带压开采措施教材

郑煤集团东坪煤矿

“带水压开采”安全技术措施

编制单位：郑煤集团东坪煤矿

编制日期：2009年9月

东坪煤矿二1煤层“带压开采”参数计算

一、概况

东坪煤矿位于郑州矿区登封煤田白坪井田浅部，处于地下水径流区，主要开采煤层为二叠系下统山西组下部的二1煤和太原组底部的一3煤层。

东坪煤矿设计矿井涌水量为100m3/h，设计最大涌水量157m3/h，水仓容量1130 m3，目前矿井涌水量100m3/h。矿井主排水系统安装了三台D155－64×6水泵三台，水泵联系排水能力为260 m3/h，排水能力满足《煤矿安全规程》要求。

（一）、地质构造

本矿区位于白坪井田东南部二1煤层露头附近，属于嵩山背斜与箕山背斜之间的颍阳～芦店向斜的南翼东段，嵩箕构造区。从煤层底板等高线图及矿区地质剖面图上可以看出，总体构造形态为一地层走向280°，倾向10°，倾角15～23°的单斜构造。区内仅在其东边界发育一条正断层（即箕F31）。在本矿的开采过程中，未遇见大的断层和褶曲，本矿区地质构造复程度杂应为简单。

（二）、水文地质条件

该矿水文地质条件中等。

影响开采的主要水源为煤层底板以下的石炭系上统太原组上部的L 7—8层石灰岩、下部的L 1—4层灰岩和∈石灰岩含水层。以上含水层均为承压含水层，其中L 7—8层灰岩为二1煤层底板含水层，距二1煤层约20m ，含水性较若，易疏干，是矿井疏放对象。L 1—4层灰岩为主要承压含水层，它与下部寒武系灰岩含水层有较密切的水力联系，距二1煤层底板平均45m 。另外，该区域二1煤层顶板大占砂岩含水层，一般含水性较弱，迳流条件差，水源不丰富，不足以对矿井构成影响。

东坪煤矿设计开采最低标高－100m ，根据登封分公司水位观测结果，目前井田内寒灰水位标高为+155.0m.。因此，东坪煤矿“带水压开采”主要针对的是L 1—4层灰岩含水层和寒武系灰岩含水层。

二、带压开采可行性计算：

1、根据斯列沙辽夫公式：

H

临=2Kp 22L t +rt （公式一） T 临=Kp

rL KpH L r L 4)8(22-+(公式二) 式中：H 临—隔水层底板的临界水压值（t/m 2）

t 临—隔水层底板的临界厚度（m ）

L —采区巷道底宽或回采工作面最大的控顶距（m ）

Kp —底板隔水层岩石的抗张强度（t/m 2

）

r—底板隔水层岩石的容重（t/m3）

H—作用于底板隔水层的水压值（t/m2）

根据以上两式算出的临界值，与矿井实际存在的水压值及隔水层厚度比较，若：

（1）、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，但实际的底板隔水层厚度大于t 临，则可认为底板稳定，一般可以正常采掘。

（2）、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，而实际的底板隔水层厚度小于t 临，则可认为底板不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施。

（3）、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，而实际的底板隔水层厚度也大于t 临，则可认为底板基本上是稳定的，但在岩石比较破碎地段，要采取安全措施。

（4）、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，而实际的底板隔水层厚度小于t临，则可认为底板极不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施。

2、突水系数计算

根据公式： ts= P/(M-C P- M I) （公式三）

式中：

ts—突水系数Mpa/m

P—隔水层底板承受的水压值(Mpa)

M、t—底板隔水层厚度（m）

Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏（m）

Mr___原始导升高度m

计算实际突水系数值与本矿区临界突水系数值ts临比较，若ts＞ts临，则工作面回采严重受水害威胁。根据《矿井水文地质规程》和郑州矿区实际生产经验，富水区或底板受构造破坏块段临界突水系数值ts临取0.06Mpa/m，正常块段ts临取0.1Mpa/m。

3、根据以上公式分别计算H临、t临、ts

根据2004年郑州矿务局地质勘探工程公司编制的《资源储量核查报告》二1煤层底板以下主要隔水层岩性为砂泥岩，结合现有井下开采实际情况，公式中主要参数分别为：

Kp—取隔水层最小平均抗张强度42.6t/m2

r—取隔水层岩石的平均容重2.60t/ m3

H—为（100+45+155）=300t/ m2

L—分别为5m和20m

M、t—底板隔水层厚度45m

Cp—采矿对底板隔水层的扰动破坏厚度15m

Mr—承压水原始导升高度5m

(一)掘进巷道

(1)当在煤层中掘进时，L取巷道宽度为5.0m，H取300t/ m2，t实=M=45m

代入公式一、公式二，经计算得：

H临=7018.2t/ m2>H实（300t/ m2 ）

t临=9.01m，实际上

（2）当在L7—8层灰岩掘进时，L取巷道宽度为5.0m，H取300t/ m2，t实=20m

代入公式计算得

H临=2195.0t/ m2>H实（300t/ m2 ）

t临=9.01m

根据斯列沙辽夫公式，符合第（1）种情况，即：巷道掘进是安全的。

（二）采煤工作面

L取工作面初步放顶距20m，H取300t/ m2 ，t实=45m,代入公式一、公式二，经计算得：

H临=548.33t/ m2>H实（300t/ m2 ）

t临=31.92m

根据斯列沙辽夫公式，符合第（1）各情况，即：工作面回采时是安全。

突水系数计算

矿井开采最低标高为－100m，P为 3.0Mpa， M=45.0m，Cp 根据经验取15m，M I取5m，代入公式(3)计算得:

t s= 0.12Mpa/ m

根据《矿井水文地质规程》，该系数大于0.1，存在突水危险。

再根据公式(3)进行反算，结果如下：

⑴当t s= 0.06Mpa/m时,经过计算开采＋50m标高以上的二1