高慶豐

摘 要：文章通過對礦井地質(zhì)條件、覆巖巖性、含（隔）水層特征進行分析，在應(yīng)用工程類比法確定礦井最大裂采比的基礎(chǔ)上，計算了河下安全開采的防水煤巖柱高度，同時運用FLAC3D模擬了斷層附近河下安全開采上限，綜合擬定了淺部河下特殊開采的原則，劃分了河下安全開采的不同限厚區(qū)域。

關(guān)鍵詞：河下開采；限厚；導(dǎo)水裂隙帶；防水煤巖柱；模擬實驗

中圖分類號：TD823.83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0165-03

井田內(nèi)的常年性河流主要流經(jīng)礦井北翼范圍；由于煤層埋藏較淺，在靠近河流地段進行開采時，由于導(dǎo)水裂隙帶的影響，地表水可能會進入井下，導(dǎo)致礦井涌水量明顯增大；另外，首采面開切眼區(qū)域受富含水?dāng)鄬覨1（與第四紀(jì)含水層溝通）的威脅。根據(jù)河流保護煤柱設(shè)計范圍，河下壓覆首采面走向長度多達180 m，剩余有效開采距離不足400 m。因此，為了提高開采效益，降低資源損失，有必要對河流下厚煤層安全開采厚度進行研究。

1 采礦地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)條件

井田范圍內(nèi)鉆孔揭露地層從老到新依次有：上三疊統(tǒng)延長群、中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組與安定組、上第三系甘肅群和第四系。按其含水性與水力特征可劃分為，3組承壓含水層（延長群（T3yn）、延安組第一段（J2y1）、甘肅群第一段（Ngn1））和1組潛水含水層（第四系全新統(tǒng)（Q4））以及3組有效隔水層[延安組第一段（J2y1）、直羅組與安定組（J2z-J2a）、甘肅群第二段（Ngn2）]。礦井中部以南，河床直接與煤層頂板含水層不整合相接，河床潛水與煤層頂板的含水層成為一體，在井田北部邊界存在F1導(dǎo)水大斷層。

1.2 采礦條件

井田內(nèi)存有的常年性河流，流量為0.691～0.702 m3/s，主要接受地表水和大氣降水的補給，隨季節(jié)變化明顯，礦井開采受到基巖含水層透水和地表河流的威脅。

井田內(nèi)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組地層，主采5#煤厚度為5～11 m（厚-特厚煤層），平均7.27 m；煤層傾角24～28 ？觷（大傾角煤層）；煤層埋深150～400 m，設(shè)計采用厚煤層綜放開采技術(shù)。煤層覆巖以泥巖、粉砂巖、中粒砂巖、粗細(xì)砂巖為主，覆巖綜合巖性為中等堅硬類型，開采煤層覆巖的巖石物理力學(xué)參數(shù)見表1。

2 安全開采關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 導(dǎo)水裂隙帶的分析

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中給定條件的“導(dǎo)高”預(yù)計公式計算值偏差較大，不能滿足該區(qū)第四系全新統(tǒng)潛水含水層條件下“兩帶”的預(yù)計。依據(jù)“興隆莊礦實測資料”，擬合出了第四系松散含水層下綜放開采，覆巖破壞“兩帶”高度計算公式。

式中：Hk為垮落帶高度，m；Hd為導(dǎo)水裂縫帶高度，m；M為累計采厚，m。

經(jīng)計算，當(dāng)采高為3 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為48.6 m；當(dāng)采高為4 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度56.7 m；當(dāng)采高為5 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為63.3 m；當(dāng)采高為6 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為68.7 m；當(dāng)采高為7 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為73.3 m；當(dāng)采高為8 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為77.5 m。

裂采比是確定采高的有效方法，以擬合公式計算結(jié)果為依據(jù)，河流下煤層開采最大的裂采比為16。

2.2 安全防水煤巖柱的分析

按照規(guī)程防水安全煤巖柱的垂直高度（Hsh）應(yīng)≥導(dǎo)水裂縫帶的最大高度（Hd）加上保護層厚度Hb。即：按照覆巖層“中硬”計算，考慮到煤層傾角較大，保護層厚度取為5 h；結(jié)合選定的16倍的裂采比預(yù)計防水安全煤巖柱高度，見表2。

3 限厚開采數(shù)值計算模擬

為了探究在首采面不同采厚的情況下導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律，即分析F1斷層附近首采工作面的安全開采上限。本模擬設(shè)定斷層保護煤柱為70 m，采厚設(shè)計，按煤厚8 m或限高4 m，分別分析特厚煤層綜放開采和限高開采條件下，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律及其與F1斷層的影響關(guān)系。

3.1 模型的建立

應(yīng)用FLAC3D軟件建立特厚煤層綜放開采三維數(shù)值計算模型，模型僅含一個首采工作面，模型尺寸為825 m×330 m×430 m。模型中均采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則判斷巖體的破壞，并且均不考慮塑性流動（不考慮剪脹），采用大應(yīng)變變形模式，整個模型由39 050個單元組成，包括44 459個節(jié)點。

三維模型中首采面沿X軸正方向推進，工作面長度為130 m，走向推進480 m，煤層厚度為8.0 m，煤層傾角為25 ？觷，F(xiàn)1斷層傾角約為75 ？觷，三維數(shù)值計算模型如圖1所示。

3.2 模擬結(jié)果及分析

3.2.1 煤層開采厚度為8 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為8.0 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為109 m，約為采高的13倍，即裂采比為13；上覆巖層移動破壞邊界接近發(fā)展至斷層處，導(dǎo)水裂縫帶雖未與斷層溝通，但由于邊界的破壞，對斷層影響較大，如圖2、圖3所示。

3.2.2 煤層開采厚度為4 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為4 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為57 m，約為采高的14倍，即裂采比為14；覆巖移動破壞并未波及到斷層處，導(dǎo)水裂縫帶明顯未與斷層相溝通；即覆巖破壞形成的導(dǎo)水裂縫帶距河床潛水層有一定的安全距離，開采工作面安全可靠，如圖4、圖5所示。

4 河流下煤層開采限厚區(qū)域劃分

通過安全防水煤巖柱的理論分析及斷層附近煤層安全開采數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合河流下煤巖層覆存狀態(tài)，劃分河流下煤層開采的最大厚度。

河流下斷層煤柱擬定為70 m，緊鄰煤柱50 m范圍內(nèi)限高4 m，在29#勘探線以北限高6 m以內(nèi)，在29#～28#勘探線間限高4 m以內(nèi)，28#勘探線以南，建議構(gòu)筑地表河道防護渠（煤層頂板承壓含水層（Jzy3、Jzy2）與河流潛水層間缺失第二隔水層（J2Z），而直接溝通）。

首采面從開切眼起80 m范圍內(nèi)開采厚度按4.0 m限高開采（只采不放），此后按煤層厚度進行正常放頂煤全厚開采，如圖6所示。

5 結(jié) 語

①采用工程類比法，選擇了適合該礦條件的覆巖破壞“兩帶”高度計算公式，進而確定了河流下煤層開采最大裂采比為16，以此分析了河下開采的安全防水煤巖柱高度。

②運用FLAC3D，模擬了F1斷層附近的導(dǎo)水裂隙帶高度，結(jié)果顯示當(dāng)開采高度為4 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為57 m，并未與斷層溝通；當(dāng)開采高度為8 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為109 m，嚴(yán)重影響了斷層附近圍巖的穩(wěn)定。

③結(jié)合防水煤巖柱高度和數(shù)值模擬結(jié)果，考慮河下煤巖層的含（隔）水層特征，綜合劃分了保證河下安全開采的不同限厚區(qū)域，同時確定了首采工作面的合理開采方案。

參考文獻：

[1] 國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

[2] 許延春，李俊成.綜放開采覆巖“兩帶”高度的計算公式及適用性分析[J].煤礦開采，2011，（2）.

[3] 黃陽，劉寧.彬長礦區(qū)導(dǎo)水裂隙帶高度的確定方法[J].陜西煤炭，2010，（6）.

[4] 許延春，劉世奇.水體下綜放開采的安全煤巖柱留設(shè)方法研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，（1）.

[5] 葛中華，沈文.水文地質(zhì)條件對水下開采中安全保護層留設(shè)的影響[J].煤田地質(zhì)與勘探，1990，（6）.

[6] 譚志祥，周鳴，李志恒.斷層對“兩帶”影響的模擬研究[J].礦山壓力與頂板管理，1999，（2）.

[7] 呂強.亭南煤礦洛河砂礫巖含水體下合理開采厚度的研究[J].煤礦開采，2007，（3）.

[8] 趙靚，汝連會.劉橋一礦遇斷層開采底板突水?dāng)?shù)值模擬分析[J].中州煤炭，2012，（8）.

摘 要：文章通過對礦井地質(zhì)條件、覆巖巖性、含（隔）水層特征進行分析，在應(yīng)用工程類比法確定礦井最大裂采比的基礎(chǔ)上，計算了河下安全開采的防水煤巖柱高度，同時運用FLAC3D模擬了斷層附近河下安全開采上限，綜合擬定了淺部河下特殊開采的原則，劃分了河下安全開采的不同限厚區(qū)域。

關(guān)鍵詞：河下開采；限厚；導(dǎo)水裂隙帶；防水煤巖柱；模擬實驗

中圖分類號：TD823.83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0165-03

井田內(nèi)的常年性河流主要流經(jīng)礦井北翼范圍；由于煤層埋藏較淺，在靠近河流地段進行開采時，由于導(dǎo)水裂隙帶的影響，地表水可能會進入井下，導(dǎo)致礦井涌水量明顯增大；另外，首采面開切眼區(qū)域受富含水?dāng)鄬覨1（與第四紀(jì)含水層溝通）的威脅。根據(jù)河流保護煤柱設(shè)計范圍，河下壓覆首采面走向長度多達180 m，剩余有效開采距離不足400 m。因此，為了提高開采效益，降低資源損失，有必要對河流下厚煤層安全開采厚度進行研究。

1 采礦地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)條件

井田范圍內(nèi)鉆孔揭露地層從老到新依次有：上三疊統(tǒng)延長群、中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組與安定組、上第三系甘肅群和第四系。按其含水性與水力特征可劃分為，3組承壓含水層（延長群（T3yn）、延安組第一段（J2y1）、甘肅群第一段（Ngn1））和1組潛水含水層（第四系全新統(tǒng)（Q4））以及3組有效隔水層[延安組第一段（J2y1）、直羅組與安定組（J2z-J2a）、甘肅群第二段（Ngn2）]。礦井中部以南，河床直接與煤層頂板含水層不整合相接，河床潛水與煤層頂板的含水層成為一體，在井田北部邊界存在F1導(dǎo)水大斷層。

1.2 采礦條件

井田內(nèi)存有的常年性河流，流量為0.691～0.702 m3/s，主要接受地表水和大氣降水的補給，隨季節(jié)變化明顯，礦井開采受到基巖含水層透水和地表河流的威脅。

井田內(nèi)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組地層，主采5#煤厚度為5～11 m（厚-特厚煤層），平均7.27 m；煤層傾角24～28 ？觷（大傾角煤層）；煤層埋深150～400 m，設(shè)計采用厚煤層綜放開采技術(shù)。煤層覆巖以泥巖、粉砂巖、中粒砂巖、粗細(xì)砂巖為主，覆巖綜合巖性為中等堅硬類型，開采煤層覆巖的巖石物理力學(xué)參數(shù)見表1。

2 安全開采關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 導(dǎo)水裂隙帶的分析

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中給定條件的“導(dǎo)高”預(yù)計公式計算值偏差較大，不能滿足該區(qū)第四系全新統(tǒng)潛水含水層條件下“兩帶”的預(yù)計。依據(jù)“興隆莊礦實測資料”，擬合出了第四系松散含水層下綜放開采，覆巖破壞“兩帶”高度計算公式。

式中：Hk為垮落帶高度，m；Hd為導(dǎo)水裂縫帶高度，m；M為累計采厚，m。

經(jīng)計算，當(dāng)采高為3 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為48.6 m；當(dāng)采高為4 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度56.7 m；當(dāng)采高為5 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為63.3 m；當(dāng)采高為6 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為68.7 m；當(dāng)采高為7 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為73.3 m；當(dāng)采高為8 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為77.5 m。

裂采比是確定采高的有效方法，以擬合公式計算結(jié)果為依據(jù)，河流下煤層開采最大的裂采比為16。

2.2 安全防水煤巖柱的分析

按照規(guī)程防水安全煤巖柱的垂直高度（Hsh）應(yīng)≥導(dǎo)水裂縫帶的最大高度（Hd）加上保護層厚度Hb。即：按照覆巖層“中硬”計算，考慮到煤層傾角較大，保護層厚度取為5 h；結(jié)合選定的16倍的裂采比預(yù)計防水安全煤巖柱高度，見表2。

3 限厚開采數(shù)值計算模擬

為了探究在首采面不同采厚的情況下導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律，即分析F1斷層附近首采工作面的安全開采上限。本模擬設(shè)定斷層保護煤柱為70 m，采厚設(shè)計，按煤厚8 m或限高4 m，分別分析特厚煤層綜放開采和限高開采條件下，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律及其與F1斷層的影響關(guān)系。

3.1 模型的建立

應(yīng)用FLAC3D軟件建立特厚煤層綜放開采三維數(shù)值計算模型，模型僅含一個首采工作面，模型尺寸為825 m×330 m×430 m。模型中均采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則判斷巖體的破壞，并且均不考慮塑性流動（不考慮剪脹），采用大應(yīng)變變形模式，整個模型由39 050個單元組成，包括44 459個節(jié)點。

三維模型中首采面沿X軸正方向推進，工作面長度為130 m，走向推進480 m，煤層厚度為8.0 m，煤層傾角為25 ？觷，F(xiàn)1斷層傾角約為75 ？觷，三維數(shù)值計算模型如圖1所示。

3.2 模擬結(jié)果及分析

3.2.1 煤層開采厚度為8 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為8.0 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為109 m，約為采高的13倍，即裂采比為13；上覆巖層移動破壞邊界接近發(fā)展至斷層處，導(dǎo)水裂縫帶雖未與斷層溝通，但由于邊界的破壞，對斷層影響較大，如圖2、圖3所示。

3.2.2 煤層開采厚度為4 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為4 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為57 m，約為采高的14倍，即裂采比為14；覆巖移動破壞并未波及到斷層處，導(dǎo)水裂縫帶明顯未與斷層相溝通；即覆巖破壞形成的導(dǎo)水裂縫帶距河床潛水層有一定的安全距離，開采工作面安全可靠，如圖4、圖5所示。

4 河流下煤層開采限厚區(qū)域劃分

通過安全防水煤巖柱的理論分析及斷層附近煤層安全開采數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合河流下煤巖層覆存狀態(tài)，劃分河流下煤層開采的最大厚度。

河流下斷層煤柱擬定為70 m，緊鄰煤柱50 m范圍內(nèi)限高4 m，在29#勘探線以北限高6 m以內(nèi)，在29#～28#勘探線間限高4 m以內(nèi)，28#勘探線以南，建議構(gòu)筑地表河道防護渠（煤層頂板承壓含水層（Jzy3、Jzy2）與河流潛水層間缺失第二隔水層（J2Z），而直接溝通）。

首采面從開切眼起80 m范圍內(nèi)開采厚度按4.0 m限高開采（只采不放），此后按煤層厚度進行正常放頂煤全厚開采，如圖6所示。

5 結(jié) 語

①采用工程類比法，選擇了適合該礦條件的覆巖破壞“兩帶”高度計算公式，進而確定了河流下煤層開采最大裂采比為16，以此分析了河下開采的安全防水煤巖柱高度。

②運用FLAC3D，模擬了F1斷層附近的導(dǎo)水裂隙帶高度，結(jié)果顯示當(dāng)開采高度為4 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為57 m，并未與斷層溝通；當(dāng)開采高度為8 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為109 m，嚴(yán)重影響了斷層附近圍巖的穩(wěn)定。

③結(jié)合防水煤巖柱高度和數(shù)值模擬結(jié)果，考慮河下煤巖層的含（隔）水層特征，綜合劃分了保證河下安全開采的不同限厚區(qū)域，同時確定了首采工作面的合理開采方案。

參考文獻：

[1] 國家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

[2] 許延春，李俊成.綜放開采覆巖“兩帶”高度的計算公式及適用性分析[J].煤礦開采，2011，（2）.

[3] 黃陽，劉寧.彬長礦區(qū)導(dǎo)水裂隙帶高度的確定方法[J].陜西煤炭，2010，（6）.

[4] 許延春，劉世奇.水體下綜放開采的安全煤巖柱留設(shè)方法研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，（1）.

[5] 葛中華，沈文.水文地質(zhì)條件對水下開采中安全保護層留設(shè)的影響[J].煤田地質(zhì)與勘探，1990，（6）.

[6] 譚志祥，周鳴，李志恒.斷層對“兩帶”影響的模擬研究[J].礦山壓力與頂板管理，1999，（2）.

[7] 呂強.亭南煤礦洛河砂礫巖含水體下合理開采厚度的研究[J].煤礦開采，2007，（3）.

[8] 趙靚，汝連會.劉橋一礦遇斷層開采底板突水?dāng)?shù)值模擬分析[J].中州煤炭，2012，（8）.

摘 要：文章通過對礦井地質(zhì)條件、覆巖巖性、含（隔）水層特征進行分析，在應(yīng)用工程類比法確定礦井最大裂采比的基礎(chǔ)上，計算了河下安全開采的防水煤巖柱高度，同時運用FLAC3D模擬了斷層附近河下安全開采上限，綜合擬定了淺部河下特殊開采的原則，劃分了河下安全開采的不同限厚區(qū)域。

關(guān)鍵詞：河下開采；限厚；導(dǎo)水裂隙帶；防水煤巖柱；模擬實驗

中圖分類號：TD823.83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0165-03

井田內(nèi)的常年性河流主要流經(jīng)礦井北翼范圍；由于煤層埋藏較淺，在靠近河流地段進行開采時，由于導(dǎo)水裂隙帶的影響，地表水可能會進入井下，導(dǎo)致礦井涌水量明顯增大；另外，首采面開切眼區(qū)域受富含水?dāng)鄬覨1（與第四紀(jì)含水層溝通）的威脅。根據(jù)河流保護煤柱設(shè)計范圍，河下壓覆首采面走向長度多達180 m，剩余有效開采距離不足400 m。因此，為了提高開采效益，降低資源損失，有必要對河流下厚煤層安全開采厚度進行研究。

1 采礦地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)條件

井田范圍內(nèi)鉆孔揭露地層從老到新依次有：上三疊統(tǒng)延長群、中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組與安定組、上第三系甘肅群和第四系。按其含水性與水力特征可劃分為，3組承壓含水層（延長群（T3yn）、延安組第一段（J2y1）、甘肅群第一段（Ngn1））和1組潛水含水層（第四系全新統(tǒng)（Q4））以及3組有效隔水層[延安組第一段（J2y1）、直羅組與安定組（J2z-J2a）、甘肅群第二段（Ngn2）]。礦井中部以南，河床直接與煤層頂板含水層不整合相接，河床潛水與煤層頂板的含水層成為一體，在井田北部邊界存在F1導(dǎo)水大斷層。

1.2 采礦條件

井田內(nèi)存有的常年性河流，流量為0.691～0.702 m3/s，主要接受地表水和大氣降水的補給，隨季節(jié)變化明顯，礦井開采受到基巖含水層透水和地表河流的威脅。

井田內(nèi)含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組地層，主采5#煤厚度為5～11 m（厚-特厚煤層），平均7.27 m；煤層傾角24～28 ？觷（大傾角煤層）；煤層埋深150～400 m，設(shè)計采用厚煤層綜放開采技術(shù)。煤層覆巖以泥巖、粉砂巖、中粒砂巖、粗細(xì)砂巖為主，覆巖綜合巖性為中等堅硬類型，開采煤層覆巖的巖石物理力學(xué)參數(shù)見表1。

2 安全開采關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 導(dǎo)水裂隙帶的分析

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中給定條件的“導(dǎo)高”預(yù)計公式計算值偏差較大，不能滿足該區(qū)第四系全新統(tǒng)潛水含水層條件下“兩帶”的預(yù)計。依據(jù)“興隆莊礦實測資料”，擬合出了第四系松散含水層下綜放開采，覆巖破壞“兩帶”高度計算公式。

式中：Hk為垮落帶高度，m；Hd為導(dǎo)水裂縫帶高度，m；M為累計采厚，m。

經(jīng)計算，當(dāng)采高為3 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為48.6 m；當(dāng)采高為4 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度56.7 m；當(dāng)采高為5 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為63.3 m；當(dāng)采高為6 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為68.7 m；當(dāng)采高為7 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為73.3 m；當(dāng)采高為8 m時，導(dǎo)水裂隙帶高度為77.5 m。

裂采比是確定采高的有效方法，以擬合公式計算結(jié)果為依據(jù)，河流下煤層開采最大的裂采比為16。

2.2 安全防水煤巖柱的分析

按照規(guī)程防水安全煤巖柱的垂直高度（Hsh）應(yīng)≥導(dǎo)水裂縫帶的最大高度（Hd）加上保護層厚度Hb。即：按照覆巖層“中硬”計算，考慮到煤層傾角較大，保護層厚度取為5 h；結(jié)合選定的16倍的裂采比預(yù)計防水安全煤巖柱高度，見表2。

3 限厚開采數(shù)值計算模擬

為了探究在首采面不同采厚的情況下導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律，即分析F1斷層附近首采工作面的安全開采上限。本模擬設(shè)定斷層保護煤柱為70 m，采厚設(shè)計，按煤厚8 m或限高4 m，分別分析特厚煤層綜放開采和限高開采條件下，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育規(guī)律及其與F1斷層的影響關(guān)系。

3.1 模型的建立

應(yīng)用FLAC3D軟件建立特厚煤層綜放開采三維數(shù)值計算模型，模型僅含一個首采工作面，模型尺寸為825 m×330 m×430 m。模型中均采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則判斷巖體的破壞，并且均不考慮塑性流動（不考慮剪脹），采用大應(yīng)變變形模式，整個模型由39 050個單元組成，包括44 459個節(jié)點。

三維模型中首采面沿X軸正方向推進，工作面長度為130 m，走向推進480 m，煤層厚度為8.0 m，煤層傾角為25 ？觷，F(xiàn)1斷層傾角約為75 ？觷，三維數(shù)值計算模型如圖1所示。

3.2 模擬結(jié)果及分析

3.2.1 煤層開采厚度為8 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為8.0 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為109 m，約為采高的13倍，即裂采比為13；上覆巖層移動破壞邊界接近發(fā)展至斷層處，導(dǎo)水裂縫帶雖未與斷層溝通，但由于邊界的破壞，對斷層影響較大，如圖2、圖3所示。

3.2.2 煤層開采厚度為4 m

當(dāng)工作面煤層開采厚度為4 m時，導(dǎo)水裂縫帶最大高度為57 m，約為采高的14倍，即裂采比為14；覆巖移動破壞并未波及到斷層處，導(dǎo)水裂縫帶明顯未與斷層相溝通；即覆巖破壞形成的導(dǎo)水裂縫帶距河床潛水層有一定的安全距離，開采工作面安全可靠，如圖4、圖5所示。

4 河流下煤層開采限厚區(qū)域劃分

通過安全防水煤巖柱的理論分析及斷層附近煤層安全開采數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合河流下煤巖層覆存狀態(tài)，劃分河流下煤層開采的最大厚度。

河流下斷層煤柱擬定為70 m，緊鄰煤柱50 m范圍內(nèi)限高4 m，在29#勘探線以北限高6 m以內(nèi)，在29#～28#勘探線間限高4 m以內(nèi)，28#勘探線以南，建議構(gòu)筑地表河道防護渠（煤層頂板承壓含水層（Jzy3、Jzy2）與河流潛水層間缺失第二隔水層（J2Z），而直接溝通）。

首采面從開切眼起80 m范圍內(nèi)開采厚度按4.0 m限高開采（只采不放），此后按煤層厚度進行正常放頂煤全厚開采，如圖6所示。

5 結(jié) 語

①采用工程類比法，選擇了適合該礦條件的覆巖破壞“兩帶”高度計算公式，進而確定了河流下煤層開采最大裂采比為16，以此分析了河下開采的安全防水煤巖柱高度。

②運用FLAC3D，模擬了F1斷層附近的導(dǎo)水裂隙帶高度，結(jié)果顯示當(dāng)開采高度為4 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為57 m，并未與斷層溝通；當(dāng)開采高度為8 m時，最大導(dǎo)水裂縫帶高度為109 m，嚴(yán)重影響了斷層附近圍巖的穩(wěn)定。

③結(jié)合防水煤巖柱高度和數(shù)值模擬結(jié)果，考慮河下煤巖層的含（隔）水層特征，綜合劃分了保證河下安全開采的不同限厚區(qū)域，同時確定了首采工作面的合理開采方案。

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