含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術研究

張龍（開灤錢家營礦業分公司，河北唐山 063301）

含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術研究

張龍
（開灤錢家營礦業分公司，河北唐山 063301）

本文以含水破碎帶及斷層臨近煤礦安全采礦技術作為主題展開相關探討。首先以某礦業公司地下開采公司例，結合實際采礦經驗對其進行了簡要概述；主要對其某斷層區域的地質條件進行了具體說明，并分析了目前的開采現狀，最后從利用破碎斷層區域穩定性分析力學、三維背景應用場計算等方法對其采礦技術進行了具體討論，并制定了明確的采礦方案。希望通過本文初步論述可以引起更多的關注與更廣泛的交流，為該方面的采礦技術研究提供一些有價值的信息，以供參考。

含水破碎帶 斷層 煤礦 安全技術

地下采礦中，若出現破碎帶及斷層含水量大，則會引發變形、失穩、斷裂等問題，給繼續采礦帶來嚴重災害或事故；因此應該對其加大研究力度，從而在應用技術分析同時，做出安全可靠的預防方案與解決辦法。以某礦業公司的地下開采為例，該工程在礦南區-60m中斷勘測出破碎帶的存在、斷層帶的發生，并將其命名為F1、F2破碎及斷層帶；具體情況是，地質條件不利、可能造成大規模崩落現象，區域內導水裂隙發育、斷層附近巖體節理發育等均存在開裂現象，巖體滲透性高，若遇水力關聯，則必引發突涌現象，會帶來嚴重的災害事故。

1 F1、F2破碎及斷層區域的地質條件分析

從整體上看，礦區屬于壓性裂隙斷裂構造發育，地下水循環通道并未形成；礦床歸于水文地質條件簡單理性類型，而且僅有少量脈狀裂隙水會產生影響，但作用并不顯著；雖然其它大斷裂構造復雜，影響較大，但是主要的水因素以降雨居多，而地下開采中的深部構造裂隙水突水也是影響因素之一；F1斷層為NNW傾向，傾角80°左右，探測結果顯示有斷層泥、裂隙發育、涌水量較大，而F2斷層屬于NW傾角50°左右，鉆孔時發生偏移、受阻、未穿透，因而推測其為較寬破碎帶，測定有斷層泥渣、礫石。

2 開采現狀分析

在本文所討論的破碎斷層帶區域，屬于煤礦回采，目前已經在23線以北、25線以南實現初步回采，厚度為5m以上煤礦；以淺孔留礦法采厚度下的薄煤礦。由于問題的存在，需要進行穩定性分析，并確定采礦方法、支護方案。

3 參數分析與計算分析

首先，在綜合研究報告、測定結果、試驗結果、附近地質探測情況的基礎上，對該破碎斷層區域巖體行物理力學性質參數分析，本次研究中按照霍克-布朗公式計算結果顯示，其中回采的M1、M2煤礦的塊體密度均為3.4g/cm3，抗壓強度分別為10.0、13.0MPa，在抗剪參數方面，M1的內聚力與內摩擦角分別為2.2MPa、38°，M2分別為2.4 MPa、38°；而變形參數中的彈性模量、波松比方面，M1分別為4.8*104MPa、0.21，M2分別為4.8*104MPa、0.21；而黑云母角閃斜長片麻巖、散體、斷層、表土方面的塊體密度、抗壓強度、抗剪參數、變形參數則以常年的邊坡報告模擬法進行具體計算。

其次，在三維背景應力場計算方面，由于礦長度大于寬度較多，因而間柱數量較多，可以運用三維計算模型加以分析，本次研究中以MSC.Patran、MSC.Nastran計算模擬軟件進行計算。計算模型主要是通過建立22線到26線的礦山模型，具體包括回填物、圍巖、煤礦、斷層；利用模型范圍X（-130.000～350.150m）、Y［（26線）-200.000～（22線）179.000m）］、Z（-148.600～120.000m）坐標系分別設置參數；然后以六面體單元，在X、Y軸向上取方向限制加以約束，然后以物理實驗的方法，將材料力學性質進行分析，結果顯示-6m處最安全，因而將-6～-60m煤礦作為礦房采出。

4 預設與制定采礦方案、支護方案

首先，經過三維模型網格構建與模型軟件分析，其中有4條煤礦與兩個斷層間關系密切，因此可以將其編號為I、II、III、IV，然后根據相關數據計算出斷層兩側的應力，結果顯示F1斷層應力均勻，而F2斷層則與煤礦IV相交位置應力最為集中，而與III之間沉重較大；因而以相關計算為準，可以在F1斷層兩側留礦柱，以12m為宜；在F2斷層留礦柱，以15m為宜；在兩者之間留礦柱，以10m為宜；并設礦房數量為3個。所以，綜合之后，根據以上分析的結果與相關數據可以得出，在III處煤礦礦柱尺寸需增加到20m，而且需要以錨固措施進行加固；而在III～IV之間則應該選擇12～15m的增加量，才能保證安全；至于F1斷層則在其兩側繼續以12m作為開采礦柱即可。其次，在采礦方案上，按照上面的結果與預設，應該滿足以下條件：在F1斷層兩側留12m安礦柱，在F2斷層兩側留20m安礦柱，斷層之間留12m間柱兩根，以及需要開采礦房3個。在采礦方法方面，則應該以按照實際分析的結果與相關數據，采用分段留礦分采崩落法；需要注意的是，應該使斷層間的保安礦柱永久保留，以保障后期開采的持續性與安全性；至于對斷層有影響的礦斷則應該在回采前，以打泄水孔的方式、減壓的方式等減少危險因素后，再行回采。最后，在支護方面，以鋼筋網、復合錨桿托盤增加圍巖自承能力；以錨索行二次支護；破碎及斷層帶則加強錨桿、錨網密度，程度嚴重時可以進行聯合支護，如增加金屬網鋪設、噴射混凝土等皆可。

5 結語

總之，對于含水破碎帶及斷層臨近煤礦的安全開采，需要立足于現場勘查、細致分析的基礎之上，通過利用取樣、實驗、探測、建立模型、數據分析、數值模擬等方式，對其穩定性加以評估、計算，并通過相關軟件分析得出科學的結論，從而將其應用于具體的方案設計之中，提高采礦技術的科學性、合理性與安全性。

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張龍（1987—），男，河北定州人，本科，畢業于河北工程大學，采煤助理工程師，研究方向：采煤。