楊河煤田魔洞王水庫下隔離開采技術(shù)研究

楊河煤田魔洞王水庫下隔離開采技術(shù)研究

水體下采礦的主要問題是，如果水體受到破壞，將威脅整個礦山的生產(chǎn)和安全。而三軟煤層的采煤特點給水下采煤帶來了很大的困難。本文在現(xiàn)場調(diào)研、收集地質(zhì)采礦資料的基礎(chǔ)上,根據(jù)水體下采煤的技術(shù)理論,結(jié)合具體的地質(zhì)采礦條件,通過上覆巖層破壞高度的計算、地表移動和變形的分析對魔洞王水庫水體下采煤的安全性進行了研究和論證。1水庫區(qū)煤層壓煤確定楊河煤業(yè)31采區(qū)位于滎密大背斜南翼,為一較平緩的單斜構(gòu)造,以近東西向之高角度南升北降之?dāng)嗔褳槠涮卣?采區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層結(jié)構(gòu)簡單,屬較穩(wěn)定緩傾斜煤層,煤層上覆厚200m以上基巖。魔洞王水庫位于楊河煤業(yè)31采區(qū)中部,堤壩位于31采區(qū)的中下部。水庫底面北部、中部和南部下距二1煤層頂板分別為204m、394m和452m。水庫估算壓煤面積約30萬m2,壓煤量預(yù)計達6.84Mt。若為水庫及堤壩留設(shè)保護煤柱,將對31采區(qū)的開采布局造成影響,楊河井田的多個工作面將不能開采。2“三軟”煤礦開采方案及開采方法2.1采煤工作面采放頂煤采煤法楊河煤業(yè)31采區(qū)煤層結(jié)構(gòu)簡單,屬穩(wěn)定緩傾斜煤層,頂板以上含水層對開采影響不大,且有200m以上的上覆基巖,適合采用隔離法進行開采,結(jié)合礦井生產(chǎn)的實際情況,楊河煤業(yè)31采區(qū)水庫下采煤采用留煤巖柱頂水開采,回采工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤法,全部陷落法管理頂板。2.2合理的開采高度為了保證堤壩及水庫的安全,防止上覆水體和泥砂潰入井下,在堤壩及水庫的保護煤柱范圍內(nèi)必須要有合理的開采高度。為最大限度減小開采對堤壩的影響,確保堤壩的整體性和穩(wěn)定性,同時結(jié)合該礦實際情況,在堤壩保護煤柱范圍內(nèi)只采不放,在水庫保護煤柱開采范圍內(nèi)采用限厚開采。2.3垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度根據(jù)“三下”采煤規(guī)程中給出的緩傾斜條件下厚煤層分層開采時的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的計算公式進行計算,確定31采區(qū)水庫保護煤柱范圍內(nèi)限厚開采時的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度。經(jīng)計算保護煤柱范圍內(nèi)限厚開采時的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度如表1所示。2.4采區(qū)水體開采方案分析水庫保護煤柱范圍內(nèi)鉆孔資料所示各功能巖層厚度見表2,同時結(jié)合表1參數(shù),得出導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的最大標(biāo)高與基巖頂部邊界之間的基巖巖柱厚度均在167.72m以上,再加上18m厚的第四系砂質(zhì)粘土的隔水作用,導(dǎo)水裂縫帶不會波及地表上的水體魔洞王水庫,31采區(qū)水體下開采方案是安全可行的。2.5支持對象的推進方向和速度為了確保堤壩的安全,在堤壩保護煤柱下采煤,必須保證工作面的推進方向與水庫堤壩的軸向一致,并確定合理的推進速度。2.5.1工作面推進方面的影響楊河煤業(yè)31采區(qū)為單翼采區(qū),根據(jù)采區(qū)布置各工作面的推進方向大致為由東向西推進,魔洞王水庫大壩長軸為東西走向,各個工作面推進方向與魔洞王水庫大壩長軸走向基本一致,因此工作面推進方面對堤壩的影響不大,有利于堤壩的穩(wěn)定下沉。2.5.2地表下沉速度與土壩開采量的關(guān)系工作面的推進速度直接影響著地表最大下沉速度與地表最大下沉值,為了保證水庫下采煤的安全,采煤工作面必須要有合理的推進速度,確定其關(guān)系的常用經(jīng)驗公式如下:式中:V———工作面推進速度,m/d;楊河煤業(yè)31采區(qū)上覆巖層為軟~中硬巖層,根據(jù)該礦埋深相近的區(qū)域開采地表深陷觀測,下沉速度系數(shù)K約為1.3~1.45,地表最大下沉值為3.8m。平均開采深度H0為375m,土堤壩允許的最大下沉速度為0.040m/d。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可計算出堤壩附近工作面適當(dāng)?shù)耐七M速度,計算結(jié)果如表3所示。根據(jù)式(1)可知,地表最大下沉速度與工作面的推進速度成正比,因此,在開采過程中要確定適當(dāng)?shù)拈_采推進速度,以確保堤壩的安全。如果推進速度過慢,容易使工作面前方出現(xiàn)邊界效應(yīng),不利于堤壩的保護;如果推進速度過快,容易加劇堤壩的變形速度,也不利于堤壩的保護。基于以上分析,在31采區(qū)堤壩保護煤柱范圍內(nèi)進行回采時,應(yīng)采用合理的開采速度,以避開開采速度的危險區(qū),堤壩附近工作面的平均開采速度盡量保持在1.5~2.7m/d。3開采系統(tǒng)的安全可行性驗證3.1工作面現(xiàn)狀及支護方案楊河煤業(yè)31071工作面位于31采區(qū)中部,水庫位于工作面中部相對應(yīng)的地面上,堤壩位于工作面南部200m左右,工作面走向長1220m,切巷長130m,煤層底板標(biāo)高為-170~-59m,地面標(biāo)高+180~+202m,平均埋深282.3m,平均煤厚6m,工作面采用綜采放頂煤一次采全高,全部陷落法管理頂板,采用ZFZ-6000/19/28LT型放頂煤液壓支架支護,綜采工作面兩端使用ZFZ-6000/21/30LT型端頭液壓支架。工作面由東往西推進,工作面推進速度2.4m/d,在堤壩保護煤柱范圍內(nèi)采高2.8m,在水庫保護煤柱圍內(nèi)采高5m,采高2.8m,放頂煤2.2m。3.2地下水開采區(qū)水位觀測(1)地表巖移觀測。在31071工作面中部相對應(yīng)的地表建立地表巖移觀測站,在工作面內(nèi)地表布置了一條走向觀測線和一條傾斜觀測線,走向觀測線布設(shè)19個觀測點,傾向觀測線布置15個觀測點。根據(jù)31071工作面地表巖移觀測,地面受工作面采動影響范圍為上副巷以北140m,下副巷以南220m。地面受采動影響,超前影響距為60m,超前影響角為78°,最大下沉速度滯后距離為120m,最大下沉速度滯后角為67°,地表最大下沉值位置為下副巷以南30~50m之間,最大下沉量為2.3m,小于埋深相近區(qū)域開采后地表最大下沉值3.8m,該開采方案能保證堤壩及水庫下開采的安全。(2)水位觀測。在31軌道下山建立了測水站,每月觀測不少于3次,觀測涌水量基本穩(wěn)定在70m3/h左右。地面在31071工作面附近觀測6個水井水位,井深度不超過50m,水源為淺部水,水位隨著季節(jié)雨水增加有所變化,但水位變化不超過1.5m。(3)采空區(qū)導(dǎo)通試驗。在31071工作面采空區(qū)地表充分采動范圍內(nèi)7個地點進行了導(dǎo)通試驗,1#、5#、6#注水點位于工作面上副巷附近,2#、3#注水地點基本位于工作面中部,4#、7#注水點位于工作面下副巷南部40m附近,在每個注水點位置選擇較大的裂縫,用排水能力不小于50m3/h排水泵抽水直接注入裂縫內(nèi),每個點連續(xù)注水量不小于500m3,累計注水量3650m3,地表裂縫注水后工作面采空區(qū)內(nèi)無異常。4開采方案確定(1)結(jié)合“三軟”煤層特點,楊河煤業(yè)31采區(qū)水庫下采煤采用留煤巖柱頂水開采,回采工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤采煤法,全部陷落法管理頂板。通過31采區(qū)上覆巖層特性選取合理的巖層下沉系數(shù),結(jié)合經(jīng)驗公式確定了工作面推進方向及速度。(2)根據(jù)“三下”采煤規(guī)程中給出的緩傾斜條件下厚煤層分層開采時的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的計算公式預(yù)測開采裂高,根據(jù)水體下采煤技術(shù)理論,結(jié)合具體的地質(zhì)采礦條件,通過上覆巖層破壞高度、地表移動和變形分析,計算水庫下保護煤柱范圍內(nèi)限厚開采時的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度,確定垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶不會波及地表上的魔洞王水庫。(3)通過首采工作面試采,進行