密集建筑物下高承压水上采留比研究

万 晓 于 飞 王 岳

（1.山东新巨龙能源有限公司，山东 菏泽 274918；2.煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031；3.山东省采煤塌陷地综合治理技术咨询评估中心，山东 济南 250031）

1 前言

目前我国应用条带开采方法解放建筑物下压煤同时解决底板承压水威胁问题相对较少。大量的研究表明，条带煤柱合理尺寸的留设对于条带开采系统研究具有重要意义。本文的研究较单纯解决建筑物下压煤或者是承压水上开采复杂得多，必须考虑各种因素，正确合理地设计条带煤柱的尺寸。

济北矿区岱庄煤矿1160采区为下组煤开采的首采区，区内地面村庄稠密，16煤层为受水威胁煤层，本文系作者硕士期间研究工作，拟最大限度地减小采动对底板破坏的影响，降低地表移动变形的基础上开展研究，旨在延长企业服务寿命。

2 建筑物下采留比理论计算

2.1 采宽b的确定

研究区内第四系松散层厚达200m左右，上覆基岩层为30～80m，覆岩结构类型属中硬-软弱型。根据井下煤层的实际地质开采条件进行地表移动预计，经验可知该区域的条带工作面采宽一般不得大于50m。

2.2 留宽a的确定

采区煤体特征参数见表1。

表1 采区煤体参数表

（1）煤柱极限强度σZ1

δ=2.729（η×σc）-0.271

= 2.729（0.54×10.1）-0.271=1.72

σZ1=δ×η×σc=1.72×0.54×10.1=9.4MPa

（2）煤柱屈服区宽度X0,计算结果为2.87m。

（3）留宽范围[1-2]

稳定的中硬煤柱的核区率ρ≥0.85。煤柱强度6MPa＜σZ1=9.4MPa＜10MPa，属中硬煤层，根据公式：

由面积采出比得：

由煤柱安全系数得：

最终得到ɑ≥38.3m。

3 高承压水上采留比理论计算

3.1 采宽计算

应用岩体水力学法，工作面斜长L[3]为：

将隔水层岩体厚度（h）64.38m，岩体平均抗拉强度（δT）2.6MPa，水比重（γw）1.0×103kN/m3，奥灰水位标高（H）+25.92m，代入计算可得：L=40.78m。即若工作面斜长小于40.78m时底板岩体不会破坏突水。

3.2 留宽计算

承压水上安全煤柱计算公式：

代入参数M（1.8m）、P（6.46MPa）、Kp（0.6MPa）、K（5），计算得：L=25.6m。即留宽不得小于25.6m。

4 密集建筑物下高承压水上采留比安全性研究

4.1 地表移动变形

本文选择采50m留50m方案进行了FLAC3D下沉模拟、概率积分法地表沉陷预计。地表移动变形最大值情况见表2，地表下沉情况见图1，地表下沉等值线见图2。

表2 方案地表移动变形最大值一览表

图1 地表下沉模拟结果图

图2 地表下沉预计等值线图（单位：mm）

据上结果知，该方案地表移动变形控制在《规范》要求范围内。

4.2 底板防治水分析

据理论计算和现场类比，采50m留50m的方案底板破坏深度大约在5～6m之间。开采突水系数如表3所示。

表3 斜长50m开采时奥灰突水系数

该方案开采时奥灰突水系数＞0.06MPa/m，满足规范要求[4]。

5 结论

通过本文研究，该条件下采取采50m留50m的方案可以实现地面与井下的双安全，且该研究结论可以作为类似大采深密集建筑物下高承压水上煤层开采的参考依据。