潞安矿区余吾煤矿绛河下开采3号煤层安全评价
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走向伴有少量断距大于 20 m 的断层和一定数量断
距小于 20 m 的断层及陷落柱。 未见岩浆侵入现象。
确定“ 两带” 高度是本次进行绛河下采煤安全性评
价的关键。
2. 1 明确垮裂带概念的必要性
地质构造复杂程度为简单类型。
3) 矿区主采煤层为 3 号煤层。 它位于山西组下
部,厚 4. 85 ~ 7. 63 m,平均 6. 02 m;全区可采,属稳
水裂缝带( 图 1) 。 可见,《 规定》 和《 三下规范》 两
岩层范围 是 一 致 的。 2018 年 9 月 1 日 起 施 行 的
《 煤矿防治水 细 则》 [ 8] ( 以 下 简 称 《 细 则》 ) 关 于 垮
落带的定义与《 规定》 《 三下规范》 保持一致,不再
使用“ 导水裂缝带” 一词,而改用“ 导水裂隙带” ,并
留设与压煤开采规范》 [ 7] ( 以下简称《 三下规范》 )
夹矸 0 ~ 3 层,一般为 1 层,以距底板约 1. 33 m 的 1
346 m、最大超过 1 000 m。
日起施行的 《 建 筑 物、水 体、铁 路 及 主 要 井 巷 煤 柱
沿用《 规定》 对垮落带的定义,将裂缝带定义为:垮
落带上方一 定 范 围 内 的 岩 层 产 生 断 裂, 且 裂 缝 具
层范围” 。 同时,参考《 三下规范》 和《 细则》 ,本次对
“ 两带” 的称谓进行了统一。
2. 2 垮裂带高度计算
垮裂带高度主要受采厚、采煤方法、覆岩岩性等
10 期
77
杨连超,等:潞安矿区余吾煤矿绛河下开采 3 号煤层安全评价
因素影响。 余吾矿采用综采放顶煤开采 3 号煤层,
公式(3) 和(4) 具有一定的局限性,仅适于 6 m
considered that if mining in normal without geological structure destructed segment will be safe, while in destructed segment should adopt preventive measures of safety pillar against water or grouting reinforcement etc.
本次借助该矿以往地质及水文地质资料,利用理论
公式、余吾矿经验公式和潞安矿区经验公式分别计
算 3 号煤层垮裂带高度,采用潞安矿区经验公式计
算结果对垮裂带能够达到的最高层位进行分析,并
对绛河下开采 3 号煤层进行安全评价,对该矿未来
生产具有十分重要的理论指导意义。
采煤一直是煤矿开采技术研究的重要焦点之一。 近
多边形,矿区面积 161. 205 km 2 。 批准开采 3 号煤
层,开采深度标高为 + 800 ~ + 30 m。 矿区内主要河
流———绛河,从矿区中部自西向东蜿蜒穿过,主河道
长度约 17. 65 km,压覆 3 号煤层资源量巨大。
长期以来,水体( 河流、湖泊、海洋、水库等) 下
煤的成果报道。 在厘清“ 两带” 相关概念的基础上,
and Lu’ an mining area worked out Yuwu coalmine coal No. 3 caving method maximum caving-fracture zone heights have 162. 60m,
147. 11m and 164. 13m respectively. Then using the maximum height ( 164. 3m) analyzed coal No. 3 caving-fracture zone maximum
将其定义为:指 垮 落 带 上 方 一 定 范 围 内 的 岩 层 发
水体下采煤上覆岩层变形和破坏后形成的“ 两
带” 高度对安全生产影响重大,一旦导水断裂带波
及水体,水体将成为开采工作面的直接充水水源,增
加矿井的排水压力,甚至造成淹井事故 [2] 。 因此,
生断裂,产生裂隙,且具有导水性的岩层范围。 可
1. 2 矿井水文地质
有导水性,能 使 其 范 围 内 覆 岩 层 中 的 地 下 水 流 向
矿区主要含水层有奥陶系灰岩岩溶裂隙含水
层,石炭 -二叠系灰岩( 太原组灰岩) 、砂岩裂隙含水
采空区, 这 部 分 岩 层 范 围 称 裂 缝 带; 同 时 明 确 指
层。 据抽水试验资料,除基岩风化带及第四系含水
2. 2. 1 理论公式法
《 细则》 第 87 条规定:煤层( 组) 垮落带、导水裂
隙带高度、保护层厚度可以按照《 三下规范》 中的公
式计算,但是《 三下规范》 仅给出了水体下厚煤层分
层开采导水裂缝带( 即垮裂带) 高度计算公式。 朱
潞安矿区余吾煤矿绛河下开采 3 号煤层安全评价
杨连超1 ,刘顺喜2
(1. 山西潞安环保能源开发股份有限公司,山西襄垣 046200; 2. 河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454003)
摘 要:通过对比 3 种标准下的“ 两带” 名称及其岩层范围,明确了垮裂带概念,解决了概念混乱的问题。 利用理论
至新依次发育奥陶系马家沟组、峰峰组,石炭 - 二叠
系本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子
组、石千峰组及第四系。
2) 地质构造。 矿区总体为一走向 NNE—NS、倾
向 W 的单斜构造,地层倾角 3° ~ 13°,一般为 6°,在
76
中 国 煤 炭 地 质
此基础上发育方向比较单一的宽缓褶曲,沿倾向及
developed horizon considered that it can reach K8 , K10 sandstone aquifers in turn and once up again 68. 71m range within Shangshihezi
Formation lower member sandstone aquifer. Finally, carried out safety assessment for coal No. 3 mining under the Jianghe River, and
公式、余吾煤矿经验公式和潞安矿区经验公式计算,得出该矿放顶煤开采 3 号煤层形成的垮裂带最大高度分别为
162. 60、147. 11、164. 13 m。 采用最大高度(164. 13 m) 分析该矿 3 号煤层垮裂带最高发育层位,认为依次能够达到
K8 、K10 砂岩含水层及 K10 再向上 68. 71 m 范围内的上石盒子组下段砂岩含水层。 最后对该矿绛河下开采 3 号煤层
进行安全评价,认为在无地质构造破坏的正常地段是安全的,在地质构造破坏地段则应采取留设防隔水煤柱或注
浆加固等预防措施。
关键词:绛河下采煤;垮裂带;安全评价
中图分类号:TD745 文献标识码:A
Safety Assessment of Coal No. 3 Mining under Jianghe River in Yuwu Coalmine, Lu’ an Mining Area
Abstract:Through comparison of names of caving zone, fracture zone and their strata range under three criteria has cleared caving-
fracture zone concept, solved conception chaos between them. Through theoretical formula, empirical formulae from the Yuwu coalmine
个国家标准所定义的“ 垮落带” 、“ 导水裂缝带” 的
层,基岩风化带裂隙含水层,第四系松散层孔隙含水
层局部为中等富水性外,其他均为弱富水性。 这些
含水层之间的泥岩、砂质泥岩、铁铝质泥岩、黏土、砂
质黏土则构成层间隔水层,在不受地质构造破坏的
完整地段能够很好地阻隔含水层之间的水力联系。
2 垮裂带高度
出:在水体下采煤中,把垮落带和裂缝带合称为导
见,《 细则》 中的“ 导水裂隙带” 等同于《 三下规范》
中的“ 裂缝带” ,范围小于《 规定》 和《 三下规范》 中
的“ 导水裂缝带” 。
图 1 不同标准下的“ 两带” 名称及岩层范围
Figure 1 Names of caving zone and fracture zone and strata ranges under different criteria
治水工作者无所适从。 为了避免今后煤矿防治水领
域不再因“ 导水裂缝带” 或“ 导水裂隙带” 产生混淆,
同时鉴于垮落带和裂缝带对于煤矿防治水工作的重
要意义,本次将二者合并称之为“ 垮裂带” ,在字面
隙” ,仅强调上覆岩层的“ 垮落” 和“ 断裂” ,并将“ 垮
岩层发生垮落和断裂,产生裂隙,且具有导水性的岩
从图 1 可以直观地看出:《 三下规范》 和《 细则》
上不再 强 调 “ 导 水” , 也 不 再 纠 结 于 “ 裂 缝” 或 “ 裂
义却使用了不同的名词,对不同岩层范围的定义却
裂带” 的概念明确为“ 开采煤层上方一定范围内的
两个现行国家标准对裂缝带这一特定岩层范围的定
使用了非常相近的名词,这极易引起混淆,使煤矿防
Yang Lianchao 1 , Liu Shunxi 2
(1. Shanxi Lu’ an Environment Protection Energy Exploitation Co. Ltd. , Xiangyuan, Shanxi 046200;
2. School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454003)
定型 煤 层; 上 距 K 8 砂 岩 19. 80 ~ 37. 41 m, 平 均
31. 85 m;煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩,局部为细粒
第 32 卷
定》
2009 年 12 月 1 日 起 施 行 的 《 煤 矿 防 治 水 规
[6]
( 以下简称《 规定》 ) 定义了垮落带和导水裂缝
带( 图 1) :垮落带是指由采煤引起的上覆岩层破裂
Keywords:coal mining under Jianghe River; caving-fracture zone; safety assessment
矿的相关成果 [1,4] 。 然而,一直缺少该矿绛河下采
0 概况
该矿位于沁水煤田东段中部的潞安矿区,南北
长 18. 08 km,东西宽 10 km,为一近似菱形的不规则
并向采空区垮落的岩层范围;导水裂缝带是指开采
煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂,产生
砂岩;底板为黑色泥岩、粉砂岩;含泥岩或炭质泥岩
裂隙,且具有导水性的岩层范围。 2017 年 5 月 17
层泥岩夹矸较为稳定,厚 0. 25 m;属简单—较简单
结构煤层; 底板标高为 + 30 ~ + 800 m, 埋深 最 小 为
本次默认采厚等于煤厚。 3 号煤层上覆地层岩性为
左右特定范围内的煤厚。 当煤厚较小或较大( 比如
岩,属中硬岩石。 因此,3 号煤层厚度直接影响垮裂
煤厚 6. 02 m 时,y m = 35. 95 m,y li = 107. 55 m,垮裂带
泥岩、砂质泥岩,局部为细粒砂岩、粉砂岩,老顶为砂
带高度。 目前,垮裂带高度的计算有理论公式法和
1 矿井地质及水文地质条件
年来,相关专家学者陆续报道了
,包括潞安矿区王庄煤矿和郭庄煤
第一作者简介:杨连超(1988—) ,男,河南扶沟人,硕士,工程师,主要
从事矿井地质、矿井防治水等方面的工作。
收稿日期:2020-04-12
责任编辑:樊小舟
1) 地层。 根据钻孔揭露及地表出露情况,由老
第 32 卷 10 期
2020 年 1 0 月
中 国 煤 炭 地 质
COAL GEOLOGY OF CHINA
doi:10. 3969 / j. issn. 1674-1803. 2020. 10. 16
Vol. 32 No. 10
Oct.
2020
文章编号:1674-1803(2020)10-0075-04
距小于 20 m 的断层及陷落柱。 未见岩浆侵入现象。
确定“ 两带” 高度是本次进行绛河下采煤安全性评
价的关键。
2. 1 明确垮裂带概念的必要性
地质构造复杂程度为简单类型。
3) 矿区主采煤层为 3 号煤层。 它位于山西组下
部,厚 4. 85 ~ 7. 63 m,平均 6. 02 m;全区可采,属稳
水裂缝带( 图 1) 。 可见,《 规定》 和《 三下规范》 两
岩层范围 是 一 致 的。 2018 年 9 月 1 日 起 施 行 的
《 煤矿防治水 细 则》 [ 8] ( 以 下 简 称 《 细 则》 ) 关 于 垮
落带的定义与《 规定》 《 三下规范》 保持一致,不再
使用“ 导水裂缝带” 一词,而改用“ 导水裂隙带” ,并
留设与压煤开采规范》 [ 7] ( 以下简称《 三下规范》 )
夹矸 0 ~ 3 层,一般为 1 层,以距底板约 1. 33 m 的 1
346 m、最大超过 1 000 m。
日起施行的 《 建 筑 物、水 体、铁 路 及 主 要 井 巷 煤 柱
沿用《 规定》 对垮落带的定义,将裂缝带定义为:垮
落带上方一 定 范 围 内 的 岩 层 产 生 断 裂, 且 裂 缝 具
层范围” 。 同时,参考《 三下规范》 和《 细则》 ,本次对
“ 两带” 的称谓进行了统一。
2. 2 垮裂带高度计算
垮裂带高度主要受采厚、采煤方法、覆岩岩性等
10 期
77
杨连超,等:潞安矿区余吾煤矿绛河下开采 3 号煤层安全评价
因素影响。 余吾矿采用综采放顶煤开采 3 号煤层,
公式(3) 和(4) 具有一定的局限性,仅适于 6 m
considered that if mining in normal without geological structure destructed segment will be safe, while in destructed segment should adopt preventive measures of safety pillar against water or grouting reinforcement etc.
本次借助该矿以往地质及水文地质资料,利用理论
公式、余吾矿经验公式和潞安矿区经验公式分别计
算 3 号煤层垮裂带高度,采用潞安矿区经验公式计
算结果对垮裂带能够达到的最高层位进行分析,并
对绛河下开采 3 号煤层进行安全评价,对该矿未来
生产具有十分重要的理论指导意义。
采煤一直是煤矿开采技术研究的重要焦点之一。 近
多边形,矿区面积 161. 205 km 2 。 批准开采 3 号煤
层,开采深度标高为 + 800 ~ + 30 m。 矿区内主要河
流———绛河,从矿区中部自西向东蜿蜒穿过,主河道
长度约 17. 65 km,压覆 3 号煤层资源量巨大。
长期以来,水体( 河流、湖泊、海洋、水库等) 下
煤的成果报道。 在厘清“ 两带” 相关概念的基础上,
and Lu’ an mining area worked out Yuwu coalmine coal No. 3 caving method maximum caving-fracture zone heights have 162. 60m,
147. 11m and 164. 13m respectively. Then using the maximum height ( 164. 3m) analyzed coal No. 3 caving-fracture zone maximum
将其定义为:指 垮 落 带 上 方 一 定 范 围 内 的 岩 层 发
水体下采煤上覆岩层变形和破坏后形成的“ 两
带” 高度对安全生产影响重大,一旦导水断裂带波
及水体,水体将成为开采工作面的直接充水水源,增
加矿井的排水压力,甚至造成淹井事故 [2] 。 因此,
生断裂,产生裂隙,且具有导水性的岩层范围。 可
1. 2 矿井水文地质
有导水性,能 使 其 范 围 内 覆 岩 层 中 的 地 下 水 流 向
矿区主要含水层有奥陶系灰岩岩溶裂隙含水
层,石炭 -二叠系灰岩( 太原组灰岩) 、砂岩裂隙含水
采空区, 这 部 分 岩 层 范 围 称 裂 缝 带; 同 时 明 确 指
层。 据抽水试验资料,除基岩风化带及第四系含水
2. 2. 1 理论公式法
《 细则》 第 87 条规定:煤层( 组) 垮落带、导水裂
隙带高度、保护层厚度可以按照《 三下规范》 中的公
式计算,但是《 三下规范》 仅给出了水体下厚煤层分
层开采导水裂缝带( 即垮裂带) 高度计算公式。 朱
潞安矿区余吾煤矿绛河下开采 3 号煤层安全评价
杨连超1 ,刘顺喜2
(1. 山西潞安环保能源开发股份有限公司,山西襄垣 046200; 2. 河南理工大学资源环境学院,河南焦作 454003)
摘 要:通过对比 3 种标准下的“ 两带” 名称及其岩层范围,明确了垮裂带概念,解决了概念混乱的问题。 利用理论
至新依次发育奥陶系马家沟组、峰峰组,石炭 - 二叠
系本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子
组、石千峰组及第四系。
2) 地质构造。 矿区总体为一走向 NNE—NS、倾
向 W 的单斜构造,地层倾角 3° ~ 13°,一般为 6°,在
76
中 国 煤 炭 地 质
此基础上发育方向比较单一的宽缓褶曲,沿倾向及
developed horizon considered that it can reach K8 , K10 sandstone aquifers in turn and once up again 68. 71m range within Shangshihezi
Formation lower member sandstone aquifer. Finally, carried out safety assessment for coal No. 3 mining under the Jianghe River, and
公式、余吾煤矿经验公式和潞安矿区经验公式计算,得出该矿放顶煤开采 3 号煤层形成的垮裂带最大高度分别为
162. 60、147. 11、164. 13 m。 采用最大高度(164. 13 m) 分析该矿 3 号煤层垮裂带最高发育层位,认为依次能够达到
K8 、K10 砂岩含水层及 K10 再向上 68. 71 m 范围内的上石盒子组下段砂岩含水层。 最后对该矿绛河下开采 3 号煤层
进行安全评价,认为在无地质构造破坏的正常地段是安全的,在地质构造破坏地段则应采取留设防隔水煤柱或注
浆加固等预防措施。
关键词:绛河下采煤;垮裂带;安全评价
中图分类号:TD745 文献标识码:A
Safety Assessment of Coal No. 3 Mining under Jianghe River in Yuwu Coalmine, Lu’ an Mining Area
Abstract:Through comparison of names of caving zone, fracture zone and their strata range under three criteria has cleared caving-
fracture zone concept, solved conception chaos between them. Through theoretical formula, empirical formulae from the Yuwu coalmine
个国家标准所定义的“ 垮落带” 、“ 导水裂缝带” 的
层,基岩风化带裂隙含水层,第四系松散层孔隙含水
层局部为中等富水性外,其他均为弱富水性。 这些
含水层之间的泥岩、砂质泥岩、铁铝质泥岩、黏土、砂
质黏土则构成层间隔水层,在不受地质构造破坏的
完整地段能够很好地阻隔含水层之间的水力联系。
2 垮裂带高度
出:在水体下采煤中,把垮落带和裂缝带合称为导
见,《 细则》 中的“ 导水裂隙带” 等同于《 三下规范》
中的“ 裂缝带” ,范围小于《 规定》 和《 三下规范》 中
的“ 导水裂缝带” 。
图 1 不同标准下的“ 两带” 名称及岩层范围
Figure 1 Names of caving zone and fracture zone and strata ranges under different criteria
治水工作者无所适从。 为了避免今后煤矿防治水领
域不再因“ 导水裂缝带” 或“ 导水裂隙带” 产生混淆,
同时鉴于垮落带和裂缝带对于煤矿防治水工作的重
要意义,本次将二者合并称之为“ 垮裂带” ,在字面
隙” ,仅强调上覆岩层的“ 垮落” 和“ 断裂” ,并将“ 垮
岩层发生垮落和断裂,产生裂隙,且具有导水性的岩
从图 1 可以直观地看出:《 三下规范》 和《 细则》
上不再 强 调 “ 导 水” , 也 不 再 纠 结 于 “ 裂 缝” 或 “ 裂
义却使用了不同的名词,对不同岩层范围的定义却
裂带” 的概念明确为“ 开采煤层上方一定范围内的
两个现行国家标准对裂缝带这一特定岩层范围的定
使用了非常相近的名词,这极易引起混淆,使煤矿防
Yang Lianchao 1 , Liu Shunxi 2
(1. Shanxi Lu’ an Environment Protection Energy Exploitation Co. Ltd. , Xiangyuan, Shanxi 046200;
2. School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454003)
定型 煤 层; 上 距 K 8 砂 岩 19. 80 ~ 37. 41 m, 平 均
31. 85 m;煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩,局部为细粒
第 32 卷
定》
2009 年 12 月 1 日 起 施 行 的 《 煤 矿 防 治 水 规
[6]
( 以下简称《 规定》 ) 定义了垮落带和导水裂缝
带( 图 1) :垮落带是指由采煤引起的上覆岩层破裂
Keywords:coal mining under Jianghe River; caving-fracture zone; safety assessment
矿的相关成果 [1,4] 。 然而,一直缺少该矿绛河下采
0 概况
该矿位于沁水煤田东段中部的潞安矿区,南北
长 18. 08 km,东西宽 10 km,为一近似菱形的不规则
并向采空区垮落的岩层范围;导水裂缝带是指开采
煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂,产生
砂岩;底板为黑色泥岩、粉砂岩;含泥岩或炭质泥岩
裂隙,且具有导水性的岩层范围。 2017 年 5 月 17
层泥岩夹矸较为稳定,厚 0. 25 m;属简单—较简单
结构煤层; 底板标高为 + 30 ~ + 800 m, 埋深 最 小 为
本次默认采厚等于煤厚。 3 号煤层上覆地层岩性为
左右特定范围内的煤厚。 当煤厚较小或较大( 比如
岩,属中硬岩石。 因此,3 号煤层厚度直接影响垮裂
煤厚 6. 02 m 时,y m = 35. 95 m,y li = 107. 55 m,垮裂带
泥岩、砂质泥岩,局部为细粒砂岩、粉砂岩,老顶为砂
带高度。 目前,垮裂带高度的计算有理论公式法和
1 矿井地质及水文地质条件
年来,相关专家学者陆续报道了
,包括潞安矿区王庄煤矿和郭庄煤
第一作者简介:杨连超(1988—) ,男,河南扶沟人,硕士,工程师,主要
从事矿井地质、矿井防治水等方面的工作。
收稿日期:2020-04-12
责任编辑:樊小舟
1) 地层。 根据钻孔揭露及地表出露情况,由老
第 32 卷 10 期
2020 年 1 0 月
中 国 煤 炭 地 质
COAL GEOLOGY OF CHINA
doi:10. 3969 / j. issn. 1674-1803. 2020. 10. 16
Vol. 32 No. 10
Oct.
2020
文章编号:1674-1803(2020)10-0075-04