關于楠木寺井水體和斷層共同壓煤開采技術的運用與實踐

楊顯明 鐘發彬

摘要：根據采空裂隙發育規律，本文分析并研究了楠木寺礦井水體和斷層共同壓煤上覆巖層破壞的實際規律，研究了二郎水庫上覆巖層的破壞高度，解決了礦井水體和斷層共同壓煤開采技術難題，從而優化了礦井巷道布置，為礦井節省煤炭資源17920噸，企業創造經濟效益1575.2萬元。

關鍵詞：水體;斷層;壓煤開采;實踐

引言

雙鷹楠木寺礦井水體壓煤開采難度就很大，加之在斷層橫貫水體和煤層走向就更為加大了壓煤開采難度，如果留煤柱開采不但損失數十萬噸煤炭資源，且不能實現傾斜長壁采煤法，大大增加準備和回采巷道的工程量。因此，研究水體和斷層共同壓煤開采法對礦井的發展具有非常重要的意義。

1、楠木寺井水體斷層開采現狀

楠木寺礦區地質為侏羅系下統珍珠沖組、侏羅系下中統自流井組以及第四系地層，開采的硬巖煤層賦存于三疊系上統須家河組等六段，井田內有一個二郎水庫位于礦區中，且有逆斷層F1橫貫整個水庫，二郎水庫及斷層所壓覆資源開采標高為+220—+260m埋深237—233m，（詳見下圖）。

2、楠木寺硬炭煤層開采上覆巖層破壞規律研究

2.1 覆巖破壞規律

楠木寺硬炭煤層在開采過程中，圍巖原始的應力平衡受到破壞，根據巖層的變形和破壞理論，劃分為“三帶”，即垮落帶、裂縫帶、彎曲下沉帶。垮落帶為回采工作面放頂后引起煤層直接頂板巖層產生破壞的范圍，因巖層內部的拉應力超過巖石的抗拉強度，產生斷裂、破碎成塊而垮落，其導水性極強。裂縫帶為在采空區上覆巖層中產生裂縫、離層及斷裂，但仍保持層狀結構的那部分巖層稱為裂縫帶，其透水性好。

2.2 覆巖破壞高度預計

根據巖層的變形和破壞理論，覆巖破壞情況主要與采高和采煤方法有關。楠木寺礦井回采工作面采用傾斜長壁采煤法，普通機械化采煤工藝，全垮落法控制采空區頂板。覆巖破壞高度預計的方法有很多種，本次研究采用經驗公式預計覆巖破壞高度。

3 水體和斷層壓煤開采設計

3.1 水體和斷層下采煤的安全煤（巖）柱設計：

安全煤巖柱留設合理與否將直接關系到礦井的安全生產以及煤炭資源的合理回收，是確保礦井安全生產所不可缺少的重要環節。安全煤巖柱的類型一般有三種，分別是防水、防砂、防塌安全煤巖柱，其留設目的和構成主要如下：

3.1.1防水安全煤巖柱

留設防水安全煤巖柱的目的是不允許導水裂縫帶波及到水體。其垂高（Hsh）應大于或等于導水裂縫帶的最大高度（Hli）加上保護層厚度（Hb），即：Hsh≥Hli+Hb+Hd

3.1.2防砂安全煤巖柱

留設防砂安全煤巖柱的目的，是允許導水裂縫帶波及松散弱含水層或已疏降的松散強含水層，但不允許垮落帶接近松散層底部。其垂高（Hs）應大于或等于垮落帶的最大高度（Hk）加上保護層厚度（Hb），即：Hs≥Hk+Hb

3.1.3防塌安全煤巖柱

留設防塌安全煤巖柱的目的，是不僅允許導水裂縫帶波及松散弱含水層或已疏干的松散含水層，同時允許垮落帶接近松散層底部。其垂高（Ht）應等于或接近于垮落帶的最大高度（Hm），即： Ht≈Hm

結合本次可行性論證的要求及目的，為確保礦井生產安全，水體下開采安全煤巖柱的類型確定為防水安全煤巖柱，不允許導水裂縫帶波及到水體。

3.2 保護層厚度（Hb）選取：

根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》對保護層厚度的選取作了專門的規定：防水安全煤巖柱的保護層厚度，可根據有無松散層及其中粘性土層厚度進行選取，結合煤層覆巖的實際情況，保護層厚度可按下式選取：

經上式計算，防水安全煤巖柱保護層厚度應選9.1m。

3.3防水安全煤巖柱的留設

防水安全煤巖柱垂高（Hsh），根據上圖可知，

Hli——導水裂隙縫最大高度，一般取為采高的20～30倍，本礦采高1.3m，Hli取39m。

Hd——水體下斷層裂隙深度，d為水體斷層寬度，a斷層傾角

經上式計算，工作區防水安全煤巖柱垂高應大于或等于85m。

3.4 水體下開采防水安全煤巖柱厚度確定

礦區水庫下煤炭資源開采標高為+220～+226m，埋深237～233m，最小煤巖柱垂高為233m，遠大于所需要的85m防水安全煤巖柱垂高，導水裂縫帶不會波及地表水體，工作區煤層的回采不會導致水庫水直接充入礦井。

4 效果與結論

根據后期對井下涌水與二郎水庫水體及周邊建筑的觀測，得出如下結論：

4.1、效果：經井下水文觀測，二郎水庫和其大斷層下壓煤開采后該區域頂板無明顯滴水，釆空區無異常涌水其采空區涌水量與鄰近的采空區涌水量相似。經地面地質觀測：地表壩體和庫區無位移、下沉，地面建筑物無變形，村民安居樂業。這證明二郎水庫和斷層下壓煤開采對地面和井下無影響。

4.2、結論：二郎水庫和斷層對礦井煤炭開采無充水影響，其下壓煤開采對地表水體和壩體村莊鷥建筑也無影響。經二郎水庫和其大斷層下壓煤開的研究與實踐，橫穿礦區的水體和大斷層共同壓煤下對開采無影響，那么其他水體和建筑物下壓煤開采是非常安全的。

參考文獻：

[1]《煤礦安全規程》（2016年版）.

[2]《煤礦防治水細則》（煤安監調查[2018]14號）.

[3]《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規范》（安監總煤裝[2017]66號）.

（作者單位：內江市雙鷹煤炭有限責任公司1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?自貢市天宇實限有限公司青草煤礦2）