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巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱的留設(shè)方法實踐

文檔作者：尚群張海韋李寧郭飛鵬文檔來源： 1．煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計研究院股份有限公司 2．河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2023年05月04日
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114
能源技術(shù)與管理
Energy Technology and Management
2015年第40卷第2期
Vo1．40 N
+
o．2
doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．02．047
巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱的留設(shè)方法實踐
尚群 ，張海韋 ，李寧 ，郭飛鵬
(1．煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計研究院股份有限公司，河南鄭州450007；2．河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院，河南焦作4541 50)
[摘要] 為了合理確定厚松散層薄基巖下開采上限和安全煤巖柱的高度，解放淺部安全煤
柱資源，結(jié)合趙固一礦實際工程背景，對東一盤區(qū)巨厚松散層及薄基巖的含水層富
水性和隔水性能進(jìn)行分析，確定了防水煤柱改為防砂煤柱的可行性，再通過理論計
算及數(shù)值模擬的方法計算垮落帶高度為17 m、防砂煤柱高度為36 m，根據(jù)現(xiàn)場地
面勘探鉆孔確定東一盤區(qū)的開采上限標(biāo)高。最后經(jīng)工程應(yīng)用，最大限度地回收了煤
炭資源，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為同類型礦井提供了借鑒和指導(dǎo)。
[關(guān)鍵詞] 巨厚松散層薄基巖；防水煤柱；防砂煤柱；垮落帶；開采上限
[中圖分類號]TD822~．3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672_9943(2015)02 1 14-03
1 問題的提出 留設(shè)提供理論依據(jù)。
我國各煤田系中存在著儲量巨厚松散薄基巖
煤層，薄基巖上覆厚松散層是由第四系、新近系和
古近系松散層組成，其中往往含有一定厚度的砂
層、碌石層或砂碌互層，當(dāng)其厚度較大并且富水性
較好時，常構(gòu)成含水豐富的含水層。為保證礦井安
全生產(chǎn)，在礦井設(shè)計時一般都依據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定
留設(shè)相應(yīng)的安全保護(hù)煤巖柱。我國水體下采煤常
采用防水、防砂、防塌3種留設(shè)安全煤巖柱的方
法。但具體如何留設(shè)卻受多個因素的影響，例如與
松散含水層的富水性和賦存條件，煤層覆巖的巖
性、結(jié)構(gòu)等有關(guān)系。
趙固一礦井田位于新鄉(xiāng)、焦作兩市交界地帶，
煤田劃分屬焦作煤田，設(shè)計開采二。煤層，平均
厚6．24 m，設(shè)計生產(chǎn)能力240萬 ，服務(wù)年限
56．9 a，屬瓦斯礦井。按原設(shè)計其防水安全煤巖柱
留設(shè)55 m，防砂安全煤巖柱高度取30 m。按照以
上留設(shè)原則，淺部安全煤柱共計68 715 kt，有大量
的呆滯煤量。巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱留
設(shè)，最大程度提高煤炭回采率，保障煤礦安全生
產(chǎn)，成了趙固一礦迫切需要解決的重大技術(shù)和生
產(chǎn)問題。
因此，針對趙固一礦東一盤區(qū)的實際條件，結(jié)
合礦井水文資料分析巨厚松散層、薄基巖的礦物
成分和含(隔)水性，確定安全煤巖柱類型，再通過
理論分析和數(shù)值模擬確定垮落帶高度，最終確定
趙固一礦巨厚松散層薄基巖下安全煤巖柱留設(shè)的
合理尺寸，解放煤炭資源，可為類似條件下煤柱的
2 礦井開采條件及水文地質(zhì)特征
2．1 巨厚松散層含(隔)水性能分析
根據(jù)現(xiàn)場鉆孑L資料，新近系中部存在1～3層
中、細(xì)砂，含承壓水，井檢1孔抽水單位涌水量
0．393 L／s．m，滲透系數(shù)2．082 m／d。水位標(biāo)高為
87．61 m。水化學(xué)類型HCO 一Ca．Mg．K+Na型，礦化
度O．303 g／L，屬中等富水含水層，pH為7．82。
對趙固一礦土樣進(jìn)行分析，其塑性指數(shù)基本
都大于17，液性指數(shù)都小于0．25，該粘土的狀態(tài)
分類為低液限半固結(jié)狀態(tài)，具有良好的隔水性和
差的流動性。該底粘不僅可以有效地抑制導(dǎo)水裂
縫帶向上發(fā)展，而且可以阻止其上部砂、礫含水層
向工作面充水、潰砂。
2．2 薄基巖含(隔)水性能分析
對上覆基巖段40 m厚度的礦物成分進(jìn)行X
射線衍射分析，如表1、2所示。巖樣的粘土礦物質(zhì)
主要成分為伊蒙混層(I／S)和伊利石(I)。根據(jù)實驗
結(jié)果，基巖及風(fēng)化帶樣品中伊蒙混層含量較高，遇
水有中等強(qiáng)度的膨脹性，但并非屬于強(qiáng)膨脹性巖
石，因此基巖具有一定的強(qiáng)度及阻隔水性。
巖石吸水率是單位體積巖石在大氣壓力下吸
收水的質(zhì)量與巖石干密度之比。它反映巖石中裂
隙的發(fā)育程度。通過對上覆薄基巖進(jìn)行水理性試
驗證明，二 煤上覆基巖裂隙較不發(fā)育，且完整性
較好。滲流實驗證明，基巖中的砂巖和砂質(zhì)泥巖具
有較低的滲透率，屬于弱富水性含水層，并且具有
一定的阻隔水性，如表3、4所示。

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