朱集煤礦導水斷層邊界防水煤柱合理留設研究

2012-09-18 07:23:26劉春平孫明聰王景麗

地下水 2012年2期

李陽，劉春平，孫明聰，王景麗，陶威

(1.西北大學大陸動力學國家重點實驗室/地質學系，陜西西安710069;2.淮南礦業集團朱集煤礦，安徽淮南232001)

防水煤柱留設是礦井防治水工作的重要內容之一，對較大斷層留設合理的防水煤巖柱是我國各礦區最普遍應用的方法，亦是防止斷層突水最有效的方法之一[1]。對與強含水層連通的導水斷層，必須按規定留設合理防隔水煤柱。在同一礦區內，一般采用一個既定的經驗值[2]。但由于個別礦井地質條件的特殊性，導致該礦井防水煤柱留設寬度過大，造成嚴重的壓煤[3－5]。根據朱集礦北邊界斷層帶的導水性和附近水文地質特征，探討以F29斷層為邊界的1111(1)工作面的防水煤柱寬度。

1 1111(1)工作面北邊界F29斷層導水性及水源分析

1111(1 )工作面為淮南朱集煤礦東一采區第一水平第一個工作面，為﹣906水平，首采11－2煤層，煤厚平均1.4m，煤層傾角3°(傾角很小，計算防水煤柱時可不考慮)。1111(1)工作面北邊界12－7、12－6孔附近水文地質條件復雜，附近有明龍山斷層、F201、F28、F29等斷層組形成斷層構造帶。上覆厚度巨大的砂礫紅層，紅層水可以經過不整合剝蝕面對煤系砂巖含水層進行側向補給，亦有明龍山斷層上盤的寒武系灰巖水。下部太原組灰巖埋深在﹣1 200m左右，對第一開采水平水頭壓力為3 MPa，因此，此處構造帶可能形成匯水富集帶，在留設邊界斷層煤柱時，不僅要考慮斷層煤柱，同時要注意突水危險。其中F29斷層，落差35m，傾角70°，斷層切割上下含水層，為導水正斷層，工作面所采煤層位于F29斷層上盤。F29斷層斷煤交線與1111(1)工作面如圖1所示。朱集礦以F29斷層為邊界的工作面，都需要合理留設一定的煤巖柱。

2 F29斷層上盤防水煤柱的計算

根據《礦井水文地質規程》規定的計算方法，斷層上盤防隔水煤柱的留設防隔水煤柱的留設原則則需考慮兩個方向上的壓力，一是斷層水在順煤層方向上的壓力，二是煤層底部隔水層能否抗住下部含水層[3－6]。

2.1 考慮斷層水在順煤層方向上壓力煤柱留設計算

其計算模型如圖2所示:

圖1 F29斷層斷煤交線與采煤工作面位置平面示意圖

圖2 F29斷層水順煤層方向上壓力煤柱留設計算模型

計算公式如下:

式中:L為煤柱留設的寬度(m)，L≥20m;K為安全系數，一般取2～5;M為煤層厚度或采高(m);P為水頭壓力(kg/cm2);Kp為煤的抗張強度(kg/cm2)。

朱集礦1111(1)工作面，所采之煤層為11－2煤層，煤厚平均1.4m，采高2.5m，故取M=2.5m。計算防水煤柱寬度時取高水頭值，P約為9MPa(90kg/cm2)。Kp為煤的抗張強度，根據實驗數據取0.65MPa;K值取5。帶入式中得L=40.3m。考慮斷層破碎帶寬度為10～20m，故在回采F29斷層上盤煤層時，留設60m寬的防水煤柱。