急傾斜堅硬煤層開采防水煤巖柱留設方法

摘 要：文章綜合分析福建省高陂井田急傾斜煤層開采的實際特點，就開采急傾斜堅硬煤層防水煤巖柱留設方法進行總結與分析，提出預防措施，從而減少或杜絕采掘工作面水害事故的發生。

關鍵詞：急傾斜堅硬煤層隔水煤巖柱留設

中圖分類號：TD823.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）35-0179-02

礦井水害事故是危及礦井安全生產的五大災害之一，它不但影響該礦井安全生產，而且還造成礦井作業人員的人身安全，甚至還對周邊的礦井造成重大財產損失和人員的傷亡，地表水、礦井水和裂隙水灰巖水從礦井采空區、鉆孔和砂巖裂隙等導水通道進入井下采掘工作面，通過導水通道的各種礦井水的涌水量超過礦井中央泵房的最大排水能力時，就會造成重大水災事故。2011年龍巖市新羅區某礦，由于水文地質情況不明，又未采取必要的措施，巷道掘進遇導水斷層導通地下灰巖水?；規r水通過導水通道進入采掘工作面，造成井下涌水量突然超過礦井的中央泵房最大排水能力，導致全礦被淹的重大水災事故。

1 急傾斜堅硬煤層賦存條件

福建煤電公司高陂煤礦礦區中井田屬童子巖組三段地層，井田范圍內有4層急傾斜煤層（13#、18#、19#、23#），巖性為細砂巖、砂質泥巖、泥巖，地層穩定性好，巖石質量好，巖體較完整。礦區內巖層均為富水性弱至中等的裂隙水，對工作面不會造成危害，含水層補給來源少。但高陂煤礦周邊小窯較多，且小窯入侵嚴重，存在部分小煤老空積水。

2 防水煤巖柱留設原則

①防水煤巖柱留設必須做到科學合理、安全、減少煤炭損失。

②防水煤巖柱留高設必須考慮高陂井田地質構造、水文地質條件、急傾斜煤層特性、開采方法等因素。

③多煤層開采，各煤層的防水煤巖柱必須統籌考慮，因高陂井田的13#和14#的層間距只有4 m，所以開采13#煤層時要同時留設好13#、14#兩層煤的隔水煤巖層柱，以免開采13#煤層影響14#煤層的防水煤巖柱，造成防水煤層柱失效。

④防水煤層柱留設計算公式參數選擇盡量選用本井田資料，并且適當加大安全系數。

3 高陂煤礦急傾斜堅硬煤層防水煤巖柱留設計算方法

高陂井田F0斷層接近灰巖水，所以當高陂井田煤層開采至深部時，極易與F0斷層伴生斷層相連，常常成為含水層間聯系的通道，可能把灰巖水導入工作面，造成淹井事故，所以在地質構造比較復雜特別是有預測有斷層出現的采掘工作面掘采時必須要考慮如何留設防水煤巖柱，確保礦井安全生產。

①因F0斷層在高陂井田下部可能導水或含水，當采掘工作面掘至F0斷層或伴生斷層時，防水煤巖柱厚度按以下計算公式計算：

L=0.5 kM （1）

式中：L為煤柱留設的寬度，m

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，MPa

—煤的抗拉強度，MPa

根據煤礦防治水規定，式中如果煤柱寬度留設計算結果小于20 m，則煤柱寬度取20 m。

當掘采煤巖層與F0斷層夾角小于15 ？觷時，應注意底板突水的可能，煤層與強含水層或導水斷層接觸防水煤巖柱留設的計算公式：

Ha=P/Ts+10

式中P為防水煤巖柱所承受的靜水壓力，MPa

Ts為臨界突水系數，MPa/m

10為保護帶厚度，經驗數據取10 m

根據Ha計算斷層煤巖柱寬度公式如下：

L=Ha/sinaθ（2）

式中θ為煤層與斷層的夾角

對比（1）、（2）取大值，但不得小于20 m。

②當斷層為不導水斷層時，防水煤巖柱寬度留設：如果井田F0或其它斷層不導水，防水煤巖柱的留設厚度必須保證含水層與F0斷層層面交點至三段煤層底板間的最小厚度，在垂直于F0斷層走向的剖面上必須大于最小安全煤柱的高度（Ha），目前高陂煤礦水文地質條件為中等，為防止周邊小煤入侵造成透水，如果不導水斷層是采區邊界，則斷層每側留設20 m煤柱，如果是采區內斷層則每側留10 m煤柱，但總厚度不得小于20 m。

F0斷層隔水巖柱留設必須根據高陂井田及周邊礦井相同三段煤層開采特點不斷總結分析該井田F0斷層的導水及含水特性，如果F0斷層導水或含水位置、含水量情況不明，應按公式（1）的煤巖柱留設方法留設斷層防水煤巖柱。

3.1 采區界煤柱的留設方法

高陂煤礦井田范圍較大，在進行分采區開采時，為了有獨立的通風排水和防治水系統，避免一個采區出現突水事故影響另一采區的正常生產，采區之間必須留設防水煤巖柱。保證礦井煤層開采安全。

采區邊界分為人為邊界和構造邊界（以斷層為界），高陂煤礦采區邊界是以勘探線10線為界，下面就以人為邊界敘述采區邊界煤柱留原則。

高陂井田地質條件為裝簡單型，地質構造較為簡單，總體煤層坡度較大、且與煤層夾角較大（超過30？觷），一二、五六采區煤層較穩定，無斷層影響，南北采區邊界兩側煤層可人為在勘探線10線處各留設20 m煤柱，煤柱總寬度大于40 m即可。

3.2 采區積水防水煤層柱留設方法

①在周邊小煤開采過采空區積水下方掘進時，掘進工作面迎頭與上部采空區積水區最低積水點之間的最小距離必須大于掘進巷道高度（2.3 m）的10倍，取23 m。

②高陂井田煤層為急傾斜煤層，如果煤層上方有積水且查明，必須探放水，把積水排除后方可開采，否則，禁止在積水區下開采急傾斜煤層。

4 結 語

①各種防水煤巖柱留設設計都應在開采前進行設計并明確規定，以便于合理留設煤柱，同時保證煤炭資源開采合理。

②煤巖柱留設設計好后，必須設計的防水煤巖層柱施工，不得隨意改變。

③煤柱無法留設時，必須采取有效的防治水措施進行補救。

參考文獻：

[1] 俞啟香.礦井災害防治理論與技術（2008修訂版）[M].徐州：中國礦業大學出版社，2008.

[2] 國家煤礦安全監察局編.煤礦防治水規定釋義[M].徐州：中國礦業大學出版社，2009.

[3] 杜計平，汪理全.煤礦特殊開采方法[M].徐州：中國礦業大學出版社，2003.