煤炭井下開采回采面安全寬度的估算

陶小郎 馮娟 崔云祥

摘要：本文以仁懷市某煤礦為實例，對礦區煤層井下開采回采面安全寬度（L）計算方法進行了探討。分析其與底板水頭壓力（H）之間的關系，得該各可采煤層在不同水頭壓力下采掘面最大寬度。

關鍵詞：井下開采;回采面寬度;底板水壓：關系分析

1.問題的提出

二疊系上統龍潭組（P31）為貴州省主要含煤地層，由于玄武巖噴出的不均一，其礦層底板含水性差異大。部分地區開采龍潭組煤礦床時受下伏二疊系中統茅口組（ P2m）巖溶含水層的底板突水威脅。

在《礦區水文地質工程地質勘探規范（ GB12719-1991）》中推薦了安全隔水厚度t的計算公式，式中安全隔水厚度t值由采掘面最大寬度L、隔水層巖石容重r、隔水層巖石的抗拉強度Kp推算。在某一特定礦區內，r、Kp常可概化為一個固定的經驗值，可視為常數，而L值受礦層底板水頭壓力影響，會發生一定的變化，若設計采面寬度（L）取值較大時，底板承壓水將對礦山構成安全威脅;若設計采面寬度L值取值較小，則影響礦山生產效益。而現階段礦山開采方案設計時未考慮底板突水危險性與最大采面寬度之間的關系。

對該類受底板突水威脅礦層的回采面寬度進行科學研究，使之既滿足礦山經濟效益又保證安全生產，有較大的意義。本文試圖以仁懷市某煤礦為研究對象，嘗試通過對該礦區各可采煤層L進行計算，分析L值與水頭壓力H之間的關系，建立L=f（H）關系式，進行各可采煤層在不同水頭壓力下采掘面最大安全寬度方面的探討。

2.礦區水文地質條件概述

該煤礦位于仁懷市長崗鎮。礦山地質構造較為簡單，地層為單斜產出由老至新出露的地層有：二疊系中統茅口組（P2m）、二疊系上統龍潭組（P31）和長興組（P3e），三疊系下統夜郎組（T1v）和茅草鋪組（T1m），第四系（Q）零星分布在各時代地層之上。礦區可采煤層賦存于龍潭組地層內，可采煤層共7層，分別為C5、C6、C7、C8、Cl0、Cll、C12。

礦區可采煤層位于P31地層內，巖性以粘土巖、粉砂巖為主，為富水性、導水性均弱的碎屑巖類基巖裂隙含水層;直接頂板為P3e地層，巖性以灰巖為主，為富水性弱一中等為巖溶裂隙含水層;直接底板為茅口組（P2m），巖性為灰巖，為富水性中等至強為巖溶管道含水層。茅口組巖溶地下水在深部具承壓性，據勘查資料顯示茅口組承壓水頭標高+1220m，將會對其水頭以下的可采煤層構成底板突水威脅。

3.采面安全寬度L的估算方法

本文將該煤礦山資源量估算范圍受底板突水危險的標高段分為5個開采水平分析，即+llOOm、+lOOOm、+900m、+800m、+700m水平。由于C12煤層距底板P2m距離為Om—lm，未來開采至+1220m標高以下時將發生底板突水，故本文不做分析。

根據《礦區水文地質工程地質勘探規范（CJB12719-1991》>安全隔水厚度計算公式為：

式中：

t一安全隔水厚度（m）;

L—采掘工作面底板最大寬度（m）;

r—隔水層巖石的容重（t/n13）;

Kp—隔水層巖石的抗張強度（t/m2）;

H—隔水層底板承壓的水頭壓力（t/m2）。 根據礦區勘查資料，本礦區C5、C6、C7、C8、Cl0、Cll煤層距P2m隔水層距離（真厚度）分別為80.68、68.25m、54.49m、46.95m、25.59m和口14.14m。

隔水層巖性以粘土巖、粉砂巖為主，根據當地物理力學試驗結果，隔水層巖石容重r取2.75t/m3，抗張強度Kp取302t/m2。

當煤層安全隔水厚度取各煤層距P2m隔水層真厚時，根據式（1）可求得采掘采面寬度臨界值（表1）：

4.礦山安全采面寬度估算結果

根據表3中各煤層中L、H對應關系，將水頭壓力H（ t/m2）作x軸，臨界采面寬度L（m）作y軸，各煤層L=f（H）關系見圖l。從圖中可以看出L=f（H）呈冪指數相關，H越小，L取值越大;H越大，L取值越小，與實際相符。

5.結論及建議

本文通過估算得出該煤礦6個可采煤層各水平安全采面寬度及分析L、H關系，可為礦山開采設計提供一些參考，并為井下開采受底板突水威脅的礦山實現效益與安全并驅提供了一些理論依據。

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