2水庫(kù)下采煤安全性分析

　　2.1上覆巖層破壞高度的計(jì)算分析

　　影響上覆巖層破壞形態(tài)和導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育最大高度的因素很多，如上覆巖層的力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征、采煤方法和頂板管理方法、煤層傾角、煤層厚度及開采強(qiáng)度等[8-9 ]。當(dāng)煤層埋藏條件和采煤方法確定后，則覆巖的力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征與覆巖的破壞高度密切相關(guān)。如果采區(qū)上覆巖層為脆性巖層，受開采影響后容易斷裂，所以覆巖破壞高度大。如覆巖為塑性巖層，受開采影響后不易斷裂但容易下沉，能使冒落巖塊充分壓實(shí)，最終表現(xiàn)為覆巖破壞高度降低。因此，根據(jù)覆巖巖層的強(qiáng)度特征及煤層開采厚度來(lái)確定覆巖破壞高度。

　　2.1. 1 覆巖類型分析

　　根據(jù) 26 擴(kuò)大區(qū)內(nèi)水庫(kù)附近鉆孔柱狀圖，煤層上覆巖層主要由中、細(xì)粒砂巖，粉砂巖，砂質(zhì)泥巖，泥巖等巖層互層組成。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可知：砂巖、粉砂巖、泥巖所占體積比大約為 0.31 ∶0.06 ∶0.63，計(jì)算確定覆巖巖性屬軟弱偏中硬型。因此，按軟弱和中硬兩種巖性分別進(jìn)行計(jì)算。

　　2.1.2 覆巖破壞高度計(jì)算公式

　　覆巖破壞高度與許多地質(zhì)采礦條件有關(guān)，但目前尚無(wú)統(tǒng)一的多元相關(guān)的表達(dá)式。因此計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式。根據(jù)分析的覆巖巖性及煤層埋藏條件，按文獻(xiàn)[ 10 ]給出的緩傾斜條件下厚煤層開采時(shí)的垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式見表 2。

　　采用放頂煤一次采全高時(shí)，上覆巖層破壞高度與分層開采相比較為嚴(yán)重，因此為了安全起見，覆巖破壞高度取較大值。公式后 ± 取 +號(hào)。

表 2 覆巖破壞高度計(jì)算公式

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　　2.1. 3 計(jì)算結(jié)果及分析

　　按上述計(jì)算公式對(duì)水庫(kù)下附近區(qū)域的計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，給出了垮落帶高度、導(dǎo)水裂縫帶高度以及導(dǎo)水裂縫帶最大標(biāo)高，計(jì)算結(jié)果見表 3。

表 3 覆巖破壞高度計(jì)算

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　　對(duì)于緩傾斜煤層，開采以后垮落帶的邊界位于采空區(qū)邊界范圍以內(nèi)，導(dǎo)水裂縫帶的邊界位于采空區(qū)邊界范圍以外。 垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶均呈馬鞍形，導(dǎo)水裂縫帶的最高點(diǎn)位于采空區(qū)傾斜方向的上部。本采區(qū)開采后上覆巖層的破壞空間形態(tài)符合一般規(guī)律。根據(jù)水庫(kù)附近鉆孔柱狀圖，基巖頂部標(biāo)高約為 + 188 m，而導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的最大標(biāo)高與基巖頂部邊界之間的基巖巖柱厚度均在 200 m 以上，再加上約 55 m 厚的第四系砂質(zhì)黏土的隔水作用，導(dǎo)水裂縫帶是不會(huì)波及地表上的水體 ——宋溝水庫(kù)，即導(dǎo)水裂縫帶不會(huì)形成礦井水災(zāi)的通道。26 擴(kuò)大區(qū)開采范圍及開采上限已經(jīng)確定，為了驗(yàn)證開采上限的可行性及合理性，進(jìn)一步分析防水安全煤巖柱及其安全系數(shù)，在防水安全煤巖柱計(jì)算過(guò)程中，對(duì)覆巖按 “中硬” 和 “軟弱” 兩種類型進(jìn)行計(jì)算。各計(jì)算點(diǎn)防水安全煤巖柱尺寸及安全系數(shù)如表 3 所示。從表中結(jié)果可知，各計(jì)算點(diǎn)的安全系數(shù)最小為2.22，即各點(diǎn)的防水安全煤巖柱尺寸均遠(yuǎn)小于基巖巖柱尺寸，導(dǎo)水裂縫帶未波及水庫(kù)水體。所以 26 擴(kuò)大區(qū)各工作面在開采上限以下采煤從導(dǎo)水裂縫帶分析是安全的。

　　但是，除導(dǎo)水裂縫帶，煤礦頂板水害的導(dǎo)水通道還可能有不良封閉鉆孔、上通式導(dǎo)水陷落柱、巖溶塌落洞、導(dǎo)水?dāng)鄬优c裂隙等。如由構(gòu)造斷裂形成的斷層破碎帶，往往具有較好的透水性，會(huì)形成充水的良好通道[ 11 ]。因此，在位于水庫(kù)下部的工作面采掘過(guò)程中，必須制定專項(xiàng)礦井水害防治技術(shù)措施，加強(qiáng)各工作面工程地質(zhì)構(gòu)造的研究、探測(cè)工作，并進(jìn)行水文觀測(cè)、水文地質(zhì)綜合勘探工作。

　　2.2地表移動(dòng)和變形及其影響分析

　　2. 2. 1下沉的影響分析

　　不均勻的下沉有可能影響水庫(kù)壩體的安全使用，為此進(jìn)行了地表移動(dòng)和變形預(yù)計(jì)[12-16 ]。根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行了如下計(jì)算：設(shè)水庫(kù)的總面積為 S，平均水深為 h，發(fā)生沉降的面積為 S1，平均下沉值為h1，壩體下沉值 h壩 。則開采后,水庫(kù)水位下降 h2 為

　　h2 = S1 h1 / S.?? (1)

　　開采后水位相對(duì)于壩頂上升的高度 h相為

　　h相 = h壩- h2.?? (2)

　　根據(jù)調(diào)查，開采之前壩頂距水面高差為 3.5m，按設(shè)計(jì)開采順序，各工作面開采以后，水庫(kù)水面與壩頂高差相對(duì)變化值 h相 和絕對(duì)高差 h絕見表 4所示。其中在開采 26071 工作面后水庫(kù)水面與壩頂?shù)木嚯x最小。由于壩體沉陷以后水庫(kù)水面與壩頂?shù)木嚯x較小，應(yīng)采取一定措施，如加高加寬壩體、最大限度地降低壩體溢水口的標(biāo)高進(jìn)行疏放水等。

表 4 各工作面開采后壩頂與水面高差

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　　2. 2. 2 水平變形的影響

　　根據(jù)規(guī)定[10 ]：有溢水口的壩體，允許的拉伸變形為 6 mm/ m，極限拉伸變形為 9 mm/ m。根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果工作面開采后，壩體承受的最大拉伸變形值為 5.74 mm/ m，小于允許的拉伸變形值。 因此，按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行開采是可行的，但須采取鋪設(shè)土工膜防滲層以及裂縫灌漿法加固等技術(shù)措施。

　　1) 鋪設(shè)土工膜防滲層：土壩壩體裂縫是一種較常見的病害現(xiàn)象,裂縫中的滲流引起了管涌危害或破壞壩體，尤其橫向裂縫最危險(xiǎn)。水庫(kù)壩體由于受到采動(dòng)影響，造成壩體不均勻沉降，壩體會(huì)出現(xiàn)裂縫，因此壩體迎水坡要鋪設(shè)土工膜防滲層。

　　2) 裂縫灌漿法加固：結(jié)合煤礦實(shí)際情況，確定在開采過(guò)程中采取裂縫灌漿法對(duì)壩體進(jìn)行維護(hù)和加固。灌漿法是利用壓力使?jié){液通過(guò)管道鉆孔注入裂縫內(nèi)，漿液在壓力作用下析水后密實(shí)、膠結(jié)，堵塞裂縫，達(dá)到加固防滲之目的。