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巨厚含水砂层下顶水综放开采试验 第六图书馆 通过工业性试验,取得了顶水综放开采的成功经验和在全煤厚综放及网下综放时分别将原设计按分层开采条件留设的垂高为80m的防水 煤柱缩小到78m及66m的技术突破,安全产煤224.16万t,效益显著;确定了综放开采的防水煤柱设计原则,扩大了综放开采的应用领域。 通过工业性试验,取得了顶水综放开采的成功经验和在全煤厚综放及网下综放时分别将原设计按分层开采条件留设的垂高为80m的防水 煤柱缩小到78m及66m的技术突破,安全产煤224.16万t,效益显著;确定了综放开采的防水煤柱设计原则,扩大了综放开采的应用领域。 综放开采 顶水 回采上限 厚煤层 采煤 含水砂层煤炭科学技术康永华 孔凡铭煤炭科学研究总院北京开采研究所1998第 六图书馆 第六图书馆 第2 6 卷第9 期 煤炭科学技术 1 9 9 8 年9 月 巨厚含 水砂层 下顶水综放 开采试验 煤 炭 科 学 研 究 总 院 北 京 开 采 研 究 所 康盘垡 充州矿业 集团 有限责任公司兴隆庄煤矿 苎一 摘要通过工业性试验，取得了顶水综放开采的成功经验和在奎煤厚综放及 网下综放时分别将庳设计按分层开采条件留设的垂高为8 0 r ft 的防水煤柱缩小到 7 8 m及 6 6 m的技术突破，安奎产煤 2 2 4 ． 1 6万 t ，效益显著；确定 了综放开采的防水 煤柱设计原则 ，扩大 了综放开采的应用领域。 ， 、 关键词综放开采顶水开采回采上限 ， f 一 ， 一 、 。 ， ■一 ／ ／ l | |～ I 1 2 2 m ；2 一兴 隆庄煤矿综果 分 3 层开采．基岩拄垂商8 0 I r t ； 3 一国 内中硬疆岩一般炮采；4 一兴隆庄煤矿阿下踪放 分 2 屡 开采，基岩柱垂高8 7m }卜 辫隆庄煤矿踪采 分 3 层 开采．基岩柱垂高8 0 m 3 综放开采时 ，导水裂缝带高度的最 终分布形态呈现 出较分层开采时更加明显的 类似马鞍形 ．其根本原 因即在于综放开采 的 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第2 6 卷第9 期 煤 炭科 学技术 1 9 9 8 年9 月 一 次开采厚度及开采强度均明显大于分层开 采情况。例如 ，综采分层时采空区上、下边 界的裂高值分别较 中部高 5 4 ％及 4 9 ％ 图 2 ．而综放开采 时则分别较 中部高 1 3 2 ％及 1 4 0 ％ 图 3 。与 综采分 层开采 情况相 比， 综放开采时采空区上、下边界裂高值高于中 部的比例数值分别较前者大 7 8 ％及 9 1 ％。 带 4 措 5 带 6 图2 兴隆庄煤矿 2 3 0 6综采工作面一舟 层导水裂琏带分布 } 睁 态 l 一导木裂缝带顶界；2 一基岩界面 图3 *隆庄煤矿5 3 0 6综教工作面导水 裂琏带分布形态 l 一导术裂缝带璜界 ；2 一基岩界面 3 防水岩柱性能 防水岩柱一般指被开采煤层的顶板至水 体底界之间的岩层整体 ．其性能是指该段岩 体 时含水性、隔水性及抵抗采动裂缝生成的 能力，它取决平岩性及其结构特性。它的好 坏是决定水体下采煤成败的关键因素。对防 水岩柱的质量进行分析评价 ，主要采用显微 分析 、水理试验 、物理力学实验、宏观鉴定 及统计分析等综合技术与手段。 3 ． 1 防水岩柱的岩性结构及力学特征 根据宏观统计及岩石微观分析结果，在 二采区内．防水岩柱主要 由砂岩和粘土岩两 大类岩石组成。砂岩类岩石可分为长石砂岩 和石英砂岩。长石砂岩主要由石英、长石等 矿物碎屑及部分岩屑组成，胶结物为蒙脱 石 、高 岭石及 伊利石 等粘 土矿物 ，含 量达 2 0 ％，为基底式胶结 ，具有一定的隔水性及 再生隔水性 ；石英砂岩主要由石英及长石碎 屑组成． 胶结物为水云母及硅质物，或为铁 质物及粘土矿物 ，含 量 占 2 5 ％ ，为接 触基 底式胶结．其隔水性一般不好。粘土岩类岩 石可分为粘土岩和砂质粘土岩。粘土岩主要 由蒙脱石 、高 岭石及 伊利石 组成 ，含 量达 5 0 ％以上，砂质粘土岩由碎屑矿物及粘土矿 物组成 ，碎屑矿物主要有石英 、长石及云母 等 ，含量 占 1 5 ％～4 0 ％ ，其 隔水 及再生 隔 水性能 良好 。 二采区内防水岩柱的岩性结构为 ，在垂 向上 ．自下而上 由以砂岩为主逐渐过渡到以 粘土岩为主；在横向上，由深部向浅部，随 着岩柱总厚度减小 ，粘土岩所 占比例不断增 大 ，平均 由 1 8 ％增加 到 3 4 ％，砂岩所 占比 例不断降低 ．平均 由 8 2 ％降低 到 6 6 ％。防 水岩柱的力学特征为下硬上软型，其隔水性 能为上部优于下部 ，有利 于抑制裂高发育 ， 因而对于实现顶水安全开采较为有利。 3 2 基岩风化带的特征及其隔水保护作用 由于采区内基岩风化带中的砂 岩类 岩 石以长石砂岩为 主，粘土岩类岩石以粘土岩 和粉 、细砂质粘土岩为主 ，其隔水性及再生 隔水性均较好 ，所以，全 煤厚综放开采时在 最小保护层厚 度仅为 1 1 ． 5 1 2 1的情况下．仍 起到 了有效的隔水保护作用。 3 7 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆 第2 6 卷第9 期 煤炭科学技术 1 9 9 8 年9 月 4 防水安全煤柱的设计原则 防水安全煤柱一般应等于导水裂缝带高 度与保护层厚度之和。兴隆庄煤矿二采 区顶 水综放开采 的成功经验表明，该条件下 的保 护层厚度仅为采厚的 1 ． 6倍 ，这一技术创新 为兴隆庄煤矿以及兖州矿区类似条件矿井合 理 留设顶水综放条件下的防水安全煤柱提供 了可靠依据 。 由于现行 建筑物、水体、铁路及主要 井巷煤柱留设与压煤开采规程中缺少综放 开采条件下选取保护层厚度 的有关规定 ，所 以必须确定选取保护层厚度 的新方法 ，经研 究得 出顶水综放开采的保护层厚度一般可选 取为采厚的 1 ． 5 ～3倍 。根据具体 的采矿地 质条件 和试采 过程 中所取 得 的有关 技术数 据 ，按照确定覆岩类型、预计导水裂缝带高 度、选取保护层厚度的设计步骤 ，经过全面 的分析研究 ，原则上可将兴隆庄煤矿二采 区 顶水综放 的防水 安全 煤柱定 为 7 8 m。 同时 还应遵循 以下处理原则 ，即在水文地质条件 较复杂、基岩风化带的隔水性及再生隔水性 较差的 区域 内适 当加 大 防水煤 柱尺寸 反 之 ，在第四系松散层底部有粘土层分布或基 岩风化带的隔水性及再生隔水性较好的区域 内则适 当减小防水煤柱尺寸。 5 结论 通过对兴隆庄煤矿进行顶水综放采煤试 验研究 ，取得 了一系列 科研 成果 ，主 要如 下 1 在第 四系巨厚含水砂砾层中等富水 条件下 ，初次采用全煤厚 或网下综放开采方 法对平均厚度约达 8 ． 7 0 m 的特厚 煤层进行 安全试采 ，不仅没有增大 原设计按分层开采 条件 留设 的垂高 为 8 0 m 的防水煤柱 ，而且 取得了将其垂高 由 8 0 m缩小到 7 8 m 全煤 厚综放时 或 6 6 m 网下综放时 的技术 突破 ，安全 产煤 2 2 4 ． 1 6万 t ．经济效 益显 著，为兖州矿 区在实现高产高效采煤 的前提 下合理进行水体下综放安全开采 以及合理解 放水体下被 压煤炭资 源提供了成 功的先例 扩大了综放开采的应用领域 ，指导了现代化 矿井的安全合理 开采 。 2 将钻孔声速法、数字超声成像法及 数字测井等新的方法和手段用于测试 冒落带 和导水裂缝带的发育特征 ；将显微技术用于 防水煤岩柱质量评价 ；采用温度场监测方法 作为安全生产的预报手段之一 ；取得了综放 开采覆岩破坏规律的系统观测研究资料，填 补了国内外的技术空白，形成了覆岩破坏规 律的综合研究技术体系 。 作者筒介康末华 高级工程师，1 9 8 2 年毕业于阜 新矿业学院采矿系，1 9 9 6 年获北京科技大学工学硕士学 位。现M事 三下一上 采煤、地下工程水灾夸防治及物 揉等科研工作， 主持完成课髓多项 ．获国家科技进步 2等 奖 1 项和省部级科技进步奖多项 ，出版专著 1 本，发表学 术沦文 2 o 余篇。地址北泉市和平里青年沟东路 5 号， 邮码1 0 0 0 1 3 。 收稿日期1 9 9 8 0 4 0 8 ；贲任编辑首康 生 刘天泉院士到平煤集团讲学 6月2 5日，应平顶山煤业集团公司邀请，中国工程院院士刘天泉到该集团讲学。刘院 士全面地舟绍了 “ 三下”采煤方面的新技术、新工艺、新方法；和与会工程技术人员进行了 座谈并考察了矿区。平煤集团公司总工程师张铁岗陪同。 刘刚华 3 8 、 ， j 维普资讯 第六图书馆 第六图书馆
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