楊河煤田魔洞王水庫下隔離開采技術(shù)研究

楊河煤田魔洞王水庫下隔離開采技術(shù)研究

水體下采礦的主要問題是，如果水體受到破壞，將威脅整個(gè)礦山的生產(chǎn)和安全。而三軟煤層的采煤特點(diǎn)給水下采煤帶來了很大的困難。本文在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、收集地質(zhì)采礦資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)水體下采煤的技術(shù)理論,結(jié)合具體的地質(zhì)采礦條件,通過上覆巖層破壞高度的計(jì)算、地表移動(dòng)和變形的分析對(duì)魔洞王水庫水體下采煤的安全性進(jìn)行了研究和論證。1水庫區(qū)煤層壓煤確定楊河煤業(yè)31采區(qū)位于滎密大背斜南翼,為一較平緩的單斜構(gòu)造,以近東西向之高角度南升北降之?dāng)嗔褳槠涮卣?采區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,屬較穩(wěn)定緩傾斜煤層,煤層上覆厚200m以上基巖。魔洞王水庫位于楊河煤業(yè)31采區(qū)中部,堤壩位于31采區(qū)的中下部。水庫底面北部、中部和南部下距二1煤層頂板分別為204m、394m和452m。水庫估算壓煤面積約30萬m2,壓煤量預(yù)計(jì)達(dá)6.84Mt。若為水庫及堤壩留設(shè)保護(hù)煤柱,將對(duì)31采區(qū)的開采布局造成影響,楊河井田的多個(gè)工作面將不能開采。2“三軟”煤礦開采方案及開采方法2.1采煤工作面采放頂煤采煤法楊河煤業(yè)31采區(qū)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,屬穩(wěn)定緩傾斜煤層,頂板以上含水層對(duì)開采影響不大,且有200m以上的上覆基巖,適合采用隔離法進(jìn)行開采,結(jié)合礦井生產(chǎn)的實(shí)際情況,楊河煤業(yè)31采區(qū)水庫下采煤采用留煤巖柱頂水開采,回采工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤采煤法,全部陷落法管理頂板。2.2合理的開采高度為了保證堤壩及水庫的安全,防止上覆水體和泥砂潰入井下,在堤壩及水庫的保護(hù)煤柱范圍內(nèi)必須要有合理的開采高度。為最大限度減小開采對(duì)堤壩的影響,確保堤壩的整體性和穩(wěn)定性,同時(shí)結(jié)合該礦實(shí)際情況,在堤壩保護(hù)煤柱范圍內(nèi)只采不放,在水庫保護(hù)煤柱開采范圍內(nèi)采用限厚開采。2.3垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度根據(jù)“三下”采煤規(guī)程中給出的緩傾斜條件下厚煤層分層開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算,確定31采區(qū)水庫保護(hù)煤柱范圍內(nèi)限厚開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度。經(jīng)計(jì)算保護(hù)煤柱范圍內(nèi)限厚開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度如表1所示。2.4采區(qū)水體開采方案分析水庫保護(hù)煤柱范圍內(nèi)鉆孔資料所示各功能巖層厚度見表2,同時(shí)結(jié)合表1參數(shù),得出導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的最大標(biāo)高與基巖頂部邊界之間的基巖巖柱厚度均在167.72m以上,再加上18m厚的第四系砂質(zhì)粘土的隔水作用,導(dǎo)水裂縫帶不會(huì)波及地表上的水體魔洞王水庫,31采區(qū)水體下開采方案是安全可行的。2.5支持對(duì)象的推進(jìn)方向和速度為了確保堤壩的安全,在堤壩保護(hù)煤柱下采煤,必須保證工作面的推進(jìn)方向與水庫堤壩的軸向一致,并確定合理的推進(jìn)速度。2.5.1工作面推進(jìn)方面的影響楊河煤業(yè)31采區(qū)為單翼采區(qū),根據(jù)采區(qū)布置各工作面的推進(jìn)方向大致為由東向西推進(jìn),魔洞王水庫大壩長(zhǎng)軸為東西走向,各個(gè)工作面推進(jìn)方向與魔洞王水庫大壩長(zhǎng)軸走向基本一致,因此工作面推進(jìn)方面對(duì)堤壩的影響不大,有利于堤壩的穩(wěn)定下沉。2.5.2地表下沉速度與土壩開采量的關(guān)系工作面的推進(jìn)速度直接影響著地表最大下沉速度與地表最大下沉值,為了保證水庫下采煤的安全,采煤工作面必須要有合理的推進(jìn)速度,確定其關(guān)系的常用經(jīng)驗(yàn)公式如下:式中:V———工作面推進(jìn)速度,m/d;楊河煤業(yè)31采區(qū)上覆巖層為軟~中硬巖層,根據(jù)該礦埋深相近的區(qū)域開采地表深陷觀測(cè),下沉速度系數(shù)K約為1.3~1.45,地表最大下沉值為3.8m。平均開采深度H0為375m,土堤壩允許的最大下沉速度為0.040m/d。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計(jì)算出堤壩附近工作面適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)速度,計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)式(1)可知,地表最大下沉速度與工作面的推進(jìn)速度成正比,因此,在開采過程中要確定適當(dāng)?shù)拈_采推進(jìn)速度,以確保堤壩的安全。如果推進(jìn)速度過慢,容易使工作面前方出現(xiàn)邊界效應(yīng),不利于堤壩的保護(hù);如果推進(jìn)速度過快,容易加劇堤壩的變形速度,也不利于堤壩的保護(hù)。基于以上分析,在31采區(qū)堤壩保護(hù)煤柱范圍內(nèi)進(jìn)行回采時(shí),應(yīng)采用合理的開采速度,以避開開采速度的危險(xiǎn)區(qū),堤壩附近工作面的平均開采速度盡量保持在1.5~2.7m/d。3開采系統(tǒng)的安全可行性驗(yàn)證3.1工作面現(xiàn)狀及支護(hù)方案楊河煤業(yè)31071工作面位于31采區(qū)中部,水庫位于工作面中部相對(duì)應(yīng)的地面上,堤壩位于工作面南部200m左右,工作面走向長(zhǎng)1220m,切巷長(zhǎng)130m,煤層底板標(biāo)高為-170~-59m,地面標(biāo)高+180~+202m,平均埋深282.3m,平均煤厚6m,工作面采用綜采放頂煤一次采全高,全部陷落法管理頂板,采用ZFZ-6000/19/28LT型放頂煤液壓支架支護(hù),綜采工作面兩端使用ZFZ-6000/21/30LT型端頭液壓支架。工作面由東往西推進(jìn),工作面推進(jìn)速度2.4m/d,在堤壩保護(hù)煤柱范圍內(nèi)采高2.8m,在水庫保護(hù)煤柱圍內(nèi)采高5m,采高2.8m,放頂煤2.2m。3.2地下水開采區(qū)水位觀測(cè)(1)地表巖移觀測(cè)。在31071工作面中部相對(duì)應(yīng)的地表建立地表巖移觀測(cè)站,在工作面內(nèi)地表布置了一條走向觀測(cè)線和一條傾斜觀測(cè)線,走向觀測(cè)線布設(shè)19個(gè)觀測(cè)點(diǎn),傾向觀測(cè)線布置15個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)31071工作面地表巖移觀測(cè),地面受工作面采動(dòng)影響范圍為上副巷以北140m,下副巷以南220m。地面受采動(dòng)影響,超前影響距為60m,超前影響角為78°,最大下沉速度滯后距離為120m,最大下沉速度滯后角為67°,地表最大下沉值位置為下副巷以南30~50m之間,最大下沉量為2.3m,小于埋深相近區(qū)域開采后地表最大下沉值3.8m,該開采方案能保證堤壩及水庫下開采的安全。(2)水位觀測(cè)。在31軌道下山建立了測(cè)水站,每月觀測(cè)不少于3次,觀測(cè)涌水量基本穩(wěn)定在70m3/h左右。地面在31071工作面附近觀測(cè)6個(gè)水井水位,井深度不超過50m,水源為淺部水,水位隨著季節(jié)雨水增加有所變化,但水位變化不超過1.5m。(3)采空區(qū)導(dǎo)通試驗(yàn)。在31071工作面采空區(qū)地表充分采動(dòng)范圍內(nèi)7個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了導(dǎo)通試驗(yàn),1#、5#、6#注水點(diǎn)位于工作面上副巷附近,2#、3#注水地點(diǎn)基本位于工作面中部,4#、7#注水點(diǎn)位于工作面下副巷南部40m附近,在每個(gè)注水點(diǎn)位置選擇較大的裂縫,用排水能力不小于50m3/h排水泵抽水直接注入裂縫內(nèi),每個(gè)點(diǎn)連續(xù)注水量不小于500m3,累計(jì)注水量3650m3,地表裂縫注水后工作面采空區(qū)內(nèi)無異常。4開采方案確定(1)結(jié)合“三軟”煤層特點(diǎn),楊河煤業(yè)31采區(qū)水庫下采煤采用留煤巖柱頂水開采,回采工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜采放頂煤采煤法,全部陷落法管理頂板。通過31采區(qū)上覆巖層特性選取合理的巖層下沉系數(shù),結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式確定了工作面推進(jìn)方向及速度。(2)根據(jù)“三下”采煤規(guī)程中給出的緩傾斜條件下厚煤層分層開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算公式預(yù)測(cè)開采裂高,根據(jù)水體下采煤技術(shù)理論,結(jié)合具體的地質(zhì)采礦條件,通過上覆巖層破壞高度、地表移動(dòng)和變形分析,計(jì)算水庫下保護(hù)煤柱范圍內(nèi)限厚開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度,確定垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶不會(huì)波及地表上的魔洞王水庫。(3)通過首采工作面試采,進(jìn)行