密集建筑物下高承壓水上采留比研究

萬 曉 于 飛 王 岳

（1.山東新巨龍能源有限公司，山東 菏澤 274918；2.煤炭工業濟南設計研究院有限公司，山東 濟南 250031；3.山東省采煤塌陷地綜合治理技術咨詢評估中心，山東 濟南 250031）

1 前言

目前我國應用條帶開采方法解放建筑物下壓煤同時解決底板承壓水威脅問題相對較少。大量的研究表明，條帶煤柱合理尺寸的留設對于條帶開采系統研究具有重要意義。本文的研究較單純解決建筑物下壓煤或者是承壓水上開采復雜得多，必須考慮各種因素，正確合理地設計條帶煤柱的尺寸。

濟北礦區岱莊煤礦1160采區為下組煤開采的首采區，區內地面村莊稠密，16煤層為受水威脅煤層，本文系作者碩士期間研究工作，擬最大限度地減小采動對底板破壞的影響，降低地表移動變形的基礎上開展研究，旨在延長企業服務壽命。

2 建筑物下采留比理論計算

2.1 采寬b的確定

研究區內第四系松散層厚達200m左右，上覆基巖層為30～80m，覆巖結構類型屬中硬-軟弱型。根據井下煤層的實際地質開采條件進行地表移動預計，經驗可知該區域的條帶工作面采寬一般不得大于50m。

2.2 留寬a的確定

采區煤體特征參數見表1。

表1 采區煤體參數表

（1）煤柱極限強度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）煤柱屈服區寬度X0,計算結果為2.87m。

（3）留寬范圍[1-2]

穩定的中硬煤柱的核區率ρ≥0.85。煤柱強度6MPa＜σZ1=9.4MPa＜10MPa，屬中硬煤層，根據公式：

由面積采出比得：

由煤柱安全系數得：

最終得到ɑ≥38.3m。

3 高承壓水上采留比理論計算

3.1 采寬計算

應用巖體水力學法，工作面斜長L[3]為：

將隔水層巖體厚度（h）64.38m，巖體平均抗拉強度（δT）2.6MPa，水比重（γw）1.0×103kN/m3，奧灰水位標高（H）+25.92m，代入計算可得：L=40.78m。即若工作面斜長小于40.78m時底板巖體不會破壞突水。

3.2 留寬計算

承壓水上安全煤柱計算公式：

代入參數M（1.8m）、P（6.46MPa）、Kp（0.6MPa）、K（5），計算得：L=25.6m。即留寬不得小于25.6m。

4 密集建筑物下高承壓水上采留比安全性研究

4.1 地表移動變形

本文選擇采50m留50m方案進行了FLAC3D下沉模擬、概率積分法地表沉陷預計。地表移動變形最大值情況見表2，地表下沉情況見圖1，地表下沉等值線見圖2。

表2 方案地表移動變形最大值一覽表

圖1 地表下沉模擬結果圖

圖2 地表下沉預計等值線圖（單位：mm）

據上結果知，該方案地表移動變形控制在《規范》要求范圍內。

4.2 底板防治水分析

據理論計算和現場類比，采50m留50m的方案底板破壞深度大約在5～6m之間。開采突水系數如表3所示。

表3 斜長50m開采時奧灰突水系數

該方案開采時奧灰突水系數＞0.06MPa/m，滿足規范要求[4]。

5 結論

通過本文研究，該條件下采取采50m留50m的方案可以實現地面與井下的雙安全，且該研究結論可以作為類似大采深密集建筑物下高承壓水上煤層開采的參考依據。