孟加拉國(guó)Barapukuria煤礦協(xié)調(diào)減損開采技術(shù)的研究與實(shí)踐

韓光遠(yuǎn)

徐礦集團(tuán)

孟加拉國(guó)Barapukuria煤礦協(xié)調(diào)減損開采技術(shù)的研究與實(shí)踐

韓光遠(yuǎn)

徐礦集團(tuán)

孟巴礦井地質(zhì)開采條件特殊，開采煤層厚度大，煤層頂板砂巖整體性強(qiáng)，開采煤層上覆煤系地層厚度變化較大，LDT是唯一的UDT富含水砂層下的相對(duì)隔水層，且在北翼開采邊界位置LDT隔水層厚度小于10m，在南翼LDT厚度由北向南逐漸變厚，但是在大部分區(qū)域Ⅵ煤頂板砂巖以上煤系地層缺失，南翼由北向南Ⅵ煤頂板砂巖逐漸變薄，Ⅵ煤以上煤系地層也逐漸變薄甚至缺失。因此，在開采中必須既保證覆巖導(dǎo)水裂縫帶不波及LDT巖層，同時(shí)也要保證LDT在覆巖移動(dòng)過程中變形損傷小。針對(duì)孟巴礦井地質(zhì)及開采條件，要解決這些問題必須采用協(xié)調(diào)減損開采技術(shù)，或者降低開采厚度，或者采用特殊開采方法。

1.邊界協(xié)調(diào)開采

厚煤層開采邊界作用增加了拉應(yīng)力區(qū)應(yīng)力的疊加增高，從而導(dǎo)致導(dǎo)水裂縫帶高度大幅增加，其對(duì)于UDT下安全開采影響巨大。以1206工作面開采開且眼位置的錯(cuò)距協(xié)調(diào)布置與非錯(cuò)距協(xié)調(diào)布置開采覆巖變形計(jì)算與導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算分析如下：

1206工作面西側(cè)緊鄰1204工作面，位于1104和1106工作面下部。從開采煤層頂板至LDT底板垂距210m，tanb=2.0，rz=Hz/ tanb=105m，b=0.25。

（1）分層錯(cuò)距與對(duì)齊開采LDT巖層最大拉伸變形比較：

對(duì)比地表拉伸變形裂縫破壞情況，當(dāng)拉伸變形在10mm/m以下時(shí)，地表拉伸變形破壞裂縫深度一般在2米以內(nèi)；當(dāng)拉伸變形達(dá)到15mm/m-20mm/m時(shí)，拉裂裂縫破壞深度可能達(dá)到5-8m。10m厚的LDT隔水層就有可能被擊穿破壞。分析上述計(jì)算結(jié)果：當(dāng)開采邊界以一分層與二分層對(duì)齊方式布置，覆巖中LDT拉伸變形達(dá)到17.4mm/m，盡管覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度未發(fā)育到LDT底部，但是LDT底部不存在隔水層，UDT承壓水會(huì)擊穿LDT裂縫未破壞部分，進(jìn)而穿越LDT底部未破壞巖層下泄至采空區(qū)，這種情況可能導(dǎo)致較大的礦井水害發(fā)生，甚至可能造成淹井災(zāi)害發(fā)生；當(dāng)采用分層錯(cuò)距布置方式，可以大大降低LDT隔水層的拉伸變形破壞強(qiáng)度，LDT拉伸變形在10mm/m以下，裂縫深度一般在2米以下，LDT在受采動(dòng)影響后仍然具備阻隔UDT承壓水的完整性。

（2）分層錯(cuò)距與對(duì)齊開采導(dǎo)水裂縫帶高度分析比較

根據(jù)實(shí)驗(yàn)探測(cè)結(jié)果，孟巴地質(zhì)采礦條件下一分層開采導(dǎo)水裂縫帶高度為開采高度的25倍；二分層開采導(dǎo)水裂縫帶高度為累計(jì)開采高度的20倍。即在開采邊界位置，對(duì)齊開采導(dǎo)水裂縫帶高度為120m；錯(cuò)距開采導(dǎo)水裂縫帶高度僅為75m。邊界協(xié)調(diào)開采一是應(yīng)用分層錯(cuò)距邊界的拉伸區(qū)與壓縮區(qū)的疊加作用，有效降低覆巖拉伸變形強(qiáng)度，二是減緩邊界支撐形成的裂縫區(qū)分布形式，有利于在重力作用下裂縫區(qū)的閉合。

2.一分層與二分層錯(cuò)距協(xié)調(diào)布置

由于一分層開采后采空區(qū)留有區(qū)段煤柱，區(qū)段煤柱區(qū)形成的支撐壓力區(qū)對(duì)二分層開采形成影響。傳統(tǒng)的二分層工作面的布置與一分層相對(duì)一致，主要是考慮到采空區(qū)防火的要求，但是孟巴礦礦井開采災(zāi)害主要是水害、沖擊礦壓災(zāi)害防治，在開采災(zāi)害防治方面必從水、礦壓、火等方面災(zāi)害的綜合防治考慮，以得到事半功倍的效果。二分層與一分層錯(cuò)距布置的原則是二分層開采后必須有效破壞一分層采空區(qū)煤柱，一是消除煤柱支撐區(qū)形成的導(dǎo)水裂縫區(qū)，減小礦井開采采空區(qū)的長(zhǎng)期涌水量；二是避免采空區(qū)煤柱在大范圍開采后，大范圍煤柱集中破壞失穩(wěn)形成的大面積頂板災(zāi)害，誘發(fā)較大的沖擊礦壓災(zāi)害發(fā)生；三是一分層采空區(qū)煤柱被有效破壞后，有利于在覆巖重力作用下覆巖整體下沉密實(shí)采空區(qū)，起到采空區(qū)防火作用。

3.主要結(jié)論

應(yīng)用理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)?zāi)M、數(shù)值計(jì)算分析模擬、現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)等綜合方法完成了孟巴礦特殊地質(zhì)、水文地質(zhì)、采礦條件下的UDT水體下安全開采開采技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)開采工程實(shí)踐，形成了適合孟巴礦井地質(zhì)采礦條件的安全開采和災(zāi)害防治體系，完成了課題研究的預(yù)定目標(biāo)和任務(wù)。主要結(jié)論如下：

（1）全面分析了孟巴礦地質(zhì)采礦條件的特殊性，給出孟巴礦Ⅵ煤頂板砂巖、Ⅵ煤以上含煤地層厚度、LDT厚度及巖性是UDT承壓水體下開采的主要影響因素。提出應(yīng)用合適的開采方法分（次）段破壞釋放Ⅵ煤頂板砂巖，分層邊界錯(cuò)距布置控制開采覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度和LDT變形破壞程度，二分層合理布局開采破壞一分層采空區(qū)煤柱，實(shí)現(xiàn)開采后覆巖整體下沉，分段限高開采等控制覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度方法，形成孟巴礦井水、火及沖擊礦壓災(zāi)防治的綜合體系。

（2）通過邊界協(xié)調(diào)減損布置開采應(yīng)用，有效降低了導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，確保LDT隔水層的完整性。

（3）通過二分層協(xié)調(diào)減損布置開采方法的應(yīng)用，有效地破壞了一分層采空區(qū)煤柱，實(shí)現(xiàn)了二分層開采后覆巖整體下沉密實(shí)采空區(qū)的作用，既不但消除了煤柱支撐區(qū)形成的導(dǎo)水裂縫區(qū)，減小礦井開采采空區(qū)的長(zhǎng)期涌水量，而且避免了二分層非錯(cuò)距開采采空區(qū)煤柱大范圍集中破壞失穩(wěn)形成的沖擊礦壓災(zāi)害，同時(shí)覆巖整體下沉密實(shí)有利于采空區(qū)防火。

（4）應(yīng)用協(xié)調(diào)開采方法安全開采了二分層1204、1203綜采工作面、1206、1208、1210、1212、1214綜放開采工作面，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]余學(xué)義,張恩強(qiáng).開采損害學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004（2）：143-145.

[2]康永華,黃福昌,席京德.綜采重復(fù)開采的覆巖破壞規(guī)律[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2001.（01）：22-24

[3]何金,鄧喀中.條帶開采煤層間巖體應(yīng)力分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007.（03）：259-263

[4]余學(xué)義,陳輝,趙兵朝,王飛龍.基于協(xié)調(diào)開采原理的裂隙帶發(fā)育高度模擬[J].煤礦安全，2014.（09）：190-196

[5]余學(xué)義,李邦幫,李瑞斌,段王栓,劉沛林.西部巨厚濕陷性黃土層開采損害程度分析[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008.（01）：43-47

[6]杜鋒,白海波.厚松散層薄基巖綜放開采覆巖破斷機(jī)理研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2012.（07）：1105-1110