李 陽，劉春平，孫明聰，王景麗，陶 威

(1.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069;2.淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集煤礦，安徽 淮南232001)

防水煤柱留設(shè)是礦井防治水工作的重要內(nèi)容之一，對(duì)較大斷層留設(shè)合理的防水煤巖柱是我國各礦區(qū)最普遍應(yīng)用的方法，亦是防止斷層突水最有效的方法之一[1]。對(duì)與強(qiáng)含水層連通的導(dǎo)水?dāng)鄬?，必須按?guī)定留設(shè)合理防隔水煤柱。在同一礦區(qū)內(nèi)，一般采用一個(gè)既定的經(jīng)驗(yàn)值[2]。但由于個(gè)別礦井地質(zhì)條件的特殊性，導(dǎo)致該礦井防水煤柱留設(shè)寬度過大，造成嚴(yán)重的壓煤[3－5]。根據(jù)朱集礦北邊界斷層帶的導(dǎo)水性和附近水文地質(zhì)特征，探討以F29斷層為邊界的1111(1)工作面的防水煤柱寬度。

1 1111(1)工作面北邊界F29斷層導(dǎo)水性及水源分析

1111(1 )工作面為淮南朱集煤礦東一采區(qū)第一水平第一個(gè)工作面，為﹣906水平，首采11－2煤層，煤厚平均1.4m，煤層傾角3°(傾角很小，計(jì)算防水煤柱時(shí)可不考慮)。1111(1)工作面北邊界12－7、12－6孔附近水文地質(zhì)條件復(fù)雜，附近有明龍山斷層、F201、F28、F29等斷層組形成斷層構(gòu)造帶。上覆厚度巨大的砂礫紅層，紅層水可以經(jīng)過不整合剝蝕面對(duì)煤系砂巖含水層進(jìn)行側(cè)向補(bǔ)給，亦有明龍山斷層上盤的寒武系灰?guī)r水。下部太原組灰?guī)r埋深在﹣1 200m左右，對(duì)第一開采水平水頭壓力為3 MPa，因此，此處構(gòu)造帶可能形成匯水富集帶，在留設(shè)邊界斷層煤柱時(shí)，不僅要考慮斷層煤柱，同時(shí)要注意突水危險(xiǎn)。其中F29斷層，落差35m，傾角70°，斷層切割上下含水層，為導(dǎo)水正斷層，工作面所采煤層位于F29斷層上盤。F29斷層斷煤交線與1111(1)工作面如圖1所示。朱集礦以F29斷層為邊界的工作面，都需要合理留設(shè)一定的煤巖柱。

2 F29斷層上盤防水煤柱的計(jì)算

根據(jù)《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》規(guī)定的計(jì)算方法，斷層上盤防隔水煤柱的留設(shè)防隔水煤柱的留設(shè)原則則需考慮兩個(gè)方向上的壓力，一是斷層水在順煤層方向上的壓力，二是煤層底部隔水層能否抗住下部含水層[3－6]。

2.1 考慮斷層水在順煤層方向上壓力煤柱留設(shè)計(jì)算

其計(jì)算模型如圖2所示:

圖1 F29斷層斷煤交線與采煤工作面位置平面示意圖

圖2 F29斷層水順煤層方向上壓力煤柱留設(shè)計(jì)算模型

計(jì)算公式如下:

式中:L為煤柱留設(shè)的寬度(m)，L≥20m;K為安全系數(shù)，一般取2～5;M為煤層厚度或采高(m);P為水頭壓力(kg/cm2);Kp為煤的抗張強(qiáng)度(kg/cm2)。

朱集礦1111(1)工作面，所采之煤層為11－2煤層，煤厚平均1.4m，采高2.5m，故取M=2.5m。計(jì)算防水煤柱寬度時(shí)取高水頭值，P約為9MPa(90kg/cm2)。Kp為煤的抗張強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取0.65MPa;K值取5。帶入式中得L=40.3m?？紤]斷層破碎帶寬度為10～20m，故在回采F29斷層上盤煤層時(shí)，留設(shè)60m寬的防水煤柱。

2.2 考慮煤層底部隔水層能否抗住下部含水層時(shí)煤柱留設(shè)計(jì)算

其計(jì)算模型見圖3。

計(jì)算公式如下:

式中:α為斷層傾角(°)，取值70°;L為為斷層防水煤柱寬度(m)，L≥20m。

H安按下式計(jì)算:

式中:P為防水煤柱所承受的靜水壓力(MPa)，取值3MPa;V為突水系數(shù)，取0.08MPa/m;

保護(hù)帶厚度一般取10m。

求得H安=47.5m，L=50.5m

根據(jù)以上兩種方法計(jì)算的結(jié)果，綜合考慮F29斷層的構(gòu)造特征和水文地質(zhì)特性，斷層上盤1111(1)工作面防水煤柱應(yīng)留設(shè)60m。

圖3 斷層下盤太灰水壓力防水煤柱計(jì)算模型

3 結(jié)語

(1)朱集煤礦1111(1)工作面靠近F29斷層需留設(shè)防水煤柱，經(jīng)計(jì)算的防水煤柱為60m，實(shí)際生產(chǎn)中留設(shè)的100m煤柱，雖能確保礦井安全，但是嚴(yán)重壓煤。

(2)采用計(jì)算的60m斷層邊界防水煤柱，既能確保了安全生產(chǎn)，又可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，并為以后的工作面開采提供參考。

(3)以其他大型導(dǎo)水?dāng)鄬訛檫吔绲牟擅汗ぷ髅妫刹捎孟嗤挠?jì)算方法計(jì)算防水煤柱寬度，但其公式中參數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體情況而定。

[1]袁中幫.巷道過斷層及斷層防水煤柱留設(shè)方法初探[J].中國煤炭.2009，(3):41～43.

[2]馮本超，洪允和.正斷層上盤防水煤柱合理寬度的研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1993，(3):117～1211.

[3]杜文堂.斷層防水煤柱可靠度分析[J].煤田地質(zhì)與勘探.2001，(1):34～36.

[4]鄧祥月，韓明新，孟斌.論述防水煤巖柱的留設(shè)原則及計(jì)算方法[J].煤炭技術(shù).2001，(6):30～34.

[5]劉洋，柴學(xué)周，李競(jìng)生.相鄰工作面防水煤巖柱優(yōu)化研究[J].煤炭學(xué)報(bào).2009，(2):239～242.

[6]劉衍高.深部開采區(qū)導(dǎo)水?dāng)鄬臃浪褐侠砹粼O(shè)探析[J].煤礦開采.2008，(1):21～23.