水庫下"三軟"極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律研究

■尹江濤 張振華 翟林安

（河南永華能源有限公司嵩山煤礦生產科 河南洛陽 471900）

水庫下"三軟"極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律研究

■尹江濤 張振華 翟林安

（河南永華能源有限公司嵩山煤礦生產科 河南洛陽 471900）

隨著經濟的快速發展，能源的需求量也呈逐年上升趨勢。然而當前在實際進行煤礦開采過程中仍存在一定的問題，其中以嵩山煤礦井田范圍內趙城水庫為典型代表，在實際開采前要求通過對水庫下"三軟"極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律研究，以實現安全采煤的目標。本文主要以趙城水庫為例，對其水庫下上覆巖層破壞規律以及采區的布置進行探析。

上覆巖層破壞規律開采可行性采區布置

0 前言

近年來，在能源供需日益緊張的背景下，國內外許多產煤國家開始進行海水下的采煤工作，但在分析覆巖結構方面國外對導水裂縫帶的發育規律并未實現有效的研究。相比之下，我國在水體下采煤技術方面已積累較多的經驗與數據，尤其在分析上覆巖層破壞規律方面取得較多的成果，能夠為水體下采煤工作提供重要的參考依據。因此對水庫下“三軟”極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律研究具有十分重要的意義。

1 地質采礦的的基本條件分析

以嵩山井田范圍的采礦工作為例，在實際研究區域采煤是否具備可行性與安全性過程中，要求對區域的地質條件進行分析。該地區的含煤地層在特點上主要表現為多煤組多煤層地區，而從其中的煤質性質特點分析，更適用于動力與民用煤方面。在水文地質方面，該區域內不存在大地表水體，通過對井下水文地質的觀測發現，通過引入一定的壩體維護加固技術可有效防止壩體事故的發生。因此該地區的采礦工作已具備一定的基礎條件。但需注意，由于采礦工作主要針對趙城水庫水體下，需做好煤層工作面上覆巖層破壞規律的分析[1]。

2 水庫下“三軟”極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律具體分析

2.1 上覆巖層破壞高度計算分析

通常對導水裂縫帶的發育高度以及上覆巖層的破壞形態能夠產生影響因素包括很弱如上覆巖層自身的結構特點或力學性質以及實際采煤過程中的應用方式等。但在采煤方式確定并完成對煤層埋藏條件分析后，覆巖破壞高度主要取決于其自身的結構特點與力學性質。若其為塑性巖層，開采過程中覆巖發生斷裂的概率較小但容易出現下沉情況；若其為脆性層巖，開采過程中則易出現斷裂情況，破壞的高度則比較明顯。

2.2 覆巖的類型分析

以趙城水庫地質特征以及鉆孔資料為根據，可判斷區域巖層在組成部分上主要包括粉砂巖、粒砂巖、泥巖以及砂質泥巖等。在通過分析煤層底板隔水層的厚度能夠判斷，表土層的厚度會隨水庫深度的增加而減少，表層土含水量呈下降趨勢，說明進行深水處的井下開采具備一定的安全性。但隔水層隨基巖厚度的增加將逐漸增厚，使阻隔水庫水下滲能力增加。同時，從水層厚度變化趨勢方面，可判斷總體水量較少，即使在含水層處存在裂隙帶，但頂板涌水量分析中也使此處水量考慮其中，說明含水層雖然為間接水源，但不會對實際的開采產生涌水危險。

2.3 對覆巖破壞高度的具體確定

覆巖破壞高度很大程度上受地質采礦條件影響，所以無法通過具體的表達式對其破壞高度進行計算。因此根據區域地質特征，可進行開采過程中的導水裂縫帶高度與垮落帶的相關計算，但需注意在計算過程中應將巖性表現為軟弱與中硬兩種狀態時的情況進行分析。具體計算表格如下：

計算點號煤層標高（m）煤層厚度（m）垮落帶高度Hm（m） 導水裂縫帶高度Hli(m)導水裂縫帶最大標高（m）軟弱 中硬 軟弱 中硬 軟弱 中硬1 -90 3.8 8.34 12.51 26.65 48.96 -59.55 -37.24 2 -125 3.6 8.13 10.91 26.28 47.95 -95.12 -73.45 3 -161 4.2 8.74 13.04 27.31 50.99 -129.49 -105.81 4 -182 4.8 9.27 13.75 28.14 53.82 -149.06 -123.38

2.4 對計算結果的分析

通過對覆巖高度破壞的計算結果可知，煤層進行開采時，在采空區范圍內可發現垮落帶的邊界，而導水裂縫帶則在其外。二者在分布形式上呈現出馬鞍狀態，其中處于采空區上部的為導水裂縫帶，而該采取的上覆巖層所表現的破壞空間形態與一般規律相吻合，即使導水裂縫帶不斷發育，也不會對水體趙城水庫造成影響，而且不會出現礦井水災的通道。但需注意實際分析水庫下“三軟”極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律時，對其中的導水裂縫帶的確定可采取實際的探測方式以及經驗公式的計算方法，能夠判斷覆巖結構的類型與導水裂縫帶的高度[2]。

3 采區的具體布置分析

根據水庫下“三軟”極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律研究及該礦井煤層的相關開采技術條件等因素，對趙城水庫采區首先進行巷道布置并注重采區生產系統設置的合理性。而為提高回采率，也可利用綜合機械化采煤工藝，對頂板管理引入全部垮落的方式，具體實施過程中需利用采煤機割煤、裝煤以及并通過刮板運輸機完成運煤過程。但此時的工作面回采率應符合規定要求，避免留底煤回采，而且對生產中每次循環過程都應做好浮煤的清理工作[3]。

4 結論

能源問題已成為制約我國經濟發展的瓶頸。為使水庫下采煤工作不會對地表水庫以及周邊環境造成影響，需充分考慮水庫下“三軟”極不穩定煤層工作面上覆巖層破壞規律，在此基礎上使采煤效率得以提高，為我國的經濟發展提供能源保障。

[1]朱衍利.杜家村礦大傾角松軟煤層綜放開采礦壓特征與圍巖控制 [D].中國礦業大學 (北京),2012.

[2]黃春光.大傾角"三軟"不穩定厚煤層放頂煤開采礦壓規律研究 [D].河南理工大學,2010.

[3]楊歲寒."兩軟一硬"不穩定煤層綜放工作面礦壓顯現規律及控制技術研究 [D].河南理工大學,2011.

X752[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-372-1

尹江濤（1989～），男，2011年畢業于河南理工大學，助理工程師，研究方向為煤礦地質防治水技術管理。