煤层群导水裂隙带高度计算的研究

2018-04-08

福建质量管理 2018年7期

(神华包头能源有限责任公司李家壕煤矿　内蒙古　鄂尔多斯　017000)

一、李家壕煤矿概况

(一)矿井概况

李家壕煤矿位于鄂尔多斯市东南方向，隶书与罕台镇。李家壕煤矿目前主采2-2中煤和3-1煤，两煤层采用协调开采方式进行，其中，2-2中煤厚度1.4～2.5m，平均2.0m，3-1煤厚度2.5～6.3m，平均4.0m。上下煤层倾角均小于5°，煤层结构相对简单，局部含夹矸1-2层，属稳定型煤层。根据盘区内钻孔柱状的揭示情况，开采区域两煤层间距34～40m，3-1煤埋深204～254m，表土层厚3.2～5.2m。

(二)矿井水文

二、单一煤层开采覆岩导水裂隙带高度的计算方法

目前，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中导水裂隙带高度计算方法的统计经验公式在我国最为常用，导水裂隙带高度经验公式建立在大量现场实验和监测的基础上，并基本上满足了我国水体下开采的基本要求。但由于该经验公式采取了均化处理覆岩岩性的方式，关键层在覆岩破断运动中的控制作用被掩盖，最终会导致一定条件下计算的覆岩导水裂隙发育高度与实际偏差很大，计算失误甚至会导致一些突水事故的发生。

三、煤层群开采覆岩导水裂隙带高度的判别方法

由于东胜煤田属于近距离煤层群的开采条件，因此，有必要研究煤层群开采条件下的覆岩导水裂隙带高度确定方法。借鉴前述单一煤层开采的导水裂隙带高度预计方法，本文类似的提出了基于关键层位置的煤层群开采覆岩导水裂隙带高度的判别方法。

该预计方法的具体步骤如下：

第一步，收集工作面钻孔柱状资料，这与《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中需要收集的地质资料基本相同。

第二步，采用关键层判别软件KSPB进行具体钻孔柱状条件下覆岩关键层位置的判别。

第三步，由于两层煤重复开采引起的覆岩运动并不等同于单一煤层的一次开采，因此，上述判别方法中的采高选取并不能单纯按两煤层采高累加直接进行计算，而应按照两煤层累计的等效采高Md进行判断，即将下煤层开采引起的岩层运动波及至上煤层位置时的下沉量，作为上煤层的累计等效采厚叠加到上煤层上，从而按此等效累计采高在上煤层位置进行判别。等效累计采高可按下式计算：

Md=M1+M2-D(KP-1)

(式1)

式中，M1、M2分别为上下煤层采高，D为上下煤层间距，KP为煤层间岩层的残余碎胀系数。

第四步，确定导水裂隙带高度。如果主关键层位置距开采煤层高度小于(7～10)Md，则覆岩主关键层破断裂隙是贯通的，主关键层控制的上覆基岩破断裂隙也是贯通的，导水裂隙发育至基岩顶部以上，如基岩厚度为Hj，则导水裂隙带高度Hd等于或大于Hj；当主关键层位置距开采煤层高度大于(7～10)Md时[1-3]，则顶板导水裂隙带高度受控于距煤层高度大于(7～10)M的第一层关键层的位置，如该层关键层距煤层高度为Hg，则导水裂隙带高度Hd等于Hg。

四、导水裂隙带高度不同预计方法的结果对比

以补连塔煤矿、万利煤矿及李家壕矿部分工作面顶板导水裂隙带高度按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》预计方法结果和按本文提出的预计方法结果与实测结果的对比。由此可见，按照上述新方法预计得到的导水裂隙带高度较按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》预计方法得到的结果更接近实测结果。其中D1、D2、D9、D10的预计结果比实测结果偏大，是由于其基岩顶部存在相当厚度的泥岩遇水膨胀而弥合导水裂隙，导致后期实测导水裂隙带高度小于基岩厚度。