准则 根据煤层上覆地表水体的层位高度、导高和保 护层厚度三者之间的关系ꎬ构建水体下安全开采的 判定标准[５ －６]ꎬ判断水库下首采工作面开采的安全 性ꎬ为坝体下开采的安全性分析奠定基础ꎮ ２. １ 水体下开采安全性判定准则的确定 根据三下规程 要求水体下进行煤层开采 时ꎬ严禁导水裂隙带直接与水体的底界面导通ꎬ且应 在水体底界面以下留设一定高度的防水安全煤岩 柱ꎬ防水煤岩柱高度 Ｈｓｈ要不小于最大导高 Ｈｌｉ与最 小保护层厚度 Ｈｂ之和ꎬ即 Ｈｓｈ≥Ｈｌｉ＋ Ｈｂꎮ 若覆岩采 动裂隙使水库与井下导通ꎬ将造成库水溃入井下ꎬ对 工作面综放开采安全构成严重威胁ꎮ 因此ꎬ水体下 采煤安全与否以及安全的可靠性ꎬ取决于防水煤岩 柱的高度ꎮ １ 防水煤岩柱高度的确定ꎮ 防水煤岩柱高度 是指煤层上覆含水层的底板岩层或库水底界面与煤 层顶板之间的距离ꎬ如图 ２ 所示ꎮ 由大平矿井田内 的水文地质特征可知ꎬ井田内共含有 ３ 个含水层及 其隔水能力ꎮ 侏罗系系直接充水承压含水层赋存于煤层的下 部ꎬ与上覆煤层的保护层厚度无关ꎬ且其分布较薄ꎬ 与上部含水层水无水力联系ꎬ在此可忽略不计ꎮ 图 ２ 岩层厚度关系示意 白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层和第四系砂及 砂砾承压含水层均分布在第四系底界面与风化带底 界面上图 ３ꎬ分析各含水层的透水性及层位高度ꎬ 用于确定防水煤岩柱上边界位置ꎬ最终确定防水煤 岩柱高度ꎮ 图 ３ 保护层厚度构成示意 第四系砂及砂砾承压含水层在 ８. ５２ １３. ４７ ｍ 厚亚粘土及粘土之下ꎬ最大厚度 ２. ３３ ｍꎬ主要成分 以石英、长石为主的砂及砂砾组成ꎬ依靠大气降水补 给ꎬ与下部白垩系风化带含水段有微弱水力联系ꎮ 白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层分为白垩系风 化带含水段和白垩系微弱含水段ꎮ 白垩系风化带含 水层厚度为 １０. ７３ ６２. ３４ ｍꎬ平均 ３１. ０３ ｍꎮ 主要 由紫红色砂岩及砂砾岩组成ꎬ其成分以石英、长石为 主ꎬ结构松散破碎ꎬ砾径不一ꎬ其含水性及透水性较 强ꎮ 白垩系微弱含水层厚度为 １４. ９１ ４４. １８ ｍꎬ平 均 ２７. １７ ｍꎮ 主要由灰绿色砂岩及砂砾岩组成ꎬ为 泥质胶结ꎬ其结构较上部风化带含水段致密ꎬ其含水 性及透水性比较弱ꎮ 分析以上含水层的位置、厚度和特点ꎬ从开采安 全角度考虑ꎬ选取煤层上覆白垩系微弱含水层底边 界作为防水煤岩柱高度的上边界ꎬ白垩系微弱含水 层底边界距水库底边界高度为 １２２. ３２ ｍ１３. ４７ ｍ ＋２. ３３ ｍ ＋６２. ３４ ｍ ＋４４. １８ ｍꎮ 防水煤岩柱的高度等于煤层最小埋深与采高和 水库底端含水层影响高度之差ꎮ ２ ２０２０ 年 ８ 月 张 峰等大平矿特厚煤层综放工作面水下开采安全性评价 第 ２９ 卷第 ８ 期 ２ 最小保护层厚度的确定ꎮ 保护层厚度是 指煤层开采后上覆含水层下起隔水作用的岩层厚 度ꎬ其范围为含水层下边界至最大导高的上边界之 间ꎮ 由于三下规程中防水安全煤岩柱保护层厚 度选取规定不适用于综放开采ꎬ采用工程类比法ꎬ根 据大平矿水库下已安全开采的 ４ 个综放工作面最大 导高与防水煤岩柱高度之间的关系[７ －９]ꎬ求出各工 作面的保护层厚度表 １ꎮ 从开采安全角度考虑ꎬ 选取保护层的最小值 ５８. ８４ ｍ 作为 Ｓ２Ｓ９ 工作面开 采安全性判定指标ꎮ 表 １ 已采工作面保护层厚度 工作面 采厚 / ｍ 埋深 / ｍ 防水煤岩柱 高度/ ｍ 导高 / ｍ 保护层厚度 / ｍ Ｎ１Ｓ１１２.６４６０.８３２５.８８２２１.５１０４.３８ Ｓ２Ｓ２１３.９３５５１.２４１４.９５２３１.４１８３.５５ Ｓ２Ｎ１１１.５４６６０５２６.１４１９３.１３３３.０４ Ｎ１Ｓ２１４.７４４３０２９２.９４２３４.１５８.８４ 由于库水下工作面留设的最小保护层厚度为 ５８. ８４ ｍ 时ꎬ工作面能够安全开采ꎬ因此ꎬ５８. ８４ ｍ 厚 的保护层ꎬ其岩性及组合特征均能起到隔水作用ꎬ且 不被破坏ꎮ 由上述分析可得大平矿水库下安全开采的判定 标准为煤层上方的最小防水煤岩柱高度埋深取最 小值与最大导高之间的差值要大于 ５８. ８４ ｍ 的保 护层厚度Ｈｓｈ－ Ｈｌｉ Ｈｂꎮ ３ 导水裂隙带高度的数值模拟分析 ３ＤＥＣ 软件能够模拟动压或静压影响下非连续 介质的变化形态ꎬ更能够突出显示非连续性介质的 破坏过程和破坏趋势ꎬ对于煤层开采后覆岩破断、冒 落和滑移现象的模拟最为形象ꎬ因此ꎬ选用 ３ＤＥＣ 数 值模拟软件模拟不同影响因素组合成的综放工作面 开采后覆岩变形破坏发育高度ꎬ通过上覆岩层受到 拉伸、剪切破坏的颜色变化进行高度判别ꎮ 根据工 作面地质采矿条件确定模型的长 宽 高 ＝ ３６０ ｍ ３４０ ｍ ３００ ｍꎬ其它参数见表 ２ꎮ 由于埋深对导 高的影响较大ꎬ因此选择最大埋深 ７６７ ｍ 进行模拟 计算ꎬ得出最大导高ꎮ 表 ２ 岩石力学基础参数 序号岩性抗拉强度/ ＭＰａ弹性模量/ ＧＰａ密度/ ｋｇｍ－３泊松比内摩擦角/ 内聚力/ ＭＰａ １砂岩０.２３１. ７０２.２３０.３０４５１.１９ ２砂岩０.８２０. ８０２.２２０.２８４６０.８５ ３砂岩０.３４１. ７０２.２３０.３０４５０.３６ ４砂岩０.２３０. ８０２.４６０.２８４１１.２８ ５砂岩０.２３１. ７０２.２３０.３３３８０.７９ ６砂岩１.０２０. ８０２.５２０.２３４０１.３４ ７砂泥岩１.０２１. ７０２.２５０.２５３９１.７６ ８砂泥岩１.０２１. ８０２.４６０.３４４１１.２８ ９砂泥岩１.０２１. ８０２.４４０.３３３８１.６５ １０泥岩０.２９１. ５０２.２９０.３４３７１.５８ １１泥岩０.２９１. ５０２.４７０.２７３８０.３９ １２粉砂岩０.５３２.５２.６２０.３４４５１.１８ １３油页岩０.３２２. １０２.１６０.３３４１.８０.２３ １４煤０.２２１. １０１.３００.２９３９.８０.２０ １５砾岩０.６８２. ８０２.３９０.２６３９.８０.６７ １６砂岩０.５７３. １９２.４８０.３３４２.４０.７６ 根 据 工 作 面 埋 深 ７６７ｍ 和 库 水 压 力 ０. ０３４ １ ＭＰａꎬ 计 算 得 到 的 上 覆 载 荷 共 施 加 １２. １８ ＭＰａ的垂直压力ꎬ水平应力 １５. ８３ ＭＰａ 为垂 直压力的 １. ３ 倍ꎮ 开挖步距设为 １０ ｍꎮ 模拟开挖 后在工作面前方设置观测面ꎬ观测不同推进过程中 剖面位置上的覆岩塑性变形和应力变化ꎬ分析、确定 导高的大小ꎮ 为消除初次来压对分析结果的影响ꎬ选取距开 切眼７０ ｍ 处设置观测剖面ꎬ分别分析工作面推过观 测剖面 １０ ｍ、３０ ｍ、５０ ｍ、７０ ｍ、９０ ｍ 和 １００ ｍ 时观 测剖面的塑性变形破坏和应力变化情况ꎬ确定导高 的大小ꎮ 图 ４ 为工作面不同推进距离时观测剖面上 的应力变化云图ꎮ 由图 ４ 可以看出ꎬ工作面推过观测剖面 １０ ７０ ｍ 时ꎬ工作面上覆岩层的应力降低区域逐渐增 大ꎬ且逐渐向上扩展ꎬ但中部区域的应力值较小ꎬ约 ０ ５ ＭＰａꎬ远小于原岩应力值ꎬ说明此范围内的岩 体处于卸压状态ꎬ裂隙发育充分ꎻ在工作面推进至距 观测剖面９０ ｍ 位置时ꎬ中部卸压状态区域的岩体受 到上覆破裂岩层和煤层底板岩层之间的挤压ꎬ应力 值开始增大ꎬ应力恢复区向上覆扩展ꎻ在工作面继续 向前推过观测剖面 １００ ｍ 位置时ꎬ下部卸压区域岩 ３ ２０２０ 年 ８ 月 张 峰等大平矿特厚煤层综放工作面水下开采安全性评价 第 ２９ 卷第 ８ 期 体由松散堆积状态转向压密阶段ꎬ岩体间的空隙减 小ꎬ更加密实ꎬ但应力值仍小于原岩应力ꎮ 而中上部 岩体受上覆岩层和严密段岩层之间的挤压作用ꎬ裂 隙也发生闭合ꎬ应力值逐渐增大ꎬ直至达到一定值时 大于原岩应力就不再增加ꎬ此时工作面的导高根 据岩体应力变化值的大小应力值由原始应力先减 小后增大ꎬ稳定时大于原岩应力值确定为 １７５ １８５ ｍ 之间ꎮ 图 ４ 不同推进距离时观测剖面上覆岩的应力变化云图 图 ５ 为工作面不同推进距离时观测剖面上的塑 性破坏云图ꎮ 由图 ５ 可以看出ꎬ随着工作面的推进ꎬ覆岩塑性 破坏范围逐渐增大ꎬ基本上都属于拉伸和剪切破坏ꎮ 工作面推过１００ ｍ 时的塑性破坏区只在横向上比推 过 ９０ ｍ 时有所增大ꎬ但高度基本保持不变ꎬ说明导 高已发育至最大ꎮ 根据观测结果绘制导高变化曲 线ꎬ见图 ６ꎮ 由图 ６ 可以看出ꎬ导高随着工作面的推进呈现 逐渐增大的趋势ꎬ在工作面推过 ９０ ｍ 后ꎬ基本保持 不变的状态ꎬ此时最大可能导高为 １８０. ６ ｍꎮ 图 ５ 不同推进距离时观测剖面上覆岩的塑性区变化云图 图 ６ 工作面推过观测剖面不同距离时导高 通过对工作面开采过程中不同推进距离下同一 剖面导高的塑性变形和应力云图分析得到ꎬＳ２Ｓ９ 综 放工作面水下开采的导高为 １８０. ６ ｍꎮ ４ Ｓ２Ｓ９ 工作面水下开采安全性判定 根据 Ｓ２Ｓ９ 工作面导高和覆岩结构性质ꎬ按照库 水下开采安全判定准则ꎬ判定 Ｓ２Ｓ９ 工作面库水下开 采的安全性ꎮ 从数值模拟的计算结果可知ꎬＳ２Ｓ９ 工作面的导 高为 １８０. ６ ｍꎮ 结合防水煤岩层高度和最小保护层 厚度５８. ８４ ｍ 判定 Ｓ２Ｓ９ 工作面水下开采的安全性ꎬ 如表 ３ 所示ꎮ 表 ３ Ｓ２Ｓ９ 工作面水下开采安全性判定数据 工作面采高/ ｍ埋深/ ｍ防水煤岩柱高度/ ｍ最大导高/ ｍ保护层/ ｍ标准保护层厚度/ ｍ判定结果 Ｓ２Ｓ９８. ９５６８４５５２.７３１８０. ６３７２.１３５８.８４安全 由表 ３ 可知ꎬＳ２Ｓ９ 工作面最小埋深与上覆含水 层高度的差值得到的防水煤岩柱高度为 ５５２. ７３ ｍꎬ 防水煤岩柱高度与最大可能导高之间的差值为 ３７２.１３ ｍꎬ不仅大于能够安全隔水的最小保护层厚 度 ５８. ８４ ｍꎬ而且还大于已采面最大的保护层厚度 ３３３. ０４ ｍꎬ说明 Ｓ２Ｓ９ 工作面实施水库下综放开采是 安全可行的ꎮ ５ 结 语 １ 依据三下规程的规定及岩层性质ꎬ结合 大平矿库水下已安全回采工作面的保护层厚度ꎬ提 出了该井田水下采煤安全性的判定标准ꎮ ２ 根据数值模拟计算结果ꎬＳ２Ｓ９ 工作面的导 高为 １８０. ６ ｍꎬ结合工作面最小埋深ꎬ从而得到防水 煤岩柱高度与最大可能下转第 ３４ 页 ４ ２０２０ 年 ８ 月 张 峰等大平矿特厚煤层综放工作面水下开采安全性评价 第 ２９ 卷第 ８ 期 过程最佳能耗消耗为将煤泥干燥至水分含量为 １５％ꎮ ２. ４ 不同干燥方式下煤泥水分复吸分析 煤泥不同于低变质程度的褐煤ꎬ煤泥主要是煤 粉与水混合物ꎬ没有丰富的孔隙结构贮存水分ꎬ故煤 泥粒径对水分复吸不存在明显的影响[６]ꎮ 图 ５ 为 不同干燥方式下煤泥水分复吸状况ꎮ 图 ５ 不同干燥方式下煤泥水分复吸状况 从图 ５ 可以看出ꎬ不同的干燥方式下ꎬ煤泥水分 复吸曲线基本重合ꎬ即干燥方式的不同不影响煤泥 水分复吸ꎬ这是因为ꎬ虽然煤泥干燥方式发生了变 化ꎬ但对煤泥的结构和性质并未造成明显的改变ꎬ故 不影响煤泥干燥后对周围环境中水分的再吸收ꎮ ３ 结 语 １ 单一的热风干燥过程ꎬ煤泥在降速干燥阶 段ꎬ干燥速率明显降低ꎻ ２ 热风/ 微波联合干燥过程ꎬ在降速干燥阶 段其干燥速率比单一干燥速率高ꎬ干燥时间大大缩 短ꎬ干燥速率明显提高ꎻ ３ 将煤泥干燥到水分含量 １５％ 时ꎬ热风微 波联合干燥过程能耗最小ꎻ ４ 单一干燥及热风/ 微波联合干燥过程对煤 泥的性质不发生变化ꎬ仅影响干燥过程ꎬ故两种干燥 方式下煤泥干燥后的水分复吸率不变ꎮ 参考文献 [１] 程 川ꎬ何 屏. 煤泥利用现状及分析[Ｊ]. 新技术新 工艺ꎬ２０１２９６６ －６９. 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