村庄及水库保护煤柱设计

杨海鹏

(山西寿阳潞阳祥升煤业有限公司, 山西晋中市 045400)

0 前 言

祥升煤矿李湾村隶属于晋中市寿阳县宗艾镇神武村,石门水库位于井田中部东侧,保护煤柱占压祥升煤矿井田(上组煤3＃、6＃、8＃、9＃煤层,下组煤15＃煤层)。李湾村北侧临近石门水库,地形平缓,北高南低,被第四系覆盖。现石门水库积水量约6万余方,主要积水来源为上游煤矿排水及雨季期间的洪流。李湾村、石门水库周围有D378、P108、D375等3个钻孔(见表1),从这些钻孔看,李湾村、石门水库周围松散层平均厚度为44．1 m,松散层下主要岩性依次为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩,3＃煤层平均埋藏深度为171．6 m;6＃煤层平均埋藏深度为181．3 m。该区域北侧无断层及陷落柱。煤层倾角在3°~12°之间,倾伏变化平缓,由东向西倾斜。

表1 钻孔资料

根据补充勘,神武村、寿盂公路、聚金湾洗煤厂所压煤柱属上组煤3＃、6＃、8＃、9＃、下组煤15＃煤层,上组煤属二叠系下统山西组,15＃煤层属石炭系太原组。煤种为贫煤,3＃煤低灰-高灰、特低硫、低热值-特高热值;6＃煤低灰-高灰、特低硫-高硫、低热值;8＃煤中灰-高灰、低硫-中硫、高热值;9＃煤中灰-高灰、特低硫-低硫;15＃煤中灰-高灰、高硫分贫煤;煤低灰-高灰、特低硫-中硫、高热值-特高热值高灰熔点、热稳定性较好的优质动力用煤。

1 围护带宽度及岩层移动角选择

围护带宽度、松散层及岩层移动角的选择,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》[1]。石门水库围护带宽度为20 m,李湾村围护带宽度为10 m。

祥升煤矿井田含水层组中夹有数层隔水层,各含水层相对独立,水力联系微弱;李湾村、石门水库附近ZK401钻孔单位涌水量q＝0．5894 L/(s·m),为干燥,富水性弱。因此,李湾村、石门水库一带松散层移动角φ采用45°。

祥升煤矿井田3＃、6＃、8＃煤层覆岩为古生代中泥岩、细粒砂岩,顶板岩性为泥岩,厚5．0 m,极限抗压强度为19．1~24．7 MPa,抗拉强度为1．6~1．9 MPa,根据调查阳泉区岩层移动角为72°。所以,上山方向岩层移动角γ和走向方向岩层移动角δ均采用72°;下山方向的岩层移动角β＝72°-0．65α;当α≤5°时,β＝72°。

2 保护煤柱计算

保护煤柱采用垂线法[2-3],在6＃煤层底板等高线图上绘制保护煤柱边界。

(1)圈定村庄、水库边界和围护带边界。在祥升煤业6＃采掘工程平面图上,以李湾村边界外垂直加10 m围护带宽度,以石门水库边界外垂直加20 m围护带宽度,即得到围护带边界W1,W2,W3,…,W8的连线。

(2)圈定松散层移动边界。根据补充勘探钻孔资料求得各点松散层厚度,取松散层移动角φ＝45°,可得到松散层移动垂线长:L＝h ctgφ。其次在祥升煤业6＃采掘工程平面图上,从围护带边界各点按松散层移动垂线长向外作各边的垂线,过同一边两垂线端点的直线与各相邻两边的松散层移动边界相交得到H1,H2,H3,…,H8各点的连线,即为松散层移动边界。

(3)圈定保护煤柱边界。从图上量取可得到H1,H2,H3,…,H8各点的地面标高和6＃煤层底板标高。各点的地面标高与松散层厚度之差是各点的岩层面标高,各点岩层面标高与煤层底板标高之差就是各点的岩层厚度H。

在6＃煤层采掘工程平面图上,量取计算出H1,H2,H3,…,H8各点的煤层倾角α,松散层移动边界各边与煤层倾向线所夹的锐角θ。根据以下公式计算各点的岩层移动垂线长:

式中,β′、γ′为斜角剖面移动角;H为包含6＃煤层埋深;α为煤层倾角;θ为受保护边界与煤层走向所夹的锐角。岩层移动垂线长计算结果见表2。

表2 岩层移动垂线长

在祥升煤业6＃采掘工程平面图上,从松散层移动边界各点按岩层移动垂线长向外作各边的垂线,过同一边两垂线端点的直线与各相邻两边的岩层移动边界相交得到B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,B8,各点的连线,即为保护煤柱边界(见图1)。

图1 保护煤柱边界

(4)压煤量计算。从李湾村、石门水库保护煤柱6＃煤层底板等高线图上,量得保护煤柱的实际压煤面积S是38632．374 m2,约3．86万 m2。

村庄、公路及洗煤厂周围D375、P108、D377钻孔6＃煤层平均厚度为1．8 m。煤层容重为1．41 t/m3。保护煤柱压煤量[4-5]Q＝Shρ＝9．797万t。

3 结 论

根据《三下开采规程》,采用垂线法对地面村庄以及水库保护煤柱进行合理的预留,既为保护村庄建筑和避免水资源流失提供了依据,同时也为煤炭资源的合理利用与开发提供依据。