水库下采煤的安全性分析正式版

In the schedule of the activity, the time and the progress of the completion of the project content are described in detail to make the progress consistent with the plan.水库下采煤的安全性分析

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水库下采煤的安全性分析正式版

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摘要：水库下采煤一方面要确保煤矿井下安全，同时还要保护地表水资源和水库坝体的安全。根据水体下采煤的技术理论，在现场调研的基础上，结合煤矿具体的地质采矿条件，进行了上覆岩层破坏高度的计算、地表移动和变形的预计，从而对水库水体下采煤的安全性进行分析、评价和论证。结果表明：各工作面开采以后，上覆岩层中导水裂缝带发育的最大标高与基岩顶部边界之间有较厚的基岩岩柱，即导水裂缝带不会波及到地表水水库。同时,根据地表移动和变形预计结果,

分析了各工作面开采对水库坝体的影响。最后提出了相应的技术措施，确保水库下安全采煤。

关键词：水库; 堤坝; 水体下采煤; 采动损害

国内外水体下采煤已有 100 多年的历史，各主要产煤国家在海下、河流下、湖泊下、含水的松散层和含水的岩层下、人工修建的蓄水工业建筑物下、充水的巷道与采场下进行了大量的试验开采工作。英国、日本、加拿大、智利和澳大利亚还成功地进行了海下采煤;美国则非常重视长壁开采对地表河流甚至小溪的影响。我国煤炭资源分布广，不仅平原地区、丘陵和山区的地下蕴藏着丰富的煤炭资源，而且各

类水体下压煤量也很大[1-2 ]。长期以来，我国积累了丰富的水体下、湖泊下及河下的采煤经验[ 3-4 ],水体下采煤技术已处于领先地位。据统计我国在各类水体下，已安全采出超过 2 亿 t 煤炭，如我国已在淮河堤下采煤取得了巨大成功

[ 5 ],龙口矿区已经成功地进行海底下采煤等。

水体下采煤技术是涉及到采矿、地质、岩石力学等多学科领域[6-7 ]。研究水体下采煤技术的目的是实现水体下的安全采煤。根据地质采矿条件及开采方案设计，进行综合计算、分析和评价，可以为实现水体下安全采煤提供技术保证。因此，正确评价和分析水体下采煤的安全

性，实现水体下的安全采煤，对于确保煤矿安全生产，提高煤炭资源采出率缓解矿井采掘接替紧张的矛盾、保护地表水和地下水资源等都具有十分重要的现实意义。

郑州煤电(集团)公司米村煤矿 26 扩大区地表有一水库，该水库是影响 26 扩大区安全开采的主要水体。水库下采煤一方面要确保煤矿井下安全同时还要保护地表水资源。为确保在此水体下安全采煤，采前必须对水库下采煤的安全性进行分析研究，以便根据实际情况采取相应的技术措施。本文在收集现场地质采矿资料和有关观测资料的基础上，结合米村煤矿具体的地质采矿条件，对水库水体下采煤的安全性进行了研究和论证。

1 地质采矿条件及水库情况

1.1 地质采矿条件

米村煤矿 26 扩大区地面标高为 + 272.5～ +280.6 m。走向长200～1 050 m，倾向长340～590 m地质储量约2. 58 Mt，可采储量约 2.19 Mt 。该采区地面西北高,东南低,沟谷发育,黄土覆盖层较厚。采区整体为一单斜构造,无大的断裂构造,地质条件简单。含煤地层为石炭纪、二迭系含煤岩系。开采煤层为二1 煤,上限标高– 20.0 m，下限标高– 118.0 m，煤层厚度为 1.7～12. 31 m，平均为6. 25 m，倾角为8° ～12°。上覆岩层主要由中、细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩,泥岩等岩层组成，煤层顶底板的赋存情况见表 1。

表 1 顶底板岩性特征

采区已开采工作面距离水库和坝体较远，待开采工作面分别为26071，260071，260061，260051 和260041 等,坝体位于260071，260061 工作面之上，目前正在开采 26071 工作面，采用放顶煤采煤法。开采方案布置平面图见图 1。

1.2 水库情况

26 扩大区地表除村庄以外，有宋沟水库及其坝体。水库位于 26 扩大区的中西部。据现场调查，该水库水面标高约为 + 274.5 m，该水库最深处约有17～18 m，其深度边界为水体的底界面，最低标高约为

+ 256.5～ + 257.5 m。宋沟水库属季节性蓄水，水库面积约 3. 2 万 m2,蓄水量约 20～30 万m3,该水库的水源主要为煤矿的井下排水和大气降水。水库蓄水的坝体由料石砌和黄土堆积而成，迎水面边坡角约为45°～50°。坝体上表面为柏油路面，路面标高约为 + 278 m。2水库下采煤安全性分析

2.1上覆岩层破坏高度的计算分析

影响上覆岩层破坏形态和导水裂缝带发育最大高度的因素很多，如上覆岩层的力学性质及结构特征、采煤方法和顶板管理方法、煤层倾角、煤层厚度及开采强度等[8-9 ]。当煤层埋藏条件和采煤方法确定后，则覆岩的力学性质及结构特征与覆

岩的破坏高度密切相关。如果采区上覆岩层为脆性岩层，受开采影响后容易断裂，所以覆岩破坏高度大。如覆岩为塑性岩层，受开采影响后不易断裂但容易下沉，能使冒落岩块充分压实，最终表现为覆岩破坏高度降低。因此，根据覆岩岩层的强度特征及煤层开采厚度来确定覆岩破坏高度。

2.1. 1 覆岩类型分析

根据 26 扩大区内水库附近钻孔柱状图，煤层上覆岩层主要由中、细粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，泥岩等岩层互层组成。经统计分析可知：砂岩、粉砂岩、泥岩所占体积比大约为

0.31 ∶0.06 ∶0.63，计算确定覆岩岩性

属软弱偏中硬型。因此，按软弱和中硬两种岩性分别进行计算。

2.1.2 覆岩破坏高度计算公式

覆岩破坏高度与许多地质采矿条件有关，但目前尚无统一的多元相关的表达式。因此计算采用经验公式。根据分析的覆岩岩性及煤层埋藏条件，按文献[ 10 ]给出的缓倾斜条件下厚煤层开采时的垮落带和导水裂缝带高度的计算公式进行计算，计算公式见表 2。

采用放顶煤一次采全高时，上覆岩层破坏高度与分层开采相比较为严重，因此为了安全起见，覆岩破坏高度取较大值。公式后± 取 +号。

表 2 覆岩破坏高度计算公式