带压开采分区划分方法的研究与探讨

水断 层、 导 水断 层、 阻 水断 层、 储水 断 层及 无 水断 层。 调 查显 示, 不少 的 突水 事故 是在 采 掘过 程 中揭 露到 断 层所 引发 的。 即 使是 非导 水断 层 , 在 采场 矿 山压 力 的 作 用下 , 也 有 可 能 使断 层 “活 化 ”, 使 非
本溪 组底 部铝 土 岩缺 失 或破 碎 , 使 部 分地 段 本溪 组 上部 石灰 岩与 奥 灰对 接 时, 岩 溶水 就 有可 能 沿断 裂 及其 破碎 带导 入 本溪 组 灰岩 中 , 导 升 高度 就 不能 再 取为 零, 需要 根 据当 地 水文 资 料及 综 合临 近 一些 矿
L 24
+0.00 9
1 H+0.044
8α-
0.311
3F,
式 中 : h1 为 底板 矿 压 破 坏 深 度 , m; L 为 工 作 面 的
倾 斜长 度, m; H 为煤 层开采 深度 , m; α为煤 层倾
角 , rad; F 为 底板 岩层 的坚 固系 数。
根 据上 式计 算 出突 水系 数后 , 就可wk.baidu.com以根 据 突水
数 按以 下加 权平均 式计 算:
KCP=
K1M1+K2M2+…+KnMn M1+M2+…+Mn
,
式 中 : K1, K2… Kn 为 剖 面 上 各 段 ( 层 ) 的 渗 透 系
数 ; M1, M2…Mn 为剖 面上 各段 ( 层 ) 的 厚度 。
2) 当 岩 层 在 平 面的 透 水 性 不 均 一时 , 渗 透 系
数 按如 下加 权平均 式计 算:
KCP=
K1M1+K2M2+…+KnMn M1+M2+…+Mn
,
式中 : F1, F2… Fn 相 应 于 K1, K2…Kn 各 段 渗 透系 数 的分 布面 积 ( 水平 投影 ) 。
具体 采用 哪 种计 算 方法 , 需要 根 据矿 区 的实 际 情况 来确 定 , 得 出计 算 结果 后 , 结 合 经验 数 值就 可 以对 带压 开采 区域 进行 分区 划分。 2 西峪 煤矿 二水 平带 压开 采区 域的 分区 划分
西 峪煤 矿 二 水 平 是 西 峪 煤 矿 平 峒 的 接 替水 平 , 水 平标 高 为 650 m, 开采 深 度 低 于 700 m 标高 , 开 采的 最 低标 高 在 430 m 左右 , 而奥 陶 系峰 峰 组岩 溶 水水 位标 高为 803 m, 最大 承压 水头 为 4.3 MPa。目 前, 二 水平 已全 面进 入 带压 开 采阶 段 , 对 带 压开 采 分区 进行 科 学的 划分 对 于安 全 生产 具 有重 要 的指 导 意义 。
柱能 否导 致 突水 的因 素 比较 复杂 , 受 到 陷落 柱岩 块
量指 标。 突水 系 数的 大 小取 决 于煤 层 底板 所 承受 的 水压 力, 就华 北 型岩 溶 间接 底 板突 水 矿井 而 言, 即 为峰峰组岩溶 含水层之水对煤 层底板产生 的水压
的 混 杂 胶 结 程 度 、 陷 落 柱 发 育 的 高 度 及 发 生 的 时 力, 可通 过水 头 标高 与 煤层 底 板标 高 之差 求 得。 此
水是 生命 之 源, 但对 于煤 矿 生产 而言 , 水也 是 发突 水事 故 的一 个重 要 诱因 。 既然 断 裂构 造 极 有可
严重 威胁 煤 矿安 全生 产 的隐 形杀 手之 一 。自 从 人类 能诱 发突 水 事故 , 那 么 , 我 们 就可 以 把它 作 为带 压
从 事 煤 炭 开 采 活 动 以 来 , 大 大 小 小 的 煤 矿 突 水 事 开采 的一 个分 区 指标 进 行区 域 划分 。 根据 断 层断 裂
定 性 的 影 响 程 度 , 将断 裂 构 造 划 分 为 简 单 、中 等 、 复杂 等不 同 的等 级, 然 后以 此 为依 据 , 按 不 同等 级 断裂 构造 引发 突 水事 故 可能 性 的大 小 , 将 带 压开 采
开采 的矿 井 进行 带压 开 采分 区划 分, 对 于促 进煤 矿 区域 划分 为不 同 的分 区 , 从 而 对采 掘 生产 起 到一 定
的 增长 关系 所 建立 的比 拟式 进 行带 压开 采 分区 划分
的 方 法 。 若 已知 KP 值后 , 预 计 探 明 条 件, 开 采 量 为 P′的 设计 矿井 的涌 水量 Q′, 即 Q′=KPP′。
现 实作 业中 , 不同 矿井 , 甚 至 同一 矿井 不 同时
期 的 KP 值 变 化 往 往 很大 , 其 原 因 是 它 与自 然 条 件 ( 地质 、 水 文地 质 ) 和 人 为 因素 ( 开 采 方 法 、开 采
而且 不同 的 井田 中, 陷 落柱 的分 布、 数 量也 大 相径 庭, 所以 , 本文 只讨 论 按断 裂构 造 ( 即 断层 发育 程 度) 对井 田进 行的 带压 开采 分区。
岩柱厚度可依 据矿区范围内钻 孔资料获得 , 未见 O2f 的 钻 孔 可 以 按 隔 水 岩 柱等 厚 线 图 用 内 插 法 求 取 隔水 岩柱 厚 度。 岩溶 水 的导 升 高度 , 主要 依 据两 种
安全 生产 , 有效 预防 矿 井突 水事 故的 发 生具 有 重要 的指 导作用 。
的现 实指 导意 义。 1 带压 开采 区域 划分 的指 标
1.2 根 据突 水系 数分 区 突水 系数 是 表征 矿 井突 水 可能 性 大小 的 一个 数
1.1 根据 地质 构造的 发育 程度 分区 通常 , 地 质 构造 分为 陷落 柱 和断 层, 但 是陷 落
Ⅲ
Ⅲ
注: Ts 为突水系数; K 为渗透系数; Ⅰ为带压开采安全 开采区域 ; Ⅱ为 带压开采相 对安全开采 区域 ; Ⅲ 为带压开 采危 险 区 域 。
根据 多年 来 的生 产 实践 , 已基 本 验证 了 上述 划
分的 正确 性 、科 学性 , 特别 是 对正 在 采掘 中 的上 组
煤而 言, 这 种划 分方 法 是相 当 准确 的 。无 疑 , 这 将
强 度等 ) 的 变 化有 关。 为了 使 预计 的结 果 尽可 能接
近 客观 实际 , 生产 实践 中常 常 采取 其他 的 富水 系数
进 行预 计:
KF=Q/F ; KV=Q/V; KL=Q/L。 其 中, F , V, L 为 采空 面积 、 采空 体积 、 巷道
长 度; KF, KV, KL 为 采空 面积 富水 系数 、 采空 体积 富 水系 数、 巷道 长度富 水系 数。
按照 《煤 矿 防治 水 工作 条 例》 相 关规 定 , 结 合 西峪 煤 矿实 际情 况, 根 据第 一 水文 队 施工 资 料及 井 陉、 邯郸 各 矿的 测试 资 料, 综 合各 种 划分 方 法, 对 带压 开采 区域 进行 如下 划分 , 见表 1。
表 1 太原西峪煤矿带压开采分区划分表
及 矿 井水 文地 质[M].北 京:煤 炭工 业 出版 社,1985:216-
241 .
( 责任编辑 张 璇)
划分指标 突水系数分区 Ts / ( MPa/ m)
断裂发育 简单区
< 0.06 0.06< Ts<0.10
> 0.10
渗透系数分区 K
/ ( m/ d)
<1
10> K> 1 >10
Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ ( Ⅱ)
Ⅱ
Ⅲ
Ⅱ ( Ⅲ)
Ⅲ
Ⅲ
断裂发育
< 0.04
Ⅰ
复杂区 0.04< Ts<0.06
Ⅱ
> 0.06
Ⅲ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅲ
Ⅲ
故 , 不 仅 给 国 家 和 人 民 的 生 命 财 产 造 成 了 巨 大 损 结构 面的 特征 、 规模 、 发育 程 度及 其 对井 巷 围岩 稳
失, 而且 由 此带 来的 社 会问 题更 是有 悖 于构 建 和谐 社会 这 一时 代主 题。 尤 其是 对于 存 在带 压开 采 的矿 井, 突水 的 危险 性就 更 为严 重, 如何 科 学地 对带 压
结 合矿 井实 际 情况 , 即 可得 出 富水 系数 的 一个
度 量 值 , 然 后 根据 经 验 数 值 , 就 可 以 进 行 带 压 开
采 分区 的划 分了。
1.3.2 渗透 系数 法
渗 透系 数法 是 应用 地下 水动 力 学进 行井 巷 涌水
量预测, 从而对 带压开采区域采取 分区划分的方
对促 进 西峪 煤矿 的安 全 生产 、 有效 预 防水 害 事故 起
到一 定的 指导 作用 。
3 结束 语
科学 合理 地 对带 压 开采 区 域进 行 分区 划 分, 对
有效 预 防矿 井突 水事 故 可以 起 到事 半 功倍 的 良好 效
果。 具体 到 某个 矿井 采 用哪 一 种方 法 更为 合 理, 则
业于山西矿业学院, 工程师。
层 倾 角等 因素 有 关, 但 目前 国 内尚 无 统一 规 定来 计 算, 一般 采用 多 元非 线 性回 归 分析 法 所导 出 的经 验 公式 来确定 :
·66·
太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
应 用技术
h1=7.929ln
导水 断层 转 化为 导水 断 层。 这就 表明 断 裂构 造 是引 井的 测试 资料 来 确定 。 底板 破 坏深 度 的大 小 主要 与
工作 面的 斜长 、 底板 岩 性及 其 结合 状 况、 采 深和 煤
收稿日期: 2008- 01- 10; 修回日期: 2008- 02- 14 作者简介: 王奇生( 1967- ) , 男, 山西交口人。1991 年 7 月毕
系 数的 不同 区间值 对带 压开 采区 域进 行分 区划 分。
1.3 根据 富水 性分 区
1.3.1 富水 系数 法
富 水系 数法 是 指同 一时 期 ( 通 常为 1 年 ) 矿井
的 排 水 量 Q ( t ) 与 开 采 量 P ( t ) 之 比 : KP=Q/P。 富 水系 数法 是 根据 矿井 生产 量 与排 ( 涌 ) 水 量 之间
要根 据 该矿 井的 实际 地 质水 文 条件 而 定。 对 存在 带
压开 采的 井 田进 行科 学 合理 的 分区 划 分有 利 于提 高
矿井 安全 生 产系 数, 有 效避 免 突水 事 故的 发 生, 值
得我 们在 实践 中不 断分 析总 结。
参 考 文 献:
[1] 淮南煤炭学院,焦作矿业学院,中国矿业学院,等.矿井地质
间、 活动 性 、柱 体与 围 岩接 触的 特点 、 间接 底 板岩 外, 突水 系数 的 大小 还 与隔 水 岩柱 的 厚度 、 岩溶 水
溶 水的 水 头 值及 岩 溶 水 的 富 水性 等 多 种 因 素 影 响,
的导 升 高 度 、 矿 压对 底 板 破 坏 的 深 度 有 关 [1]。 隔 水
法 。但 地下 水 动力 学公 式是 基 于岩 层各 向 性、 均质
的 条件 下导 出 的, 这就 使得 实 际中 复杂 多 变的 地质
体 很 难符 合 上 述 条件 , 在 进 行 井巷 涌 水 量 计 算 时 ,
通 常采 用加 权平均 值的 算法 。
1) 当 岩 层 在 剖 面上 透 水 性 不 均 一时 , 渗 透 系
一般 而言 , 断层 的形 成是 先 从节 理开 始 的, 节 理继 续发 展 , 促 使岩 层 沿节 理密 集带 产 生位 移, 从
情况 获 得 : 一 种 是 当 O2f 顶面 存 在 具 有 较 为明 显 隔 水作 用的 铝土 岩 时, 一 般在 天 然状 态 下不 会 有岩 溶
而形 成断 层 。按 照水 文 地质 特点 , 断 层 可以 分为 富 水导 升, 此时 导 升高 度 为零 ; 另一 种 是在 破 碎地 段
应用技术
太 原 科 技 2008 年 第 4 期 T AIYU AN S C I- T E CH
文章编号: 1006- 4877( 2008) 04- 0066- 02
带压开采分区划分方法的研究与探讨
王奇生, 郭 森
( 太原西峪煤矿, 山西 太原 030021)
摘 要: 以促进安全生 产、有效预防矿井突 水事故为目的, 叙 述了对带压开采矿 井进行分区划 分的 依据与方法。结合西峪煤矿二水平带压开采分区的划分及多年来对采掘 生产的现实指导意义, 验证 了 划 分 方 法 的 合理 性 、 科 学 性 。 关键词: 突水事故; 带压开采分区; 划分; 研究与探讨 中图分类号: TD82 文献标志码: A