安全管理论文水库下采煤的安全性分析.doc

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1、此材料由网络搜集而来，如有侵权请告知上传者立即删除。材料共分享，我们负责传递知识。平安治理论文水库下采煤的平安性分析摘要： 水库下采煤一方面要确保煤矿井下平安，同时还要保护地表水资源和水库坝体的平安。按照水体下采煤的技术理论，在现场调研的根底上，结合煤矿详细的地质采矿条件，进展了上覆岩层破坏高度的计算、地表挪动和变形的可能，从而对水库水体下采煤的平安性进展分析、评价和论证。结果说明：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，即导水裂缝带不会涉及到地表水水库。同时,按照地表挪动和变形可能结果,分析了各工作面开采对水库坝体的阻碍。最后提出了相应的技术措

2、施，确保水库下平安采煤。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展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展了海下采煤;美国则特别注重长壁开采对地表河流甚至小溪的阻碍。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特别大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历 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，已平

3、安采出超过 2 亿 t 煤炭，如我国已在淮河堤下采煤获得了宏大成功 5 ,龙口矿区已经成功地进展海底下采煤等。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平安采煤。按照地质采矿条件及开采方案设计，进展综合计算、分析和评价，可以为实现水体下平安采煤提供技术保证。因此，正确评价和分析水体下采煤的平安性，实现水体下的平安采煤，关于确保煤矿平安消费，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，该水库是阻碍 26 扩大区平安开采的主要水体。

4、水库下采煤一方面要确保煤矿井下平安同时还要保护地表水资源。为确保在此水体下平安采煤，采前必须对水库下采煤的平安性进展分析研究，以便按照实际情况采取相应的技术措施。本文在搜集现场地质采矿材料和有关观测材料的根底上，结合米村煤矿详细的地质采矿条件，对水库水体下采煤的平安性进展了研究和论证。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2001 050 m，倾向长340590 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

5、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 1.712. 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间隔水库和坝体较远，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，采纳放顶煤采煤法。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

6、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1718 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 2030 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 4550。 坝体上外表为柏油路面，路面标高约为 + 278 m。 2水库下采煤平安性分析2.1上覆岩层破坏高度的计算分析阻碍上覆岩层破坏形态和导水裂缝带发育最大高度的要素特别多，如上覆岩层的力学性质及

7、构造特征、采煤方法和顶板治理方法、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构造特征与覆岩的破坏高度亲切相关。假设采区上覆岩层为脆性岩层，受开采阻碍后容易断裂，因此覆岩破坏高度大。如覆岩为塑性岩层，受开采阻碍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，按照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 覆岩类型分析按照 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

8、.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展计算。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。因此计算采纳经历公式。按照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展计算，计算公式见表 2。采纳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峻，因此为了平安起见，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2.1. 3 计算结果及分析按上述计算公式对水库下附近区域的计算点进展了计算，给出了垮落带高度、导水裂缝带

9、高度以及导水裂缝带最大标高，计算结果见表 3。表 3 覆岩破坏高度计算关于缓倾斜煤层，开采以后垮落带的边界位于采空区边界范围以内，导水裂缝带的边界位于采空区边界范围以外。 垮落带和导水裂缝带均呈马鞍形，导水裂缝带的最高点位于采空区倾斜方向的上部。本采区开采后上覆岩层的破坏空间形态符合一般规律。按照水库附近钻孔柱状图，基岩顶部标高约为 + 188 m，而导水裂缝带发育的最大标高与基岩顶部边界之间的基岩岩柱厚度均在 200 m 以上，再加上约 55 m 厚的第四系砂质黏土的隔水作用，导水裂缝带是不会涉及地表上的水体 宋沟水库，即导水裂缝带不会构成矿井水灾的通道。26 扩大区开采范围及开采上限已经确

10、定，为了验证开采上限的可行性及合理性，进一步分析防水平安煤岩柱及其平安系数，在防水平安煤岩柱计算过程中，对覆岩按 “中硬” 和 “软弱” 两品种型进展计算。各计算点防水平安煤岩柱尺寸及平安系数如表 3 所示。从表中结果可知，各计算点的平安系数最小为2.22，即各点的防水平安煤岩柱尺寸均远小于基岩岩柱尺寸，导水裂缝带未涉及水库水体。因此 26 扩大区各工作面在开采上限以下采煤从导水裂缝带分析是平安的。但是，除导水裂缝带，煤矿顶板水害的导水通道还可能有不良封闭钻孔、上通式导水陷落柱、岩溶塌落洞、导水断层与裂隙等。如由构造断裂构成的断层破裂带，往往具有较好的透水性，会构成充水的良好通道 11 。因此

11、，在位于水库下部的工作面采掘过程中，必须制定专项矿井水害防治技术措施，加强各工作面工程地质构造的研究、探测工作，并进展水文观测、水文地质综合勘探工作。2.2地表挪动和变形及其阻碍分析2. 2. 1下沉的阻碍分析不均匀的下沉有可能阻碍水库坝体的平安使用，为此进展了地表挪动和变形可能12-16 。按照可能结果，进展了如下计算：设水库的总面积为 S，平均水深为 h，发生沉降的面积为 S1，平均下沉值为h1，坝体下沉值 h坝 。则开采后,水库水位下降 h2 为h2 = S1 h1 / S. (1)开采后水位相关于坝顶上升的高度 h相为h相 = h坝- h2. (2)按照调查，开采之前坝顶距水面高差为

12、3.5m，按设计开采顺序，各工作面开采以后，水库水面与坝顶高差相对变化值 h相 和绝对高差 h绝见表 4所示。其中在开采 26071 工作面后水库水面与坝顶的间隔最小。由于坝体沉陷以后水库水面与坝顶的间隔较小，应采取一定措施，如加高加宽坝体、最大限度地降低坝体溢水口的标高进展疏放水等。表 4 各工作面开采后坝顶与水面高差2. 2. 2 水平变形的阻碍按照规定10 ：有溢水口的坝体，同意的拉伸变形为 6 mm/ m，极限拉伸变形为 9 mm/ m。按照可能结果工作面开采后，坝体承受的最大拉伸变形值为 5.74 mm/ m，小于同意的拉伸变形值。 因此，按照原设计进展开采是可行的，但须采取铺设土工

13、膜防渗层以及裂缝灌浆法加固等技术措施。1) 铺设土工膜防渗层：土坝坝体裂缝是一种较常见的病害现象,裂缝中的渗流引起了管涌危害或破坏坝体，尤其横向裂缝最危险。水库坝体由于遭到采动阻碍，造成坝体不均匀沉降，坝体会出现裂缝，因此坝体迎水坡要铺设土工膜防渗层。2) 裂缝灌浆法加固：结合煤矿实际情况，确定在开采过程中采取裂缝灌浆法对坝体进展维护和加固。灌浆法是利用压力使浆液通过管道钻孔注入裂缝内，浆液在压力作用下析水后密实、胶结，堵塞裂缝，到达加固防渗之目的。 2.3 工程类比分析表 5 是我国部分水体下开采厚煤层的实例，表中所列为开采煤层厚度大于或等于 5. 0 m，其采深采厚比一般在 10 上下，采

14、后矿井涌水量无明显变化，这至少说明在表列条件下，水体对矿井开采没有构成威胁。 26 扩大区中西部采深采厚比到达 6786，且第四系松散层厚度较大，类比结果进一步说明 26 扩大区在宋沟水库下进展采煤是可行的。表 5 水体下厚煤层采煤实例3结论1) 在现场调研、搜集地质采矿材料的根底上，按照水体下采煤的技术理论，结合详细的地质采矿条件，通过上覆岩层破坏高度的计算、地表挪动和变形的分析，对水库水体下采煤的平安性进展分析、评价和论证，为实现水库下平安采煤提供技术保证。这关于确保煤矿平安消费，提高煤炭资源采出率，保护地表水资源和水库坝堤的平安等具有重要意义。2) 分析计算结果说明：本采区开采后上覆岩层

15、的破坏空间形态符合一般规律。导水裂缝带发育的最大标高与基岩顶部边界之间的基岩岩柱厚度均在 200 m以上，再加上大约 55 m 厚的第四系砂质黏土的隔水作用,导水裂缝带是不会涉及到地表水体(宋沟水库) 。各计算点的平安系数均在 2.22以上，可以保证各工作面平安地开采。3) 鉴于坝体沉陷后水库水面与坝顶间隔较小(采前坝顶距水面高差为 3.5 m 时，采后为 1. 854m)，为确保水库下平安采煤，按照实际情况，提出了降低坝体溢水口标高，坝体裂缝的防治措施(铺设土工膜防渗层、灌浆法加固)等技术措施，确保坝体的平安运转。参考文献：1 何国清 ,杨伦 ,凌赓娣 ,等. 矿山开采沉陷学M . 徐州:中

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