河下采煤安全性分析研究

胡永磊

摘 要：本文以七一煤礦河下工作面開采為例，通過理論計算及數(shù)值模擬，確定導(dǎo)水裂隙帶高度、地表裂縫發(fā)育深度及地表下沉值，對安全性進(jìn)行分析研究，最終確定河下采煤的安全性，對礦井進(jìn)行水下采煤具有重要的指導(dǎo)意義，同時為礦井開展地面河道治理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水下采煤;安全;導(dǎo)水裂隙帶;地表裂縫;河道治理

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0165-02

煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)中占很大比重。隨著技術(shù)進(jìn)步，使得建筑物、水體、鐵路下壓埋的復(fù)雜難采煤炭資源得以開發(fā)。把“三下”煤炭資源開采出來非常必要[1][3]。河下采煤的關(guān)鍵在于，一是防止河水潰入井下，二是防止井下開采影響地面生態(tài)，因此開展河下開采安全性研究具有重要意義[4][5]。本文采用數(shù)值模擬、理論計算等方法，確定導(dǎo)水裂隙帶高度，開采引起的地表裂縫深度及地表開采沉陷值，得出河下開采是否安全的結(jié)論。

1 工程概況

山西襄垣七一煤礦位于襄垣縣城西北8km處七里街大河村附近，太行山西麓的長治盆地北部。采用斜井開拓方式，單水平開拓3號煤層。

為了提高煤炭采出率，擬回收二采區(qū)下山巷道與路家溝村保護(hù)煤柱之間未采動部分，以及二采區(qū)下山巷道間的煤柱，即2006綜采放頂煤工作面，設(shè)計生產(chǎn)能力為0.6Mt/a。

2006工作面地面有石角河自西北向東南流過。石角河為季節(jié)性流河，平時基本無水，僅在7～8月份降雨量較大時有流水，最大流量為12.5m3/h。

2006工作面東至南翼回風(fēng)立井場地保護(hù)煤柱，西至井田邊界，南至一采區(qū)下山巷道保護(hù)煤柱，北至采空區(qū)煤柱，包括二采區(qū)三條下山之間的煤柱。工作面斜長170m，有效推進(jìn)長度為441m，面積為0.075km2。煤層平均厚度為5.45m，煤層傾角11°～21°，平均為16°。工作面最大埋深387m，最淺埋深285m，平均埋深343m。

2 工作面開采安全性分析

2.1 導(dǎo)水裂隙帶高度計算

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》和《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘探評價標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T1091-2008）中提供的計算方法分別對2006工作面回采后的導(dǎo)水裂隙帶最大高度進(jìn)行計算。

經(jīng)計算，地表裂縫發(fā)育深度為3.95m。而2006工作面上覆第四系表土層厚度約5.65m，所以地表裂縫一般不會貫通表土層。

2.3 地表開采沉陷預(yù)測

采用開采沉陷預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)軟件（MSPS）對開采后地表下沉情況進(jìn)行模擬計算。

（1）地表預(yù)測沉陷參數(shù)：地表移動變形計算的主要輸入?yún)?shù)有下沉系數(shù)q、主要影響角正切tgβ，水平移動系數(shù)b，拐點移動距S及影響傳播角θ。這些參數(shù)的取值主要與煤層開采方法、頂板管理方法、上覆巖層性質(zhì)、重復(fù)采動次數(shù)以及采深采厚比等因素有關(guān)。根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》及本井田所在區(qū)域地質(zhì)情況，并結(jié)合實際開采情況確定其模式輸入?yún)?shù)。參數(shù)選取見表1。

（2）地表沉陷預(yù)測結(jié)果：2006工作面平均開采深度為343m。根據(jù)煤層開采厚度，采深及有關(guān)預(yù)計參數(shù)，計算出工作面開采后產(chǎn)生的地表移動變形最大值，見表2。

對于同一煤層，隨著深度的增加其地表變形最大值逐漸減小。

2006工作面開采后地表會形成一個長約850m，寬約550m的下沉盆地，地表下沉量等值線見圖1。

2006工作面回采后，地表最大下沉量為3.581m，大致位于2006工作面推進(jìn)方向中部，未開采前該處地表標(biāo)高約為+965m，地表最終形成的下沉盆地的最低點標(biāo)高約為+961.419m，石角河下游與路家河交匯處標(biāo)高為+959.8m，下沉盆地的最低點比石角河下游與路家河交匯處高1.619m，因此下游河水不會倒灌入下沉盆地。但是由于開采造成地表下沉，地表下沉盆地的底部可能會積水。

2.4 安全性分析

根據(jù)以上計算結(jié)果可知，回采2006工作面后最大的導(dǎo)水裂隙帶高度為82m，地表裂縫發(fā)育最大深度為3.95m，而2006工作面地表表土層厚度約5.65m，最大下沉值為3.581m，而工作面開采深度最小約為285m，故導(dǎo)水裂隙帶不會與地表裂縫貫通。另外，3號煤層與地表石角河之間存在兩層隔水層，為第四系底部及第三系隔水層、二疊系砂巖含水層層間隔水層，因此2006工作面開采后最大導(dǎo)水裂隙帶不會導(dǎo)通地表水。

但2006工作面開采會在地面形成一個下沉盆地，盆地的底部可能會積水。對地面地形有一定的影響但影響不大，工作面開采過程中要密切注意地表塌陷情況，對于出現(xiàn)的裂縫要及時填埋、夯實。對河道、溝谷及時整修，保證雨季排水通暢。

3 結(jié)語

（1）根據(jù)理論計算結(jié)果，工作面回采后最大導(dǎo)水裂隙帶高度為82m，開采導(dǎo)致地表裂隙發(fā)育最大深度為3.95m;

（2）工作面3號煤層埋深最小285m，煤層厚度5.45m，表土層厚度5.65m，最大下沉值為3.581m，煤層頂板距離表土層厚度最小為270.319m，遠(yuǎn)大于導(dǎo)水裂隙帶高度82m，導(dǎo)水裂隙帶不會溝通表土層。地表裂縫發(fā)育最大深度3.95m，小于表土層厚度，地表裂隙不會貫穿表土層。并且3號煤層與地表石角河之間存在兩層隔水層。因此，河水不會對2006工作面開采安全產(chǎn)生威脅;

（3）根據(jù)開采沉陷預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)軟件模擬計算，2006工作面開采后形成一個長約850m，寬約550m的下沉盆地，地表最大下沉值3.581m，造成波及范圍內(nèi)的河道下沉，并在盆地底部形成積水區(qū)，對于開展地面河道治理具有一定指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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