■尹江濤 張振華 翟林安

（河南永華能源有限公司嵩山煤礦生產(chǎn)科 河南洛陽 471900）

水庫下"三軟"極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律研究

■尹江濤 張振華 翟林安

（河南永華能源有限公司嵩山煤礦生產(chǎn)科 河南洛陽 471900）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源的需求量也呈逐年上升趨勢。然而當(dāng)前在實際進(jìn)行煤礦開采過程中仍存在一定的問題，其中以嵩山煤礦井田范圍內(nèi)趙城水庫為典型代表，在實際開采前要求通過對水庫下"三軟"極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律研究，以實現(xiàn)安全采煤的目標(biāo)。本文主要以趙城水庫為例，對其水庫下上覆巖層破壞規(guī)律以及采區(qū)的布置進(jìn)行探析。

上覆巖層破壞規(guī)律開采可行性采區(qū)布置

0 前言

近年來，在能源供需日益緊張的背景下，國內(nèi)外許多產(chǎn)煤國家開始進(jìn)行海水下的采煤工作，但在分析覆巖結(jié)構(gòu)方面國外對導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育規(guī)律并未實現(xiàn)有效的研究。相比之下，我國在水體下采煤技術(shù)方面已積累較多的經(jīng)驗與數(shù)據(jù)，尤其在分析上覆巖層破壞規(guī)律方面取得較多的成果，能夠為水體下采煤工作提供重要的參考依據(jù)。因此對水庫下“三軟”極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律研究具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)采礦的的基本條件分析

以嵩山井田范圍的采礦工作為例，在實際研究區(qū)域采煤是否具備可行性與安全性過程中，要求對區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行分析。該地區(qū)的含煤地層在特點上主要表現(xiàn)為多煤組多煤層地區(qū)，而從其中的煤質(zhì)性質(zhì)特點分析，更適用于動力與民用煤方面。在水文地質(zhì)方面，該區(qū)域內(nèi)不存在大地表水體，通過對井下水文地質(zhì)的觀測發(fā)現(xiàn)，通過引入一定的壩體維護(hù)加固技術(shù)可有效防止壩體事故的發(fā)生。因此該地區(qū)的采礦工作已具備一定的基礎(chǔ)條件。但需注意，由于采礦工作主要針對趙城水庫水體下，需做好煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律的分析[1]。

2 水庫下“三軟”極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律具體分析

2.1 上覆巖層破壞高度計算分析

通常對導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育高度以及上覆巖層的破壞形態(tài)能夠產(chǎn)生影響因素包括很弱如上覆巖層自身的結(jié)構(gòu)特點或力學(xué)性質(zhì)以及實際采煤過程中的應(yīng)用方式等。但在采煤方式確定并完成對煤層埋藏條件分析后，覆巖破壞高度主要取決于其自身的結(jié)構(gòu)特點與力學(xué)性質(zhì)。若其為塑性巖層，開采過程中覆巖發(fā)生斷裂的概率較小但容易出現(xiàn)下沉情況；若其為脆性層巖，開采過程中則易出現(xiàn)斷裂情況，破壞的高度則比較明顯。

2.2 覆巖的類型分析

以趙城水庫地質(zhì)特征以及鉆孔資料為根據(jù)，可判斷區(qū)域巖層在組成部分上主要包括粉砂巖、粒砂巖、泥巖以及砂質(zhì)泥巖等。在通過分析煤層底板隔水層的厚度能夠判斷，表土層的厚度會隨水庫深度的增加而減少，表層土含水量呈下降趨勢，說明進(jìn)行深水處的井下開采具備一定的安全性。但隔水層隨基巖厚度的增加將逐漸增厚，使阻隔水庫水下滲能力增加。同時，從水層厚度變化趨勢方面，可判斷總體水量較少，即使在含水層處存在裂隙帶，但頂板涌水量分析中也使此處水量考慮其中，說明含水層雖然為間接水源，但不會對實際的開采產(chǎn)生涌水危險。

2.3 對覆巖破壞高度的具體確定

覆巖破壞高度很大程度上受地質(zhì)采礦條件影響，所以無法通過具體的表達(dá)式對其破壞高度進(jìn)行計算。因此根據(jù)區(qū)域地質(zhì)特征，可進(jìn)行開采過程中的導(dǎo)水裂縫帶高度與垮落帶的相關(guān)計算，但需注意在計算過程中應(yīng)將巖性表現(xiàn)為軟弱與中硬兩種狀態(tài)時的情況進(jìn)行分析。具體計算表格如下：

計算點號煤層標(biāo)高（m）煤層厚度（m）垮落帶高度Hm（m） 導(dǎo)水裂縫帶高度Hli(m)導(dǎo)水裂縫帶最大標(biāo)高（m）軟弱 中硬 軟弱 中硬 軟弱 中硬1 -90 3.8 8.34 12.51 26.65 48.96 -59.55 -37.24 2 -125 3.6 8.13 10.91 26.28 47.95 -95.12 -73.45 3 -161 4.2 8.74 13.04 27.31 50.99 -129.49 -105.81 4 -182 4.8 9.27 13.75 28.14 53.82 -149.06 -123.38

2.4 對計算結(jié)果的分析

通過對覆巖高度破壞的計算結(jié)果可知，煤層進(jìn)行開采時，在采空區(qū)范圍內(nèi)可發(fā)現(xiàn)垮落帶的邊界，而導(dǎo)水裂縫帶則在其外。二者在分布形式上呈現(xiàn)出馬鞍狀態(tài)，其中處于采空區(qū)上部的為導(dǎo)水裂縫帶，而該采取的上覆巖層所表現(xiàn)的破壞空間形態(tài)與一般規(guī)律相吻合，即使導(dǎo)水裂縫帶不斷發(fā)育，也不會對水體趙城水庫造成影響，而且不會出現(xiàn)礦井水災(zāi)的通道。但需注意實際分析水庫下“三軟”極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律時，對其中的導(dǎo)水裂縫帶的確定可采取實際的探測方式以及經(jīng)驗公式的計算方法，能夠判斷覆巖結(jié)構(gòu)的類型與導(dǎo)水裂縫帶的高度[2]。

3 采區(qū)的具體布置分析

根據(jù)水庫下“三軟”極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律研究及該礦井煤層的相關(guān)開采技術(shù)條件等因素，對趙城水庫采區(qū)首先進(jìn)行巷道布置并注重采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)置的合理性。而為提高回采率，也可利用綜合機(jī)械化采煤工藝，對頂板管理引入全部垮落的方式，具體實施過程中需利用采煤機(jī)割煤、裝煤以及并通過刮板運輸機(jī)完成運煤過程。但此時的工作面回采率應(yīng)符合規(guī)定要求，避免留底煤回采，而且對生產(chǎn)中每次循環(huán)過程都應(yīng)做好浮煤的清理工作[3]。

4 結(jié)論

能源問題已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。為使水庫下采煤工作不會對地表水庫以及周邊環(huán)境造成影響，需充分考慮水庫下“三軟”極不穩(wěn)定煤層工作面上覆巖層破壞規(guī)律，在此基礎(chǔ)上使采煤效率得以提高，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供能源保障。

[1]朱衍利.杜家村礦大傾角松軟煤層綜放開采礦壓特征與圍巖控制 [D].中國礦業(yè)大學(xué) (北京),2012.

[2]黃春光.大傾角"三軟"不穩(wěn)定厚煤層放頂煤開采礦壓規(guī)律研究 [D].河南理工大學(xué),2010.

[3]楊歲寒."兩軟一硬"不穩(wěn)定煤層綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及控制技術(shù)研究 [D].河南理工大學(xué),2011.

X752[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-372-1

尹江濤（1989～），男，2011年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，助理工程師，研究方向為煤礦地質(zhì)防治水技術(shù)管理。