朱集煤矿导水断层边界防水煤柱合理留设研究

2012-09-18刘春平孙明聪王景丽

地下水 2012年2期

李阳，刘春平，孙明聪，王景丽，陶威

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，陕西西安710069;2.淮南矿业集团朱集煤矿，安徽淮南232001)

防水煤柱留设是矿井防治水工作的重要内容之一，对较大断层留设合理的防水煤岩柱是我国各矿区最普遍应用的方法，亦是防止断层突水最有效的方法之一[1]。对与强含水层连通的导水断层，必须按规定留设合理防隔水煤柱。在同一矿区内，一般采用一个既定的经验值[2]。但由于个别矿井地质条件的特殊性，导致该矿井防水煤柱留设宽度过大，造成严重的压煤[3－5]。根据朱集矿北边界断层带的导水性和附近水文地质特征，探讨以F29断层为边界的1111(1)工作面的防水煤柱宽度。

1 1111(1)工作面北边界F29断层导水性及水源分析

1111(1 )工作面为淮南朱集煤矿东一采区第一水平第一个工作面，为﹣906水平，首采11－2煤层，煤厚平均1.4m，煤层倾角3°(倾角很小，计算防水煤柱时可不考虑)。1111(1)工作面北边界12－7、12－6孔附近水文地质条件复杂，附近有明龙山断层、F201、F28、F29等断层组形成断层构造带。上覆厚度巨大的砂砾红层，红层水可以经过不整合剥蚀面对煤系砂岩含水层进行侧向补给，亦有明龙山断层上盘的寒武系灰岩水。下部太原组灰岩埋深在﹣1 200m左右，对第一开采水平水头压力为3 MPa，因此，此处构造带可能形成汇水富集带，在留设边界断层煤柱时，不仅要考虑断层煤柱，同时要注意突水危险。其中F29断层，落差35m，倾角70°，断层切割上下含水层，为导水正断层，工作面所采煤层位于F29断层上盘。F29断层断煤交线与1111(1)工作面如图1所示。朱集矿以F29断层为边界的工作面，都需要合理留设一定的煤岩柱。

2 F29断层上盘防水煤柱的计算

根据《矿井水文地质规程》规定的计算方法，断层上盘防隔水煤柱的留设防隔水煤柱的留设原则则需考虑两个方向上的压力，一是断层水在顺煤层方向上的压力，二是煤层底部隔水层能否抗住下部含水层[3－6]。

2.1 考虑断层水在顺煤层方向上压力煤柱留设计算

其计算模型如图2所示:

图1 F29断层断煤交线与采煤工作面位置平面示意图

图2 F29断层水顺煤层方向上压力煤柱留设计算模型

计算公式如下:

式中:L为煤柱留设的宽度(m)，L≥20m;K为安全系数，一般取2～5;M为煤层厚度或采高(m);P为水头压力(kg/cm2);Kp为煤的抗张强度(kg/cm2)。

朱集矿1111(1)工作面，所采之煤层为11－2煤层，煤厚平均1.4m，采高2.5m，故取M=2.5m。计算防水煤柱宽度时取高水头值，P约为9MPa(90kg/cm2)。Kp为煤的抗张强度，根据实验数据取0.65MPa;K值取5。带入式中得L=40.3m。考虑断层破碎带宽度为10～20m，故在回采F29断层上盘煤层时，留设60m宽的防水煤柱。